農藥殘留傳輸終端的設計與實現

張軼

摘 要 本文結合農業大棚環境信息監控的需要，設計了基于單片機的農藥殘留傳輸終端系統。該系統采用GPS技術定位大棚所在的位置，通過RS232與農藥殘留檢測儀相連，采集農藥殘留情況，通過GPRS技術與Web端進行通信，可傳輸大棚溫度、濕度、光照等環境信息，也用于傳輸該大棚的農藥殘留信息，給出了系統的硬件架構和關鍵技術的流程圖。試驗表明，系統具有成本低，可靠性高，可用性強的優點，具有一定的應用前景。

【關鍵詞】農藥殘留 GPRS GPS RS232

1 引言

近年來，隨著科技的發展，農村經濟也發生了飛躍式的變化，科技保障了農業生產的質量，也帶來了一定的隱患。生產者為了獲得更高的經濟效益，大量使用農藥來提高產品的質量。農藥對促進農業增產有極其重要的作用，但由于農藥本身固有的化學屬性和對其使用不當，導致農產品農藥殘留嚴重超標，嚴重危害到廣大人民群眾的身體健康。

在眾多安全問題中，蔬菜農藥殘留是城鄉居民關注的熱點，蔬菜農藥殘留原因除環境污染、農業生產設備落后、檢測體系不完善等之外，最主要的是農業生產與運輸過程中的人為因素。蔬菜大棚種植技術是一種比較常見的技術，它具有較好的保溫性能，在任何時間都可吃到反季節的蔬菜，深受人們的喜愛，對環境信息如空氣溫濕度、土壤溫濕度、光照強度等的準確采集是蔬菜大棚高產的必要條件，目前的大多數市場環境采集終端雖可以采集環境信息并傳輸給遠程服務器實現遠程監控，但不具有同時采集農藥殘留的功能，目前國內有很多大棚蔬菜種植基地，分布在不同物理區域，為了更好的集中管理，本文設計的系統具有物理位置采集的功能，同時為不同地域，不同環境種植的蔬菜進行大數據分析奠定了基礎。

2 系統架構

本文設計的農藥殘留傳輸終端的核心板采用LPC2132微控制器，它是基于一個支持實時仿真和嵌入式跟蹤的16/32位ARM7TDMI-S CPU，最大操作時鐘為 60MHz。并帶有 64kB 嵌入的高速 Flash 存儲器和 16kB 的片內 SRAM。 大大簡化了整體應用系統的復雜程度。超小的 LQFP64 封裝很很低的功耗使得 LPC2132 非常適合通信網關，協議轉換器，軟件 MODEM，語音識別，低端成像等應用，為這些應用提供大規模的緩沖區和強大的處理功能。多個 32 位定時器，兩個標準 UART 口，10 位 DAC，PWM 通道，SPI 通訊接口，47 個 GPIO 以及多達 9 個邊沿或電平觸發的外部中斷使得他也特別適用于工業控制應用。

終端結構如圖1所示。終端的功能主要包括溫濕度、光照強度、CO2濃度等環境信息采集； GPS位置信息采集；按鍵設計；農藥殘留信息采集；通過GPRS與Web服務器進行通信功能。

3 關鍵功能實現

終端的程序開發采用開發環境ADS（ARM Developer Suite） 它是ARM處理器下最主要的開發工具。ADS是全套的實時開發項目的軟件工具，ADS主要由編譯器、鏈接器、符號調試器、armar（庫函數生成器）、CodeWarrior（集成開發環境IDE）、調試器和C，C++庫組成。

3.1 GPS位置采集與處理

本文采用GPS技術來自動定位蔬菜大棚的位置，采用的GPS模塊最多可同時接收20個衛星，重新抓取的時間為0.1秒，數據接口：VCC、GND、TXD、RXD ，通過串口與微處理器相連。由于本文設計的終端需要占用系統自帶的兩個串口，所以GPS位置采集需要通過I/O口采用軟件的方式來模擬物理串口，P0.11為接收管腳，配制為CAP1.1通過捕獲其下降沿并產生中斷，中斷初始化的代碼如下所示：

void interrupt_init（void）

{

VICIntSelect = 0x00000000； // 設置所有通道為IRQ中斷

VICVectCntl2 = 0x20|0x05； // 分配軟串口中斷通道

VICVectAddr2 = （unsigned int）IRQ_SimuUart；//設置軟串

口向量地址

}

IRQ_SimuUart中斷處理程序的流程圖如圖2所示。

使用模擬串口向GPS模塊發送指令的流程圖如圖3所示。

3.2 GPRS與服務器通信

PTM100 是一款超小尺寸 GSM/GPRS 模塊。體積只有 38mm*29mm*3mm。內嵌 TCP/IP 協議，支持數據透明傳輸，使無線終端與服務器之間的數據傳輸變得極其簡單，可廣泛應用于監控系統、遙控遙測系統、無線POS機等。部分AT指令定義如下：

#define ATE0 "ATE0＼r＼n" //關閉回顯

#define AT "AT＼r＼n" //測試串口是否工作正常

#define SIM "AT+ESIMS？＼r＼n" //測試SIM卡是否正常

#define CONNECT "AT+COPS？＼r＼n"http://測試是否連接網絡

為了方便對終端設備的設置以及服務器遠程IP地址、端口號的變化，系統通過將管理員的號碼存儲到終端的SIM卡，通過管理員向終端發送短消息來改變終端設置。GPRS功能模塊初始化代碼流程圖如圖4所示。

當需要發送給遠程服務器的數據準備好后，通過TCP/IP進行連接與傳輸。本文設計的終端如果第1次發送失敗會再連續連接并發送2次，并通過調用led_on（）與led_off（）函數改變GPRS模塊對應LED燈“亮”與“滅”，用于提示用戶目前系統的故障原因。發送數據的重要AT指令如下：

AT^CIPSTART=TCP，121.42.144.101，2020//連接到服務器 AT^CIPSEND=EE#T：24.2#CO2：0.12 //發送字符數據

AT^CIPCLOSE //關閉連接

3.3 農藥殘留信息采集

RP-420型儀器是農藥殘毒快速檢測儀，它可以獨立檢測樣品，有RS-232接口，可以與終端連接。可進行數據采集、數據處理、數據存儲、打印結果等管理工作。其統計功能非常完善，可對一定時間內的各種樣本的合格率，樣本類別，樣本來源等進行統計。

初始化連接RP-420的RS-232接口，設置波特率為19200，設置8位數據位，1位停止位，無奇偶校驗。當發送數據按鈕被按下時，調用getData（）方法讀取RP420農藥殘留數據，測量數據都是整數形式，需還原成實際的吸光度（×0.001）或抑制率（×0.1%），所有的數據格式都是3個字節，第一個字節是符號位，用0X00表示正，0X80表示負，第2、3字節是整數型值，低位在前，高位在后，讀取的流程如圖5所示。

4 結束語

本文設計的農藥殘留傳輸終端系統，效果圖如圖6所示。

終端結合GPRS、GPS技術，實現大棚定位，環境信息讀取，農藥殘留信息傳輸，在核心版串口不足情況下，本文介紹了使用普通I/O口實現模擬串口的方法；管理員可通過短消息方式隨時改變終端的設置信息，以及很好的適應連接服務器的IP地址變化。具有很好的適用價值。

參考文獻

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