基于GPRS與無線傳感器網絡的農田環境監測系統設計

楊宇紅　彭春富

摘 要為了提高農田的利用效率，在種植的過程中應當合理的應用農田環境信息技術，實現農業的精準施肥、灌溉，本文基于農田的覆蓋面積，設計采用了基于GPRS與無限傳感網絡的農田環境信息檢測系統，以此來實現農田環境的信息遠程監測。

【關鍵詞】農田環境信息監測 GPRS 無線傳感器

1 農田環境信息監測系統的簡要介紹

在應用農田環境信息監測系統的時候，能夠有效的實現農田種植的精準性，將復雜的農田系統與信息技術結合在一起，以最低的投入實現高效的農田種植，同時還可以實現農田環境的最高利用，利用各類的農業資源獲取最好的經濟效益以及環境效益。

在農田種植的過程中，農田的覆蓋面積普遍較大，種植的環境相對較差，導致在農田種植的過程中就無法廣闊的開辟農田信息的獲取途徑，并且在無形之中導致了農田種植信息采集的高成本，對農田耕作造成較大的影響，在這一問題的影響下，使用無線傳感網絡可以開辟一個全新的信息獲取以及無線通信的平臺，借此來實現各類農田環境信息的采集以及收集。

在應用無線網絡GPS/GSM技術實現遠距離通信的時候工作效率較高，但是也村子著網絡延時的問題，只是適用于農田數據傳輸量較小的情況，并且在實施農業信息系統的時候要求實時性較低，但是在應用ZigBee無線傳感網絡數據傳輸的時候可以實現長距離、大范圍的布置傳感器節點，借此來對農田種植中的各種信息，例如：土地PH值、空氣溫濕度、光照強度以及土壤溫濕度等等進行短距離以及長距離的通信，逐漸將數據采集廣泛的應用在農業控制領域中，不斷的提高農田的收成率。

2 在農田檢測系統應用ZigBee無線傳感器的設計原理以及設計結構

農田檢測系統呢主要是由ZigBee無線傳感器、嵌入GPRS的ARM網關以及上位機軟件構成，其中ZigBee無線傳感器位于核心地位，控制農田中設置的多個測量土壤PH值傳感器、空氣溫濕度傳感器、光照傳感器以及土壤溫濕度傳感器等等，這樣可以將農田中有關種植的信息數據采集、數據處理、數據存儲，并向協調器傳遞數據信息，在農田信息監測系統中，ARM網關集成了ZigBee無線傳感器和GPRS模塊，借助協調器實現了微型傳感器的節點的采集，并借助網關實現與網絡系統中各個節點之間的信息交互，同時將數據分享到遠程監控中心。

上位機軟件以及服務器可以從ARM網關中接收到各類型的信息，并對所接收的信息進行數據解析、處理、查詢、統計以及查詢，同時還可以將各類型的數據制作成圖表，并通過向各個傳感器節點傳輸控制命令來實現對各類型的傳感器進行參數設置，使得每一個農田檢測系統的使用者可以在任何時間地點都登陸服務器獲取想要的服務，也就是在線的實現對農田監測信息系統中存儲的信息并進行遠程的參數設置。

3 農田監測系統的硬件結構設計

3.1 針對微型傳感器節點的設計

微型傳感器在農田信息檢測系統中主要負責農田環境信息的采集，并將獲得的信息轉化為數字信號，進行下一步的傳遞與處理。在設計微型傳感器節點結構設計的時候，必備的設備就是傳感器、信號調理電路、A/D轉換器、微型處理器、射頻通信以及電源模塊，在必備設備的基礎上，針對微型處理器的不同應用用途（例如：土壤PH值、空氣溫濕度、光照強度以及土壤溫濕度等等）實現進一步的微型處理器的結構完善，在結合實際用途的過程中，對微型處理器的能量消耗、測量范圍以及精度等基本使用屬性進行完善。

有效的處理好微型處理器結構的之后，在農田監測系統運作的過程中就能夠在各個節點之間實現相互協作完成對農田環境信息的全方位手機，并將收集到的所有數據匯集到無線傳感器的網絡協調器中。

3.2 ARM網關的結構設計

在進行ARM網關硬件結構設計的時候，必要的結構設備就是ZigBee協調器、GPRS模塊以及ARM控制器這三部分，并且ZigBee協調器是其中最核心的部位，并在協調器的部分設置一定數量的接口，最常用的接口就是串口以及通用的IO接口，總體看來，微型處理器與ARM網關硬件結構在一定程度上具有相同性，但是在軟件系統的應用上存在一定的差異，其中GPRS模塊結構選擇的是集成的SIM300模塊，內部應用的是TCP/IP協議，在運轉的過程中支持AT指令的運行，而ARM控制器的主要功能就是協調ZigBee協調器以及GPRS/GSM實現了信息之間的交互以及處理，同時利用串行口以及存儲器實現更多功能模塊的接入。

4 農田環境監測系統的軟件設計

4.1 ZigBee網絡數據采集以及傳輸程序的設計

微型傳感器采用的數據采集方式是在ZigBee 2010 PRO協議棧的基礎上完成的，一旦完成了ZigBee網站之后，微型處理器能夠通過各個節點對農田環境信息數據機進行周期性的收集，在每次信息收集完成之后，就會自動的進入到休眠的模式，這樣可以降低長時間運轉的能量消耗，降低了農田環境監測系統的運轉成本，在數據收集完成之后，將所有搜集到的數據進行整體打包，通過樹形拖布結構將數據包發送到ZigBee網站中。

4.2 上位機軟件設計

在進行上位機軟件設計的時候，是在Windows操作系統以及Qt應用開發框架的環境內實現的，上位機軟件的主要功能包括了數據管理以及遠程信息監控。

在進行數據管理模塊設計的時候，應當合理的兼顧數據接收、解析以及存儲處理等功能，其中，關于數據接收功能設計的時候采用的技術是Socket技術，并在服務器端口的輔助下將所收集到的數據傳輸到數據庫中，同時還要使用數據幀協議進行解釋。

而在進行信息檢測模塊設計的時候，要兼顧數據顯示、信息查詢以及圖標自動生成的功能，這樣能夠提高農田環境監測系統用戶對于環境信息的瀏覽以及查詢服務的質量。

參考文獻

[1]熊攀.基于ZigBee和GPRS的無線環境監測系統[D].湖北大學，2014.

[2]劉堅，陶正蘇，陳德富，等.基于GPRS的環境監測系統的設計[J].自動化儀表，2009，30（2）：30-32.

作者單位

1.常德職業技術學院信息技術系網絡教研室 湖南省常德市 415000

2.常德職業技術學院信息技術系軟件教研室 湖南省常德市 415000