基于ARM的嵌入式土壤水分溫定點監(jiān)測及遠程傳輸系統(tǒng)的應用

基于的嵌入式土壤水分、溫度定點監(jiān)測及遠程傳輸系統(tǒng)的應用濕地是人類重要的生存環(huán)境之一。拉姆薩爾《濕地公約》定義濕地是指天然或人造、永久或暫時之死水或流水、淡水、微威或咸水沼澤地、泥炭地或水域，包括低潮時水深不超過 的海水區(qū)"同時又規(guī)定可包括鄰接濕地的河湖延岸、沿海區(qū)域以及濕地范圍的島嶼或低潮時水深不超過 的區(qū)域川。濕地具有巨大的環(huán)境功能和效益，在涵養(yǎng)水源、凈化水質(zhì)、調(diào)蓄洪水、控制土壤侵蝕、補充地下水、美化環(huán)境、調(diào)節(jié)氣候、維持碳循環(huán)和保護海岸等極為重要的生態(tài)功能等方面有其它系統(tǒng)不可代替的作用，被譽為地球之腎與森林、海洋一起被稱為地球的大生態(tài)系統(tǒng)。我國是濕地大國，濕地面積位居世界第四、亞洲第一。我國目前的濕地管理已經(jīng)進入濕地生態(tài)系統(tǒng)管理階段，建設濕地生態(tài)環(huán)境遠程實時監(jiān)測系統(tǒng)是首要任務。濕地土壤水分、溫度定點監(jiān)測及遠程傳輸系統(tǒng)通過遠程實時監(jiān)測生態(tài)環(huán)境的重要參數(shù)是浙江托普儀器的 ，監(jiān)測污染等突發(fā)事件和環(huán)境急劇變化所影響的區(qū)域的生態(tài)環(huán)境狀況，并進行準確、快捷地評估，為濕地的管理提供準確、及時的數(shù)據(jù)保證。因而，本研究以黑龍江省安邦河濕地為試驗區(qū)，基于 的嵌入式技術和元錢局域網(wǎng)技術相結(jié)合，研究建立嵌入式濕地監(jiān)測管理系統(tǒng)。研究區(qū)概況與方法安邦河濕地省級自然保護區(qū)位于黑龍江省集賢縣東北 處，總面積 年建立安邦河縣級濕地自然保護區(qū)， 年晉升為市級濕地自然保護區(qū)，8年晉升為省級自然保護區(qū)。安邦河濕地自然保護區(qū)總面積平方米，其中核心區(qū)面積平方米，占保護區(qū)積的 緩沖區(qū)面積平方米，占保護區(qū)面積的 實驗區(qū)面積9方米占保護區(qū)面積的。保護區(qū)氣候?qū)贉貛Т箨懶约撅L氣候，冬季長、寒冷而干燥夏季短、溫熱而多雨，屬于內(nèi)陸濕地和水域生態(tài)系統(tǒng)保護區(qū)類型，是三江平原濕地的重要組成部分。濕地監(jiān)測的內(nèi)容、指標與現(xiàn)狀濕地監(jiān)測是濕地管理過程的有機組成部分，是對濕地保護區(qū)管理行為的反饋。監(jiān)測資料庫將使管理者既能跟蹤濕地的環(huán)境狀況，又能跟蹤對濕地的特殊威脅，并且能方便地利用監(jiān)視資料生成其它數(shù)據(jù)表及報告。濕地監(jiān)測內(nèi)容主要包括監(jiān)視不同尺度上的生物多樣性監(jiān)視生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況或其完整性監(jiān)測特殊的威脅或壓力監(jiān)視環(huán)境狀況和人類影響監(jiān)測便于變化在地區(qū)水平上的反映監(jiān)視游客數(shù)量和財政收入監(jiān)測地區(qū)發(fā)展和濕地保護區(qū)之間的相互作用等。研究者依據(jù)各自不同的研究目的，選擇監(jiān)測指標對濕地進行監(jiān)測。傳統(tǒng)的地面監(jiān)視即濕地野外觀測是定點定時的人工采樣觀測，但是隨著科學技術的發(fā)展，傳統(tǒng)的地面監(jiān)測方法在數(shù)據(jù)精度、時效等方面漸漸不能適應現(xiàn)代化的要求了。目前的電子計算機和自動化技術已經(jīng)發(fā)展到非常成熟的階段，濕地監(jiān)測也漸漸地引入了自動化連續(xù)觀測技術，主要體現(xiàn)在濕地氣象觀測、濕地水質(zhì)觀測、濕地面積變化等方面。自動觀測系統(tǒng)在可靠性、穩(wěn)定性方面能夠達到比較高的要求，而且自動化觀測具有數(shù)據(jù)精度高、靈敏度強、分辨率好等特點，基于現(xiàn)代電子技術的自動化儀器成本也在逐漸下降，可以在較大的密度和范圍內(nèi)設置觀測站點，在空間、時間上相對于傳統(tǒng)觀測方法都是非常高效的。研究方法基于濕地監(jiān)測的特點，為實現(xiàn)濕地的自動化遠程監(jiān)測，本研究提出基于 的嵌入式系統(tǒng)監(jiān)測平臺，硬件設備：浙江托普儀器-土壤水分、溫度定點監(jiān)測及遠程傳輸系統(tǒng)BNL-GPRS系列。研究基于 元錢局域網(wǎng)的嵌入式系統(tǒng)用于濕地生態(tài)信息的自動化監(jiān)視。相對于其它濕地監(jiān)視手段， 有如下優(yōu)點①高性能的微處理器可在硬件上實現(xiàn)高速、高精度的數(shù)據(jù)處理及通信能力②技術成熟，能提供高速、穩(wěn)定的網(wǎng)絡連接，擺脫了傳統(tǒng)有線監(jiān)視網(wǎng)絡布線限制，減少了對濕地生態(tài)環(huán)境的影響，監(jiān)測點的設置可以更加靈活③系統(tǒng)成本低，相對于人工采樣及傳統(tǒng)監(jiān)測站等方法，人工和設備費用大大降低。④可實現(xiàn)密集部署，密集部署多個監(jiān)視點，可以對大范圍濕地環(huán)境的每個小區(qū)域進行監(jiān)測。整個系統(tǒng)包含個部分濕地嵌入式監(jiān)測系統(tǒng)以下簡稱 和控制中心信息管理系統(tǒng)以下簡稱 °系統(tǒng)技術路線見圖。一個完全封裝了 的模塊，主要應用于手機、 無線電話、、凹、數(shù)碼相機等，該模塊體積小，僅 ，支持 等多種嵌入式平臺，支持

g準。提供 及接口，可以用 連接。本系統(tǒng)采用 方式連接， 有種信號發(fā)送模式 。位數(shù)據(jù)、位數(shù)據(jù)， 位數(shù)據(jù)和位數(shù)據(jù)接口模式，見表所示。ARM(AdvancedRISCMachines)是一種技術的名字，是對一類微處理器的通稱，同時也是一個公司的名字。目前，采用技術知識產(chǎn)權 核的微處理器即通常所說的微處理器已遍及工業(yè)控制、消費類電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡系統(tǒng)和無線系統(tǒng)等各類產(chǎn)品市場。 微處理器具有如下特點體積小、低功耗、低成本、高性能支持nmmb(16位和位雙指令集大量使用寄存器，指令執(zhí)行速度快尋址方式靈活簡單，執(zhí)行效率高山。 是嵌入式系統(tǒng)使用最廣泛的一類微處理器，以此作為主控芯片可在硬件上實現(xiàn)高速、高精度的數(shù)據(jù)采集處理通信系統(tǒng)。元線局域網(wǎng) 是固定局域網(wǎng)的一種延伸，沒有錢纜限制的網(wǎng)絡連接，相對于有線網(wǎng)絡具有較好的靈活性和移動性。 是一個無線局域網(wǎng)標準，包括、，e、和等。已經(jīng)成為正式標準且廣泛應用的有占、。 的工作頻率為 ，使用正交頻率劃分多路復用的多載波調(diào)制技術，物理層速率可達到，傳輸層可達的載波頻率為，調(diào)制方法采用補償碼鍵控，傳輸速率能夠從自動降到，或者根據(jù)直接序列擴頻技術調(diào)整到和，以保證設備正常運行與穩(wěn)定。優(yōu)勢在于傳輸速率快最高且受干擾少，但價格相對較高的優(yōu)勢在于價格低廉，但速率較低最高是的繼任者,使用與相同的頻段，與相同的正交頻分多路復用技術，最高可達到的數(shù)據(jù)傳輸率，室外最大傳輸距離為左右，在使用高增益天線時，傳輸距離可達到幾公里。目前，基于的產(chǎn)品已經(jīng)非常成熟，許多產(chǎn)商都開發(fā)了同時支持的產(chǎn)品?；跐竦乇O(jiān)測一般是遠距離野外監(jiān)測和元錢局域網(wǎng)的特點，本文采用基于無線網(wǎng)絡作為系統(tǒng)的通信手段。海地戰(zhàn)入式檢測系統(tǒng)i ; 控制中心信息笆理系統(tǒng)TOC\o"1-5"\h\zJ ］WLA"主程序

及其它模塊，值感器下宋數(shù)據(jù); ;WLA"主程序

及其它模塊j--一.4［一Q_—： "| ?二［］一］|WLA：晨短"K訪5不通情模塊1 II J :—圖I技術儲線系統(tǒng)設計與實現(xiàn)硬件設計硬件平臺結(jié)構框架見圖。系統(tǒng)采用的 芯片為核心，這是一款架構的 位嵌入式處理器，主要面向手持設備及高性價比、低功耗的應用。其主要特性有基于內(nèi)核，自帶闊的指令緩存和陽的數(shù)據(jù)緩存以及單元，工作時鐘頻率最高可達，擁有豐富的片內(nèi)外設，如 一個，一個、 控制器、 和觸摸屏控制器、個、、 、、口、口、等，同時還有豐富的 端口資源，是一款性價比很高的 核 芯片。系統(tǒng)無線通信模塊采用 公司的3這是數(shù)據(jù)采集模塊使用瑞士 公司推出的基于 技術的新型溫濕度傳感器 ，系列為插針型溫濕度傳感器芯片，具有以下特性全量程標定，兩線數(shù)字輸出顯度測量范圍溫度測量范圍 濕度測量精度 溫度測量精度響應時間小于低功耗 0W)；可完全浸沒。該傳感器可直接通過總線與任何類型的微處理器、微控制器系統(tǒng)連接，可減少接口電路的硬件成本，簡化接口方式。 的個針腳功能見表。

遠程監(jiān)控中心遠程監(jiān)控中心止匕外，硬件設計部分還包括存儲單元，電源管理，人機交互單元等。存儲單元采用了 的,的 和的 主要用來存儲程序代碼，主要用來存儲數(shù)據(jù)以及部分程序代碼。 支持和 種方式啟動，可以通過配置的來選擇 的啟動方式。電源單元采用模塊化設計，輸入 、輸出穩(wěn)定的和 分別供給通信模塊和處理器使用。在系統(tǒng)設計實現(xiàn)中加入了多級穩(wěn)壓電路和高精度低功耗 線性調(diào)壓電路，使電壓穩(wěn)定。電源管理芯片具有過熱和過流保護功能，起到電源管理的作用。人機交互單元包括鍵盤， 顯示等。2.2WEMS托普儀器軟件設計2.2WEMS托普儀器軟件設計嵌入式系統(tǒng)軟件設計主要包括操作系統(tǒng)、驅(qū)動程序和應用程序。操作系統(tǒng)本文選用是一種開放源碼的嵌入式版本，是的縮寫。它經(jīng)過各方是一種開放源碼的嵌入式版本，是的縮寫。它經(jīng)過各方面的小型化改造，是一個高度優(yōu)化的、代碼緊湊的嵌入式 ，雖然它的體積很小，但是仍然保留了的大多數(shù)優(yōu)點運行穩(wěn)定、良好的移植性、優(yōu)秀的網(wǎng)絡功能、完備的對各種文件系統(tǒng)的支持，以及標準且豐富的 1關于編譯開發(fā)環(huán)境的建立，基于以叫一般是由目標系統(tǒng)硬件牛開發(fā)板和宿主眈機所構成的。硬件開發(fā)板用于操作系統(tǒng)和應用軟件的運行，而操作系統(tǒng)內(nèi)核的編譯、應用軟件的開發(fā)和調(diào)試則需要借助宿主機來完成。雙方之間一般通過串口建立連接。表】SD!。接口模式4位數(shù)據(jù)漠式1位數(shù)據(jù)模式MDD電源VD&電源VSS地VSS地VSS2地VSS2地CLK時鐘CLK時鐘CMD雙向緩:命令與響應標志雙向線:命令與響應標志DAT[3]車位傳送的第3位獸C.不連接DAT⑶4位傳送的第2位RW讀/頊可選）DAT[1]4位傳送的第1位IRQ中斷請求DAT[0]4位傳送的第。位i)AT[01$位傳送的第。位系統(tǒng)工作時的執(zhí)行流程見圖首先，通過供共電單元提供的電源進行系統(tǒng)上電接著啟動o創(chuàng)叫3ade凡，開始加載aClim的初始化進程，在存儲單元準備就緒后，初始化進程的順序為顯示單元觸摸屏阿液晶顯示屏、 通用輸入輸出接口和 元線通信模塊如果外設未初始化成功，將重新進行初始化，成功后則準備接入元錢網(wǎng)絡開始加載網(wǎng)絡協(xié)議 、i日載成功后執(zhí)行用戶應用程序系統(tǒng)使用結(jié)束后，關閉主程序，系統(tǒng)工作執(zhí)行結(jié)束。表25HT7］針腳序號名稱 描述1234SCK 串行時鐘輸入VDD 在4-5,5V電源：CND 接地BATA 雙向串行數(shù)據(jù)端口

在普便器TOPInstrument溫馨提示：浙江托普儀器專業(yè)生產(chǎn)土壤（肥料）養(yǎng)分速測儀，土壤埔情速測儀，農(nóng)藥殘留速測儀,病蟲測報燈，病蟲調(diào)查統(tǒng)計器,抱子捕捉儀等農(nóng)業(yè)專用儀器.此項目儀器均為我公司自主研發(fā)生產(chǎn)，多項產(chǎn)品獲得國家發(fā)明專利和實用新型專利，已獲得軟件著作權30多項,儀器均通過第三方檢測，公司已通過IS09001:2008質(zhì)量體系認證°高知名度品牌及高端的資質(zhì)配套為客戶選擇放心的產(chǎn)拈和服務提供有力依據(jù),為經(jīng)銷商投標成功提供有力的保障！浙江托普儀器為您提供基層農(nóng)技推廣體系建設項目一站式服務！大品牌可信賴、產(chǎn)品質(zhì)量好、供貨周期短、價格優(yōu)惠。歡迎廣大新老客戶來電咨詢合作！公司名稱：浙江托普儀器有限公司公司地址：杭州市四湖科技園區(qū)西園八路11號公司電話：0571-8605660986059660868237708605411786055117售后專線:400-672-1817設計控制中心信息管理系統(tǒng) 實現(xiàn)一個數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)，使用 做數(shù)據(jù)庫服務器，基于 技術組建一個 架構的信息系統(tǒng)。系統(tǒng)實現(xiàn)的功能包括①數(shù)據(jù)庫建立一個中心數(shù)據(jù)庫服務器，用以保存監(jiān)測數(shù)據(jù)②通信模塊負責與監(jiān)測點的嵌入式系統(tǒng)進行以太網(wǎng)通信，在 協(xié)議基礎上實現(xiàn)通訊內(nèi)容的編、解碼，數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收③查詢模塊實現(xiàn)各種監(jiān)測指標的查詢，統(tǒng)計等功能④管理模塊對數(shù)據(jù)庫、通信模塊、查詢模塊等進行統(tǒng)一管理，維護各模塊間的聯(lián)系與運行。表3實測溫度數(shù)據(jù)時間4月14日4月15B4月16日4月17日4月13H]4121423。上梵151213152409二臥1614U1723的6cl1615￡5182510例161517202510；珀1716iS2226必]8IS19232611]8IS242612:001817192527t?：3O19IS19252713:00191819252713：30181719252614:001617192626151618262611：00141419262615；油1515172525!6：00弓535IS2525結(jié)果與分析溫度是濕地氣象環(huán)境監(jiān)測的基本指標，為了測試系統(tǒng)性能，本研究以溫度指標為例進行數(shù)據(jù)采集實驗。外業(yè)在內(nèi)選擇個實驗點分別進行實時監(jiān)測。實驗時，將服務器的設置為8放置在辦公室內(nèi)，的設置為8,放置在室外。元線局域網(wǎng)的拓撲結(jié)構有類無中心拓撲對等式拓撲，8和有中心拓撲，本研究使用第種方法建立元線局域網(wǎng)絡，此時需要一個元錢訪問節(jié)點充當中心站，相當于無線路由器，與的距離為1左右，與陽的距離在左右。數(shù)據(jù)采集時間間隔設置為次，每采集次溫度后向監(jiān)視中心通信模塊發(fā)送次采集數(shù)據(jù)。實驗監(jiān)測到各個時刻的溫度數(shù)據(jù)見表。實驗結(jié)果表明，系統(tǒng)實現(xiàn)了遠程實時采集溫度數(shù)據(jù)的功能。在實際應用中