基于GPRS的LED屏信息发布系统及在设施农业气象服务中的应用*

刘德义 黎贞发 李 春

(1.天津市气候中心，天津 300074;2.东丽区气象局，天津 300300)

1 引言

目前，设施农业的发展已成为我国农民增收的重要举措和农业增效的有效途径［1］。但强降温、降雪、低温寡照等气象灾害始终伴随在设施农业生产之中，严重制约着设施农业的安全生产和发展。在因气象灾害所造成的设施农业损失中，相当部分源于气象灾害预警信息的传播不畅。近年来，手机短信、12121固定电话、有线电视、气象网站、气象频道等预警信息发布手段得到了不同程度的应用，但是上述手段都无法实现气象灾害预警信息在农村地区覆盖［2］。

无线LED信息显示屏是一种全新的信息媒体，其“流动”显示和联网信息发布的特点成为一种全新的广告媒体。利用基于GPRS技术更新LED的发布信息，极大的提高了LED显示屏的使用范围，将基于GPRS网络的LED显示屏发布系统应用于农业气象预报、预警信息的发布很好的解决气象预警信息发布“最后一公里”问题。LED气象预警信息显示屏提高了气象预警信息服务的时效，扩大了气象预警信息服务的覆盖面，有效的为各级政府和社会各界提供了重要的防灾减灾科学依据。本文建立基于GPRS的大容量LED显示屏的设施农业气象信息发布系统，该系统利用Internet和GPRS网络，实现了对LED显示屏系统中的气象预警信息的远距离无线更新，并将该系统应用于设施农业气象信息的发布与预警服务系统中。

2 系统的工作原理

该系统的工作原理如图1所示:待传输的数据首先由远程PC发送至Internet网络，通过GPRS网关进入GPRS网络，与GPRS模块进行无线通信［3］，最后存储在储存器中，通过单片机控制器将数据调出，并由LED显示屏显示出来，从而完成了LED显示屏的无线数据更新。具体的实现过程如下:

图1 数据传输、更新和LED屏显示

首先，由手机卡模块主动发起连接:即TE向模块发送 AT指令设置相关参数，并激活 PDP(Packet Data Protocol)上下文，建立模块与外部数据网的通路。然后，TE控制模块进行PPP协议的协商 (LCP、PAP、IPCP)。协商结束后，由GGSN分配一个动态IP地址给模块，至此系统的数据链路已建立完成。最后，基于ICP/IP协议，通过Socket建立手机卡模块到远程PC机的透明传输，模块接收从远程PC机发送的数据并写入TE，TE将数据处理后，显示到LED显示屏上。

3 系统硬件设计

系统的基本硬件构成如图2所示，GPRS模块用来接收远程PC无线传送的大量数据，并把接收到的数据经过RS232串口存储在系统存储器中，通过程序对存储器中的数据进行调用，主控制器将需要显示的数据写入FPGA，进行FPGA动态扫描，最终显示在LED显示屏上。

本系统的GPRS模块选用WAVCOM公司生产的M1206B模块，该模块支持内嵌的TCP/IP协议，并支持RS232串行传输，可以通过AT指令对其进行远程控制。主控制器选用ARM9，以FLASH存储器M25P16、SDRAM存储单元 6224、电源、双口RAM、FPGA等外围电路接口。系统中存储器FLASH M25P16是一个16Mbit的大容量存储器，主要用于GB2312字库及更新的文本信息的存储。外部RAM62256存储空间为8192byte，在系统中起到暂存及缓存数据的作用。

4 系统软件实现

4.1 单片机ARM9工作流程

AT(Attention)指令集是从终端设备 (Terminal Equipment，TE)向终端适配器 (Terminal A-dapter，TA)发送的通信语言。通过AT指令，用户可以对模块完成呼叫、登陆、GPRS数据业务等方面的控制。单片机上电后，首先对模块及串口初始化，再进行以下两步工作:

图2 系统硬件

(1)将手机模块附着 (Attach)在GPRS网络上，把移动终端的信息登记到GGSN;

(2)PDP(Packet Data Protocol)上下文激活，激活IP协议。接下来，通过一系列的AT指令对GPRS模块进行配置工作。

我们可以通过以下步骤使用M1206B内置的TCP/IP协议栈来实现对目标服务的访问［4］:

AT+CGATT=1∥对模块进行GPRS附着，

AT+CGDCONT=1，″IP″，″CMNET″［5］ ∥定义PDP上下文，设置GPRS接入网关为移动梦网，

AT+CGACT=1∥激活PDP上下文;

AT%CGPCO=1，″PAP，，″，1 ∥用户名、密码认证;

AT S|NOSLEEP=1∥防止串口休眠，

AT S|DESTINFO= ″xxx xxx xxx xxx″，1，xx，0∥IP 端口连接 (这里″xxx.xxx.xxx.xxx″，1，xx.0指的是远端的一个公网的IP地址及其端口号)，

ATD*97#∥拨号建立连接当模块使用命令“ATD*97#”拨号建立起连接以后，会返回一个“Wait Socket Open”，然后模块被分配一个移动公司内部的虚拟IP地址，并被分配一个Internet网的临时IP地址和端口号，通过网关和外网建立起连接。拨号成功后，就可以接收 Internet网上传来的数据了。

4.2 远程PC应用程序设计

在方案中已提到，在系统数据链路建立完成后，可通过Socket通信功能与Internet的远程PC进行通信。远程PC的应用软件是通过MFC框架来进行编程的。MFC提供了 CAsyncSocket和 CSocket两个类来封装 WinSock API，从 CAsyncSocket类中派生出CSocketServer、CSocketClient两个新类，并重载OnReceive()、OnAccep()等函数，用来发送和接收数据。

图3 远程应用软件发送界面

5 系统应用及结论

利用上述系统构建基于LED屏的天津市设施农业气象预警发布系统，在宝坻、静海等5个设施农业示范园区建立农业气象信息显示屏，建立相应的业务流程、值班制度，24小时实时进行数据更新。该系统主要发布天气预报、设施农业气象预报、预警信息、农业生产知识、蔬菜价格等信息。该发布系统拓展了设施农业气象信息发布的渠道，提高了设施农业气象业务产品的科技含量，为农民应对农业气象灾害，减少经济损失，防灾减灾，提高生产效益。系统经过半年的试运行，运行状态良好。基于GPRS的LED屏的气象预警信息发布系统由于其时效性强，速度快，服务具有针对性，可实现在第一时间将突发气象灾害应急预警信息传送到农民手中，提升农民防灾减灾的意识和能力，最大限度地减少气象灾害造成的财产损失，切实提高公共气象服务能力。

［1］李明财，黎贞发，李春.中国设施农业气象服务现状与前景分析 ［J］.现代农业科技.2009， (16):214～215

［2］张迪，李泽椿，施培量等.气象灾害预警信息广播系统总体设计与信息编码研究 ［J］.中国工程科学.2009，11(9):9～12

［3］张公礼，孔超，龚冰心.基于GPRS的LED显示屏的无线数据更新系统 ［J］.电视技术.2008，48(10):103～106

［4］成春旺.监控系统中基于GPRS的无线数据传输系统的研究与实现 ［D］.北京:北京邮电大学.2006

［5］李秀红，黄天戍，朱林 等.嵌入式Internet中GPRS和SMS技术的实现 ［J］.电子科技大学学报.2007，36(4):763～766