农作物实验数据查询系统的开发设计

2022-08-13亢娟娜

无线互联科技 2022年10期

王淏，亢娟娜

（甘肃畜牧工程职业技术学院，甘肃武威 733006）

0 引言

农作物田间实验为农作物科研工程基础,利用实验得到的数据较为客观,是定量评定的主要依据。但是,由于实验周期比较长,测定数据类型比较多,实验人员和地点比较分散,导致实验数据管理混乱,使用率降低,工作人员的工作效率比较低。根据现代技术创建实验数据查询系统在农业资源信息管理和资源共享中具有重要作用［1］。

1 平台总体分析

通过Internet 环境设计农作物实验数据查询系统,系统操作平台使用Windows 服务器,客户端通过浏览器对系统服务进行访问。本文所设计系统不支持匿名登录,需要输入正确的用户名与密码才能够使用户在系统中登录并且操作。另外,系统还能够追踪用户的身份,包括普通、一般用户和管理员,用户的身份不同,访问权限也不同。普通用户为最低权限,系统管理员为最高权限。

本文所实现目标为:

(1)使系统管理员实现实验样本信息上传、信息查询修改、打印报表、统计报表等。

(2)普通用户与一般用户具备类似管理员的报表与查询功能,无法修改样本的信息。另外,一般用户能够查询其他用户信息,但是普通用户无法实现此功能［2］。

2 系统的总体设计

2.1 数据收集节点硬件设计

通过数据收集节点对植物各生理参数进行收集,通过CC2530 设计网络射频收发模块,主要设备包括8通道12 位AD 转换器、低功耗增强型8051 内核、高性能射频收发器。另外,CC2530 芯片能够实现远距离通信,并且灵敏度比较高,使无线传感器对高性能、低成本和低功耗的需求得到满足。

本文设计测量茎秆直径的传感器使用基于LVDT植物茎秆传感器进行,使用热平衡法传感器测量植物茎流。在叶绿素含量测量过程中利用投射型活体叶绿素实现,通过传感器实现输出信号的调理,连接CC2530 芯片,图1 为数据采集节点硬件的结构。

图1 数据采集节点硬件结构

2.2 嵌入式网关硬件设计

通过嵌入式网关存储并且处理数据,使TCP/IP 协议转换转变为ZigBee 协议,通过远程检测发送数据。利用协调器与CDMA DTU 模块创建嵌入式网管,实现嵌入式处理器的设置,调整供电范围为(5-32VDC),系统可靠、稳定、传输效率高［3］。嵌入式网关硬件结构,如图2 所示。

图2 嵌入式网关硬件结构

2.3 无线射频模块

通过无线方式传输无线射频信息的传输量、采集量比较大,通过ISO14443 实现无线射频模块的设计,利用射频功率、传输协议、读写器与信号接口构成。读写器通过天线对外发送电磁波,在电磁标签进入信号接口中使内部感应电流激活,通过内部天线实现存储信息的发送。然后利用读写器天线对电子标签载波信号进行接收,在读写器中传输。读写器实现信号解码,在收集模块中发送数据进行处理。

2.4 采集与存储模块

收集农作物生长环境的数据,实现农业管理方案的科学制定,使农作物能够健康生长,增加农作物生产量。通过ARM 嵌入式处理器实现数据收集存储和模块的设计,发送到数据预处理模块中。

2.5 数据预处理

对采集端数据进行确定,并且对数据开展预处理,本文所设计系统数据预处理能够收集数字信号,通过卷积神经网络算法预处理农作物生长数据:

数据预处理在系统设计中尤为重要,与收集数据的精准度、稳定度密切相关［4］。

3 系统软件设计

3.1 数据采集节点软件

采集端传感器节点能够收集植物生理信息,通过嵌入式网关实现数据的发送。本文设计系统通过IAR 集成开发环境创建ZigBee 网络,利用传感器节点设计低功耗模式,对上位机命令接收之后,通过网关对检测数据进行上传。为了使效率得到提高,每隔一段时间都要在传感器中实现数据命令的发送。另外,通过中值平均滤波算法消除随机干扰,使传感器测量精度得到提高,传感器节点的工作流程,如图3 所示。

图3 传感器节点工作流程

3.2 嵌入式网关软件设计

基于Linuxred hat linux 操作系统设计嵌入式网关,操作系统的主要优势为多任务操作进程、模块化程序,被广泛使用,利用IAR 集成开发环境创建嵌入式网关,和远程检测管理中心网络相互连接。

3.3 上位机软件设计

系统利用LabVIEW 平台实现上位机软件的编写,根据设计的需求划分模块,包括数据存储、显示、分析等。显示模块通过上位机面板显示接收数据与分析结果,数据分析指的是对植物参数不同进行检测,从而选择合适的处理、分析方法。测量数据处于正常范围,指示灯为绿色,表示植物正常生长。如果参数不在正常范围的时候,指示灯就是红色报警状态。数据存储模块通过数据库实现数据的保存,因为LabVIEW 无法直接访问数据库。所以,使用SQL 语言实现数据库访问［5］。上位机软件结构,如图4 所示。