作物需水信息无线监测系统与无线远程传输系统

作物需水信息无线监测系统与无线远程传输系统摘要：为了解决作物需水信息的快速获取和无线远程传输问题，提出并实现了一种作物信息无线监测系统。该系统由３部分组成，即PＴM一48M植物生理生态监测仪及所适配的传感器构成的数据采集与监测系统、GPＲＳDTＵ与GPＲＳ网络构成的无线数据传输系统以及数据存储和处理中心。为此,阐述了系统的整体结构,并从软硬件两方面描述了系统的设计及实现。结果实现了GＰＲSDTU和PTM一4８M植物生理生态监测仪的成功连接，且PＴM一48Ｍ连接多个传感器，可实时采集多个信息，进而实现了多通道作物需水信息的异地实时监测与无线远程传输。实践证明,该系统使用灵活，数据传输可靠。关键词:作物信息无线监测系统;传感器；ＧＰRS;无线数据传输0引言对作物需水状况进行准确、快速和可靠的评价,是以实时监测和诊断与作物需水状况密切相关的作物水分信息为基础的。作物水分信息采集不仅是实施灌溉决策和管理的重要基础，也是现代节水农业技术体系和精量灌溉工程系统的一个重要组成部分。先进、可靠的作物水分信息采集技术、数据传输技术与采集设备则是精准、快速和连续获取作物水分信息的基础保障。目前,作物水分的数据采集与传输多为有线方式,而无线的数据传输方式相对较少。本文所阐述的作物需水信息实时监测与无线远程传输系统即在不对PＴＭ一48Ｍ植物生理生态监测仪做任何改变的情况下，与GPRSＤTU成功连接，实现了多通道作物需水信息的异地实时监测与无线远程传输,为实时诊断作物水分状况提供了依据和保证随着农业科技的发展，以及国家对三农的的高度重视，特别是国家２01２农业国家一号文件颁发后。国家科技园、各大农业园区、农场等农业机构企业积极寻求在良种培育、节本降耗、节水灌溉、农机装备、新型肥药、疫病防控、加工贮运、循环农业、海洋农业、农村民生等方面的高新技术,力求突破现存的农业技术瓶颈,真正实现现代化农业。浙江托普仪器有限公司和浙江大学合作积极响应科技兴农政策突出农业科技创新重点，研发出农业物联网智能控制系统通过通过射频识别(ｒfｉd）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备等新型技术将农业和互联网连接起来提大大提高了农业生产的工作效率和精细管理，避免了“瘦肉精”、“毒辣椒粉”、“红心鸭蛋"等问题的再次发生，保证了食品的安全和产量.目前此物联系统已在全国多家科技园、示范园区、农场、科研所、院校等区域成功运行，技术稳定成熟,功能齐全.为在农业种植业、畜牧养殖业等领域的生产关键环节建立智能化控制、信息化管理的现代农业项目提供了强有力的技术支持。物联网的实施将大大提高国家推进科技创新增强农产品的步伐。农业物联网将开启农业生产腾飞的新篇章。托普农业物联网核心产品均属于自有品牌，自主研发生产。托普农业物联网系统主要包括三个层次：感知层:采用各种传感器（如温湿度、光照、CO2、风向、风速、雨量、土壤温湿度等)获取植物的各类信息.传输层：信息通过无线网络传输系统和信息路由设备传到控制中心,各个节点可以自由配对、任意监控、互不干扰。应用层：根据WSＮ获取植物实时生长环境.图温湿度、光照参数等,收集各个节点的数据,进行存储和管理实现整个测试点的信息动态显示,并根据各类信息进行自动灌溉、施肥、喷药、降温补光等控制、对异常信息进行自动报警。加装摄像头可以对每个大棚和整个园区进行实时监控。１系统总体设计框架本系统由FFM一48M植物生理生态监测仪与所适配的传感器构成的数据采集和监测系统、GPRＳＴU和GPＲS网络构成的无线数据传输系统以及数据存储和处理中心3部分组成。即PＴM一４８Ｍ所携带的土壤水分等各类传感器采集的数据信息通过串口通讯RＳ一232到GPRSDＴU；然后，ＧＰＲＳＤTU将数据打成ＩP包，并经GPRＳ空中接口接人无线GＰRS网络，由移动服务商转接到Inteｒｎeｔ,到教育网一校园网;最终通过各种网关和路由到数据中心，如图1所示。2系统构成及功能2。1数据采集与监测数据采集与监测主要使用PTM一48M植物生理生态监测仪及其适配的PIＲ一１光合作用辐射传感器（umoL／m2s）、茎流相对速率传感器（Ｒel．Unｉt)和茎干微变化传感器（uｍ)等１７个传感器,其主要功能就是完成各种信息和数据的采集与整理。PＴＭ～４8M植物生理生态监测仪是自动监测叶片CO:气体交换及蒸腾作用的四通道系统。此系统带有一套4个独创的自动开合叶室,叶室逐一运转.在开放的光合系统中,CO：的交换由ＣO：输出浓度(C。。)的降低量决定，次浓度的降低量是与引入的周围环境空气(Cｉ.)相比较得出的。2．2无线数据传输系统无线数据传输系统是ＧPRSDTU利用现有的ＧPRS网络、Iｎtｅmet网以及校园网所组成。GＰRS（通用无线分组业务)经过多年的发展已经日趋成熟，并有很多应用案例¨—s]。Intｅmet网以及校园网都是现有的和成熟的网络,参看文献[9—１1]。选用的ＧＦ一200８AW型GPＲSDTＵ内置西门子MＣ39i模块,主要由射频天线、内部Fｌａsｈ、SＲAM、GSM基带处理器、匹配电源和一个40脚的ZIF插座组成。GSM基带处理器是核心部件，用来处理外部系统通过串口发送AT指令；射频天线部分主要实现信号的调制和解调,以及外部射频信号与内部基带处理器之间的信号转换；匹配电源为处理器基射频部分提供所需的电源。MC３９ｉ模块的功能是将数据或命令通过与其连接天线发射出去，或接收远端数据中心发送的数据,再将接收到的数据或命令进行相应的处理后送人微控制器中。无线远程数据传输系统的主要功能是完成数据采集、监测系统和数据中心之间的数据传输。2.3数据中心数据中心是整个系统的操作、维护、处理、统计、分析和监管的中心，主要由具有互联网接人的服务器、PTM一48M操作软件及虚拟串口软件构成.本系统的服务器有固定的IP地址,并且做了端El映射。数据中心的主要功能是对各个传感器进行参数设置、数据存储与处理,以及数据查询、分析和下载.PTM一４８Ｍ植物生理生态监测仪的操作软件（ＰTM一4８MphotosyｎtｈｅｓisandTrａnspiｒａtionMｏnitｏr）对PTM一４８M初始化以及选配传感器的参数设置、数据查询和下载等。PＴM４8直接用RS2３２串口线和计算机通讯时TIＭEOUT只需几到几十毫秒,而通过GPＲＳ通讯时TIＭEOＵT一般需要3。2s，因此把ＰTＭ一４８M操作软件的TIMEOUT修改为８s。虚拟串口软件本质上就是一个“软件桥接器”，可以将PＴＭ48操作软件平滑移植到本系统中，而不需修改【ｌ引,可以将TＣP/ＩＰ连接和UＤＰ广播映射成本机的虚拟COＭ口，应用程序通过访问虚拟串口就可以完成远程控制和数据传输等任务。VSPＭ虚拟串口软件的设置：虚拟串口选择了COM4（与PTM一４８M选择同样的串口）,210。2７。94．１7６为数据中心（服务器）的IＰ地址，6００6是映射端口号。VSPM运行在Ｓerver模式下，将根据设置监听端口６006，并等待DTU发起的连接。２.４系统集成数据采集与监测系统通过公对公ＲＳ2３2串口线和无线数据传输系统连接,然后用TＴL网线连接接数据中心，实现系统集成，如图２所示。３、功能实现系统运行之后，虚拟软件和PＴM一４８M操作软件显示已有数据传输（如图3和图4所示)，证明本系统实现了GPＲＳDＴＵ和PＴM－4８M植物生理生态监测仪的成功链接；而ＰTＭ－４8M连接多个传感器,可实时采集多个信息，并实现了多通道作物信息无线监测系统与无线远程传输。本系统采用GPRS技术和虚拟串口技术,在不需要对ＰＴM一４8M做任何改造的情况下，减少了人力和物力的投入,节省了时间，并实现了系统集成.该系统首次在国内实现了ＰＴＭ一4８Ｍ植物生理生态监测仪的无线远程数据传输,并已经在西北农林科技大学米