基于嵌入式系统的农业产地环境监测系统

农业技术的发展己成为衡量现代农业发展水平的重要标志之一，对农业环境数据进行监测是实现农业作物产业化、智能化和自动化的趋势[1]。大型的农业产地是利用微电子技术和现代控制技术，实时监测农产地环境状况，通过人为调节环境状况，从而达到调节农作物繁育周期、增加农作物产量、改善农作物品质、提高经济效益的目的[2]。信息技术的飞速发展，逐渐渗透到社会各个领域，智能农业或信息化农业是现代科学技术革命对农业产生巨大影响下逐步形成的一个新的农业形态，充分应用现代信息技术手段，实现农业产地的环境实时监测，来调控农业生产与经营活动的全过程。智能农业是现代农业发展的必然趋势和高级阶段。随着近年来嵌入式计算技术的发展，嵌入式计算技术[3-5]被应用于农业生产过程管理，同时为了提高农产品质量，农业产地环境监测也日益得到重视。为了实现农业产地生产过程的生产环境监测，本文开发了基于嵌入式计算的农业产地监测管理系统，实现了农业产地生产全过程的环境状况进行监测与管理[6]。

  

图1 系统架构

1 系统架构

1.1 系统总体架构

根据农业产地环境监测系统的需求，本系统采用以嵌入式计算机为核心，开发了农业产地空气质量和水质实时在线监测系统，系统架构如图1所示[7-8]。传感器模块包括水质传感器模块和空气质量传感器模块，采用模拟量数据采集模块釆集并发送数据，通过485转232模块连接到嵌入式计算机，嵌入式计算机利用数据库对数据进行存储，从而实现历史数据查询与管理。

1.2 传感器模块

本系统中传感器模块包括空气质量传感器模块和水质传感器模块，其中空气质量模块包括：硫化氢传感器、一氧化碳传感器、臭氧传感器、粉尘传感器、环氧乙烷传感器、二氧化硫传感器和二氧化氮传感器，水质传感器模块包括：pH值传感器、溶氧传感器、余氯传感器、ORP传感器和电导率传感器，各传感器模块技术参数如表1所示。

通过历史天气查询，4月15—25日研究区仅有一次小型降水过程，北部降水量在20 mm，南部为5 mm，土壤水分整体偏低，且北部略高于南部，符合土壤水分的反演结果分布情况，说明该方法反演的结果比较好。

 

表1 传感器技术参数

  

序号 名称 型号 技术参数 数据类型1 CO 电化学模组ZE03 （0～1 000）×10-6 模拟量7 NH3 电化学模组ZE03 （0～100）×10-6 模拟量8 H2S 电化学模组ZE03 （0～100）×10-6 模拟量9 NO2 电化学模组ZE03 （0～20）×10-6 模拟量10 HF 电化学模组ZE03 （0～10）×10-6 模拟量11 SO2 电化学模组ZE03 （0～20）×10-6 模拟量12 PM2.5 ZH03激光传感器 0.01～100 mg/m3 模拟量13 O3 电化学模组ZE03 （0～20）×10-6 模拟量pH值 pH 0～14 模拟量2溶氧量 GO-300 0～20 mg/L 模拟量3余氯 GO-300 0～20 mg/L 模拟量4 ORP ORP4.0 -1 000～1 000 mV 模拟量5电导率 SIN-TDS310 2～200 μs/cm 模拟量6水质空气

电化学模组ZE03是高性能的、通用的电化学系列模组，它采用三电极电化学气体传感器和高性能微处理器，搭载不同的气体传感器就可以测量对应的气体。内置温度传感器进行温度补偿，可精确的测量环境中的气体浓度，同时具有数字输出与模拟电压输出，方便用户使用和调试，大大缩短了用户的设计开发周期。它将电化学传感器和电路完美结合，满足客户对不同气体探测场合的需求。模组具有高灵敏度、分辨率低功耗提供UART、模拟电压信号输出方式高稳定性、较强的抗干扰能力的特点，广泛适用于便携式、固定式气体探测仪以及各种气体检测的场合和设备。

1.3 数据采集模块

参考文献：

1.4 嵌入式计算机系统

针对系统中的数据采集和管理功能，选用嵌入式计算机系统作为数据采集和处理的核心，本系统选用的嵌入式计算机系统为万如科技有限公司生产CB-6501Z系列的win7-32位系统。

2 系统软件设计

2.1 软件系统架构

  

图2 系统软件设计

本系统主要功能可以实现系统管理、数据采集、数据实时显示、历史数据查询功能。本系统采用了Visual Basic.NET对系统进行设计与管理[9]。

SIM908模块与单片机的串口通讯依靠AT指令集实现，工作时由单片机通过发送指令对模块进行控制，同时模块也通过AT指令集进行短信通讯，实时收发信息[8]。GPS数据的接收和解码依靠NMEA-0183协议，该协议在GPS接收机上使用最为广泛，芯片根据NMEA-0183协议的标准规范，将位置、速度等信息通过串口通讯发送给单片机，单片机对这些数据进行解析得到具体经纬度[9]。

2.2 数据采集流程

传感器都是自主发送模拟量数据，通过模拟量数据采集模块采集水质数据和空气质量数据，通过485转232通讯转换器连接到嵌入式计算机，嵌入式计算机用于采集接收传输过来的测量数据。在嵌入式计算机平台上进行系统开发，编写主显示界面，历史数据查询界面，实时数据采集界面。用户根据实时采集到的数据和历史数据，发现问题时能及时进行应对，采取措施对农业产地环境进行改善处理[10-11]。

3 系统实现

3.1 实时数据采集

为实现农业产地生产过程的精确管控，开发了基于嵌入式计算的农业产地生产过程管理系统，实现了对农业产地空气质量和二氧化氮和水质的实时监测与管理[13]。建立了农业产地生产环境参数记录管理，实现了对农业产地环境参数的实时监测与控制。系统的开发提高了农业产地生产管理的技术水平，为农产品的高效安全生产提供了保障。

  

图3 实时数据采集界面

3.2 历史数据查询

本系统的数据库采用了Access数据库存储方式来对实时采集到的水质数据和空气质量数据进行存储[12]。系统数据库的设计是将数据存放到数据库中，通过检索可以查询历史数据，水质和空气质量的历史采集界面如图4所示。

4 结语

传感器都是自主发送模拟量数据，通过模拟量数据采集模块采集传感器数据，通过485转232通讯转换器连接到嵌入式计算机，嵌入式计算机用于采集接收传输过来的测量数据。用户根据采集到的实时数据和历史数据，及时进行应对，采取措施，稳定农业产地作物生长环境和人的生命安全。图3是空气质量数据实时采集界面和水质数据实时采集界面。

强政策 增投入 重管理 农村水利发展再上新台阶——访水利部农村水利司司长王爱国 ………………… （24.43）

系统采用了2个八路数据采集模块，一个接收模拟电压数据，另一个接收模拟电流数据。本系统中数据采集模块选用阿尔泰科技发展有限公司的DAM-3059数据采集模块。考虑计算机串行口为标准的rs232c接口，最大通信距离仅为15m，无法适用于远距离的监测。选用rs485串行接口标准可实现管理微机远距离对下位机进行通信管理。系统选用了DAM3210串口转换模块，实现rs485与rs232c通讯端口转换，实现嵌入式系统和数据采集模块之间的通讯。

基于直觉模糊的群组DEMATEL决策方法的企业创新能力影响因素评价··············································包宇航 李宝君 于丽英 (5,819)

总之，根据教学方式的不断改革深化，重视教学过程中的问题，并有效改善和解决，优化教学质量，这是非常重要的，也是提高课堂有效性的必然要求。

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图4 历史数据

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倒立摆硬件系统包括STM32主控模块、角位移传感器模块、电机驱动模块、稳压模块、直流减速电机等。系统的电源采用3节18650电池供电，利用稳压模块为电机驱动模块提供8V的电压，给单片机提供5V的电压。将角位移传感器传回的实时角度和直流减速电机传回的速度传入主控制器，主控制器通过PID控制器计算并输出电机下一步运行所需的PWM值，驱动电机运行，最终实现摆杆的动态平衡。系统运行期间，利用Nokia 5110进行实时数据显示与模式调节显示，方便整个系统的运行。在机械结构方面，采用不锈钢制成的支架，提高了整体结构的稳定性；采用导线环与电机相连，解决了系统运行时的绕线问题。系统整个结构图如图1所示。

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方法:各组试验犬试验前,在犬耳部采样进行活菌计数,采样后将宠物源耐甲氧西林伪中间型葡萄球菌(MRSP)制成菌液涂于脱毛后比格犬耳部。每一采样面积上含菌量为105～106 CFU。晾干后,先采对照样品,然后各试验组进行消毒,5 min 后在对照的邻近部位采样,做活菌计数,并计算杀灭率。