基于GPRS的LED屏信息發布系統及在設施農業氣象服務中的應用*

劉德義 黎貞發 李 春

(1.天津市氣候中心，天津 300074;2.東麗區氣象局，天津 300300)

1 引言

目前，設施農業的發展已成為我國農民增收的重要舉措和農業增效的有效途徑［1］。但強降溫、降雪、低溫寡照等氣象災害始終伴隨在設施農業生產之中，嚴重制約著設施農業的安全生產和發展。在因氣象災害所造成的設施農業損失中，相當部分源于氣象災害預警信息的傳播不暢。近年來，手機短信、12121固定電話、有線電視、氣象網站、氣象頻道等預警信息發布手段得到了不同程度的應用，但是上述手段都無法實現氣象災害預警信息在農村地區覆蓋［2］。

無線LED信息顯示屏是一種全新的信息媒體，其“流動”顯示和聯網信息發布的特點成為一種全新的廣告媒體。利用基于GPRS技術更新LED的發布信息，極大的提高了LED顯示屏的使用范圍，將基于GPRS網絡的LED顯示屏發布系統應用于農業氣象預報、預警信息的發布很好的解決氣象預警信息發布“最后一公里”問題。LED氣象預警信息顯示屏提高了氣象預警信息服務的時效，擴大了氣象預警信息服務的覆蓋面，有效的為各級政府和社會各界提供了重要的防災減災科學依據。本文建立基于GPRS的大容量LED顯示屏的設施農業氣象信息發布系統，該系統利用Internet和GPRS網絡，實現了對LED顯示屏系統中的氣象預警信息的遠距離無線更新，并將該系統應用于設施農業氣象信息的發布與預警服務系統中。

2 系統的工作原理

該系統的工作原理如圖1所示:待傳輸的數據首先由遠程PC發送至Internet網絡，通過GPRS網關進入GPRS網絡，與GPRS模塊進行無線通信［3］，最后存儲在儲存器中，通過單片機控制器將數據調出，并由LED顯示屏顯示出來，從而完成了LED顯示屏的無線數據更新。具體的實現過程如下:

圖1 數據傳輸、更新和LED屏顯示

首先，由手機卡模塊主動發起連接:即TE向模塊發送 AT指令設置相關參數，并激活 PDP(Packet Data Protocol)上下文，建立模塊與外部數據網的通路。然后，TE控制模塊進行PPP協議的協商 (LCP、PAP、IPCP)。協商結束后，由GGSN分配一個動態IP地址給模塊，至此系統的數據鏈路已建立完成。最后，基于ICP/IP協議，通過Socket建立手機卡模塊到遠程PC機的透明傳輸，模塊接收從遠程PC機發送的數據并寫入TE，TE將數據處理后，顯示到LED顯示屏上。

3 系統硬件設計

系統的基本硬件構成如圖2所示，GPRS模塊用來接收遠程PC無線傳送的大量數據，并把接收到的數據經過RS232串口存儲在系統存儲器中，通過程序對存儲器中的數據進行調用，主控制器將需要顯示的數據寫入FPGA，進行FPGA動態掃描，最終顯示在LED顯示屏上。

本系統的GPRS模塊選用WAVCOM公司生產的M1206B模塊，該模塊支持內嵌的TCP/IP協議，并支持RS232串行傳輸，可以通過AT指令對其進行遠程控制。主控制器選用ARM9，以FLASH存儲器M25P16、SDRAM存儲單元 6224、電源、雙口RAM、FPGA等外圍電路接口。系統中存儲器FLASH M25P16是一個16Mbit的大容量存儲器，主要用于GB2312字庫及更新的文本信息的存儲。外部RAM62256存儲空間為8192byte，在系統中起到暫存及緩存數據的作用。

4 系統軟件實現

4.1 單片機ARM9工作流程

AT(Attention)指令集是從終端設備 (Terminal Equipment，TE)向終端適配器 (Terminal A-dapter，TA)發送的通信語言。通過AT指令，用戶可以對模塊完成呼叫、登陸、GPRS數據業務等方面的控制。單片機上電后，首先對模塊及串口初始化，再進行以下兩步工作:

圖2 系統硬件

(1)將手機模塊附著 (Attach)在GPRS網絡上，把移動終端的信息登記到GGSN;

(2)PDP(Packet Data Protocol)上下文激活，激活IP協議。接下來，通過一系列的AT指令對GPRS模塊進行配置工作。

我們可以通過以下步驟使用M1206B內置的TCP/IP協議棧來實現對目標服務的訪問［4］:

AT+CGATT=1∥對模塊進行GPRS附著，

AT+CGDCONT=1，″IP″，″CMNET″［5］ ∥定義PDP上下文，設置GPRS接入網關為移動夢網，

AT+CGACT=1∥激活PDP上下文;

AT%CGPCO=1，″PAP，，″，1 ∥用戶名、密碼認證;

AT S|NOSLEEP=1∥防止串口休眠，

AT S|DESTINFO= ″xxx xxx xxx xxx″，1，xx，0∥IP 端口連接 (這里″xxx.xxx.xxx.xxx″，1，xx.0指的是遠端的一個公網的IP地址及其端口號)，

ATD*97#∥撥號建立連接當模塊使用命令“ATD*97#”撥號建立起連接以后，會返回一個“Wait Socket Open”，然后模塊被分配一個移動公司內部的虛擬IP地址，并被分配一個Internet網的臨時IP地址和端口號，通過網關和外網建立起連接。撥號成功后，就可以接收 Internet網上傳來的數據了。

4.2 遠程PC應用程序設計

在方案中已提到，在系統數據鏈路建立完成后，可通過Socket通信功能與Internet的遠程PC進行通信。遠程PC的應用軟件是通過MFC框架來進行編程的。MFC提供了 CAsyncSocket和 CSocket兩個類來封裝 WinSock API，從 CAsyncSocket類中派生出CSocketServer、CSocketClient兩個新類，并重載OnReceive()、OnAccep()等函數，用來發送和接收數據。

圖3 遠程應用軟件發送界面

5 系統應用及結論

利用上述系統構建基于LED屏的天津市設施農業氣象預警發布系統，在寶坻、靜海等5個設施農業示范園區建立農業氣象信息顯示屏，建立相應的業務流程、值班制度，24小時實時進行數據更新。該系統主要發布天氣預報、設施農業氣象預報、預警信息、農業生產知識、蔬菜價格等信息。該發布系統拓展了設施農業氣象信息發布的渠道，提高了設施農業氣象業務產品的科技含量，為農民應對農業氣象災害，減少經濟損失，防災減災，提高生產效益。系統經過半年的試運行，運行狀態良好。基于GPRS的LED屏的氣象預警信息發布系統由于其時效性強，速度快，服務具有針對性，可實現在第一時間將突發氣象災害應急預警信息傳送到農民手中，提升農民防災減災的意識和能力，最大限度地減少氣象災害造成的財產損失，切實提高公共氣象服務能力。

［1］李明財，黎貞發，李春.中國設施農業氣象服務現狀與前景分析 ［J］.現代農業科技.2009， (16):214～215

［2］張迪，李澤椿，施培量等.氣象災害預警信息廣播系統總體設計與信息編碼研究 ［J］.中國工程科學.2009，11(9):9～12

［3］張公禮，孔超，龔冰心.基于GPRS的LED顯示屏的無線數據更新系統 ［J］.電視技術.2008，48(10):103～106

［4］成春旺.監控系統中基于GPRS的無線數據傳輸系統的研究與實現 ［D］.北京:北京郵電大學.2006

［5］李秀紅，黃天戍，朱林 等.嵌入式Internet中GPRS和SMS技術的實現 ［J］.電子科技大學學報.2007，36(4):763～766