农田监测系统与便携式无线墒情综合监测仪.doc

托普仪器、质量第一、诚信至上、服务为本、创新为魂、立足精专、追求卓越农田监测系统与便携式无线墒情综合监测仪摘要：随着农业科技的发展，农业技术变得越来越先进了。便携式无线墒情综合监测仪也是在这种清况下应运而生。本文根据农田环境的实际应用需求，设计了一个农田土壤湿度监测系统，该系统由农田湿度无线监测网络和远程数据中心两部分组成。采用以5139无线微处理器为核心的传感器节点开发策略，构建了基于zigBee协议的无线监测网络，系统的设计开发为高效的农业控制系统提供了一个思路。关键词：农业工程；土壤湿度监测系统；网络；便携式无线墒情综合监测仪1总体设计首先分析农田环境的应用特点，则基于无线传感器网络的农田环境监测系统有以下几个主要的典型特征：应用环境可知性；充足的太阳能资源：作物具有周定的生育周期；应用环境动态变化：农田基础设施少。另外，农田机械的田问作业和各种天气条件也是需要慎重考虑的重要因素。农田监测系统主要由监测网络和远程数据中心两部分组成。无线传感器监测网络由分布在农田中的多个传感器节点组成，传感器能实时地采集土壤湿度的数据，并通过ZigBee无线通信协议组建的网络，把节点数据传送李路由网关，再由网关节点把数据通过GPRS转发到远程数据中心。而远程数据中心主要负责的内容包括数据的收集、存储、处理、分析等工作。2墒情监测网络设计21传感器节点(1)硬件设计。传感器节点以无线微处理器模块为核心，扩展了通信接口、总线接口、传感器接口和供电接口设计。J朗nic公司的JN5139是正EE802154和ZigBee低成本低功耗微控制器，它集成了32位Iusc处理器、完全兼容的24GHzIEEE802154收发器、192KBRoM、96KB的R八M以及丰富模拟和数字外设，对成本敏感的RoMIi AM架构支持存储系统软件，包括协议堆栈、路由表格以及应用代码数据。(2)电源管理设计。由太阳能和锂电池构成的电源对系统提供的输入电雎是37v，而设备所需电压为33v及5v。用RT91933V3将锂电池的37v的电压稳定在33v，并对JN5139芯片、Flash、时钟及RS232串口供电。而墒情传感器的供电电压足5v，所以用cE8301C50M对33v进行升压，使得电压满足墒情传感器的供电电压。在升压前加一个芯片RT91933v3作为开关，由JN5139的个I，o口控制开关，Io输出为高电平时，芯片R19193-3V3输出为33v；Io【J输出为低电平时，芯片RT9193-3、r3输出为ov。这样可以使得在墒情传感器不T作时，升压电路部分减少能耗，达到低功耗管理电源的设计目的。(3)传感器选择。土壤湿度传感器采Hj了基于半导体PN极测量原理的FDSl00，丰要技术参数见表l。(4)板载软件设计。无线传感器嘲络应用短距离无线通信技术，zigBee协议是由zigBee联盟制定的用j二短趴离无线通信技术标准之一，该协议丰要用于低功耗、低成本设备的低速互联，符合农Eu监测网络的应Jj要求。程序流程图如图2所示：22网关节点与传感器节点相比，网关节点要求较强的处理能力和速度，冈此选用了具有丰富片上资源的微处理器为核心，根据功能需求对硬件通讯接口进行了扩展，网关节点结构框图如图3所示：3人机界面的实现31主要功能基站数据管理软件主要实现的功能包括数据的接收、存储和时空分析，根据功能需求主要划分为数据接收模块、数据库存储模块、检测量时fHJ变化分析模块、检测量宅问变异分析模块这四个模块。4结语该七壤墒情传感器无线模块主要完成了以下工作任务：(1)节点模块的硬软件设计，无线传感器芯片构建了节点的硬件模块，主要负责土壤温度的采集和简单的处理。(2)网管模块的硬软件设计，同样采用了j咖c公司的芯片构建，主要负责与节点模块进行通讯，进一步对墒情数据进行存储和处理。(3)采用 zigbee构建的无线传感器网络是一种自适应式的组网方式，使得该网络更加稳定叮靠，并且成功地加入太阳能电池这一节能元素，使得该无线模块能更好地适应野外的恶劣环境，取得预期的效果。附录 便携式无线墒情综合监测仪简介便携式无线墒情综合监测仪（BTZS-GPRS）是浙江托普仪器依据土壤墒情监测规范SL000-2005中华人民共和国水利行业标准，根据土壤墒情监测规范要求设计。该仪器不仅可实时监测墒情的最主要参数土壤水分，还可根据用户需求监测土壤温度等，配套的软件可根据用户需要灵活设定墒情参数的采样周期和存储周期、巡测和召测数据及分析数据等功能。系统进行不间断监测，对土壤墒情的发生、发展及变化进行实时的监视和分析，为开展排涝抗旱工作提供信息依据。土壤墒情墒，指土壤适宜植物生长发育的湿度。墒情，指土壤湿度的情况。土壤湿度是土壤的干湿程度，即土壤的实际含水量，可用土壤含水量占烘干土重的百分数表示：土壤含水量=水分重/烘干土重100%。也可以土壤含水量相当于田间持水量的百分比，或相对于饱和水量的百分比等相对含水量表示。土壤水是植物吸收水分的主要来源（水培植物除外），另外植物也可以直接吸收少量落在叶片上的水分。土壤水的主要来源是降水和灌溉水，参与岩石圈-生物圈-大气圈-水圈的水分大循环。土壤水分传感器采用国际上最流行的现场测试土壤水分原理：频域反射原理（FDR），该技术最早应用于美国，即传感器发射一定频率的电磁波，电磁波沿探针传输，到达底部后返回，检测探头输出的电压，由于土壤介电常数的变化通常取决于土壤的含水量，由输出电压和水分的关系则可计算出土壤的含水量。水分是决定土壤介电常数的主要因素。测量土壤的介电常数，能直接稳定地反应各种土壤的真实水分含量。土壤水分传感器可测量土壤水分的体积百分比，与土壤本身的机理无关，此原理是目前国际上最流行的土壤水分传感器测量方法。便携式无线墒情综合监测仪功能特点便携式无线墒情综合监测仪主机及传输部分1、时钟设置：主机可设置北京时间；2、数据采集：可以手动模式记录也可自动模式记录和上传手动模式：手动按键保存数据，单独按发送键可直接通过GPRS或GSM上传至服务器。自动模式：设置数据采集和上传时间间隔，定时储存数据并将数据通过GPRS或GSM进行上传，实现实时获取所采集数据，也可利用U盘直接取出历史数据（标配已含）。GSM短信模式：可将数据以短信的形式发送至指定手机号码；GPRS网络模式：可利用GPRS传输模式将数据传输至网络中，用户可通过任何一台可上网的电脑查看数据并下载分析，也可以上传到国家指定的墒情IP站点。输入指定手机号码，可将仪器和手机绑定进行智能控制也可单独通过发送短信命令进行智能控制：可更改存储时间或采集间隔时间；可通过短信形式唤醒主机将数据发送至手机中。3、低电压提示：长时间无操作自动进入待机省电模式。4、信号强度显示：主机屏幕直接显示天线信号强度显示。5、传感器通道设置：可按需要自行组合，传感器插入主机后自动搜索到多种不同类别的传感器（类似于U盘接电脑），要求以后可增加气象及土壤参数只购传感器即可，无需再配主机。6、可增加GPS定位功能。便携式无线墒情综合监测仪上位机软件上位机软件要求：显示每种参数过程曲线趋势和最大值、最小值、平均值显示查看、放大、缩小功能，每种参数的报表、曲线图可选择时段查询。每种参数的报表、曲线图均可选择时段查询查看，并可输出打印。墒情评价：可以设置最低最高超限值，可自动进行墒情评价及旱情分析，软件可在线升级。便携式无线墒情综合监测仪供电部分仪器内置大容量锂电池，可随用随充。技术参数工作电压范围：7.5V14.5V工作及待机电流：待机电流19mA,最大工作电流：300mA待机时长：标配电池（12V24AH）可用18天通讯接口：RS-485、USB接口。便携式无线墒情综合监测仪传感器参数：气象要素测量范围 分辨率 准确度 土壤墒情（四层） 0-100% 0.1% 2% 土壤温度（四层） -20-100 0.1 0.2 便携式无线墒情综合监测仪选配的气象要素空气温度、空气湿度、露点、风向、风速、雨量、大气压、光照度、二氧化碳、土壤盐分、水分蒸发。参考文献：1】蒋挺，赵成林紫蜂技术及其应用【M】北京：北京邮电大学出版社，2006：823【2】探矽T作室嵌入式系统开发圣经【M】北京：中国铁道出版f：，20