農作物實驗數據查詢系統的開發設計

王 淏，亢娟娜

（甘肅畜牧工程職業技術學院，甘肅 武威 733006）

0 引言

農作物田間實驗為農作物科研工程基礎,利用實驗得到的數據較為客觀,是定量評定的主要依據。 但是,由于實驗周期比較長,測定數據類型比較多,實驗人員和地點比較分散,導致實驗數據管理混亂,使用率降低,工作人員的工作效率比較低。 根據現代技術創建實驗數據查詢系統在農業資源信息管理和資源共享中具有重要作用［1］。

1 平臺總體分析

通過Internet 環境設計農作物實驗數據查詢系統,系統操作平臺使用Windows 服務器,客戶端通過瀏覽器對系統服務進行訪問。 本文所設計系統不支持匿名登錄,需要輸入正確的用戶名與密碼才能夠使用戶在系統中登錄并且操作。 另外,系統還能夠追蹤用戶的身份,包括普通、一般用戶和管理員,用戶的身份不同,訪問權限也不同。 普通用戶為最低權限,系統管理員為最高權限。

本文所實現目標為:

(1)使系統管理員實現實驗樣本信息上傳、信息查詢修改、打印報表、統計報表等。

(2)普通用戶與一般用戶具備類似管理員的報表與查詢功能,無法修改樣本的信息。 另外,一般用戶能夠查詢其他用戶信息,但是普通用戶無法實現此功能［2］。

2 系統的總體設計

2.1 數據收集節點硬件設計

通過數據收集節點對植物各生理參數進行收集,通過CC2530 設計網絡射頻收發模塊,主要設備包括8通道12 位AD 轉換器、低功耗增強型8051 內核、高性能射頻收發器。 另外,CC2530 芯片能夠實現遠距離通信,并且靈敏度比較高,使無線傳感器對高性能、低成本和低功耗的需求得到滿足。

本文設計測量莖稈直徑的傳感器使用基于LVDT植物莖稈傳感器進行,使用熱平衡法傳感器測量植物莖流。 在葉綠素含量測量過程中利用投射型活體葉綠素實現,通過傳感器實現輸出信號的調理,連接CC2530 芯片,圖1 為數據采集節點硬件的結構。

圖1 數據采集節點硬件結構

2.2 嵌入式網關硬件設計

通過嵌入式網關存儲并且處理數據,使TCP/IP 協議轉換轉變為ZigBee 協議,通過遠程檢測發送數據。利用協調器與CDMA DTU 模塊創建嵌入式網管,實現嵌入式處理器的設置,調整供電范圍為(5-32VDC),系統可靠、穩定、傳輸效率高［3］。 嵌入式網關硬件結構,如圖2 所示。

圖2 嵌入式網關硬件結構

2.3 無線射頻模塊

通過無線方式傳輸無線射頻信息的傳輸量、采集量比較大,通過ISO14443 實現無線射頻模塊的設計,利用射頻功率、傳輸協議、讀寫器與信號接口構成。 讀寫器通過天線對外發送電磁波,在電磁標簽進入信號接口中使內部感應電流激活,通過內部天線實現存儲信息的發送。 然后利用讀寫器天線對電子標簽載波信號進行接收,在讀寫器中傳輸。 讀寫器實現信號解碼,在收集模塊中發送數據進行處理。

2.4 采集與存儲模塊

收集農作物生長環境的數據,實現農業管理方案的科學制定,使農作物能夠健康生長,增加農作物生產量。 通過ARM 嵌入式處理器實現數據收集存儲和模塊的設計,發送到數據預處理模塊中。

2.5 數據預處理

對采集端數據進行確定,并且對數據開展預處理,本文所設計系統數據預處理能夠收集數字信號,通過卷積神經網絡算法預處理農作物生長數據:

數據預處理在系統設計中尤為重要,與收集數據的精準度、穩定度密切相關［4］。

3 系統軟件設計

3.1 數據采集節點軟件

采集端傳感器節點能夠收集植物生理信息,通過嵌入式網關實現數據的發送。 本文設計系統通過IAR 集成開發環境創建ZigBee 網絡,利用傳感器節點設計低功耗模式,對上位機命令接收之后,通過網關對檢測數據進行上傳。 為了使效率得到提高,每隔一段時間都要在傳感器中實現數據命令的發送。 另外,通過中值平均濾波算法消除隨機干擾,使傳感器測量精度得到提高,傳感器節點的工作流程,如圖3 所示。

圖3 傳感器節點工作流程

3.2 嵌入式網關軟件設計

基于Linuxred hat linux 操作系統設計嵌入式網關,操作系統的主要優勢為多任務操作進程、模塊化程序,被廣泛使用,利用IAR 集成開發環境創建嵌入式網關,和遠程檢測管理中心網絡相互連接。

3.3 上位機軟件設計

系統利用LabVIEW 平臺實現上位機軟件的編寫,根據設計的需求劃分模塊,包括數據存儲、顯示、分析等。 顯示模塊通過上位機面板顯示接收數據與分析結果,數據分析指的是對植物參數不同進行檢測,從而選擇合適的處理、分析方法。 測量數據處于正常范圍,指示燈為綠色,表示植物正常生長。 如果參數不在正常范圍的時候,指示燈就是紅色報警狀態。 數據存儲模塊通過數據庫實現數據的保存,因為LabVIEW 無法直接訪問數據庫。 所以,使用SQL 語言實現數據庫訪問［5］。 上位機軟件結構,如圖4 所示。

圖4 上位機軟件結構

4 結語

現代化設施農業以農作物生長發育規律,對農作物生長過程中的數據精準收集,實現精準培育農作物。通過實驗可以看出來,本文所設計系統具有較高的精準率,并且數據傳輸穩定、性能優越,具有良好推廣應用和推廣價值。 因此,系統能夠為農作物生長環境和試驗精準化采集提供技術支持。