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1、黑 龙 江 八 一 农 垦 大 学 学 报第 22 卷农田环境信息是现代化农业生产中的关键部分，它直接反映农作物生长和农作物产品质量1。快速、有效采集和描述影响作物生长环境的空间变量信息，是“精准农业”实践的重要基础。准确实时采集农田环境信息，对农作物研究、合理资源利用和生产实践决策等都是非常必要的2。传统的设计大多以单片机为微处理器，系统的扩充性不好。目前也有研究人员采用高度集成化的掌上电脑，但价格昂贵，很难普及。设计给出基于 ARM 和 GPRS 的嵌入式农田数据采集系统设计方案，它使数据信息可以简洁、实时的进行传送，能够节省巨大的通信网络建设和维护费用，为用户终端安全稳定的运行提供了可靠
2、的保证。1硬件设计根据农田环境信息采集系统功能需求，进行总体方案的构思和设计，其硬件构架如图 1 所示。1.1 微处理器采用的是一款基于 ARM7TDMI 核的高速处理器 S3C44B0X，S3C44B0X 微处理器是 Samsung 公司提供的高性能和高性价比的微控制器解决方案，使用 32 位的低功耗 RISC 内核 ARM7TDMI。采用0.25 mCMOS 工艺制造，工作主频 66 MHz，工作电压仅有 2.5 V，功耗低、成本低，同时能达到优良的性能，可以使用三级流水线、支持 64 位结果的增强型农田环境数据采集系统的研究与设计李兴霞（佳木斯大学，佳木斯 154007）摘要：根据精准农
3、业的需求，结合嵌入式技术、无线远程通信技术、GPS 定位技术以及传感器技术等领域的最新研究成果，设计了一套能够实时采集多种农田数据的系统。该系统可以采集、显示多种农田数据，还能够经 GPRS 网络实现远程数据传输，远程数据中心建有数据库，可供用户随时浏览环境数据。此系统适合远程条件下对分散农田环境信息进行监测与管理，为农田管理决策、智能控制等提供数据支持。关键词:数据采集；嵌入式技术；C/OSII；GPRS中图分类号：TP229Study and Design of Farmland Environmental Data Acquisition SystemLi Xingxia（Jiamusi
4、 University,Jiamusi 154007）Abstract:According to the demand of precision agriculture,combining the latest research results of embedded technology,wirelessremote communication technology,GPS technology and sensor technology,a set of farmland data real-time acquisition system isdesigned.The system can
5、 collect and display various farmland data,and it can realize remote data transmission by GPRS network;there is a database in remote data center for users to view environmental data at any time.This system is suitable for monitoring andmanagement of scattered farmland environment in remote situation
6、,providing data support for farmland management decision andintelligent control,etc.Key words:data acquisition；embedded technology；C/OSII；GPRS收稿日期：2010-06-13基金项目：佳木斯大学科学技术研究项目（L2009-159）。作者简介：李兴霞（1972-），女，讲师，哈尔滨工程大学硕士研究生毕业，现主要从事电子技术方面的教学与科研工作。黑 龙 江 八 一 农 垦 大 学 学 报Journal of Heilongjiang Bayi Agricul
7、tural University22（6）：7274Dec.2010文章编号：1002-2090（2010）06-0072-03第 22 卷第 6 期2010 年12 月文献标识码：A第 6 期硬件乘法器，支持半字、有符号字节的 Load 和 Store以及 Thumb 压缩指令集，包含 EmbeddedICE 模块以支持嵌入式系统调试如 JTAG 方式等3。图 1硬件总体构架图Fig.1The overall architecture diagram of hardware S3C44B0XI ARM7 TDMI?FLASH?RS232?GPRS?JTAG?CF?IDE?LCD A/D?SD
8、RAM 1.2 数据采集部分系统主要采集影响农作物生产的 5 个环境信息：土壤温度、土壤水分、空气温度、空气湿度和光照强度。考虑精度、灵敏度、可靠性、使用寿命、防水性、响应速度等因素，采用昆仑海岸公司生产的 JWSL-2AT 通用型温湿度变送器，ZD01-AT 电流型照度变送器，土壤温度数据采集采用上海银河仪器厂生产的铂电阻温度传感器，测量范围为-50150。土壤水分传感器；采用锦州阳光科技有限公司的 TDR-3型土壤水分传感器。在整个系统中 GPS 数据的采集部分十分重要。它能够提供准确的地理信息，时间日期等，为环境数据的采集提供了准确的定位。系统采用 Ag DGPS132用于精细农业的亚米
9、级差分 GPS 接收机。1.3 模数转换部分当用一个三角波信号与输入信号进行叠加,并高速采样时,转换器产生一系列的 0 或 1 采样值，0 和 1出现的比例就表示了这个在 0 和 1LSB 之间的实际值。因此，加入三角波信号可提高信噪比。图 2 为三角波信号产生以及与输入信号叠加的电路图。在系统中，依据信号频率和需要增加的 AD 转换分辨率，确定过采样因子 K=8，三角波信号频率为100 kHz，AD 转换频率为 500 kHz，可以增加 AD 分辨率 2bit，使 S3C44B0XI 的 AD 转换精度从 10 bit 增加到 12 bit，并增加了信噪比。对信号连续的多个周期进行采样，对测
10、量结果分别处理后，用得到的平均值作为最终的结果，可以进一步增加测量结果的信噪比。2软件设计系统采用模块化的设计方法，各模块相互独立又共同依赖嵌入式操作系统 C/OSII，由于驱动程序封装在 C/OSII 操作系统下，上层应用程序开发、维护和软件升级都很方便4，这样在一个成熟的以C/OSII 为主的软件平台上，很容易开发扩展各种实用的控制应用程序。软件方案构架如图 3。用户应用程序的执行是由启动引导程序跳转main（）函数开始的，C/OSII 要求首先被初始化，并且在启动多任务实时调度前至少要创建一个用户主任务。执行完此程序，操作系统内核为起始任务图 2三角波信号产生与输入信号叠加Fig.2Tr
11、iangle waveform signal productionand input signal superposition?1nf10K1nf100nf10K10M10K10K10K10KVinPWMVrefto AD李兴霞:农田环境数据采集系统的研究与设计73黑 龙 江 八 一 农 垦 大 学 学 报第 22 卷?222 22?2222 222222222 2?22?2222222 22222 22?222 222?2?2222?222222222Main_Task（）分配了优先权，起始任务 Main_Task（）首先获得执行。在起始任务里主要是完成硬件的初始化、创建任务通讯同步资源、创
12、建各个任务等。服务器接收端的软件实现的功能是实时接收采集现场传来的数据，并将其进行解析，完成数据的数据库存储5。从而实现系统的远程数据采集功能。对于底层的控制，由于比较复杂，系统采用利用 C+语言做成动态链接库的形式，留出函数调用接口，便于其他工程人员进行其他开发。对服务器端的操作软件采用 VB6.0 进行编写。当远程有 GPRS 要进行通讯时，获取 GPRS 信息，此时数据链路开通，GPRS 可以传输数据。在数据接收区显示所接收的数据，并实时进行数据解析显示。每个 GPRS 都在后台对应一个数据库，可以将获取的所有环境信息数据进行存储。数据接收软件程序流程图如图 4 所示。图 3软件模块框图
13、Fig.3The modular diagram of software?uc/OSII LCD?H-JTAG?GPS?图 4数据接收软件程序流程图Fig.4The program flow chart of data receiving software（下转第 82 页）74黑 龙 江 八 一 农 垦 大 学 学 报第 22 卷参考文献：1 张新光，赵增勤.一类四阶奇异半正边值问题正解的存在性 J.系统科学与数学，2006，26:553-560.2 李永祥.四阶边值问题正解的存在性与多解性 J.应用数学学报，2003，26:109-116.3 Yongxiang Li，Positive s
14、olutions on fourth order singularboundary value problem with two parameters J.Math.Anal.Appl.，2003，281:477-484.4 Alberto Cabada，J.Angel Cid，Luis Sanchez，Positivity andlower and upper solutions for fourth-order boundary valueproblems J.Nonlinear Analysis，2007，67:1599-1612.5 孔令彬，张仲毅.奇异非线性四阶边值问题的正解 J.吉
15、林大学学报，2002,40（1）：40-43.6 Daqing Jiang，Huizhao Liu，Xiaojie Xu.Nonresinantsingular fourth order boundary value problems J.AppliedMathematics Letters，2005，18:69-75.7 李兴昌，赵增勤.一类非共振奇异半正边值问题正解的存在性 J.高校应用数学学报，2008，23:55-60.8 郭大钧.非线性分析中的半序方法 M.济南:山东科学技术出版社，2000.（上接第 64 页）1.该平台能够使学习者在较短的时间内获得最优的学习效果，提高学习效率，节
16、省学习时间，使学习方向性更加明确。2.更加合理、科学地组合教学资源，使资源共享化成为可能。3.提供相对科学的智能评价和智能反馈，实现自我评价、他人评价，为教与学提供参考数据。可以预见，计算机基础课网络教学平台不仅能够构建多媒体化和个性化的学习环境，提供丰富的网络资源和拓展教学时空，还能够改善教学质量，提高教学水平。参考文献：1 朱景福，高军.网络选课与学分制管理系统的建立与应用 J.黑龙江八一农垦大学学报，2008（3）：85-88.2 郝兴伟，龙世立，巩裕伟.基于网络的计算机基础教学过程管理研究与实践 J.中国大学教学，2010（3）:49-51.3 刘金明，刘桂阳，王娜.新型计算机实验课教
17、学方法 J.实验科学与技术，2009（3）:99-101.4 苟燕，刘东升，张丽萍.程序设计基础网络自主学习环境的构建研究 J.计算机教育，2010（5）:121-123.（上接第 74 页）3结束语课题所设计的农田数据采集系统使用户终端以低廉、快速、可靠的方式连入 GPRS 网络和互联网，使用户终端数据信息可以简洁、实时的进行传送，为用户终端安全稳定的运行提供了可靠的保证。与传统的解决方案相比，有巨大的优势，并且有向其它特定场合下的行业应用扩展的前景。但是本系统只实现了单向地进行数据上传功能，如何实现服务器端对终端的网络控制，包括对终端实现远程的软件升级，将是一个非常有探讨性的课题。参考文献：1 庄卫东，汪春.DGPS 在数字农业中应用技术研 J.现代化农业学报,2005,21（4）:30-32.2 潘瑜春，黄兴荣，马景宇，等.面向精准农业的农田地块更新地理信息系统 J.农机化研究学报，2006，8:77-81.3 周立功.ARM 嵌入式系统基础教程 M.北京：北京航空航天大学出版社，2005.4 Labrosse J Jean.嵌入式实施操作系统 uC/OS-II M.2 版.北京：北京航空航天大学出版社，2003.5 王勇，范晓楠.嵌入式系统与 GPRS 技术在“三表”远传中的应用 J.测控技术，2005，24（2）:65-67.82