謝錚輝+羅微+張慧堅+胡杰+秦小立

摘要：針對農業(yè)生產環(huán)境監(jiān)測存在采集參數少、網絡覆蓋小、信息共享等不足，采用計算機網絡技術、自動控制技術、移動通信技術、組態(tài)軟件技術等先進方法和手段，設計出具有數據采集、數據查詢、報警處理等功能的作物生長環(huán)境監(jiān)測系統，從而獲得農作物生長的最佳條件，克服傳統監(jiān)測的不足，達到農作物增產、品質改善和經濟效益增加的目的。

關鍵詞：GPRS；作物生長；環(huán)境監(jiān)測；組態(tài)軟件

中圖分類號：S126文獻標志碼：A文章編號：1002-1302（2014）11-0443-02

隨著無線通信網絡的不斷發(fā)展以及對無線網絡應用需求的大幅提升，基于GPRS的應用逐漸成為當前無線通信應用的主流。由于GPRS網絡的通信技術已經成熟，覆蓋面廣，利用GPRS無線通信方式來監(jiān)測作物生長環(huán)境參數，能夠實現現有資源的最大利用?，F有的農業(yè)環(huán)境監(jiān)測系統有在溫室大棚等封閉空間，或者在戶外，如山地、林場、牧場、大規(guī)模示范田等。由于受到空間和環(huán)境的影響，采集儀器不能合理布置，難以獲得農作物全面、實時的信息。因此，采用GPRS技術可以實現對傳感器的遠程數據采集、傳輸和監(jiān)控，使工作人員在監(jiān)控中心就能夠掌握全局，節(jié)省了人力和物力。

1系統整體結構設計

圖1顯示了基于GPRS遠程數據采集的基本原理，數據處理采集傳輸端、GPRS網絡通信系統、Internet服務器構成了系統框架。其中，數據采集端由單片機及外圍電路組成，采集終端由GPRSDTU無線通信模塊組成。首先數據處理采集傳輸端采集傳感器檢測信號，經過單片機調用程序處理后[1]，通過GPRS網絡通信中的ZWG-23A，使Internet（固定IP）服務器接收到處理過的數據信息，實現數據傳輸。此外，在服務器端口還要設計可以查看監(jiān)測數據的軟件，用戶可以通過讀取相關信息，對其進行分析。

2硬件設計

監(jiān)測終端的主要功能是將影響作物生長環(huán)境的空氣溫濕度、土壤濕度等相關監(jiān)測數據，通過傳感器和單片機進行采集、計算、分析之后，轉換成GPRS模塊能夠識別、接受的數據，然后通過無線傳輸方式傳送至服務器和監(jiān)控中心[2]。系統的硬件采用模塊化的設計方式，主要由信號采集電路、A/D轉換模塊、單片機模塊、電源保護電路以及用來無線數據傳輸的GPRSDTU模塊組成[3]（圖2）。

2.1傳感器

溫濕度傳感器采用昆侖海岸JWSL-6系列空氣溫濕度傳感器。該傳感器采用24V直流供電，能達到濕度±3%、溫度±0.5℃，測量范圍溫度-10～60℃、濕度0～100%。土壤溫濕度傳感器采用錦州風光環(huán)測有限公司生產的TDR-5型，其量程為0～100，精度±2%，輸出信號是4～20mA。

2.2數據采集部分

系統采用模塊化設計，由傳感器、單片機、控制裝置、計算機等組成檢測系統，傳感器將采集到的物理參量轉換為電壓并完成信號的處理，數據通過PS-232總線傳給GPRS發(fā)送模塊，同時數據保存在組態(tài)軟件數據庫中，實現實時查詢和歷史數據查詢[4]。

整個系統硬件包含3個主要部分：（1）控制單片機（MCU）。主控芯片為89C51單片機，傳感器采集到的土壤溫濕度、空氣溫濕度信號傳給單片機，經單片機處理后將信號輸出給GPRS模塊，并將GPRS模塊上傳的數據組裝成要發(fā)送的數據傳送給GPRS模塊，用于控制其他串口外接模塊的工作[5]。（2）GPRS模塊。它是系統的通信功能單元，是單片機與互聯網交換數據的橋梁、復雜單片機與互聯網的鏈接。（3）其他外圍工作單元，如LCD、采集數據的傳感器、A/D轉換器、調試鍵盤機接受衛(wèi)星定位信號的GPS模塊。數據采集系統基本構成見圖3。

2.3GPRS模塊

GPRS通信模塊采用集智達RemoDAQ-8554DTU。該模塊利用了CDMA網絡平臺實現數據信息的透明傳輸，還可以采用輔助手段實現DTU控制，組成用戶專用數據網絡。該模塊通過RS-232/485接口進行通信，數據終端一直在線，能夠對高速、協議數據進行傳輸，并且可以通過本地串口和遠程中心端圖形界面DTU實現參數的維護。

3監(jiān)控中心軟件設計

工控軟件系統設計中的數據都綁定在程序中，因此大多軟件在通用性和可擴展性方面較差，而且工作量大，開發(fā)周期長[6]。該系統軟件采用了組態(tài)的方式來實現，靈活多樣的組態(tài)方式能便捷地實現用戶界面的開發(fā)以及工程實現。先進的組態(tài)軟件能夠實現多數據采集，用戶可以隨意和各類硬件設備連接；多數組態(tài)軟件[7]提供的腳本語言，使系統功能得到擴充；組態(tài)軟件通過ODBC將數據導出。

3.1系統軟件設計

中心軟件為用戶提供可視化的監(jiān)測平臺，用戶通過監(jiān)測平臺能快速、實時、在線了解農田環(huán)境信息[8]。監(jiān)控終端與監(jiān)控主機端通過網絡連接后把數據實時發(fā)送到平臺，監(jiān)控終端若監(jiān)測到相應參數超過安全范圍會及時發(fā)送警報，用戶通過查看信息進行相應的動作反應。監(jiān)控終端主要程序流程如圖4所示。

3.2實時數據庫系統

本系統采用了力控組態(tài)軟件實現監(jiān)控，該組態(tài)軟件能對現場生產數據進行采集和控制。由于在生產監(jiān)控過程中需要將分布在不同地理位置的生產數據進行實時處理、存儲，因此就需要一個分布式的數據庫系統[9]。實時數據庫是由管理器和運行系統組成，運行系統能實現實時數據處理、歷史數據存儲、統計數據處理、報警、數據服務請求處理。實時數據庫應用如圖5所示。

4結束語

基于GPRS的作物生長環(huán)境監(jiān)控系統設計，以現代控制理論為基礎，具有可靠、實時、穩(wěn)定和低成本等優(yōu)點。高速的傳輸控制技術，能快速可靠地進行遠程監(jiān)測和監(jiān)控；先進的組態(tài)軟件系統的設計，實現了與第三方設備接口的通信，具有較強的可擴展性，是農業(yè)作物生長換件監(jiān)控的發(fā)展方向。

參考文獻：

[1]曹洪太，蘇曉峰，孫忠富，等.基于WEB和RS-485總線的分布式遠程環(huán)境監(jiān)控系統的實現[J].中國農學通報，2006，22（2）：392-396.

[2]徐寧軍，陳戰(zhàn)平，馮智偉.GPRS業(yè)務在自動氣象站網數據傳輸中的應用[J].氣象科技，2006，34（1）：112-115.

[3]韓斌杰.GPRS原理及其網絡優(yōu)化[M].北京：機械工業(yè)出版社，2003.

[4]李文.計算機監(jiān)控系統及發(fā)展趨勢分析[J].計算機應用與軟件，2003，20（6）：75-77.

[5]喬曉軍，沈佐銳，陳青云，等.農業(yè)設施環(huán)境通用監(jiān)控系統的設計與實現[J].農業(yè)工程學報，2000，16（3）：77-80.

[6]吳順鵬.組態(tài)軟件上位機監(jiān)控系統設計與開發(fā)[J].科技信息，2008（21）：67，87.

[7]張齊，周博慧.組態(tài)軟件實時數據庫的設計與實現[J].微計算機信息，2007，23（2/3）：161-163.

[8]宋清昆，孫元娜，王學偉，等.組態(tài)軟件實時數據庫系統的設計[J].自動化技術與應用，2008，27（1）：55-57.

[9]李瑞峰.實時數據庫設計的關鍵技術[J].中國科技信息，2008（7）：98-99.endprint

摘要：針對農業(yè)生產環(huán)境監(jiān)測存在采集參數少、網絡覆蓋小、信息共享等不足，采用計算機網絡技術、自動控制技術、移動通信技術、組態(tài)軟件技術等先進方法和手段，設計出具有數據采集、數據查詢、報警處理等功能的作物生長環(huán)境監(jiān)測系統，從而獲得農作物生長的最佳條件，克服傳統監(jiān)測的不足，達到農作物增產、品質改善和經濟效益增加的目的。

關鍵詞：GPRS；作物生長；環(huán)境監(jiān)測；組態(tài)軟件

中圖分類號：S126文獻標志碼：A文章編號：1002-1302（2014）11-0443-02

隨著無線通信網絡的不斷發(fā)展以及對無線網絡應用需求的大幅提升，基于GPRS的應用逐漸成為當前無線通信應用的主流。由于GPRS網絡的通信技術已經成熟，覆蓋面廣，利用GPRS無線通信方式來監(jiān)測作物生長環(huán)境參數，能夠實現現有資源的最大利用?，F有的農業(yè)環(huán)境監(jiān)測系統有在溫室大棚等封閉空間，或者在戶外，如山地、林場、牧場、大規(guī)模示范田等。由于受到空間和環(huán)境的影響，采集儀器不能合理布置，難以獲得農作物全面、實時的信息。因此，采用GPRS技術可以實現對傳感器的遠程數據采集、傳輸和監(jiān)控，使工作人員在監(jiān)控中心就能夠掌握全局，節(jié)省了人力和物力。

1系統整體結構設計

圖1顯示了基于GPRS遠程數據采集的基本原理，數據處理采集傳輸端、GPRS網絡通信系統、Internet服務器構成了系統框架。其中，數據采集端由單片機及外圍電路組成，采集終端由GPRSDTU無線通信模塊組成。首先數據處理采集傳輸端采集傳感器檢測信號，經過單片機調用程序處理后[1]，通過GPRS網絡通信中的ZWG-23A，使Internet（固定IP）服務器接收到處理過的數據信息，實現數據傳輸。此外，在服務器端口還要設計可以查看監(jiān)測數據的軟件，用戶可以通過讀取相關信息，對其進行分析。

2硬件設計

監(jiān)測終端的主要功能是將影響作物生長環(huán)境的空氣溫濕度、土壤濕度等相關監(jiān)測數據，通過傳感器和單片機進行采集、計算、分析之后，轉換成GPRS模塊能夠識別、接受的數據，然后通過無線傳輸方式傳送至服務器和監(jiān)控中心[2]。系統的硬件采用模塊化的設計方式，主要由信號采集電路、A/D轉換模塊、單片機模塊、電源保護電路以及用來無線數據傳輸的GPRSDTU模塊組成[3]（圖2）。

2.1傳感器

溫濕度傳感器采用昆侖海岸JWSL-6系列空氣溫濕度傳感器。該傳感器采用24V直流供電，能達到濕度±3%、溫度±0.5℃，測量范圍溫度-10～60℃、濕度0～100%。土壤溫濕度傳感器采用錦州風光環(huán)測有限公司生產的TDR-5型，其量程為0～100，精度±2%，輸出信號是4～20mA。

2.2數據采集部分

系統采用模塊化設計，由傳感器、單片機、控制裝置、計算機等組成檢測系統，傳感器將采集到的物理參量轉換為電壓并完成信號的處理，數據通過PS-232總線傳給GPRS發(fā)送模塊，同時數據保存在組態(tài)軟件數據庫中，實現實時查詢和歷史數據查詢[4]。

整個系統硬件包含3個主要部分：（1）控制單片機（MCU）。主控芯片為89C51單片機，傳感器采集到的土壤溫濕度、空氣溫濕度信號傳給單片機，經單片機處理后將信號輸出給GPRS模塊，并將GPRS模塊上傳的數據組裝成要發(fā)送的數據傳送給GPRS模塊，用于控制其他串口外接模塊的工作[5]。（2）GPRS模塊。它是系統的通信功能單元，是單片機與互聯網交換數據的橋梁、復雜單片機與互聯網的鏈接。（3）其他外圍工作單元，如LCD、采集數據的傳感器、A/D轉換器、調試鍵盤機接受衛(wèi)星定位信號的GPS模塊。數據采集系統基本構成見圖3。

2.3GPRS模塊

GPRS通信模塊采用集智達RemoDAQ-8554DTU。該模塊利用了CDMA網絡平臺實現數據信息的透明傳輸，還可以采用輔助手段實現DTU控制，組成用戶專用數據網絡。該模塊通過RS-232/485接口進行通信，數據終端一直在線，能夠對高速、協議數據進行傳輸，并且可以通過本地串口和遠程中心端圖形界面DTU實現參數的維護。

3監(jiān)控中心軟件設計

工控軟件系統設計中的數據都綁定在程序中，因此大多軟件在通用性和可擴展性方面較差，而且工作量大，開發(fā)周期長[6]。該系統軟件采用了組態(tài)的方式來實現，靈活多樣的組態(tài)方式能便捷地實現用戶界面的開發(fā)以及工程實現。先進的組態(tài)軟件能夠實現多數據采集，用戶可以隨意和各類硬件設備連接；多數組態(tài)軟件[7]提供的腳本語言，使系統功能得到擴充；組態(tài)軟件通過ODBC將數據導出。

3.1系統軟件設計

中心軟件為用戶提供可視化的監(jiān)測平臺，用戶通過監(jiān)測平臺能快速、實時、在線了解農田環(huán)境信息[8]。監(jiān)控終端與監(jiān)控主機端通過網絡連接后把數據實時發(fā)送到平臺，監(jiān)控終端若監(jiān)測到相應參數超過安全范圍會及時發(fā)送警報，用戶通過查看信息進行相應的動作反應。監(jiān)控終端主要程序流程如圖4所示。

3.2實時數據庫系統

本系統采用了力控組態(tài)軟件實現監(jiān)控，該組態(tài)軟件能對現場生產數據進行采集和控制。由于在生產監(jiān)控過程中需要將分布在不同地理位置的生產數據進行實時處理、存儲，因此就需要一個分布式的數據庫系統[9]。實時數據庫是由管理器和運行系統組成，運行系統能實現實時數據處理、歷史數據存儲、統計數據處理、報警、數據服務請求處理。實時數據庫應用如圖5所示。

4結束語

基于GPRS的作物生長環(huán)境監(jiān)控系統設計，以現代控制理論為基礎，具有可靠、實時、穩(wěn)定和低成本等優(yōu)點。高速的傳輸控制技術，能快速可靠地進行遠程監(jiān)測和監(jiān)控；先進的組態(tài)軟件系統的設計，實現了與第三方設備接口的通信，具有較強的可擴展性，是農業(yè)作物生長換件監(jiān)控的發(fā)展方向。

參考文獻：

[1]曹洪太，蘇曉峰，孫忠富，等.基于WEB和RS-485總線的分布式遠程環(huán)境監(jiān)控系統的實現[J].中國農學通報，2006，22（2）：392-396.

[2]徐寧軍，陳戰(zhàn)平，馮智偉.GPRS業(yè)務在自動氣象站網數據傳輸中的應用[J].氣象科技，2006，34（1）：112-115.

[3]韓斌杰.GPRS原理及其網絡優(yōu)化[M].北京：機械工業(yè)出版社，2003.

[4]李文.計算機監(jiān)控系統及發(fā)展趨勢分析[J].計算機應用與軟件，2003，20（6）：75-77.

[5]喬曉軍，沈佐銳，陳青云，等.農業(yè)設施環(huán)境通用監(jiān)控系統的設計與實現[J].農業(yè)工程學報，2000，16（3）：77-80.

[6]吳順鵬.組態(tài)軟件上位機監(jiān)控系統設計與開發(fā)[J].科技信息，2008（21）：67，87.

[7]張齊，周博慧.組態(tài)軟件實時數據庫的設計與實現[J].微計算機信息，2007，23（2/3）：161-163.

[8]宋清昆，孫元娜，王學偉，等.組態(tài)軟件實時數據庫系統的設計[J].自動化技術與應用，2008，27（1）：55-57.

[9]李瑞峰.實時數據庫設計的關鍵技術[J].中國科技信息，2008（7）：98-99.endprint

摘要：針對農業(yè)生產環(huán)境監(jiān)測存在采集參數少、網絡覆蓋小、信息共享等不足，采用計算機網絡技術、自動控制技術、移動通信技術、組態(tài)軟件技術等先進方法和手段，設計出具有數據采集、數據查詢、報警處理等功能的作物生長環(huán)境監(jiān)測系統，從而獲得農作物生長的最佳條件，克服傳統監(jiān)測的不足，達到農作物增產、品質改善和經濟效益增加的目的。

關鍵詞：GPRS；作物生長；環(huán)境監(jiān)測；組態(tài)軟件

中圖分類號：S126文獻標志碼：A文章編號：1002-1302（2014）11-0443-02

隨著無線通信網絡的不斷發(fā)展以及對無線網絡應用需求的大幅提升，基于GPRS的應用逐漸成為當前無線通信應用的主流。由于GPRS網絡的通信技術已經成熟，覆蓋面廣，利用GPRS無線通信方式來監(jiān)測作物生長環(huán)境參數，能夠實現現有資源的最大利用?，F有的農業(yè)環(huán)境監(jiān)測系統有在溫室大棚等封閉空間，或者在戶外，如山地、林場、牧場、大規(guī)模示范田等。由于受到空間和環(huán)境的影響，采集儀器不能合理布置，難以獲得農作物全面、實時的信息。因此，采用GPRS技術可以實現對傳感器的遠程數據采集、傳輸和監(jiān)控，使工作人員在監(jiān)控中心就能夠掌握全局，節(jié)省了人力和物力。

1系統整體結構設計

圖1顯示了基于GPRS遠程數據采集的基本原理，數據處理采集傳輸端、GPRS網絡通信系統、Internet服務器構成了系統框架。其中，數據采集端由單片機及外圍電路組成，采集終端由GPRSDTU無線通信模塊組成。首先數據處理采集傳輸端采集傳感器檢測信號，經過單片機調用程序處理后[1]，通過GPRS網絡通信中的ZWG-23A，使Internet（固定IP）服務器接收到處理過的數據信息，實現數據傳輸。此外，在服務器端口還要設計可以查看監(jiān)測數據的軟件，用戶可以通過讀取相關信息，對其進行分析。

2硬件設計

監(jiān)測終端的主要功能是將影響作物生長環(huán)境的空氣溫濕度、土壤濕度等相關監(jiān)測數據，通過傳感器和單片機進行采集、計算、分析之后，轉換成GPRS模塊能夠識別、接受的數據，然后通過無線傳輸方式傳送至服務器和監(jiān)控中心[2]。系統的硬件采用模塊化的設計方式，主要由信號采集電路、A/D轉換模塊、單片機模塊、電源保護電路以及用來無線數據傳輸的GPRSDTU模塊組成[3]（圖2）。

2.1傳感器

溫濕度傳感器采用昆侖海岸JWSL-6系列空氣溫濕度傳感器。該傳感器采用24V直流供電，能達到濕度±3%、溫度±0.5℃，測量范圍溫度-10～60℃、濕度0～100%。土壤溫濕度傳感器采用錦州風光環(huán)測有限公司生產的TDR-5型，其量程為0～100，精度±2%，輸出信號是4～20mA。

2.2數據采集部分

系統采用模塊化設計，由傳感器、單片機、控制裝置、計算機等組成檢測系統，傳感器將采集到的物理參量轉換為電壓并完成信號的處理，數據通過PS-232總線傳給GPRS發(fā)送模塊，同時數據保存在組態(tài)軟件數據庫中，實現實時查詢和歷史數據查詢[4]。

整個系統硬件包含3個主要部分：（1）控制單片機（MCU）。主控芯片為89C51單片機，傳感器采集到的土壤溫濕度、空氣溫濕度信號傳給單片機，經單片機處理后將信號輸出給GPRS模塊，并將GPRS模塊上傳的數據組裝成要發(fā)送的數據傳送給GPRS模塊，用于控制其他串口外接模塊的工作[5]。（2）GPRS模塊。它是系統的通信功能單元，是單片機與互聯網交換數據的橋梁、復雜單片機與互聯網的鏈接。（3）其他外圍工作單元，如LCD、采集數據的傳感器、A/D轉換器、調試鍵盤機接受衛(wèi)星定位信號的GPS模塊。數據采集系統基本構成見圖3。

2.3GPRS模塊

GPRS通信模塊采用集智達RemoDAQ-8554DTU。該模塊利用了CDMA網絡平臺實現數據信息的透明傳輸，還可以采用輔助手段實現DTU控制，組成用戶專用數據網絡。該模塊通過RS-232/485接口進行通信，數據終端一直在線，能夠對高速、協議數據進行傳輸，并且可以通過本地串口和遠程中心端圖形界面DTU實現參數的維護。

3監(jiān)控中心軟件設計

工控軟件系統設計中的數據都綁定在程序中，因此大多軟件在通用性和可擴展性方面較差，而且工作量大，開發(fā)周期長[6]。該系統軟件采用了組態(tài)的方式來實現，靈活多樣的組態(tài)方式能便捷地實現用戶界面的開發(fā)以及工程實現。先進的組態(tài)軟件能夠實現多數據采集，用戶可以隨意和各類硬件設備連接；多數組態(tài)軟件[7]提供的腳本語言，使系統功能得到擴充；組態(tài)軟件通過ODBC將數據導出。

3.1系統軟件設計

中心軟件為用戶提供可視化的監(jiān)測平臺，用戶通過監(jiān)測平臺能快速、實時、在線了解農田環(huán)境信息[8]。監(jiān)控終端與監(jiān)控主機端通過網絡連接后把數據實時發(fā)送到平臺，監(jiān)控終端若監(jiān)測到相應參數超過安全范圍會及時發(fā)送警報，用戶通過查看信息進行相應的動作反應。監(jiān)控終端主要程序流程如圖4所示。

3.2實時數據庫系統

本系統采用了力控組態(tài)軟件實現監(jiān)控，該組態(tài)軟件能對現場生產數據進行采集和控制。由于在生產監(jiān)控過程中需要將分布在不同地理位置的生產數據進行實時處理、存儲，因此就需要一個分布式的數據庫系統[9]。實時數據庫是由管理器和運行系統組成，運行系統能實現實時數據處理、歷史數據存儲、統計數據處理、報警、數據服務請求處理。實時數據庫應用如圖5所示。

4結束語

基于GPRS的作物生長環(huán)境監(jiān)控系統設計，以現代控制理論為基礎，具有可靠、實時、穩(wěn)定和低成本等優(yōu)點。高速的傳輸控制技術，能快速可靠地進行遠程監(jiān)測和監(jiān)控；先進的組態(tài)軟件系統的設計，實現了與第三方設備接口的通信，具有較強的可擴展性，是農業(yè)作物生長換件監(jiān)控的發(fā)展方向。

參考文獻：

[1]曹洪太，蘇曉峰，孫忠富，等.基于WEB和RS-485總線的分布式遠程環(huán)境監(jiān)控系統的實現[J].中國農學通報，2006，22（2）：392-396.

[2]徐寧軍，陳戰(zhàn)平，馮智偉.GPRS業(yè)務在自動氣象站網數據傳輸中的應用[J].氣象科技，2006，34（1）：112-115.

[3]韓斌杰.GPRS原理及其網絡優(yōu)化[M].北京：機械工業(yè)出版社，2003.

[4]李文.計算機監(jiān)控系統及發(fā)展趨勢分析[J].計算機應用與軟件，2003，20（6）：75-77.

[5]喬曉軍，沈佐銳，陳青云，等.農業(yè)設施環(huán)境通用監(jiān)控系統的設計與實現[J].農業(yè)工程學報，2000，16（3）：77-80.

[6]吳順鵬.組態(tài)軟件上位機監(jiān)控系統設計與開發(fā)[J].科技信息，2008（21）：67，87.

[7]張齊，周博慧.組態(tài)軟件實時數據庫的設計與實現[J].微計算機信息，2007，23（2/3）：161-163.

[8]宋清昆，孫元娜，王學偉，等.組態(tài)軟件實時數據庫系統的設計[J].自動化技術與應用，2008，27（1）：55-57.

[9]李瑞峰.實時數據庫設計的關鍵技術[J].中國科技信息，2008（7）：98-99.endprint