專利名稱：基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)與嵌入式3S技術(shù)的農(nóng)田信息監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及精確農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，具體地說是一種對農(nóng)田信息同時進行 定點和移動采集，實現(xiàn)農(nóng)用信息實時監(jiān)測的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
將嵌入式3S技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，在以美國、日本為代表 的發(fā)達國家己經(jīng)比較普遍，理論水平與實踐能力都要明顯強于我國。 我國的精細農(nóng)業(yè)方面研究起步于90年代中期。由中國農(nóng)業(yè)大學(xué)率先 開展了精細農(nóng)業(yè)的研究，并于199S年成立了我國第一個"精細農(nóng)業(yè) 研究中心"，對GPS定位試驗、谷物產(chǎn)量傳感器、土壤水分測試和水 果圖像分級等方面進行研究。浙江大學(xué)也是國內(nèi)較早開展精細農(nóng)業(yè)研 究的單位之一，從國外引進了高精度的農(nóng)用差分GPS接收機Agl32 ，
平板式數(shù)字化儀，遙感處理軟件、遠程無線通訊模塊等，并對農(nóng)田信 息的移動化采集進行了一定研究，但在通訊中尚未能實現(xiàn)圖像信息的 采集。
中科院合肥智能機械化所的劉原與中科大的宋良圖對基于 Zigbee技術(shù)的農(nóng)業(yè)信息無線傳輸?shù)挠布M行了相關(guān)研究，他們提出 用AvR單片機Atlnega8L和芯片CC2420構(gòu)成無線嵌入式傳輸智能 控制器的設(shè)計方法；以及由首都師范大學(xué)回楠木等提出的主要是以Jennie公司生產(chǎn)的Zigbee無線微型控制器JN5121—M02模塊為核 心的無線農(nóng)田采集控制系統(tǒng)的設(shè)計方案。但僅僅實現(xiàn)了定點采集功 能，沒有進行了移動化開發(fā)，不能實現(xiàn)農(nóng)田信息的定點化和移動化采 集相結(jié)合。
對于農(nóng)業(yè)信息發(fā)布的研究上李秀紅等提出以ARM CPU為硬件核 心，通過uC/OS-II嵌入式操作系統(tǒng)的調(diào)度與管理，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)場數(shù) 據(jù)的實時采集與處理，然后經(jīng)由CDMA/GPRS無線移動通信模塊將其發(fā) 送至數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。在服務(wù)器端，采用ASP. NET技術(shù)實現(xiàn)動態(tài)WEB發(fā) 布，用戶可以通過INTERNET網(wǎng)絡(luò)隨時瀏覽和下載各種農(nóng)業(yè)信息數(shù)據(jù)。 但此方案在可靠性、集成性、穩(wěn)定性和擴展性等方面都有待提高，不 能完全適應(yīng)遠程條件下農(nóng)業(yè)環(huán)境信息監(jiān)測與管理的各種需要。
綜上所述
1. 關(guān)于Zigbee網(wǎng)絡(luò)技術(shù)運用到農(nóng)田信息定點采集的研究國內(nèi)已 有相關(guān)報道，但關(guān)于結(jié)合嵌入式開發(fā)，實現(xiàn)農(nóng)田信息定點和移動兩種 采集方式相結(jié)合的研究國內(nèi)未見相關(guān)文獻、成果及專利報道。
2. 關(guān)于嵌入式終端系統(tǒng)集成RS、 GIS、 GPS技術(shù)，通過GPRS實現(xiàn) 與上位機通信的研究國內(nèi)已有相關(guān)報道，但在農(nóng)田信息采集過程中實 現(xiàn)圖像傳輸?shù)难芯繃鴥?nèi)未見相關(guān)文獻、成果及專利報道。
3. 關(guān)于通過服務(wù)器端對農(nóng)田信息實時發(fā)布，瀏覽器端隨時瀏覽和 下載農(nóng)業(yè)信息數(shù)據(jù)的研究國內(nèi)已有相關(guān)報道，但在構(gòu)建三層體系結(jié)構(gòu) 框架的同時實現(xiàn)RS與GIS集成，完成農(nóng)田地理信息模型，為WebGIS 服務(wù)器提供精確的圖層及數(shù)據(jù)功能的研究國內(nèi)未見相關(guān)文獻、成果及專利報道。同時，我國目前將Zigbee網(wǎng)絡(luò)技術(shù)融合嵌入式3S技術(shù)
進行農(nóng)業(yè)信息監(jiān)測尚未有商品化產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足而提供的一種基于Zigbee 網(wǎng)絡(luò)與嵌入式3S技術(shù)的農(nóng)田信息監(jiān)測系統(tǒng)，它能夠根據(jù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的 實際情況，分析研究農(nóng)業(yè)防災(zāi)抗災(zāi)所需密切關(guān)注的各種信息的。
為了解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的 一種基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)與嵌入式3S技術(shù)的農(nóng)田信息監(jiān)測系統(tǒng)，其 特征在于，它主要由ZigBee固定點數(shù)據(jù)采集單元1、 ZigBee固定點 數(shù)據(jù)接收/發(fā)送單元2、嵌入式移動單元3組成，所述的ZigBee固定 點數(shù)據(jù)采集單元1由農(nóng)田屬性信息傳感器、微處理器A固7、 ZigBee 無線通信模塊、ZigBee傳感器網(wǎng)絡(luò)組成，微處理器ARM7的USB接口 接農(nóng)田屬性信息傳感器的輸出，ZigBee無線通信模塊與微處理器 ARM7的串口相連，ZigBee無線通信模塊的輸出與ZigBee網(wǎng)絡(luò)相連； ZigBee固定點數(shù)據(jù)接收/發(fā)送單元2由ZigBee接收?？臁⑽⑻幚砥?ARM7'、數(shù)字信號處理器DSP、全球移動通信/通用分組無線系統(tǒng) GSM/GPRS發(fā)送模塊組成，ZigBee接收模塊與ZigBee網(wǎng)絡(luò)無線連接， ZigBee接收模塊的輸出與微處理器ARM7，系統(tǒng)的串口相連，ARM7'的 數(shù)據(jù)線與數(shù)字信號處理器DSP的數(shù)據(jù)線相連，GSM/GPRS發(fā)送模塊與 微處理器ARM7，的串行輸出口相連，ZigBee固定點數(shù)據(jù)接收/發(fā)送單 元2的GSM/GPRS發(fā)送模塊與基于internet的地理信息系統(tǒng)WebGIS 服務(wù)器的GSM/GPRS發(fā)送接收模塊無線相連；嵌入式移動單元3由ZigBee，接收模塊、微處理器ARM9、 LCD顯示器、CCD，攝像頭、全球 定位系統(tǒng)GPS模塊、通用分組無線系統(tǒng)GPRS模塊組成，ZigBee'接收 模塊與ZigBee網(wǎng)絡(luò)無線連接，ZigBee，接收模塊的輸出與微處理器 ARM9的串口相連，ARM9系統(tǒng)的輸出、輸入口分別接LCD顯示器的輸 入、輸出端，CCD，攝像頭與微處理器ARM9的輸入口相連，GPS模塊 的輸出與微處理器ARM9的串口相連，微處理器ARM9的串行輸入、輸 出口分別與通用分組無線系統(tǒng)GPRS模塊的輸入、輸出端相連，并通 過GPRS模塊與基于internet的地理信息系統(tǒng)WebGIS服務(wù)器的 GSM/GPRS發(fā)送接收模塊無線連接。 射
農(nóng)田信息傳感器采用溫度傳感器、濕度傳感器、PH值傳感器及 CCD攝像頭、GPS傳感器。
微處理器ARM7外接以太網(wǎng)模塊、存儲模塊、仿真器模塊、電源。 微處理器ARM7，外接以太網(wǎng)模塊、存儲模塊、仿真器模塊、電源。 微處理器ARM9外接以太網(wǎng)模塊、存儲模塊、仿真器模塊、電源。 本發(fā)明的有益效果
1.實現(xiàn)農(nóng)田信息固定點與移動點協(xié)同監(jiān)測農(nóng)田信息采集是實踐 "精確農(nóng)業(yè)"的基礎(chǔ)，是現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)研究的重點。農(nóng)田信息主要包括 地理環(huán)境、土壤環(huán)境、氣候參數(shù)、水環(huán)境、與作物生長狀況相關(guān)的信 息以及管理信息等六大要素，具有量大、多維(信息多種多樣)、動 態(tài)、時空變異強等特點。在精細農(nóng)業(yè)地研究中，要求對農(nóng)田信息定位、 快速、精確、連續(xù)地測量，傳統(tǒng)人工采集、實驗室分析的方法已經(jīng)很難滿足這一要求，而固定傳感器的采集也不能滿足時空變化的特點， 為此，需要開發(fā)適用于精細農(nóng)業(yè)的移動化農(nóng)田信息實時采集技術(shù)。本 專利采用固定點與移動點協(xié)同監(jiān)測，為農(nóng)田信息實時化監(jiān)測開辟了新 的方向。
2. 實現(xiàn)GPRS在數(shù)據(jù)采集方面的應(yīng)用。目前，RS、 GIS與GPS技 術(shù)己廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集、動態(tài)監(jiān)測等領(lǐng)域。GPRS是目前解決移動 通信信息服務(wù)的新技術(shù)，應(yīng)用前景廣闊。國內(nèi)外農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)移動采集系 統(tǒng)廣泛采用的傳統(tǒng)的GSM網(wǎng)絡(luò)下SMS短信息傳輸方式只能實現(xiàn)數(shù)據(jù) 的單向傳輸，同時不能滿足圖像傳輸?shù)男枰ａ槍@一問題，本系統(tǒng) 采用支持TCP / IP協(xié)議的GPRS無線網(wǎng)絡(luò)模塊，實現(xiàn)客戶端與上位 機的B / S網(wǎng)絡(luò)連接，不僅能夠滿足雙向傳輸數(shù)據(jù)的要求，還能夠 實現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的傳送。
3. 移動終端與服務(wù)器之間采取B / S結(jié)構(gòu)。B / S ( Browser / Server)結(jié)構(gòu)即瀏覽器和服務(wù)器結(jié)構(gòu)。它是隨著Internet技術(shù)的興 起而對C / S結(jié)構(gòu)的一種變化或者改進的結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)下，極 少部分事務(wù)邏輯在前端(Browser)實現(xiàn)，主要事務(wù)邏輯在服務(wù)器端
(Server )實現(xiàn)，形成所謂三層3-tier結(jié)構(gòu)。這樣就大大簡化了 嵌入式移動終端載荷，只需要安裝瀏覽器就可能滿足需要。本發(fā)明利 用B / S模式代替目前農(nóng)田信息監(jiān)測系統(tǒng)基本采用的點對點式結(jié)構(gòu)， 實現(xiàn)了移動端與上位機之間數(shù)據(jù)的雙向傳輸。
4. 采用低成本的嵌入式操作系統(tǒng)Linux 嵌入式Linux OS是開 放源代碼的，不存在黑箱技術(shù)；Linux的源代碼注釋豐富，文檔齊全,易于解決各種問題；Linux的內(nèi)核小、效率高；同時Linux是開放源 代碼的0S ，在價格上極具競爭力，適合農(nóng)業(yè)國情。
5.經(jīng)濟、社會效益項目研制的系統(tǒng)面向相關(guān)部門提供決策依據(jù)， 而移動終端又直接面向農(nóng)戶，產(chǎn)品直接面向市場。實現(xiàn)精確播種、施 肥，減少農(nóng)業(yè)資源浪費和降低農(nóng)藥、化肥使用；保護生態(tài)環(huán)境；為農(nóng) 業(yè)防災(zāi)抗災(zāi)農(nóng)民致富增收提供強大的信息保障。


圖l是本發(fā)明的電原理示意圖。
圖2是本發(fā)明ZigBee固定點數(shù)據(jù)采集單元的電路圖。
圖3是本發(fā)明ZigBee固定點數(shù)據(jù)接收/發(fā)送單元的電路圖。
圖4是本發(fā)明嵌入式移動單元的電路圖。
圖5是服務(wù)器數(shù)據(jù)管理及網(wǎng)絡(luò)發(fā)布的示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。 如圖1所示， 一種基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)與嵌入式3S技術(shù)的農(nóng)田信息 監(jiān)測系統(tǒng)，它主要由ZigBee固定點數(shù)據(jù)采集單元1、 ZigBee固定點 數(shù)據(jù)接收/發(fā)送單元2、嵌入式移動單元3組成，所述的ZigBee固定 點數(shù)據(jù)采集單元1由農(nóng)田屬性信息傳感器、微處理器ARM7、 ZigBee 無線通信模塊、ZigBee傳感器網(wǎng)絡(luò)組成，微處理器ARM7的USB接口 接農(nóng)田屬性信息傳感器的輸出，ZigBee無線通信模塊與微處理器 ARM7的串口相連，ZigBee無線通信模塊的輸出與ZigBee網(wǎng)絡(luò)相連； ZigBee固定點數(shù)據(jù)接收/發(fā)送單元2由ZigBee接收?？?、微處理器ARM7'、數(shù)字信號處理器DSP、全球移動通信/通用分組無線系統(tǒng) GSM/GPRS發(fā)送模塊組成，ZigBee接收模塊與ZigBee網(wǎng)絡(luò)無線連接， ZigBee接收模塊的輸出與微處理器ARM7，系統(tǒng)的串口相連，ARM7，的 數(shù)據(jù)線與數(shù)字信號處理器DSP的數(shù)據(jù)線相連，GSM/GPRS發(fā)送模塊與 微處理器ARM7，的串行輸出口相連，ZigBee固定點數(shù)據(jù)接收/發(fā)送單 元2的GSM/GPRS發(fā)送模塊與基于internet的地理信息系統(tǒng)WebGIS 服務(wù)器的GSM/GPRS發(fā)送接收模塊無線相連；嵌入式移動單元3由 ZigBee，接收模塊、微處理器A賜9、 LCD顯示器、CCD，攝像頭、全球 定位系統(tǒng)GPS模塊、通用分組無線系統(tǒng)GPRS模塊組成，ZigBee'接收 模塊與ZigBee網(wǎng)絡(luò)無線連接，ZigBee'接收模塊的輸出與微處理器 ARM9的串口相連，ARM9系統(tǒng)的輸出、輸入口分別接LCD顯示器的輸 入、輸出端，CCD，攝像頭與微處理器ARM9的輸入口相連，GPS模塊 的輸出與微處理器ARM9的串口相連，微處理器ARM9的串行輸入、輸 出口分別與通用分組無線系統(tǒng)GPRS模塊的輸入、輸出端相連，并通 過GPRS模塊與基于internet的地理信息系統(tǒng)WebGIS服務(wù)器的 GSM/GPRS發(fā)送接收模塊無線連接。
圖2和圖3為Zigbee傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計，Zigbee傳感器網(wǎng)絡(luò)采 用固定點傳感器對農(nóng)田信息進行實時檢測。首先，根據(jù)農(nóng)業(yè)防災(zāi)抗災(zāi) 所需密切關(guān)注的信息，確定傳感器的種類、數(shù)量以及放置位置等；其 次，對傳感器節(jié)點進行配置，傳感器節(jié)點分為主節(jié)點和從節(jié)點兩種， 被隨機的擺放在監(jiān)測區(qū)域里，節(jié)點間通過AODV路由協(xié)議進行組網(wǎng)， 在網(wǎng)絡(luò)中，每個節(jié)點都有一個固定的地址，數(shù)據(jù)的傳送采用主從節(jié)點方式，與計算機連接的無線接口模塊作為主節(jié)點，采用i/o引腳模
擬串行接口與計算機通信，控制網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的通信時序，傳感器節(jié)點作為 從節(jié)點，可以被主節(jié)點尋址；最后，為整個組建編寫軟件模塊，主要 分為兩部分 一是初始化及節(jié)電配置模塊，主要用來初始化串口、通 訊模塊、以及實現(xiàn)命令幀的接受、處理和發(fā)送；二是組網(wǎng)模塊，主要 完成網(wǎng)絡(luò)刷新方式選擇、拓撲結(jié)構(gòu)選擇和網(wǎng)絡(luò)組建。
Zigbee傳感器網(wǎng)絡(luò)硬件主要分為ZigBee固定點數(shù)據(jù)采集單元1 和ZigBee固定點數(shù)據(jù)接受/發(fā)送單元2,具體電路圖分析如下
圖2，本發(fā)明ZigBee固定點數(shù)據(jù)采集單元1中農(nóng)田屬性傳感器 可以采用溫度傳感器(型號可為北京九純健科技發(fā)展有限公司的 JCJ100G)、濕度傳感器(型號可為北京九純健科技發(fā)展有限公司的 JCJ100H1)、 PH值傳感器(型號可為杭州環(huán)宇文教科技有限公司的 PH-BTA)及CCD攝像頭(型號可為深圳市申達電子有限公司的A-919) 分別用于采集農(nóng)田環(huán)境數(shù)據(jù)-溫度、濕度、PH值及農(nóng)田作物實時圖像， 并通過USB接口將數(shù)據(jù)發(fā)送到ARM7模塊(型號可為廣東周立功單片 機發(fā)展有限公司的SmartARM2200)的數(shù)據(jù)輸入口。
微處理器ARM7外接以太網(wǎng)模塊(型號可以采用武漢歐易光電有 限公司的0E0M373-311)、存儲模塊(型號可以型號采用深圳市萬視 通電子科技有限公司的DVS8380)、仿真器模塊(型號可以采用合眾 達電子技術(shù)有限責(zé)任公司的SEED—XDSUSB2.0)、電源(型號可以采 用上海翔惠電子有限公司的SW10-1U)，微處理器ARM7從數(shù)據(jù)接收口 收到傳感器傳送來的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理，再通過數(shù)據(jù)發(fā)送口發(fā)送至ZigBee無線通信模塊(型號可采用深圳無線龍科技公司的C51RF—WSN—PK)， 經(jīng)ZigBee網(wǎng)絡(luò)發(fā)送去ZigBee接收模塊。
圖3，本發(fā)明ZigBee固定點數(shù)據(jù)接收/發(fā)送單元2中ZigBee接 收模塊(可以采用型號為深圳無線龍科技公司的C51RF—WSN—PK) 接收到ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳送來的溫度、濕度、ra值等信息通過數(shù)據(jù)輸入 /輸出口發(fā)送到微處理器ARM7，(型號可以采用廣東周立功單片機發(fā)展 有限公司的SmartARM2200)分類處理，其中傳感器信息由ARM7，直接 處理，通過短信模式GSM方式(不能傳輸圖像)發(fā)送到WebGIS服務(wù) 器。圖像信息先由ARM7，傳送到數(shù)字信號處理器DSP (型號可以采用 德州儀器TI公司的TMS320C645x)處理，處理完成后再傳回ARM7，， 通過GPRS方式發(fā)送到Web服務(wù)器。微處理器ARM7'與DSP之間采用數(shù) 據(jù)線相連，數(shù)據(jù)雙向傳輸。
GSM/GPRS模塊型號可以采用廣東周立功公司的ZWG—23DP GSM/GPRS模塊。
微處理器ARM7，模塊外接以太網(wǎng)模塊(型號可為武漢歐易光電有 限公司的0E0M373-311)、存儲模塊(型號可為深圳市萬視通電子科 技有限公司的DVS8380)、仿真器模塊(型號可為合眾達電子技術(shù)有 限責(zé)任公司的SEED—XDSUSB2.0)、電源(型號可為上海翔惠電子有 限公司的SW10-1U)。
圖4，本發(fā)明嵌入式移動單元3能夠?qū)?shù)據(jù)信息進行采集、接收、 發(fā)送，嵌入式移動單元3可以通過GPRS模塊(型號可以采用廣東周 立功公司的ZWG—23DP)與WEB服務(wù)器通信利用瀏覽器直接獲得農(nóng)田信息，同時在農(nóng)田范圍內(nèi)時也可由ZigBee'接收模塊(型號可以采用 深圳無線龍科技公司的C51RF—WSN—PK)獲取ZigBee網(wǎng)絡(luò)采集的農(nóng) 田信息，采集到的信息直接傳送到微處理器ARM9 (型號可以采用廣 東周立功單片機發(fā)展有限公司MagicARM2200-A)，并可以通過LCD顯 示器(型號可以采用北京利博蒙科技有限公司EE-0657-IN-W5R )把 這些信息顯示出來。
全球定位系統(tǒng)GPS模塊(型號可以采用中興藍鼎公司的Ublox RCB 一4H)提供準確定位信息，便于查詢具體位置的農(nóng)田信息，配合軟件 還可以手工繪制農(nóng)田地圖一起將采集的位置信息直接發(fā)送到ARM9。
CCD'攝像頭(型號可以采用深圳市申達電子有限公司的A-919) 為農(nóng)業(yè)研究人員現(xiàn)場采集圖像信息，并將這些信息發(fā)送到ARM9，通 過處理，再發(fā)送到GPRS模塊進行無線傳輸，將圖像實時發(fā)送到WEB 服務(wù)器。
嵌入式3S移動單元的設(shè)計思想為使用A固9核心開發(fā)板，并 自行設(shè)計擴展電路，外接數(shù)據(jù)采集模塊、GPS模塊、GPRS模塊以及 鍵盤、顯示屏等輸入輸出設(shè)備。軟件系統(tǒng)設(shè)計上，主要有操作系統(tǒng)、 硬件驅(qū)動程序和文件系統(tǒng)以及相應(yīng)的信號處理算法。首先，是在主機 上的編程工作，將嵌入式系統(tǒng)源代碼(本項目采用低成本的嵌入式操 作系統(tǒng)Linux)保存為源文件，用主機上建立的交叉編譯環(huán)境生成.obj 文件，將這些.obj文件按照開發(fā)板的要求鏈接生成合適的.image文 件，并將.image文件下載到開發(fā)板上運行；然后，將MiniGUI軟件 移植到開發(fā)板上，其目標是為實時嵌入式Linux系統(tǒng)建立一個快速、穩(wěn)定和輕量級的圖形用戶界面支持系統(tǒng)；最后，在MiniGUI環(huán)境下為 各擴展模塊編寫驅(qū)動，并編寫屬性數(shù)據(jù)采集軟件、空間數(shù)據(jù)采集軟件 (地圖化繪制軟件)、無線通訊軟件與用戶接口軟件。其中，操作系 統(tǒng)、硬件驅(qū)動程序和文件系統(tǒng)是在ARM處理器中實現(xiàn)的，而信號處 理算法涉及大量的數(shù)學(xué)運算，主要是在DSP中實現(xiàn)。為了提高系統(tǒng) 的層次性和系統(tǒng)的開發(fā)效率，必須在系統(tǒng)中移植嵌入式操作系統(tǒng)，在 眾多的嵌入式系統(tǒng)中，鑒于嵌入式Linux操作系統(tǒng)的開源和易于編 寫驅(qū)動程序的特點，在本系統(tǒng)采用嵌入式Linux系統(tǒng)。驅(qū)動程序是系 統(tǒng)的設(shè)計的關(guān)鍵，驅(qū)動程序是系統(tǒng)控制硬件設(shè)備的橋梁，因此驅(qū)動程 序的設(shè)計是系統(tǒng)軟件設(shè)計的核心之一。最后在本地下位機中必須要有 文件系統(tǒng)，在Linux系統(tǒng)中，可執(zhí)行程序是存放在文件系統(tǒng)里的，在 操作系統(tǒng)引導(dǎo)成功后就要加載相應(yīng)的文件系統(tǒng)，因此文件系統(tǒng)的制作 也是軟件設(shè)計中的重要環(huán)節(jié)。
遠程下位機的驅(qū)動程序主要是負責(zé)跟傳感器系統(tǒng)的通信以及控 制野外執(zhí)行機構(gòu)。系統(tǒng)中的控制算法主要是完成系統(tǒng)對執(zhí)行機構(gòu)的控 制，控制算法的優(yōu)劣直接影響系統(tǒng)的運行效率，控制算法是遠程下位 機的核心軟件，也是軟件設(shè)計中的難點之一。
圖5為服務(wù)器數(shù)據(jù)管理及網(wǎng)絡(luò)發(fā)布的示意圖
服務(wù)器數(shù)據(jù)管理及網(wǎng)絡(luò)發(fā)布是在上位機(主PC機)上進行的。 結(jié)合運用農(nóng)學(xué)、地理信息系統(tǒng)、環(huán)境科學(xué)、統(tǒng)計學(xué)、計算機科學(xué)以及 通訊學(xué)等學(xué)科的基本理論與方法，對采集到的信息進行分類，借助 WebGIS平臺，構(gòu)建包括屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)的農(nóng)業(yè)信息數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，并構(gòu)建系統(tǒng)的三層體系結(jié)構(gòu)框架:服務(wù)器，形成三層結(jié)構(gòu)模式:Web瀏
覽器、Web / WebGIS服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。其中Web瀏覽器為表 現(xiàn)層，主要提供系統(tǒng)人機交互界面；Web/WebGIS服務(wù)器為應(yīng)用層， 提供系統(tǒng)中與應(yīng)用邏輯有關(guān)的各種服務(wù)構(gòu)件，也是系統(tǒng)運行的樞紐部 分；數(shù)據(jù)庫服務(wù)器為數(shù)據(jù)層，管理各類數(shù)據(jù)庫，主要包括空間數(shù)據(jù)庫、 屬性數(shù)據(jù)庫、知識庫，并借助B / S結(jié)構(gòu)的分布式網(wǎng)絡(luò)平臺進行發(fā) 布。
其次，將三部分進行整合，主要是完成Zigbee傳感器網(wǎng)絡(luò)與上 位機無線通訊，以及嵌入式移動終端與上位機之間的GPRS網(wǎng)絡(luò)接入。 其中Zigbee傳感器網(wǎng)絡(luò)與上位機無線通訊采用的點對點式，自主編 寫協(xié)議，利用GSM網(wǎng)絡(luò)的SMS短消息完成所采集信息的發(fā)送；而嵌 入式移動終端與上位機之間則利用外接的GPRS模塊組建B / S結(jié) 構(gòu)，由于所選用的GPRS模塊內(nèi)嵌了 TCP / IP協(xié)議棧，在發(fā)送和接 收過程中，所有涉及到的數(shù)據(jù)封裝為IP包和解析IP數(shù)據(jù)包的工作都 由GPRS模塊自動完成，只需要通過相關(guān)的AT命令就可以控制和操 作GPRS模塊，進行網(wǎng)絡(luò)設(shè)置和網(wǎng)絡(luò)連接。當(dāng)終端和遠端服務(wù)器建立 好了一條TCP或UDP連接后，寫入串口的數(shù)據(jù)會被封裝成IP包， 并被發(fā)送到遠端服務(wù)中心。同時，從遠端服務(wù)中心發(fā)回的控制信息也 將進入串口的緩沖區(qū)，終端只需監(jiān)聽串口，讀取緩沖區(qū)數(shù)據(jù)即可。最 后，對整個系統(tǒng)進行調(diào)試，實現(xiàn)所有基本功能，完成基于Zigbee網(wǎng) 絡(luò)和嵌入式3S技術(shù)的農(nóng)業(yè)信息監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計，初步實現(xiàn)了農(nóng)田信息 監(jiān)測的自動化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，方便用戶管理農(nóng)田，為相關(guān)部門提供決策支持，提高了農(nóng)田防災(zāi)抗災(zāi)能力,
權(quán)利要求
1.一種基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)與嵌入式3S技術(shù)的農(nóng)田信息監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，它主要由ZigBee固定點數(shù)據(jù)采集單元(1)、ZigBee固定點數(shù)據(jù)接收/發(fā)送單元(2)、嵌入式移動單元(3)組成，所述的ZigBee固定點數(shù)據(jù)采集單元(1)由農(nóng)田屬性信息傳感器、微處理器ARM7、ZigBee無線通信模塊組成，微處理器ARM7的USB接口接農(nóng)田屬性信息傳感器的輸出，微處理器ARM7的串口輸出與ZigBee無線通信模塊輸入相連，ZigBee無線通信模塊的輸出與ZigBee網(wǎng)絡(luò)相連；ZigBee固定點數(shù)據(jù)接收/發(fā)送單元(2)由ZigBee接收模快、微處理器ARM7’、數(shù)字信號處理器DSP、全球移動通信/通用分組無線系統(tǒng)GSM/GPRS發(fā)送模塊組成，ZigBee接收模塊與ZigBee網(wǎng)絡(luò)無線連接，ZigBee接收模塊的輸出與微處理器ARM7’的串口相連，ARM7’的數(shù)據(jù)線與數(shù)字信號處理器DSP的數(shù)據(jù)線相連，GSM/GPRS發(fā)送模塊與微處理器ARM7’的串行輸出口相連，ZigBee固定點數(shù)據(jù)接收/發(fā)送單元(2)的GSM/GPRS發(fā)送模塊與基于internet的地理信息系統(tǒng)WebGIS服務(wù)器的GSM/GPRS發(fā)送接收模塊無線相連；嵌入式移動單元(3)由ZigBee’接收模塊、微處理器ARM9、LCD顯示器、CCD’攝像頭、全球定位系統(tǒng)GPS模塊、通用分組無線系統(tǒng)GPRS模塊組成，ZigBee’接收模塊與ZigBee網(wǎng)絡(luò)無線連接，ZigBee’接收模塊的輸出與微處理器ARM9的串口相連，ARM9的輸出、輸入口分別接LCD顯示器的輸入、輸出端，CCD’攝像頭的輸出與微處理器ARM9的輸入相連，GPS模塊的輸出與微處理器ARM9的串口相連，微處理器ARM9的串行輸入、輸出口分別與通用分組無線系統(tǒng)GPRS模塊的輸入、輸出端相連，并通過GPRS模塊與基于internet的地理信息系統(tǒng)WebGIS服務(wù)器的GSM/GPRS發(fā)送接收模塊無線連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)與嵌入式3S技術(shù)的農(nóng)田 信息檢測系統(tǒng)，其特征是農(nóng)田信息傳感器采用溫度傳感器、濕度傳感 器、PH值傳感器及CCD攝像頭。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)與嵌入式3S技術(shù)的農(nóng)田 信息檢測系統(tǒng)，其特征是微處理器ARM7外接以太網(wǎng)模塊、存儲模 塊、仿真器模塊、電源。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)與嵌入式3S技術(shù)的農(nóng)田 信息檢測系統(tǒng)，其特征是微處理器ARM7'外接以太網(wǎng)模塊、存儲模 塊、仿真器模塊、電源。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)與嵌入式3S技術(shù)的農(nóng)田 信息檢測系統(tǒng)，其特征是微處理器ARM9外接以太網(wǎng)模塊、存儲模 塊、仿真器模塊、電源。
全文摘要
本發(fā)明旨在提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)田信息監(jiān)測的自動化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，方便用戶管理農(nóng)田，提高農(nóng)田防災(zāi)、抗災(zāi)能力的基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)與嵌入式3S技術(shù)的農(nóng)田信息監(jiān)測系統(tǒng)，主要由ZigBee固定點數(shù)據(jù)采集單元(1)、ZigBee固定點數(shù)據(jù)接收/發(fā)送單元(2)、嵌入式移動單元(3)組成，單元(1)通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)與單元(2)和單元(3)連接，單元(2)的GSM/GPRS發(fā)送模塊、單元(3)的GPRS模塊分別與WebGIS服務(wù)器的GSM/GPRS發(fā)送接收模塊無線相連。本發(fā)明的優(yōu)點是減少農(nóng)業(yè)資源浪費，保護生態(tài)環(huán)境。
文檔編號G01D21/02GK101290238SQ20081012333
公開日2008年10月22日 申請日期2008年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月13日
發(fā)明者翔 周, 友 徐, 沈明霞 申請人:南京農(nóng)業(yè)大學(xué)