农田气象信息论文

1系统总体结构与设计

系统由数据采集终端、GPRS无线通信模块和客户端3部分组成。采集终端通过传感器采集各项气象数据，经过MSP430F169进行数据的初步处理后，利用GPRS无线网络进行实时的数据传输，将采集到的数据发送给客户端。客户端软件采用VB语言编写，通过与Mi-crosoftAccess2003数据库的连接，实现实时气象数据的存储与管理。

2系统硬件设计

2．1采集终端的设计

数据信息采集终端以TI公司推出的MSP430系列超低功耗、高性能的16位微处理器MSP430F169作为主控芯片，通过对翻斗式雨量传感器JDZ02－1、温湿度传感器SHT11、光照强度传感器BH1750、实时时钟芯片PCF8563的操作获取各个监测点的数据信息(降雨量、温湿度、光照辐射强度、实时时间)，并按照一定的格式组合整理后经由RS－232接口传输到无线通信模块。。其中，SHT11、BH1750、PCF8563均为带有I2C总线接口的器件，功耗低可靠性高，满足灌区环境需求和系统应用。

1)温湿度传感器。

SHT11是瑞士Sensirion公司生产的带有I2C总线的数字式温湿度传感器，具有免调试、免标定、测量分辨率可编程调节、CRC传输校验、超小封装尺寸等特点;测量精度高，是各种温湿度监测应用中的一种优选器件。

2)光强度传感器。

BH1750是一种两线式串行总线I2C接口的数字型光强度传感器集成电路。它可以根据收集的光线强度数据来进行环境监测，可支持较大范围的光照强度变化，直接数字输出，省去复杂的数学运算，使用方便简单。

3)雨量传感器。

本系统中选用JDZ02－1型翻斗式雨量传感器，用以测量自然界降雨量，同时将降雨量转换为以开关量形式表示的数字信息量输出，以满足信息传输、处理、记录和显示等的需要。其每一次的开关量信号降雨量为0．2mm，测量范围小于4mm/min。系统选用微处理器MSP430F169的P6．5口作为降雨量传感器的信号输入端。

4)时钟芯片。

PCF8563是PHILIPS公司推出的一款工业级内含I2C总线接口功能的具有极低功耗的多功能时钟/日历芯片。按I2C总线协议规约，I2C总线由数据线SDA和时钟线SCL构成的串行总线，可发送和接收数据。

2．2无线通信模块

为实现现场和客户端的通讯，系统选用北京天同诚业科技有限公司的WG－8010GPRS－DTU无线通讯模块，该模块内置工业级GPRS模块，提供RS232/485数据接口和标准的SIM卡接口，可以很方便地与各采集终端连接，仅需一次性完成初始化配置，就可以与数据中心通过GPRS无线网络建立连接，实现数据的完全透明传输。同时，该公司提供了Comway无线串口软件与GPRSDTU配合使用，可以帮助用户建立远端串口设备和用户计算机之间的无线通信信道，用户仅需在计算机中安装Comway无线串口软件，即可使用原来基于串口通讯的应用程序来处理远端串口设备的数据，而无需劳心费神于公网IP地址或者是网络端口映射、动态域名映射等具体问题。

3系统软件设计

3．1采集终端系统软件设计

农田气象数据采集终端按程序中预先设置的采集周期，对各传感器采集的温度和湿度以及雨量开关信号等数字信号进行采集。

3．1．1温湿度程序设计

本文通过程序编写来模拟I2C总线的通讯协议，实现与MSP430F169的数据传输。设计中温湿度的精度选用SHT11的默认精度分别为14位(温度)和12位(湿度)。

3．1．2光照传感器程序设计

MSP430f169单片机与BH1750之间的通信使用标准的I2C协议，主控器通过内部包含的I2C通信接口与BH1750的I2C接口相连，容易实现编程和控制。

3．1．3雨量传感器程序设计

选用的雨量传感器为开关量输出信号，因此程序中采用中断的方式来实现对开关量的采集。雨量传感器每输出一次信号，系统就会相应的发生一次中断，对应着程序中表示雨量的整型变量Rain就会自动加1，从而采集雨量传感器输出信号的次数，最后通过相应公式转换为降雨量。

3．1．4实时时钟程序设计

设计中，选用P1．6引脚作为器件的中断输出，P3．1和P3．3作为I2C数据通信的数据线和时钟线，显示方式选择为24小时制。

3．2客户端数据库管理系统设计

在客户连接到Internet的PC机上安装好天同诚业公司开发的Comway无线串口软件，选择一个与用户的串口设备相连接的DTU并为之添加虚拟串口(建立映射关系);映射成功后在线DTU会显示映射到所选择的虚拟串口、应用软件或串口调试软件(如超级终端)，即可通过此虚拟串口与远程设备进行实时双向通信。客户端软件使用VB6．0软件进行程序开发，Visu-alBasic6．0中的串行通信控件MSComm可为应用程序提供数据发送、接收的串行通信功能。MSComm控件与串行端口一一对应，多个MSComm控件对应应用程序访问的多个串行端口。另外，用户可进入PC机Windows操作系统中的设备管理器更改终端地址和端口地址。软件通过与MicrosoftAccess2003数据库的连接，实现实时气象数据的显示、分析、保存以及管理等功能。

4结论

从农田气象服务的实际需求出发，设计并实现了一种基于GPRS无线网络的远程在线农田气象信息监测系统。通过该系统，用户就可以在监测中心对各站点进行远程监测。系统结构模型合理，软硬件设计可行，具有灵活的扩充性，并且稳定可靠，成本较低。实验表明，系统性能可以满足农田气象信息远程监测的实际需要。

作者：王兵利 张萍 熊刚 单位：杨凌职业技术学院