基于嵌入式的智能移動棚室故障監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

劉 玲 王 雪 馬秀蓮 席桂清 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院 大慶 163319　楊德勇 黑龍江省大慶市紅崗區(qū)農(nóng)業(yè)開發(fā)辦公室 大慶 163511

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基于嵌入式的智能移動棚室故障監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

劉 玲 王 雪 馬秀蓮 席桂清 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院 大慶 163319楊德勇 黑龍江省大慶市紅崗區(qū)農(nóng)業(yè)開發(fā)辦公室 大慶 163511

【文章摘要】

本文以嵌入式開發(fā)技術(shù)為基礎(chǔ)，與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能監(jiān)控平臺相結(jié)合，以Microsoft Windows CE 6.0為操作系統(tǒng)，基于多Agent的智能化設(shè)計思想，實現(xiàn)了智能移動棚室故障監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)，最終實現(xiàn)了各種溫室大棚的農(nóng)作物在生長過程中各種要素的實時監(jiān)測。

【關(guān)鍵詞】

嵌入式；多Agent；傳感器網(wǎng)絡(luò)；無線傳輸

0　引言

本文中設(shè)計了一種基于嵌入式的智能移動棚室故障監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用以S3C6410處理器為核心的ARM11開發(fā)平臺，基于WinCE6.0操作系統(tǒng)，用無線傳感器采集溫室數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了對溫室大棚內(nèi)溫、濕度的自動控制。實驗結(jié)果表明其具有開發(fā)周期短、內(nèi)核完善、圖形界面友好等優(yōu)點。

1　基于嵌入式的硬件設(shè)計

基于嵌入式的智能移動棚室故障監(jiān)測系統(tǒng)是由上位機以及下位機兩個部分組成的：上位機是一個基于Xscale-WinCE嵌入式的硬件環(huán)境以及用戶應(yīng)用程序界面；下位機是一個基于超低功耗單片機TI—MSP430芯片的數(shù)據(jù)信號采集系統(tǒng)。現(xiàn)場設(shè)備上安裝的多路傳感器直接連接到下位機的信號調(diào)理部分，經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換并由MSP430打包后通過串口發(fā)送到上位機。上位機的數(shù)據(jù)管理部分，其主要作用是接收下位機所采集的數(shù)據(jù)包，并經(jīng)一系列數(shù)據(jù)處理后向用戶界面和圖形顯示構(gòu)件提供分析和顯示的數(shù)據(jù)。

2　傳感器節(jié)點設(shè)計

圖1　智能移動棚室故障監(jiān)測體統(tǒng)主界面

智能移動棚室故障監(jiān)測系統(tǒng)需要采集空氣溫度、空氣濕度、土壤溫度、土壤含水量、空氣中二氧化碳濃度和光照強度等六種環(huán)境因素的參數(shù)，所以需要很多種類的傳感器來采集相關(guān)數(shù)據(jù)。

2.1溫度型節(jié)點

溫度是提供作物生長的最基本的要素，通過影響酶的活性來可以影響作物的各種生理性活動，對作物生理性改變有著很重要的影響。

由于溫室大棚溫度上限低于150oC，所以本設(shè)計采用數(shù)字式溫度傳感器，無需校準(zhǔn)和標(biāo)定。這樣即可以測量空氣溫度，也可以接保護外殼后測量土壤溫度。為消除溫度漂移的影響，設(shè)計將穩(wěn)壓二極管，熱敏電阻，可調(diào)電位器接到運放電路，該放大電路負(fù)端與電路輸出端相連，采用差溫控制方法控制溫度。

2.2濕度型節(jié)點

土壤的濕度直接決定著農(nóng)作物在生長過程中的水分供應(yīng)狀況。土壤濕度超過正常范圍，作物的光合作用不能正常進行，農(nóng)作物根系呼吸、生長基本活動受到阻礙，作物的產(chǎn)量和品質(zhì)下降。

對于土壤濕度測量，本設(shè)計采用SWRZ型土壤濕度傳感器對土壤水分進行定點的長期監(jiān)測，土壤含水量通過自變量為電壓的三次多項式計算得到。

本設(shè)計采用高分子電容式傳感器HS1101 和555定時器組成空氣濕度測量電路。該電路在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下不需要校正，具有完全互換性，穩(wěn)定可靠，響應(yīng)快的特點。

2.3光照強度型節(jié)點

光照條件直接影響著作物的生長發(fā)育，是作物生長的決定要素之一，尤其是在反季節(jié)生產(chǎn)中，直接影響作物的營養(yǎng)生長，對作物葉片的排列方式、形態(tài)結(jié)構(gòu)以及生理性狀有明顯的作用。

該智能移動棚室故障監(jiān)測系統(tǒng)選用的是LT/G光照傳感器，可實現(xiàn)對環(huán)境光照度的測量，測量上限超過1×106lux，測量下限低于0.2lux，安裝方便，線性度好，抗干擾能力強，可輸出電流或者電壓信號。

3　智能移動監(jiān)控平臺的設(shè)計

3.1系統(tǒng)主界面的設(shè)計

主界面的設(shè)計以簡單明了的風(fēng)格為主，由系統(tǒng)名和菜單組成。如圖1所示。

3.2數(shù)據(jù)傳輸Agent的實現(xiàn)

其中數(shù)據(jù)傳輸Agent主要負(fù)責(zé)將傳感器采集的數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫，并能夠?qū)崿F(xiàn)定時獲取診斷源數(shù)據(jù)值，如每10秒或20秒獲取一次空氣溫度、濕度、土壤溫度、含水量等數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫中存放的數(shù)據(jù)將作為顯示、監(jiān)控、診斷、數(shù)據(jù)管理等Agent功能實現(xiàn)時的數(shù)據(jù)支撐。

3.3數(shù)據(jù)顯示Agent的實現(xiàn)

數(shù)據(jù)顯示Agent將實現(xiàn)數(shù)據(jù)在窗口中的顯示。預(yù)參數(shù)如下：空氣溫度、空氣濕度、土壤溫度、土壤含水量、空氣中二氧化碳濃度以及光照強度。使用儀表控件進行分別顯示，并能夠在數(shù)據(jù)的分時輸入進行實時顯示。

3.4數(shù)據(jù)實時監(jiān)測Agent的實現(xiàn)

數(shù)據(jù)實時監(jiān)測Agent的處理將采用兩種方式。一種是系統(tǒng)定制好的故障預(yù)警處理方法，主要實現(xiàn)各參數(shù)的值是否在正常區(qū)間內(nèi)，并在簡單結(jié)果顯示界面中顯示。

診斷按照故障源測試值與故障源的最大值最小值作為標(biāo)準(zhǔn)。如果在正常顏色區(qū)間內(nèi)即為正常，即RGB顏色為（0，255，0）。舉個例子溫度正常值（15-25）綠色（0，255，0）如果如溫度測試值為30度，高于正常值5度則，表示紅色的分量就等于5*255/（100-25），表示綠色的顏色分量值相對應(yīng)減少；如溫度測試值為5度，低于正常值10度則，表示藍(lán)色的分量就變化為10*255/（100-15），表示綠色的顏色分量值也相對應(yīng)減少。

4　結(jié)論

本文中設(shè)計的智能移動棚室故障監(jiān)測系統(tǒng)，是以嵌入式開發(fā)技術(shù)為基礎(chǔ)并與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能監(jiān)控平臺相結(jié)合，以Microsoft Windows CE 6.0為操作系統(tǒng)，基于多Agent的智能化設(shè)計思想，除實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的處理、顯示、傳輸?shù)然竟δ芡猓€實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的存儲、分析處理、故障監(jiān)測、維修決策支持等功能，使該系統(tǒng)能對分散在不同地點的不同種類的棚室設(shè)施農(nóng)業(yè)設(shè)備的運行參數(shù)（如空氣濕度、棚室溫度、土壤濕度、土壤含水量等）進行相關(guān)的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ埽罱K實現(xiàn)了各種溫室大棚的農(nóng)作物在生長過程中各種要素的實時監(jiān)測。

【參考文獻】

［1］李敏，孟臣.溫室大棚計算機測控系統(tǒng)的研制［J］.計算機與農(nóng)業(yè).2001（06）

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［4］李立揚，王華斌，白鳳山.基于ZigBee和GPRS網(wǎng)絡(luò)的溫室大棚無線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計［J］.計算機測量與控制2012（12）