农田环境数据采集系统的研究与设计

黑龙江八一农垦大学学报第22卷

农田环境信息是现代化农业生产中的关键部分，它直接反映农作物生长和农作物产品质量[1]。快

速、有效采集和描述影响作物生长环境的空间变量信息，是“精准农业”实践的重要基础。准确实时采集农田环境信息，对农作物研究、合理资源利用和生产实践决策等都是非常必要的[2]。传统的设计大多以单片机为微处理器，系统的扩充性不好。目前也有研究人员采用高度集成化的掌上电脑，但价格昂贵，很难普及。设计给出基于ARM 和GPRS 的嵌入式农田数据采集系统设计方案，它使数据信息可以简洁、实时的进行传送，能够节省巨大的通信网络建设和维护费用，为用户终端安全稳定的运行提供了可靠的保证。

1硬件设计

根据农田环境信息采集系统功能需求，进行总

体方案的构思和设计，其硬件构架如图1所示。1.1微处理器

采用的是一款基于ARM7TDMI 核的高速处理器S3C44B0X ，S3C44B0X 微处理器是Samsung 公司提供的高性能和高性价比的微控制器解决方案，使

用32位的低功耗RISC 内核ARM7TDMI 。采用0.25μmCMOS 工艺制造，工作主频66MHz ，工作电压仅有2.5V ，功耗低、成本低，同时能达到优良的性能，可以使用三级流水线、支持64位结果的增强型

农田环境数据采集系统的研究与设计

李兴霞

（佳木斯大学，佳木斯154007）

摘

要：根据精准农业的需求，结合嵌入式技术、无线远程通信技术、GPS 定位技术以及传感器技术等领域的最新研究成果，设

计了一套能够实时采集多种农田数据的系统。该系统可以采集、

显示多种农田数据，还能够经GPRS 网络实现远程数据传输，远程数据中心建有数据库，可供用户随时浏览环境数据。此系统适合远程条件下对分散农田环境信息进行监测与管理，为农田管理决策、智能控制等提供数据支持。关键词:数据采集；嵌入式技术；μC/OSII ；GPRS 中图分类号：TP229

Study and Design of Farmland Environmental Data Acquisition System

Li Xingxia

（Jiamusi University,Jiamusi 154007）

Abstract:According to the demand of precision agriculture,combining the latest research results of embedded technology,wireless remote communication technology,GPS technology and sensor technology,a set of farmland data real -time acquisition system is designed.The system can collect and display various farmland data,and it can realize remote data transmission by GPRS network;there is a database in remote data center for users to view environmental data at any time.This system is suitable for monitoring and management of scattered farmland environment in remote situation,providing data support for farmland management decision and intelligent control,etc.

Key words:data acquisition ；embedded technology ；μC/OSII ；GPRS

收稿日期：2010-06-13

基金项目：佳木斯大学科学技术研究项目（L2009-159）。

作者简介：李兴霞（1972-），女，讲师，哈尔滨工程大学硕士研究生毕业，现主要从事电子技术方面的教学与科研工作。

黑龙江八一农垦大学学报Journal of Heilongjiang Bayi Agricultural University 22（6）：72~74

Dec.2010文章编号：1002-2090（2010）06-0072-03

第22卷第6期2010年12月文献标识码：A

第6期

硬件乘法器，支持半字、有符号字节的Load和Store

以及Thumb压缩指令集，包含EmbeddedICE模块以

支持嵌入式系统调试如JTAG方式等[3]。

图1硬件总体构架图

Fig.1The overall architecture diagram of hardware

1.2数据采集部分

系统主要采集影响农作物生产的5个环境信息：土壤温度、土壤水分、空气温度、空气湿度和光照强度。考虑精度、灵敏度、可靠性、使用寿命、防水性、响应速度等因素，采用昆仑海岸公司生产的JWSL-2AT通用型温湿度变送器，ZD01-AT电流型照度变送器，土壤温度数据采集采用上海银河仪器厂生产的铂电阻温度传感器，测量范围为-50～150℃。土壤水分传感器；采用锦州阳光科技有限公司的TDR-3型土壤水分传感器。

在整个系统中GPS数据的采集部分十分重要。它能够提供准确的地理信息，时间日期等，为环境数据的采集提供了准确的定位。系统采用Ag DGPS 132——

—用于精细农业的亚米级差分GPS接收机。

1.3模数转换部分

当用一个三角波信号与输入信号进行叠加,并高速采样时,转换器产生一系列的0或1采样值，0和1出现的比例就表示了这个在0和1LSB之间的实际值。因此，加入三角波信号可提高信噪比。

图2为三角波信号产生以及与输入信号叠加的电路图。

在系统中，依据信号频率和需要增加的AD转换分辨率，确定过采样因子K=8，三角波信号频率为100kHz，AD转换频率为500kHz，可以增加AD分辨率2bit，使S3C44B0XI的AD转换精度从10bit增加到12bit，并增加了信噪比。对信号连续的多个周期进行采样，对测量结果分别处理后，用得到的平均值作为最终的结果，可以进一步增加测量结果的信噪比。

2软件设计

系统采用模块化的设计方法，各模块相互独立又共同依赖嵌入式操作系统μC/OSII，由于驱动程序封装在μC/OSII操作系统下，上层应用程序开发、维护和软件升级都很方便[4]，这样在一个成熟的以μC/OSII为主的软件平台上，很容易开发扩展各种实用的控制应用程序。软件方案构架如图3。

用户应用程序的执行是由启动引导程序跳转main（）函数开始的，μC/OSII要求首先被初始化，并且在启动多任务实时调度前至少要创建一个用户主任务。执行完此程序，操作系统内核为起始任务图2三角波信号产生与输入信号叠加

Fig.2Triangle waveform signal production

and input signal superposition

李兴霞:农田环境数据采集系统的研究与设计73