基于GPRS和WEB的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)分布式茶園環(huán)境污染監(jiān)測系統(tǒng)研究

摘要：根據(jù)目前漢中茶園種植分散的特點，設(shè)計了一種基于GPRS和WEB的茶園環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集和網(wǎng)絡(luò)終端組成。采集系統(tǒng)由有害氣體傳感器和溫濕度傳感器組成，可以對茶園空氣參數(shù)實時檢測，通過SIM9000A把采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到指定的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上。結(jié)果表明，系統(tǒng)能很好地對環(huán)境參量精確測量，用戶可以隨時查看和進(jìn)行控制。

關(guān)鍵詞：監(jiān)測系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)終端；溫濕度傳感器

中圖分類號： TP274；S126文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2016）06-0416-03

收稿日期：2015-04-27

基金項目：院士工作站資助項目（編號：fckt201503）；陜西省教育廳產(chǎn)業(yè)化培育項目（編號：14JF004）；陜西理工學(xué)院科研基金（編號：SLGKY14-06、SLGKY15-25）。

作者簡介：韓團(tuán)軍（1981—），男，陜西乾縣人，碩士，講師，主要從事集成電路設(shè)計與分析相關(guān)研究。E-mail：htjzyh@163.com。隨著漢中茶園種植朝著產(chǎn)業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化種植方向發(fā)展，茶園環(huán)境的信息化管理水平對其質(zhì)量和產(chǎn)量有著很大影響。因此，生產(chǎn)過程中實時掌握種植環(huán)境參數(shù)有著重要意義。傳統(tǒng)的監(jiān)控設(shè)備數(shù)據(jù)不能實時在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行顯示，用戶不可以隨時隨地查看信息進(jìn)行控制[1-3]。隨著農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，遠(yuǎn)程實時監(jiān)控農(nóng)作物生長環(huán)境顯得更加重要。為了達(dá)到實時監(jiān)控空氣質(zhì)量的目的，并且能方便、快捷、高效、直觀地查看監(jiān)控的結(jié)果，本研究提出了基于GPRS和WEB的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)分布式茶園環(huán)境污染檢測系統(tǒng)。相比傳統(tǒng)的監(jiān)控設(shè)備，該系統(tǒng)是將數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行顯示，用戶可以隨時隨地查看信息，進(jìn)行控制。

1檢測系統(tǒng)的設(shè)計方案

該系統(tǒng)是通過各個氣體傳感器將模擬當(dāng)?shù)乜諝鉂舛饶M信號傳到AD轉(zhuǎn)換芯片將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，單片機(jī)接收數(shù)字信號，分析、處理再加密數(shù)據(jù)后傳給GPRS，GPRS使用3G網(wǎng)絡(luò)，使用TCP/IP協(xié)議，將加密后的數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器端，服務(wù)器端接收大量數(shù)據(jù)并提取轉(zhuǎn)換實際有效的數(shù)據(jù)，寫入到數(shù)據(jù)庫。服務(wù)器端是基于多線程網(wǎng)路數(shù)據(jù)庫的后臺程序，同時可以支持上千客戶訪問的連接，處理并寫入到數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫存儲海量數(shù)據(jù)，為WEB前臺提供接口，WEB前臺調(diào)用指定數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)并進(jìn)行直觀顯示。具體硬件框圖如圖1所示。

2硬件接口設(shè)計

2.1傳感器選擇

傳感器對于監(jiān)測系統(tǒng)來說就如同生物的眼睛一樣重要，它決定著該系統(tǒng)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性、真實性。因此，就數(shù)據(jù)的真實性﹑穩(wěn)定性和價格合理性選擇了技術(shù)先進(jìn)、性能穩(wěn)定、靈敏度

高、性價比高的MQ系列氣體傳感器和Sensirion公司生產(chǎn)的單片全校準(zhǔn)數(shù)字式相對濕度和溫度傳感器SHT11[4-6]。氣體傳感器原理是其輸出電壓和氣體的濃度有一定的比例，輸出為模擬電壓值，利用ADC7888將模擬信號數(shù)字化。溫濕度傳感器是一個將放大和調(diào)理為一體的器件，而且輸出為數(shù)字信號，避免了芯片之間轉(zhuǎn)化而使信號產(chǎn)生誤差。經(jīng)過長時間的測試和廠家提供的傳感器技術(shù)資料，得出這為后期的數(shù)據(jù)處理提供了優(yōu)越的先天條件，而且為系統(tǒng)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性、真實性提供有力的保障。

2.2GSM通信模塊電路

SIM9000A模塊是一個雙頻GPRS/GSM模塊，TCP/IP協(xié)議在其內(nèi)部嵌入。控制模塊利用它的串口控制其工作實現(xiàn)該模塊的收據(jù)收發(fā)。電路如圖2所示。

2.3電源模塊電路

電源電路要為整個系統(tǒng)供電，由于單片機(jī)、傳感器和GPRS模塊所需電流不同，系統(tǒng)用雙電源進(jìn)行供電。GPRS模塊供電用MP2307設(shè)計，該器件工作電流可達(dá)3A，集成可調(diào)MOSFET，電流模式控制快速瞬態(tài)響應(yīng)和逐周期電流限制。采用78M05、LM2940穩(wěn)壓芯片分別為傳感器和AD芯片及各部分電路供電。GPRS供電具體電路如圖3所示。

2.4控制電路

控制電路采用STC12C5A60S2完成傳感器數(shù)據(jù)的采集和線性處理，控制GSM模塊完成信息的無線傳輸，最后在終端

顯示實時參數(shù)（圖4）。

3系統(tǒng)的軟件設(shè)計

3.1系統(tǒng)的流程

系統(tǒng)主要由控制芯片完成環(huán)境的數(shù)據(jù)采集、分析、處理，再加密數(shù)據(jù)后傳給GPRS，GPRS使用3G網(wǎng)絡(luò)，使用TCP/IP協(xié)議，將加密后的數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器端，服務(wù)器端接收大量數(shù)據(jù)并提取轉(zhuǎn)換實際有效的數(shù)據(jù)，寫入到數(shù)據(jù)庫，服務(wù)器端是基于多線程網(wǎng)路數(shù)據(jù)庫的后臺程序，同時可以支持上千客戶訪問的連接，處理并寫入到數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫存儲海量數(shù)據(jù)，為WEB前臺提供接口，WEB前臺調(diào)用指定數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)并進(jìn)行直觀顯示。具體流程如圖5所示。

3.2WEB服務(wù)器的設(shè)計

空氣質(zhì)量遠(yuǎn)程監(jiān)測軟件的WEB服務(wù)器最終決定使用 Apache 公司的一款免費開源的Web 應(yīng)用服務(wù)器TomCat作為B/S結(jié)構(gòu)的WEB服務(wù)器。ApacheTomcat服務(wù)器接收用戶發(fā)來的請求并送至數(shù)據(jù)邏輯處理部分的Servlet進(jìn)行處理，Servlet 則根據(jù)需要，調(diào)用JavaBean中的方法，通過JDBC技術(shù)獲得數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)，最后將所得到的數(shù)據(jù)再經(jīng)由Tomcat、Apache 服務(wù)器和Jsp、HTML頁面呈現(xiàn)給用戶。

4實現(xiàn)與應(yīng)用

通過硬件和軟件設(shè)計，系統(tǒng)可以正常地監(jiān)測分散地域的環(huán)境相關(guān)參量，可以很好地在用戶頁面上展示數(shù)據(jù)，系統(tǒng)穩(wěn)定，頁面美觀大方。用戶頁面如圖6所示，最終的設(shè)計終端如圖7所示。

5結(jié)論

針對漢中茶園種植的特點，設(shè)計了基于GPRS和WEB的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)分布式茶園環(huán)境污染檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)了對當(dāng)?shù)乜諝赓|(zhì)量數(shù)據(jù)的實時采集，并全自動發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)，通過自建的服務(wù)器收到后并響應(yīng)，用戶可以很方便的訪問和查詢，該系統(tǒng)測量精確抗干擾能力強(qiáng)、性價比高，支持7×24 h不間斷為用戶提供信息服務(wù)，具有一定的農(nóng)業(yè)應(yīng)用價值。

參考文獻(xiàn)：

[1]梅志堅，馬婭婕，肖凡男. 基于 ZigBee 和 GPRS 的大氣污染監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[J]. 武漢科技大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2015（1）：63-66.

[2]鄭爭兵. 基于GSM網(wǎng)絡(luò)的蔬菜大棚環(huán)境參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)[J]. 廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，39（1）：158-159.

[3]李震，洪添勝，文韜，等. 基于物聯(lián)網(wǎng)的果園實蠅監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2015，41（1）：89-93.

[4]唐慧強(qiáng)，葛黎黎，景華. 基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的接地電阻檢測系統(tǒng)[J]. 儀表技術(shù)與傳感器，2015（2）：54-56，70.

[5]董玉德，于洽，金國良，等. 基于Web的蔬菜農(nóng)藥殘留檢測網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2008，24（5）：178-180.

[6]張志偉. 基于諧振腔和DSP的煙支密度濕度檢測系統(tǒng)設(shè)計[J]. 湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，53（11）：2666-2669.