基于GPRS与无线传感器网络的农田环境监测系统设计

摘 要为了提高农田的利用效率，在种植的过程中应当合理的应用农田环境信息技术，实现农业的精准施肥、灌溉，本文基于农田的覆盖面积，设计采用了基于GPRS与无限传感网络的农田环境信息检测系统，以此来实现农田环境的信息远程监测。

【关键词】农田环境信息监测 GPRS 无线传感器

1 农田环境信息监测系统的简要介绍

在应用农田环境信息监测系统的时候，能够有效的实现农田种植的精准性，将复杂的农田系统与信息技术结合在一起，以最低的投入实现高效的农田种植，同时还可以实现农田环境的最高利用，利用各类的农业资源获取最好的经济效益以及环境效益。

在农田种植的过程中，农田的覆盖面积普遍较大，种植的环境相对较差，导致在农田种植的过程中就无法广阔的开辟农田信息的获取途径，并且在无形之中导致了农田种植信息采集的高成本，对农田耕作造成较大的影响，在这一问题的影响下，使用无线传感网络可以开辟一个全新的信息获取以及无线通信的平台，借此来实现各类农田环境信息的采集以及收集。

在应用无线网络GPS/GSM技术实现远距离通信的时候工作效率较高，但是也村子着网络延时的问题，只是适用于农田数据传输量较小的情况，并且在实施农业信息系统的时候要求实时性较低，但是在应用ZigBee无线传感网络数据传输的时候可以实现长距离、大范围的布置传感器节点，借此来对农田种植中的各种信息，例如：土地PH值、空气温湿度、光照强度以及土壤温湿度等等进行短距离以及长距离的通信，逐渐将数据采集广泛的应用在农业控制领域中，不断的提高农田的收成率。

2 在农田检测系统应用ZigBee无线传感器的设计原理以及设计结构

农田检测系统呢主要是由ZigBee无线传感器、嵌入GPRS的ARM网关以及上位机软件构成，其中ZigBee无线传感器位于核心地位，控制农田中设置的多个测量土壤PH值传感器、空气温湿度传感器、光照传感器以及土壤温湿度传感器等等，这样可以将农田中有关种植的信息数据采集、数据处理、数据存储，并向协调器传递数据信息，在农田信息监测系统中，ARM网关集成了ZigBee无线传感器和GPRS模块，借助协调器实现了微型传感器的节点的采集，并借助网关实现与网络系统中各个节点之间的信息交互，同时将数据分享到远程监控中心。

上位机软件以及服务器可以从ARM网关中接收到各类型的信息，并对所接收的信息进行数据解析、处理、查询、统计以及查询，同时还可以将各类型的数据制作成图表，并通过向各个传感器节点传输控制命令来实现对各类型的传感器进行参数设置，使得每一个农田检测系统的使用者可以在任何时间地点都登陆服务器获取想要的服务，也就是在线的实现对农田监测信息系统中存储的信息并进行远程的参数设置。

3 农田监测系统的硬件结构设计

3.1 针对微型传感器节点的设计

微型传感器在农田信息检测系统中主要负责农田环境信息的采集，并将获得的信息转化为数字信号，进行下一步的传递与处理。在设计微型传感器节点结构设计的时候，必备的设备就是传感器、信号调理电路、A/D转换器、微型处理器、射频通信以及电源模块，在必备设备的基础上，针对微型处理器的不同应用用途（例如：土壤PH值、空气温湿度、光照强度以及土壤温湿度等等）实现进一步的微型处理器的结构完善，在结合实际用途的过程中，对微型处理器的能量消耗、测量范围以及精度等基本使用属性进行完善。

有效的处理好微型处理器结构的之后，在农田监测系统运作的过程中就能够在各个节点之间实现相互协作完成对农田环境信息的全方位手机，并将收集到的所有数据汇集到无线传感器的网络协调器中。

3.2 ARM网关的结构设计

在进行ARM网关硬件结构设计的时候，必要的结构设备就是ZigBee协调器、GPRS模块以及ARM控制器这三部分，并且ZigBee协调器是其中最核心的部位，并在协调器的部分设置一定数量的接口，最常用的接口就是串口以及通用的IO接口，总体看来，微型处理器与ARM网关硬件结构在一定程度上具有相同性，但是在软件系统的应用上存在一定的差异，其中GPRS模块结构选择的是集成的SIM300模块，内部应用的是TCP/IP协议，在运转的过程中支持AT指令的运行，而ARM控制器的主要功能就是协调ZigBee协调器以及GPRS/GSM实现了信息之间的交互以及处理，同时利用串行口以及存储器实现更多功能模块的接入。

4 农田环境监测系统的软件设计

4.1 ZigBee网络数据采集以及传输程序的设计

微型传感器采用的数据采集方式是在ZigBee 2010 PRO协议栈的基础上完成的，一旦完成了ZigBee网站之后，微型处理器能够通过各个节点对农田环境信息数据机进行周期性的收集，在每次信息收集完成之后，就会自动的进入到休眠的模式，这样可以降低长时间运转的能量消耗，降低了农田环境监测系统的运转成本，在数据收集完成之后，将所有搜集到的数据进行整体打包，通过树形拖布结构将数据包发送到ZigBee网站中。

4.2 上位机软件设计

在进行上位机软件设计的时候，是在Windows操作系统以及Qt应用开发框架的环境内实现的，上位机软件的主要功能包括了数据管理以及远程信息监控。

在进行数据管理模块设计的时候，应当合理的兼顾数据接收、解析以及存储处理等功能，其中，关于数据接收功能设计的时候采用的技术是Socket技术，并在服务器端口的辅助下将所收集到的数据传输到数据库中，同时还要使用数据帧协议进行解释。

而在进行信息检测模块设计的时候，要兼顾数据显示、信息查询以及图标自动生成的功能，这样能够提高农田环境监测系统用户对于环境信息的浏览以及查询服务的质量。

参考文献

[1]熊攀.基于ZigBee和GPRS的无线环境监测系统[D].湖北大学，2014.

[2]刘坚，陶正苏，陈德富，等.基于GPRS的环境监测系统的设计[J].自动化仪表，2009，30（2）：30-32.

作者单位

1.常德职业技术学院信息技术系网络教研室 湖南省常德市 415000

2.常德职业技术学院信息技术系软件教研室 湖南省常德市 415000