農業環境無線遠程監控關鍵技術研究

林逢升 付祥

摘要：為了最大限度地提高農業環境信息數據獲取結果的全面性和完整性，文章提出一種切實可行的無線遠程監控系統設計方案。首先，在移動通信網絡技術的應用背景下，采用無線遠程傳輸的方式，將監控現場相關數據直接發送到服務器中。其次，通過綜合利用網絡數據庫和互聯網等相關技術，為用戶提供強大數據遠程管理功能。結果表明：該文所設計的農業環境無線遠程監控系統運行正常、可靠、穩定，各個功能模塊實現滿足設計相關要求，符合實際應用需求。希望通過這次研究，為相關人員提供有效的借鑒和參考。

關鍵詞：數據采集;遠程監控;傳感器;GPRs/CDMA;農業環境

中圖分類號：TP311? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）11-0030-03

目前，大量農業環境監控技術在具體的運用中主要采用現場封閉方式或者有線通信方式以實現遠程控制的目的。這兩種方式在控制農業環境方面均存在很大的缺陷和不足。而農業環境無線遠程監控系統的設計和應用可以從根本上解決以上問題，通過設計和應用該系統，不僅可以實現對各個偏僻場點農業環境信息數據的高效化、智能化監控，還能提高現場信息遠程傳輸的效率和效果，為促進農業健康、可持續發展提供重要的平臺支持。這一系統的設計充分利用了農業環境無線遠程監控關鍵技術，因此，加強對該技術的分析和研究顯得尤為重要。

1 系統使用的關鍵技術

1.1 RS—48總線技術

RS—48總線技術作為一種常用的數字式通信網絡技術，內部使用了一種收發器設備，該設備綜合運用了以下兩種方式，一種是平衡發送方式，另一種是差分接收方式。其中，平衡方式在具體運用中需要借助接收端，對差分信號進行處理[1]，使其轉變為相應的TTL電平，因此，該方式在抑制共模方面具有重要作用。通過將RS—48總線技術科學地應用于農業環境無線遠程監控系統中，可以將采集好的遠程數據安全、可靠地傳輸于相應的終端上。通過借助RS—48串行總線向現場測控設備發送相應的遠程數據，以保證現場傳感器測控效率和效果。

1.2 GPRS無線通信技術

目前，GPRS無線通信技術發展比較成熟，成千上萬個運營商成功實現了對GPRS商用系統的開通，該技術在具體的運用中主要使用以下多種GPRS組網方式：（1） 公網固定IP方式。當主機成功接入公網后，可以形成龐大的Internet網絡[2]，通過該方式，終端機與GPRS之間會自動建立起相應連接，從而獲得相應的IP地址。然后，向主機發送相應的IP地址，確保主機與終端機之間能夠建立起良好、穩定的通信關系。該方式具有通信性能良好、組網操作簡單、運行效率高等特征。（2） GPRS動態IP方式。該方式在具體運用中需要將GPRS接入相關系統內，確保GPRS與服務器之間建立起有效連接，從而快速獲得相應的動態IP地址。遠程監控終端主要采用了域名尋址的方式[3]，從多個DNS服務器上找到相應的主機動態IP，以保證連接建立的穩定性和可靠性。（3） GPRS專線方式。該主機通過利用GPRS網絡實現對固定IP地址的設定，該方式具有數據可靠性高、通信性能高、系統建設成本低等特點。

1.3 傳感器測試技術

傳感器測試技術主要是指嚴格按照相應的規律，對被測量進行測定，然后，將對所測定的被測量進行轉換處理，使其直接轉換為相應的器件或裝置，該器件或者裝置主要用于對各種信號的輸出。此外，該裝置主要由以下兩個元件組成，一種是敏感元件，另一種是轉換元件。其中，敏感元件作為一種被測量部分，可以被傳感器所直接測量[4]。轉換元件主要是指借助傳感器對敏感元件的輸出信號進行直接處理，使其轉變為相應的電信號部分，該電信號部分具有強大的傳輸功能和測量功能。傳感器技術作為一種常用的信息技術，被廣泛地應用于農業環境無線遠程監控系統中，并取得了良好的應用效果。

2 系統設計方案

在充分結合農業多樣性以及地域廣闊性的基礎上，本文提出了一套切實可行的系統設計方案，該方案在改進和優化相關技術的前提下，開發了一款功能強大、適用性強的農業環境無線遠程監控系統。該系統在具體的設計和開發中，綜合利用了傳感器測試技術、RS—48總線技術、GPRS無線通信技術、TCP/IP網絡通信技術等技術[5]，其中，將GPRS/CDMA無線通信技術與互聯網技術進行充分結合，從根本上提高了農業環境無線遠程監控效率和效果。系統結構圖如圖1所示。

2.1 系統功能模塊設計

在GPRS/CDMA無線通信技術與互聯網技術等關鍵技術的應用背景下，為了更好地提高農業環境無線遠程監控系統的運行性能，滿足用戶的多樣化使用需求，現將該系統劃分為以下三大模塊，分別是終端數據采集發送模塊、服務器端數據接收存儲模塊、基于Web的數據管理模塊。

2.2 終端數據采集發送模塊

該模塊主要是指監控系統軟件和硬件的總稱，該模塊主要用于對GPRS/CDMA無線通信網絡和互聯網之間的有效連接，采用實時發送的方式，向數據庫服務器發送所采集好的數據。該模塊硬件設備主要由以下幾個部分組成[6]，分別是遠程測控終端設備、GPRS發送卡、因子傳感器。通過利用RS-485總線技術將RTU（遠程測控設備） 與若干個數字傳感器進行有效銜接，從而構成一套系統、完善的農業環境現場測控網絡。此外，RTU作為一種常用的遠程測控設備，被廣泛地應用于遠程測控單元裝置中，有利于更好地實現對現場信號的自動化、精確化監控[7]。該模塊內部充分利用了RTU設備，該設備為用戶提供了編程開發式接口，通過利用這些接口，可以實現對信息數據的高效化采集和處理。數據采集發送程序執行流程圖如圖2所示。

2.3 服務器端數據接收存儲模塊

該模塊主要由以下三個部分組成，分別是服務器計算機平臺、數據接收存儲程序、SQLServer數據庫。其中，SQLServer數據庫所選用的服務器主要是由PowerEdge4600程序所提供，所選用的數據庫軟件型號為“MicrosoftSQLServer2000”。該模塊所處理的數據主要從存儲程序傳輸過來[8]，數據庫服務器通過運行相關存儲程序，可以實現TCPSocket連接請求的有效校驗，以實現對相關信息數據的規范化解析，并將解析后的數據安全、可靠地存儲于數據庫表中。

2.4 基于Web的數據管理模塊

基于Web的數據管理模塊作為農業環境無線遠程監控系統的重要模塊之一，主要由以下幾個部分組成：（1） Web服務器平臺。該平臺作為一種穩定性能較高的計算機，具有強大的網絡服務功能，通過將服務器操作系統和服務器軟件安全、可靠地安裝和部署于計算機上，可以提高計算機運行性能。此外，Web服務器平臺所選用的IIS6.0屬于比較流行的服務器軟件，該平臺只有與Windows進行集成化后才能正常使用。同時，該平臺具有安裝靈活、配置簡單、界面友好等特征[9]。為了實現對信息數據的安全化、可靠化存儲和管理，避免服務器因遭遇網絡黑客、網絡病毒的入侵而引發一系列的危害，需要將若干個服務器安裝和固定于不同地點，這樣一來，不僅有利于對相關數據和應用程序的實時化、高效化采集，還能將多個服務器安全、可靠地存儲于鏡像文件中。（2） Web服務器應用程序。該應用程序主要指通過訪問和登錄指定的網址后所看到的ASP·NETWeb應用程序網頁內容。該程序在具體設計中主要利用ASP·NET技術進行標準化設計所得到的。通過利用Web應用管理程序，可以實現對Web相關數據的規范化、標準化管理。服務器應用程序主要借助B/S體系結構，而用戶操作功能在具體實現中離不開對客戶端瀏覽器的使用，數據增刪改查操作均需要借助數據庫服務器端進行實現[10]。三層B/S結構的數據分析發布模塊如圖3所示。Web服務器應用程序核心功能主要體現在以下幾個方面：首先，當用戶輸入正確的賬號和密碼成功登錄到相應的系統時，系統可以根據用戶的請求，自動向用戶反饋相應的數據分析發布主頁面，以實現對遠程監控終端數據的查詢瀏覽、動態分析以及下載保存等多種操作，當服務器完成對相關提交請求的發送和處理后，服務器會自動根據瀏覽器所提交的數據進行規范化、標準化處理，以實現對相關數據分析結果的統計、計算、存儲和管理，在此基礎上，系統會自動生成相應的動態頁面。利用Web服務器向客戶端瀏覽器發送相應的運行結果。基于Web數據管理模塊可以向網絡用戶提供相應的人機交互界面，便于網絡用戶足不出戶、隨時隨地地查詢和獲取遠程終端數據。此外，管理者還要負責對若干個監控站點相關數據的規范化、標準化管理。基于Web數據管理模塊主要包含以下五大功能模塊。（1） 實時數據顯示。該功能主要用于對網頁內容的自動化、實時化刷新和發布。（2） 歷史數據查詢。用戶通過該功能選擇和確定需要查詢的起始日期，可以隨時隨地地瀏覽和查詢任意歷史時段的信息數據。（3） 數據動態分析。該模塊在具體的運用中需要借助數據分析發布程序，實現對相關圖形曲線的自動化繪制和顯示，同時，通過選擇和點擊相應的時間段，系統會自動生成相應的數據分析曲線。（4） 數據報表生成化下載。用戶利用計算機實現對數據的規范化使用和分析，系統為用戶提供了強大的數據文件下載功能以及導出功能。通過選擇相應的日期，可以實現對相關數據文件的精確化、高效化導出和使用。（5） 遠程現場傳感器布局查詢。該系統為用戶提供了強度大的傳感器安裝分布圖查詢功能，便于用戶利用該模塊實現對所有傳感器空間位置全面化的了解和把握，為后期科學地分析和確定出分析數據當前所具備的變化特征。

3 系統的應用與總結

本文所設計的農業環境無線遠程監控系統具有較高的應用價值和應用前景，被廣泛地應用于科學研究領域、生產應用領域等。例如：在科學研究領域中，科研人員通過利用該系統可以足不出戶、隨時隨地地查詢和瀏覽當前農業生產現場所涉及的環境信息，通過對這些環境信息變化規律進行準確了解，并開展海量科學數據的整理和統計工作，這樣一來，不僅可以保證農業環境變化分析結果的精確性和真實性，還能實現對重要資源的循環利用。

4 結束語

綜上所述，本文所設計的監控系統之所以在農業環境信息數據監控領域中取得了良好的應用效果，得益于傳感器測試技術、RS—48總線技術、GPRS無線通信技術、TCP/IP網絡通信技術等農業環境無線遠程監控關鍵技術的應用，通過綜合利用這些關鍵技術，有效地提高了該系統的運行性能，為實現對農業環境相關信息數據的自動化、遠程化監控和管理提供了有力的保障。

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收稿日期：2021-11-02

基金項目：學校2019教學改革和建設類項目：安卓手機軟件開發新型態課程（A-0152-19-754）

作者簡介：林逢升（1973—） ，男，福建尤溪人，高級工程師，碩士，主要研究方向為計算機應用軟件開發;付祥（1975一） ，男，浙江蕭山人，副教授，碩士，主要研究方向為信息化應用技術開發和計算機職業教育研究。