摘要：当前农业环境监测已经成为农业发展的重要内容,现有农业环境的监测设备与系统普遍存在着高能耗、低效益、覆盖面窄的现象,且农业环境监测数据的共享程度较低,在服务农业的职能上尚存在较大的发展空间。本文主要介绍当前基于无线通信协议的远程农业环境监测系统,剖析其工作原理,并从硬件设施与软件结构上阐述农业监测的具体实现方式。
关键词：远程控制；农业；环境监测
中图分类号：S126文献标识码：A文章编号：1007-9416(2016)01-0012-01
作者简介：李峰(1979—),男,汉族,山东日照人,大学本科,学士学位,职称：工程师,主要研究方向：环境监测
现代农业正在向着精细化生产的方向发展,这就要求能够精确测量农业环境中的温度、湿度等环境参数和相关的生产管理环节。基于无线通信协议(ZigBee)的传感网络与3G网络、因特网相结合的智能化环境监控系统能够有效的实现对农业环境的监测。这种局域远程控制的农业环境监控模式,实现了环境监测过程中的局域采集和广域覆盖功能。这种模式综合运用了计算机编程和数据库技术,实现了对设施农业环境持续监控,并能够在互联网上广泛共享相关的监测数据。
1农业环境监测系统的工作原理
农业环境监测系统主要由传感终端、协调器网关和监控中心三个部分组成,其中无限传感器网络的布设覆盖整个区域农业生产基地,也是远程控制的主要体现部分。在监测系统内部主要包含智能传感终端和协调器,协调器网关中嵌有协调器。考虑到终端设备对能源的消耗情况,在基于无线通信协议的网络中,设置结构为星型模式,能够更有效的实现对农业环境的监控。智能传感器终端是采集数据的主要设施;协调器网关主要负责传感器网络组建、路由维护和数据汇集,并负责无线通信协议与互联网各种协议之间的转换。而农业监测环境中的相关网络接口和设备均能与互联网兼容,用户可以通过个人电脑和只能手机登网络浏览器,对农业环境进行远程查询并获取相关的农业环境信息。
2农业环境监测系统中的硬件设施
2.1智能传感终端
智能传感器终端采用的是多种传感器组成的阵列模式,通过多种接口与微型控制平台进行信息传输,实现对温度、湿度、光照强度、水环境PH值以及二氧化碳浓度和现场图像信息等各种参数的监测。下图1就是农业环境监测系统的结构图。在这些硬件设施的运行中,可配置太阳能和普通电网的接口,进行能源供给,也配备了蓄电池等备用能源以保障监测系统的正常运行。
2.2协调器网关
协调器网关是负责无线通信协议网络下的传感器接入因特网的关键设施,主要由微控制器平台、ZigBee协调器模块、太网模块和3G模块组成。通常在实际运用领域,采用的微处理器平台有基于ARM9TDMI内核的S3C2440设备。这一型号的设备具有内存管理单元,能够实现多任务管理功能。
3监测系统的软件设施
3.1智能传感终端
在智能传感终端软件体系的设计中,可分为三层结构,最底层的为初始化程序,是只能传感终端上通电后最先执行的程序。拥有定时器、看门狗、通用I/O引脚以及转换器和通信接口;第二层是数字传感器,电池电量监控器、摄像头控制程序等控制程序。值得一提的是节能切换方案,它能够在正常运行条件下让传感器节约40%到50%的电能。其主要原理是根据传感器的能耗与不同的功能热证,将其工作的时间划分为不同的单元,在不同的单元使用相应的传感器,而将其他的传感器保持在休眠状态。设定一定的间歇时间,如此循环工作。第三层是无线数据收发程序,主要负责与协调器网关进行通信。
3.2协调器网关
驱动程序、Linux操作系统和应用程序是协调器网关软件的三个主要部分。其中驱动程序运用于初始化的硬件设备中,是在内核运行的引导代码。它能够在内存空间建立映射关系,为操作系统运行设置一个良好的环境。Linux功能齐全,能够内置TCP/IP协议,其拥有大量的源代码可以使用,在太网、3G和无线通信协议的收发程序上均可以有效运用,用于不同网络之间协议转换的实现。比如：在ZigBee协议与TCP/IP协议之间的转换就是采用多线程设计的方式,两个相互转换协议的收发线程,在协调器网关手法数据时,会根据状态字的变化触发相应的线程、在串口接受线程和TCP发送线程组成的数据上行,而TCP接受线程和串口发送线程则构成了下行通道,在数据的接受、缓冲过程中,可调用TCP发送线程,将传感器上的数据发送到农业监控中心。
3.3农业环境监测控制中心
整个农业环境监测控制中心是在C/S模型的基础上,使用工具设计和软件编程、框架和数据库系统构成的,负责进行系统管理和数据存储职能。同时能够为用户提供数据和图片信息的查询和下载服务。这就需要设置用户管理、农业设施管理、数据和协调器网关管理等功能。并能够基于数据库软件开发程序,面向对象化的进行程序开发。在农业环境监测中心,软件程序是服务端,而协调网关是客户端。
参考文献
[1]郭秀明,赵春江,杨信廷,李明,孙传恒,屈利华,王衍安.苹果园中2.4GHz无线信道在不同高度的传播特性[J].农业工检验医学论文程学报,2012(12).
[2]劳凤丹,余礼根,滕光辉,朱骏君.设施农业3G+VPN远程监控系统的设计与实现[J].中国农业大学学报,2011(2).收稿日期：2015-11-24
作者：李峰 单位：山东省日照市莒县环保局
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