CN201556283U - 一种农田现场信息远程采集系统构架 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种农田现场信息远程采集系统构架，整个系统由分布于不同大田现场的多个具有采集和无线通信功能采集终端、远程监控中心、网络客户端和移动客户端组成。采集终端对农田现场多种气象信息以及作物图片信息的进行现场采集，并通过GPRS网络与远程监控中心进行通信，将采集数据传送至监控中心完成数据分析和处理，并通过Internet和GPRS网络将信息发布给网络客户端和移动客户端，实现数据的共享。本系统使农业工作人员不到现场就能随时随地了解农田现场的作物生长状况及环境信息，节省了人力资源、提高了工作效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种农田现场信息远程采集系统构架，属于农业信息化领域。
背景技术
农业信息化是现代农业的发展趋势。目前在农田现场信息采集领域，由于农田无人值守、距离远、设备多、分布散、难管理等特点，只能实现对当前小环境现场信息进行采集、记录，且需要有人值守，因此为了及时了解农田现场作物生长状况以及气象信息而设计一套远程采集系统是相当必要的。
传统的远程采集系统的传输方案分为有限传输和无线传输两种，在有线传输中，由于需要布线，成本太高，显然不适宜远距离且点多的情况。而无线传输方式代表为电台方式、GSM方式和GPRS方式。电台方式其弊端在于传输距离有限，需要入网许可；GSM业务覆盖范围广、可靠性较强、价格低廉，但其传输速度有限；本发明人申请并已获专利权的“一种经济型多功能农田环境信息采集器”(专利号：200820081531.8)就是采用GSM技术方式来实现农田信息采集的，从经济角度出发，该方案着重从采集终端的角度进行描述，主要是以环境气象信息采集为主，采用单片机作为数据采集的微处理器，其图像采集功能实现较为困难，即：单片机的性能在实现作物图片与气象信息同步采集功能方面存在着一定的开发难度，因此，对远离农田的远程监控中心来说，虽能掌握远方农田的基本信息，但所掌握的信息还不够直观。此外，该方案中没有农田信息的查询系统，不便于他人对农田信息的查询。
发明内容
本实用新型的目的，在于针对农田、特别是远离农田监测中心的农田现场信息的特点，提供一种既能传输文字和语言信息，又能传输农田现场图片，且成本低的农田现场信息远程采集系统构架，使农田监测中心对远方农田的信息掌握更加直观。
实现本实用新型目的的技术方案如下：本系统构架由以下几部分构成：分布于不同大田现场的多个具有采集和无线通信功能采集终端1、2、远程监控中心3、网络客户端4和移动客户端5。其中所述的分布于不同大田现场的多个具有采集和无线通信功能采集终端1、2，包括：
-嵌入式微处理器，用于运行嵌入式操作系统；
-电源模块8，与所述嵌入式微处理器连接，用于为采集器各部分电路提供稳定的电源；
-存储单元9，包括NAND FLASH和SADRAM，与所述嵌入式微处理器连接，用于数据存储，其中NAND FLASH用作掉电后数据不丢失的存储器，SADRAM用作快速存储器，其不具有掉电保持数据的特性，但其存取速度大大高于NAND FLASH存储器；
-显示模块10、通过显示接口与嵌入式微处理器连接，用于现场显示终端所采集各项数据；
-气象信息采集模块11、包含多种气象信号传感器，通过SPI接口与嵌入式微处理器连接，用于采集农田现场多种气象信息参数；
-图像采集模块12、与与所述嵌入式微处理器USB接口相连，用于采集农田现场作物图片；
-GPRS无线通信模块13，通过RS232接口与嵌入式微处理器连接，用于发送终端采集数据和接收监控中心控制命令。
所述的远程监控中心3，包括安装于计算机上的通信终端软件、农田现场信息管理软件、农田现场信息发布软件；用于对所采集气象信息和图片信息的接收、处理、分析、存储，对采集终端管理控制以及对用户信息管理，并通过Internet和GPRS网络将信息发布给网络授权用户和移动授权用户，实现数据的共享。
所述网络客户端4，用于使网络客户通过登录Internet实现对农田现场信息的网络查询。
所述的移动客户端5，用于使移动通信客户通过短消息方式向监控中心进行数据请求，及接收监控中心发送的查询结果。
本实用新型的目的进一步可这样实现：所述采集终端1、2基于ARM嵌入式技术，采用的微处理器为嵌入式ARM处理器；所述气象信息采集模块11包括温度传感器、湿度传感器、光照传感器、CO2传感器、风速传感器；所述图像采集模块12采用USB摄像头。
本实用新型的有益效果是：基于该系统构架，不仅可以实现一点(监控中心)与多点(分布于不同地点的农田和温室)无线通信，且实现了对农田现场多种气象信息(湿度、温度、光照、CO2、风速)和作物图片信息的采集，使远程监控中心能直观地掌握远方农田的基本信息。由于采集终端可采用定时采集和事件驱动采集(环境信息越界时才进行采集)两种采集方式，增加了系统的报警实时性，减少了系统开支。由于该系统构架采用按流量计费的GPRS网络进行通信，因此本系统成本低。本实用新型设计充分利用了GPRS网络覆盖范围广、可靠性强、传输速度快(最高理论传输速度为171.2kbit/s)的优点，可很好地满足本系统的要求。本系统具有网络客户端和移动客户端，便于网络客户和移动客户的查询。
基于ARM嵌入式技术能够通过定时采集和事件驱动采集两种方式同步采集农田现场的多种气象信息(湿度、温度、光照、CO2、风速)和作物图像信息，并通过GPRS模块发送至远程监控中心，同时监控中心也可通过GPRS网络控制采集终端。所述的远程监控中心3，包括通信终端、农田现场信息管理软件、农田现场信息发布软件，通过以上三种软件实现了对所采集气象信息和图片信息的接收、处理、分析、存储，实现了对采集终端管理控制以及对用户信息管理，同时实现了通过Internet和GPRS网络将信息发布给网络授权用户和移动授权用户，实现数据的共享。所述的网络客户端4，可登录Internet实现对农田现场信息的网络查询。所述的移动客户端5，可通过短消息方式向监控中心进行数据请求，待监控中心系统完成身份验证后，便可收到监控中心发送的查询结果。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为基于ARM嵌入式技术的系统采集终端微处理器。
图中各标记为，1、2、分布于不同大田现场的多个具有采集和无线通信功能采集终端；3、远程监控中心；4、网络客户端；5、移动客户端；6、GPRS网络；7、Internet网络；8、电源模块；9、存储单元；10、显示模块；11、气象信息采集模块；12、图像采集模块；13、GPRS无线通信模块。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型的系统架构作进一步说明。
实施例：系统采集终端1、2基于ARM嵌入式技术，主要包含以下结构：ARM9微处理单元，图像采集模块、气象信息采集模块、GPRS无线通信模块、电源模块。系统采集终端微处理器采用Samsung公司推出的16/32位RISC处理器S3C2410，其提供了丰富的内部设备：独立的16KB数据Cache，MMU虚拟存储器管理，LCD控制器(支持STN&TFT)，3个通道的异步串口(UART)，4个通道DMA，4个通道的带脉宽调制(PWM)的定时器，I/O端口，IIC-BUS接口，USB主机(Host)接口，USB设备(Device)接口，SD卡&MMC卡接口，两个通道的SPI接口以及内部锁相环(PLL)时钟倍频器。操作系统采用嵌人式Linux操作系统，使采集终端系统的可靠性大大提高，充分发挥了处理器的多任务潜力，提高开发效率和缩短开发周期。
图像采集模块采用linux支持的以OV511为控制芯片的USB摄像头，系统启动后自动识别USB设备，并将该设备模块加载到内核，完成农田中作物图像数据的采集。它的低功耗、精简和出色的全静态设计特别适用于对成本和功耗敏感的应用，同样它还采用了AMBA新型总线结构，拥有0.18um工艺的CMOS标准宏单元和存储器单元。还提供了一系列完整的系统外围设备，大大减少了整个系统的成本。
气象信息采集模块采集主要包括温度传感器、湿度传感器、光照传感器、CO2传感器、风速传感器等多种气象参数传感器，为了提高系统的兼容性，降低成本，本系统主要采用0～5V电压或4～20mA电流标准信号输出的模拟传感器，传感器输出标准模拟信号经跟随器进人A/D转换芯片，转换结果通过SPI接口送至S3C2410，由其实现对农田中的多种气象参数的同步采集。
GPRS无线通信模块采用SIMENZE公司的新一代低功耗双频GSM/GPRS模块MC39i(兼容MC35i)。该GPRS模块在GSM网络中引入了分组交换能力，输速率可达到100kbit/s以上，允许用户在端到端分组转换模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交换的模式，适合于突发性和频繁性的数据传输。最终由嵌入式处理器完成对上述模块所采集信息的存储及处理，通过GPRS模块实现终端与远程监控中心的无线通信，完成终端向监控中心发送农田气象信息和作物图片信息过程以及监控中心向终端发送控制信息过程。
该采集终端能够通过定时采集和事件驱动采集两种方式同步采集农田现场的多种气象信息和作物图像信息，并通过GPRS模块发送至远程监控中心，同时监控中心也可通过GPRS网络控制采集终端。
监控中心3主要包括通信终端软件、农田现场信息管理软件、农田现场信息发布软件三部分。通信终端软件基于VB2005设计开发。利用Winsock控件控制通信终端进行远程通信。当终端发送数据时，通过Winsock.RemoteHostIP和Winsock.RemotePort即可获取数据源的IP和端口号，接受数据时用Wincock.GetData RecelvedData，该过程实现对指定端口的侦听，识别并接受终端的TCP Socket连接请求，同时对Socket连接进行相应的处理，包括过滤非法连接、解析RTU传回的数据串、数据串校验和丢弃非法格式数据包等；发送数据时用Winsock.SendData SendedData，完成对数据的封装，即自动添加CRC校验，并压包发送。
应用VB2005和ADO.NET技术设计开发了数据管理软件，数据库采用SQLServer2005。ADO.NET是NET框架下的新的数据访问技术，利用ADO.NET可以方便高效的实现数据库的访问。数据库包含一系列数据表：气象信息表MI(Meteorological information)、图像信息表PI(Picture information)、采集节点表NI(Node information)。该软件主要实现以下功能：1)现场采集(发送控制信息、接收采集数据、信息管理)；2)终端信息管理(删除、编辑、添加、修改)；3)农田气象信息和作物图片信息管理(记录、删除、添加、打印、数据分析)；4)系统维护(系统设置、数据备份、数据恢复)；5)用户信息管理(添加用户、删除用户、修改信息)；6)处理手机授权用户信息。
基于ASP.NET技术设计开发的农田现场信息发布软件则分为移动通信终端服务模块和浏览器模块，主要完成农田现场信息对移动授权用户和网络授权用户的发布功能。
网络客户端4可以通过Internet网络直接进入到查询系统的登录界面，完成身份校验后即可登录到农田现场信息查询页面，进行农田现场相关信息的查询。系统可以快捷地实现数据查询条件的定制、数据查询范围的定制以及查询结果表现形式的定制，通过简单的定义就能生成复杂的查询条件组合，查找需要的数据，并打印数据报表。
移动客户端5通过短消息方式进行数据请求，请求信息按照相应的查询协议进行打包(包括用户密码、查询组号等信息)，系统接收到信息后，首先对请求信息进行解析，提取查询协议中号码、用户密码、查询组号等信息，接着系统根据号码在用户信息表中进行查询，并根据客户的密码对信息进行身份验证，通过身份验证后，系统根据信息的组号信息在农田现场气象信息表中和作物图片信息表中查询数据，并将所查询气象信息以txt文档格式，将作物图片信息以JPG格式，然后发送给该用户，并更新该用户信息表中的相关信息。
Claims (4)
1.一种农田现场信息远程采集系统构架，包括分布于不同大田现场的多个具有采集和无线通信功能采集终端(1)、(2)、远程监控中心(3)、其特征在于：本系统构架还包括网络客户端(4)和移动客户端(5)；其中所述的分布于不同大田现场的多个具有采集和无线通信功能采集终端(1)、(2)，包括：
-嵌入式微处理器，用于运行嵌入式操作系统；
-电源模块(8)，与所述嵌入式微处理器连接，用于为采集器各部分电路提供稳定的电源；
-存储单元(9)，包括NAND FLASH和SADRAM，与所述嵌入式微处理器连接，用于数据存储，其中NAND FLASH用作掉电后数据不丢失的存储器，SADRAM用作快速存储器；
-显示模块(10)，通过显示接口与嵌入式微处理器连接，用于现场显示终端所采集各项数据；
-气象信息采集模块(11)，包含多种气象信号传感器，通过SPI接口与嵌入式微处理器连接，用于采集农田现场多种气象信息参数；
-图像采集模块(12)，与与所述嵌入式微处理器USB接口相连，用于采集农田现场作物图片；
-GPRS无线通信模块(13)，通过RS232接口与嵌入式微处理器连接，用于发送终端采集数据和接收监控中心控制命令；
所述的远程监控中心(3)，包括安装于计算机上的通信终端软件、农田现场信息管理软件、农田现场信息发布软件；用于对所采集气象信息和图片信息的接收、处理、分析、存储，对采集终端管理控制以及对用户信息管理，并通过Internet和GPRS网络将信息发布给网络授权用户和移动授权用户，实现数据的共享；
所述网络客户端(4)，用于使网络客户通过登录Internet实现对农田现场信息的网络查询；
所述的移动客户端(5)，用于使移动通信客户通过短消息方式向监控中心进行数据请求，及接收监控中心发送的查询结果。
2.根据权利要求1所述的一种农田现场信息远程采集系统构架，其特征在于：所述采集终端(1)、(2)基于ARM嵌入式技术，采用的微处理器为嵌入式ARM处理器。
3.根据权利要求1所述的一种农田现场信息远程采集系统构架，其特征在于：所述气象信息采集模块(11)包括温度传感器、湿度传感器、光照传感器、CO2传感器、风速传感器。
4.根据权利要求1所述的一种农田现场信息远程采集系统构架，其特征在于：所述图像采集模块(12)采用USB摄像头。
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