一种智慧农业环境信息监测系统的设计与实现

徐州工程学院信电工程学院 孙 超 计宗佑 杨孟婧 吴小同 黄为勇



一种智慧农业环境信息监测系统的设计与实现

徐州工程学院信电工程学院 孙 超 计宗佑 杨孟婧 吴小同 黄为勇

【摘要】为了实现实时采集、传输、处理与监测农作物生长环境的空气温湿度、土壤温湿度、光照强度等数据，研究智慧农业传感器网中信息处理的关键技术，开发了一种智慧农业环境信息监测系统。系统采用多种传感器组成传感器网，各传感器端完成数据采集工作后将数据传送至STC89C52单片机中，在单片机的控制下，借助GPRS/GSM无线通信技术进一步完成数据传输任务，进而在上位机端实现对数据的实时监测及有效处理。性能试验结果表明，系统可准确地远程传输实时检测数据。

【关键词】智慧农业；传感器网；信息处理；LabWindows/CVI；GPRS/GSM

0　引言

随着传感器网络技术的日渐成熟，我国正在由传统农业向现代农业转型，而智慧农业则是现代农业未来发展的趋势。目前利用传感器网实时采集农作物生长环境相关参数的技术已经相当成熟，但由于受天气、地域、信号等多种因素的约束，数据的传输及实时监测等方面还略显不足。

在数据传输方面，随着通信技术的不断发展，GPRS/GSM通信技术以其合理的组网方式以及可靠的传输机制，目前已成为国内外远程数据采集系统中的重要技术手段。

在实时监测方面，美国NI公司推出的面向计算机测控领域的虚拟仪器软件开发平台LabWindows/CVI，以ANSIC为核心，将用于数据采集分析和显示的测控专业工具与C语言平台结合，采用功能强大、使用灵活的C语言进行交互式编程，实现了参数的可视性和即时分析处理。

本文将传感器网络、GPRS/GSM通信技术与LabWindows/CVI平台结合起来，设计并实现了一种智慧农业环境信息监测系统，性能测试结果验证了该系统的有效性。

1　系统总体设计

智慧农业环境信息监测系统主要由传感网模块和远程终端两大部分所组成，其系统结构框图如图1所示。其中，传感网模块由多种传感器组成的环境参数采集终端所构成，远程终端由GPRS/GSM无线数据传输模块和基于LabWindows/CVI虚拟仪器技术平台的上位机所组成，系统在STC89C52单片机的核心控制下运行。

下位机采集环境参数并通过SIM900A无线数据传输模块将数据发送给主机，主机利用RS232-USB接口转换器将无线数据传输模块接收到的数据传送给PC机，上位机CVI平台将数据实时显示在界面上。其中SIM900A无线收发模块传输接口为串行TTL接口，可方便的与单片机和RS232进行串口通信。

图1　智慧农业环境信息监测系统整体设计框图

2　传感器网模块

2.1空气温湿度传感器DHT11

DHT11数字式温湿度传感器采用单线制串行接口，采用4针单排引脚封装，具有响应快、抗干扰能力强、性价比高等优点。当用户MCU发送一次开始信号后，DHT11从低功耗模式转换到高速模式，等待主机开始信号结束后发送响应信号，送出数据并触发一次信号采集。

2.2土壤温湿度传感器SHT10

SHT10自身集温度和湿度传感器于一体，且芯片内置A/D转换器，无须再次添加A/D转换电路，能将检测的温度、湿度值直接传送入单片机，然后经由单片机控制将温湿度值显示出来，然后每次将读入的数据与上、下限进行判断，以决定是否调用报警和启动调温、调湿装置。因此本系统中采用SHT10进行温湿度实时监测具有测量精度高、接口简单、体积小、构成系统成本低廉等优点。

2.3光照强度传感器GY-30

光电传感器是主要是由光电元件和光电转换电路组成，利用先进的光电转换模块，将光照强度值转换为电压值，经A/D转换器转换为数字信号，再经过一系列电路补偿，最终输出数字量光照强度。

3　远程终端

3.1GPRS/GSM无线数据传输模块

GPRS（General Packet Radio Service，通用分组无线业务）是在GSM网络的基础上叠加一个新的网络而形成的逻辑实体，是在现有GSM系统基础上发展出来的一种新的分组数据承载业务。

本系统中，GPRS/GSM通信模块采用尺寸紧凑的SIM900A模块，SIM900A采用SMT封装，具有标准AT命令接口，可以提供语音或数据通讯业务。在STC89C52单片机通过RS232串口通信与GSM模块通信的前提下，用户通过标准的AT命令，与GSM网络进行交互，完成采集数据的实时传输任务。

图2　智慧农业环境信息监测系统上位机界面

3.2上位机模块

本系统的上位机模块使用安装LabWindows/CVI平台的PC机。GPRS/GSM通信模块通过USB-TTL模块与PC机的USB接口连接。上位机经过串口读取GPRS/GSM模块接收到的短信从而获取传感器端发来的

测量数据，进而进行数据的存储和处理。上位机采用LabWindows/ CVI开发平台的数据库技术，实现了大量数据的存储与调用，具有实时显示传感器端的环境参数、存储环境参数、绘制历史环境参数曲线的功能，当传感器端的参数值达到设定的警戒值，上位机界面会显示警告。上位机界面如图2所示。

4　结论

本系统在实现实时采集、传输、处理与监测农作物生长环境的空气温湿度、土壤温湿度、光照强度等数据的基础上，进一步研究了智慧农业传感器网中信息处理的关键技术。

经测试，上位机端能完成实时显示传感器端的环境参数、存储环境参数、绘制历史环境参数曲线的功能，实现了良好的人机交互。下一步拟在增加传感器种类、增加环境控制功能方面加以研究，进一步优化系统功能。

参考文献

［1］孙冬娇，刘清惓，夏江涛.基于GPRS/GSM的无线通信水位测量系统设计［J］.机电一体化，2014（41）：72-75.

［2］钟以崇，卢博友.基于GSM的土壤水分监测与决策支持系统［J］.农机化研究，2009（6）：174-176.

［3］蒋鼎国，徐保国，王明胜.基于GPRS的远程温室监控系统设计［J］.广东农业科学，2011（13）：160-162.

［4］纪晓佳，冯威，胡前乐.基于LabWindows/CVI的温度实时采集系统设计［J］.现代电子技术，2016，39（1）：105-107.

［5］王建新，隋美丽.LabWindows/CVI虚拟仪器设计技术［M］.北京：化学工业出版社，2013.

孙超（1995—），男，江苏扬州人，大学本科，主要研究方向：电子信息科学与技术。

基金项目：徐州工程学院2015大学生创新创业基金项目（xcx2015058）。

作者简介：