基于智能手机的农田墒情远程监测系统

基于智能手机的农田墒情远程监测系统

党学林a，黄林b

（西北农林科技大学a．机械与电子工程学院；b．信息工程院，陕西杨凌712100）

摘要：针对农田信息采集的需要，设计了一套基于智能手机的远程监测系统。在Windows Mobile6．1嵌入式操作系统平台上开发了基于GSM短信息服务平台的SMS系统，从而有效地利用AT命令实现了对短信息收发的控制。系统采集农田中土壤温度、作物叶片温度、土壤含水量和光照强度信息数据，控制网关基于ARM9和嵌入式Linux操作系统进行设计，用于农田信息的接收、实时显示和存储，通过GPRS方式实现与远程智能手机的通信。该系统可以通过智能手机实时收集农田信息参数或发送农田信息控制命令，并依据采集的信息参数进行控制作业。实验结果证明，该设计可行性良好，系统运行效果满足实际要求。

关键词：智能手机；Windows Mobile；农田墒情；GPRS通信

中图分类号：TP273+．5文献标识码：A文章编号：1003－188X（2012）01－0211－04

0引言

随着计算机技术、GPS技术、传感器技术、自动控制技术和无线通讯等技术的发展，国内外田间信息采集技术的研究有了很大的进步。Raul Morais等人运用ZigBee网络建立小型农田数据采集平台，获取太阳能、风和水流信息［1］；Yunseop K等人通过分布式WSN和GPRS实现了灌溉系统的远程监控［2］。国内吉林大学的庞娜和程德福采用ZigBee无线传感器网络实现了温室监测系统的设计［3］；上海交通大学的李楠、刘成良等人利用ZigBee和GPRS相结合构建了农田墒情远程监测系统［4］。

为了有效地获取农田信息、降低劳动强度、提高劳动生产率以及提高生产自动化程度，建立符合农业信息高效获取要求的自动化控制系统，是区域农业发展的必然要求。随着科学技术的不断发展，无线移动通讯网络已遍及城市、乡村，手机也已非常普及。若能用手机对农田信息进行实时无线数据检测并进行控制，不仅方便了农民对农田的日常管理，还减少了田间设备、降低了劳动强度、提高了劳动生产率，同时对实现农业自动化有着重要的意义。本文提出了一种基于智能手机和GPRS无线通讯技术的农田信息

收稿日期：2011－03－10

基金项目：科技部、财政部以大学为依托的农业科技推广模式建设项目（XTG2008－27－2）

作者简介：党学林（1979－），男，河南邓州人，硕士研究生，（E－mail）dangxuelin@yeah．net。

通讯作者：黄林（1951－），女，陕西岐山人，教授，硕士生导师，（E －mail）hl@nwsuaf．edu．cn。远程监测系统的实现方法。

1系统总体结构

农田信息监测系统以实现对农田土壤温度、作物叶片温度、土壤含水量和光照强度信息的远程快速获取、传输、显示为目标，由智能手机平台、GPRS通信模块、ARM9核心处理器及数据采集模块构成。按照系统功能的实现可将硬件结构分为上位机和下位机两大部分。上位机选用基于Windows Mobile的智能手机平台，用于远程接受农田信息并进一步发送控制命令；下位机采集和发送数据并执行控制命令，包括ARM9核心芯片、数据采集模块和GPRS模块等。数据采集模块通过土壤温度传感器、叶片温度传感器、土壤水分传感器和光照强度传感器来采集农田各种参数信息。系统总体架构图如图1所示。系统由4个部分组成

。

图1系统结构图

Fig．1Scheme of the system framework

1）传感器模块。主要由分布在监测区域的各种

传感器组成传感器终端节点，以采集土壤温度、叶片温度、土壤水分和光照强度信息。

2）控制器网关。系统控制器网关由ARM9处理器构成，用来完成和GPRS 之间数据的透明转换，软件基于Linux 开源操作系统和Mini GUI 图形系统，实现农田信息参数的采集、传输、显示和存储功能。

3）GPRS 网络。GPRS 网络是2．5代移动通信系统，是GSM 向3G 过渡的桥梁。它的基本功能是在控制终端与Internet 网络的路由器之间传递分组数据。它使用分组交换技术，能兼容GSM ，并在网络上高速传送数据。

4）智能手机系统。在智能手机系统界面上可查询农田参数，或发送相应的控制指令，下位机开始或停止作业。

2

系统硬件设计

2．1

控制器网关硬件结构

系统选择基于ARM920T 内核的16/32位RISC

嵌入式微处理器S3C2410。ARM920T 内核由ARM9TDMI 、存储管理单元（MMU ）和高速缓存3部分组成

［5］

。系统控制终端部分采用核心板和底板的硬

件设计方法，核心板集成了Samsung 的S3C2410处理器（32位ARM920T 内核），

16M 的FALSH 和64M 的SDRAM ，JTAG2ICE 调试接口等。核心板的资源有2UART ，1个USB 口，数据线和液晶显示屏接口。底板包括电源电路、各种接口电路、触摸屏、小键盘和USB 存储电路等。系统硬件结构如图2所示

。

图2

控制器网关硬件结构

Fig．2

Hardware structure of controller gateway

2．2智能手机平台

选用基于Windows Mobile 的智能手机平台，而基

于智能手机平台的SMS 必受智能手机平台软硬件的支持和限制。本系统所选用的智能手机采用了TI 的OMAP850芯片［6］，属于“应用处理器+基带处理器的数字部分”类型。OMAP 系列处理器一般拥有双核（DSP 和ARM ）结构，具有很强的运算能力、极低的功

耗和丰富的外围接口。手机硬件参数如表1所示。

表1

手机硬件参数

Tab．1Hardware parameters of Mobile phone

类别基本参数CPU OMAP850主频201MHz 数据总线16比特数据传输GPRS

支持频段GSM 850/900/1800/1900MHz

屏幕类型触摸屏主屏参数240ˑ320像素主屏尺寸2．8英寸屏幕材质TFT 屏幕色彩

65536色

机身内存

存储空间：128MB 运行空间：64MB

2．3

GPRS 通信模块

GPRS （General Packet Radio Service ，通用分组无

线业务）是在现有GSM 系统上发展起来的一种新的承载业务。目前，

基于这种业务的各种应用也蓬勃发展起来，如工业控制、环境保护、道路交通、移动办公、零售服务、公安系统等。GPRS 允许用户在端到端分组转义模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交换的模式，比较适合于突发性的、频繁的、数据量小的数据传输。

系统中通信模块是上、下位机数据传输的关键部分，采用CENTEL 公司推出的PIML －900/1800型GPRS ，具有GSM /DCS 双频模块，带GPRS 功能，集成了完整的射频电路和GSM 的基带处理电路，为用户提供了功能完备的系统接口。ARM 处理器S3C2410通过异步串行通信接口与PIML －900/1800模块相连，并通过AT 指令对该模块进行控制和相关数据的传输。

3

系统软件实现

3．1

嵌入式软件架构设计与开发流程

嵌入式模块采用嵌入式Linux 操作系统。Linux

作为一种优秀的开源操作系统，其本身具有稳定、高效、

多任务、支持多种体系结构和大量硬件设备等优良特性，而且具有完善的网络通信、文件管理机制和优秀的开发工具链

［7］

。嵌入式Linux 系统软件开发一

般需要经过5个步骤：建立交叉开发环境、编译和移植Bootloader ，根据硬件资源配置裁剪Linux 内核（Kemel ）和编写添加驱动程序、安装文件系统（Ram-disk ）、开发用户空间（User ）程序。在配置裁剪Linux