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作物信息無線監(jiān)測系統(tǒng)

　　作物信息無線監(jiān)測系統(tǒng)是托普物聯(lián)網(wǎng)基于GPRS無線傳輸技術(shù)，為解決農(nóng)作物水分信息的快速獲取和無線遠(yuǎn)程傳輸而提出的一套完整方案。

　　一、作物信息無線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)背景

　　對作物水分狀況進(jìn)行準(zhǔn)確、快速、可靠的評價(jià)，是以實(shí)時(shí)監(jiān)測和診斷與作物水分狀況密切相關(guān)的作物水分信息為基礎(chǔ)的。因此作物信息無線監(jiān)測系統(tǒng)是實(shí)施灌溉決策和管理的重要基礎(chǔ)，也是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)體系和精量灌溉工程系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。而先進(jìn)、可靠的作物水分信息采集技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)和采集設(shè)備．則是精準(zhǔn)、快速、連續(xù)獲取作物水分信息的基礎(chǔ)保障。目前作物水分的數(shù)據(jù)采集、傳輸多為有線方式，而無線的數(shù)據(jù)傳輸方式相對較少。本文所闡述的作物水分無線遠(yuǎn)程傳輸和監(jiān)測系統(tǒng)即作物水分信息通過傳感器采得信號，經(jīng)PTM一48M處理后。通過GPRSDTU及GPRS、Internet網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)中心根據(jù)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行決策。實(shí)現(xiàn)了作物水分信息的無線實(shí)時(shí)傳輸，為實(shí)時(shí)診斷作物水分狀況提供了依據(jù)和保證。

　　隨著農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展，以及國家對三農(nóng)的的高度重視，特別是國家2012農(nóng)業(yè)國家一號文件頒發(fā)后。國家科技園、各大農(nóng)業(yè)園區(qū)、農(nóng)場等農(nóng)業(yè)機(jī)構(gòu)企業(yè)積極尋求在良種培育、節(jié)本降耗、節(jié)水灌溉、農(nóng)機(jī)裝備、新型肥藥、疫病防控、加工貯運(yùn)、循環(huán)農(nóng)業(yè)、海洋農(nóng)業(yè)、農(nóng)村民生等方面的高新技術(shù)，力求突破現(xiàn)存的農(nóng)業(yè)技術(shù)瓶頸，真正實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)。

　　浙江托普儀器有限公司和浙江大學(xué)合作積極響應(yīng)科技興農(nóng)政策突出農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新重點(diǎn)，研發(fā)出農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)智能控制系統(tǒng)通過通過射頻識別（rfid）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備等新型技術(shù)將農(nóng)業(yè)和互聯(lián)網(wǎng)連接起來提大大提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的工作效率和精細(xì)管理，避免了“瘦肉精”、“毒辣椒粉”、“紅心鴨蛋”等問題的再次發(fā)生，保證了食品的安全和產(chǎn)量。

　　目前此物聯(lián)系統(tǒng)已在全國多家科技園、示范園區(qū)、農(nóng)場、科研所、院校等區(qū)域成功運(yùn)行，技術(shù)穩(wěn)定成熟，功能齊全。為在農(nóng)業(yè)種植業(yè)、畜牧養(yǎng)殖業(yè)等領(lǐng)域的生產(chǎn)關(guān)鍵環(huán)節(jié)建立智能化控制、信息化管理的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)項(xiàng)目提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)施將大大提高國家推進(jìn)科技創(chuàng)新增強(qiáng)農(nóng)產(chǎn)品的步伐。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)將開啟農(nóng)業(yè)生產(chǎn)騰飛的新篇章。托普農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)核心產(chǎn)品均屬于自有品牌，自主研發(fā)生產(chǎn)。

　　農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)主要包括三個(gè)層次：

　　感知層：采用各種傳感器（如溫濕度、光照、CO2、風(fēng)向、風(fēng)速、雨量、土壤溫濕度等）獲取植物的各類信息。

　　傳輸層：信息通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)和信息路由設(shè)備傳到控制中心，各個(gè)節(jié)點(diǎn)可以自由配對、任意監(jiān)控、互不干擾。

　　應(yīng)用層：根據(jù)WSN獲取植物實(shí)時(shí)生長環(huán)境。圖溫濕度、光照參數(shù)等，收集各個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行存儲和管理實(shí)現(xiàn)整個(gè)測試點(diǎn)的信息動(dòng)態(tài)顯示，并根據(jù)各類信息進(jìn)行自動(dòng)灌溉、施肥、噴藥、降溫補(bǔ)光等控制、對異常信息進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警。加裝攝像頭可以對每個(gè)大棚和整個(gè)園區(qū)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

　　二、作物信息無線監(jiān)測系統(tǒng)中GPRS的概述及技術(shù)優(yōu)勢

　　GPRS(GeneralPacketRadioService．通用無線分組業(yè)務(wù))作為第二代移動(dòng)通信技術(shù)GSM向第三代移動(dòng)通信(3G)的過渡技術(shù)，是一種基于GSM的移動(dòng)分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，面向用戶提供移動(dòng)分組的IP或者X．25連接。GPRS在現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上疊加了一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)．同時(shí)在網(wǎng)絡(luò)上增加一些硬件設(shè)備和軟件升級。形成了一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)邏輯實(shí)體，提供端點(diǎn)到端點(diǎn)的、廣域的無線IP連接。GPRS是一項(xiàng)高速數(shù)據(jù)處理的技術(shù)。它以分組交換技術(shù)為基礎(chǔ)，用戶通過GPRS可以在移動(dòng)狀態(tài)下使用各種高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，包括收發(fā)E—mail、進(jìn)行Internet瀏覽等。GPRS采用分組交換技術(shù)，每個(gè)用戶可同時(shí)占用多個(gè)無線信道，同一無線信通過各種網(wǎng)關(guān)和路由到數(shù)據(jù)中心(如圖2所示)。道又可以由多個(gè)用戶共享。資源被有效的利用。使用GPRS，數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)分組發(fā)送和接收，用戶永遠(yuǎn)在線且按流量、時(shí)間計(jì)費(fèi)，迅速降低了服務(wù)成本。GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1。

　　GPRS的技術(shù)優(yōu)勢如下：

　　(1)GPRS一個(gè)最“招人”的特點(diǎn)就是“永遠(yuǎn)在線”。GPRS采用的是分組交換技術(shù)，不需要像Modem那樣撥號連接．用戶只有在發(fā)送或接收數(shù)據(jù)時(shí)才占用資源。

　　(2)支持中、高速率數(shù)據(jù)傳輸，可為每個(gè)用戶提供9．05～171．2kbit／s的數(shù)據(jù)傳輸速率。

　　(3)GPRS網(wǎng)絡(luò)接入速度快，提供了與現(xiàn)有數(shù)據(jù)網(wǎng)的無縫連接。

　　(4)GPRS的設(shè)計(jì)使得它既能支持間歇的爆發(fā)式數(shù)據(jù)傳輸，又能支持偶爾的大量數(shù)據(jù)的傳輸。GPRS能在O.5～1秒之內(nèi)恢復(fù)數(shù)據(jù)的重新傳輸。

　　(5)GPRS的安全功能同現(xiàn)有的GSM安全功能一樣。不過GPRS使用的密碼算法是專為分組數(shù)據(jù)傳輸所優(yōu)化過的。

　　(6)用戶數(shù)據(jù)在MS和外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間透明地傳輸。它使用的方法是封裝和隧道技術(shù)。

　　(7)覆蓋較好，與現(xiàn)有無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)(集群、雙向傳呼、CDPD、CDMA)相比，其網(wǎng)絡(luò)覆蓋是最好的。

　　三、作物信息無線監(jiān)測系統(tǒng)整體框架圖

本系統(tǒng)由上位機(jī)(數(shù)據(jù)中心)、下位機(jī)(PTM一48M)、通信系統(tǒng)(GPRSDTU、GPRS網(wǎng)絡(luò)、Intemet、校園網(wǎng))三部分組成。主要是通過PTM--48M所攜帶的土壤水分等各類傳感器采集的數(shù)據(jù)信息通過串口通訊RS一232到GPRSDTU然后GPRSDTU將數(shù)據(jù)打成IP包，經(jīng)GPRS空中接口接入無線GPRS網(wǎng)絡(luò)。由移動(dòng)服務(wù)商轉(zhuǎn)接到Internet。到教育網(wǎng)一校園網(wǎng)。最終通過各種網(wǎng)關(guān)和路由到數(shù)據(jù)中心(如圖2所示)。

　　四、結(jié)論

采用無線數(shù)據(jù)傳輸方式，不僅減少線路敷設(shè)，降低成本。還具有很大的靈活性?；贕PRS平臺的應(yīng)用現(xiàn)已在國內(nèi)外多個(gè)領(lǐng)域出現(xiàn)，且呈現(xiàn)出良好的發(fā)展態(tài)勢。本文采用GPRS技術(shù)設(shè)計(jì)的作物水分精確監(jiān)測和遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)，目前正在測試階段，能為農(nóng)業(yè)決策提供有效的依據(jù)。隨著GPRS技術(shù)和信息采集技術(shù)的不斷發(fā)展，本系統(tǒng)將會進(jìn)一步完善和成熟，且有著廣泛的應(yīng)用前景。