设施环境无线监控系统的设计与实现[J].docxVIP

第 24 卷 第 7 期农 业 工 程 学 报Vol.24 No年7 月Transactions of the CSAEJul. 2008设施环境无线监控系统的设计与实现刁智华 1，陈立平 2?，吴 刚 1，赵春江 2，王 俊 1，王 成 2（1．中国科技大学自动化系，合肥 230026； 2．国家农业信息化工程技术研究中心，北京 100097）摘要：针对设施农业生产环境监控过程中信息监测点和设备控制点分散的情况，设计了一种具有自组织跳转数据传输功能的通用性无线监控系统。以具有 ZigBee 无线数据传输功能的 JN5121 模块为核心，设计传感器输入接口和设备控制输出接口，研制实现现场信息的获取和设备控制的前端无线节点；以 ARM9 为核心扩展多种资源接口作为监控系统主机硬件，在 Linux 操作系统平台下使用 MiniGUI 编制监控功能和人机交互界面，通过对前端无线节点的统一协调指挥，完成对环境信息的采集分析和对设备的综合控制。结果表明, 系统具有成本低、通用性强、可扩展性强、可靠性高等特点，可方便地应用于温室、大田、养殖等到各种场合的环境监控，从而满足用户的不同需要。关键词：监控系统；无线通信；ARM；数据采集中图分类号：TP273+.5; S625.5+1文献标识码：A文章编号：1002-6819(2008)-7-0146-05刁智华，陈立平，吴刚，等. 设施环境无线监控系统的设计与实现[J]. 农业工程学报，2008，24(7)：146－150.Diao Zhihua, Chen Liping, Wu Gang, et al. Design and implementation of wireless monitoring and control system for protectedenvironment[J]. Transactions of the CSAE, 2008,24(7)：146－150.(in Chinese with English abstract)0?引 言设施环境监测控制是实现设施农业生产自动化高效高控制系统的可扩展性和可维护性，降低设备维护的成本，从而使整个控制系统得到优化。化的最为重要的环节之一[1]。随着设施化农业的不断发展,1系统构成其对农业监控系统的要求也越来越高, 不但要求监测控制系统能够实现对作物生长环境的温度、空气湿度、土壤湿度、CO2 浓度以及光照度等众多环境因子实时数据的获取，并对这些数据进行存储、分析、处理，还要能实现对诸环境因子的控制，操纵相应的控制设备，达到控制的现代化、智能化、精准化[2]。目前分布式系统是计算机监测控制系统的主要发展方向，目前大多数环境监控系统采用这种构架[3]。主机和前端节点多采用有线通信方式，这种方式布线困难，同时限制了系统的控制范围，对控制较大范围的作物有局限性，而且大量的布线会造成维护的困难[4]。ZigBee 技术作为一种新兴的无线通信技术，具有复杂度低、功耗低、数据速率低、成本低和自组网等特点，适合于设施生产自动控制领域的传感器和执行机构等设备的联网[5,6]。在设施监控系统中应用基于 ZigBee 技术的无线传感网络，能够实现对设施环境参数的自动检测和设备控制,有效地避免有线系统问题。Zigbee 技术以其设备成本低、组网自组织、节点布置灵活、数据传输安全可靠、电池寿命长等独特的优势，在现代设施农业中展现出广阔的应用前景[7]。在农业环境测控系统中引入无线网络，可大大提该通用无线监控系统是在传统监测监控系统的基础上， 结合当前无线通信技术和信息处理技术而发展起来的新型测控系统，采用“监控中心—前端无线模块” 的构建模式。监控中心是整个系统运作的核心，负责从各无线模块上接收需要的监测信息，发送各种操作命令给无线模块，以控制无线模块上连接的控制设备的行为。无线模块被布放于远离监控中心的各监测点处，负责完成与监控中心的通信联接、前端监测信息的采集和响应控制中心发出的控制命令。控制中心采用以 S3C2410X 为核心的 ARM9 系统实现，软件开发基于现有的 Linux 操作系统。无线模块采用现有的 JN5121 模块，无线技术为Zigbee，同时在它的基础上开发出专用的针对不同信号的多通道输入输出的无线模块。收稿日期：2007-05-31修订日期：2008-05-18基金项目：国家高技术研究发展计划（863 计划）（2006AA10Z253）作者简介：刁智华（1982－），男，河南夏邑人，博士研究生，主要从事嵌图 1 系统整体构成图入式系统开发、研究。合肥 中国科技大学自动化系，230026。Email: dzhua@。Fig.1Structural diagram of the whole system※通信作者