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基于Arduino 和VI 的农田信息无线采集系统设计 　　0 引言 　　精准农业是目前世界农业发展的趋势，也是未来农业的发展方向。我国的国情是人多地少，而且随着城市化进程的不断加快，可耕地也在逐渐地减少。因此，要在有限的土地上生产出更多的粮食才能保证我国的粮食安全，这就要求必须要提高农田的单位生产效率。目前，我国正在大力提倡农业的现代化，要求搞精细化农业，而快速发展的物联网为实现农业的精细化耕种提供了可能。在我国的“十二五”规划和“863 计划”中，已经把“农业物联网”纳入到现代农业技术领域的战略中。2010 年1 月5 日，受国家发改委的委托，“精细农牧业物联网发展战略规划”列入了由中国工程院牵头的重大咨询研究专项计划中(14 个专项之一)，为我国农业物联网的发展指明了方向，给予了政策支撑，促进了农业物联网的快速发展。 　　实施精准农业的一个重要环节就是农田信息数据的采集。但是，当前对农田信息采集技术的研究远远滞后于支撑精准农业的其他技术的要求，成为阻碍精准农业推广的主要障碍之一，目前很多专家学者针对农田信息的采集提出了很多种不同的方法和手段。经查阅文献资料后发现，大部分方法都是基于ZigBee技术的。例如，孙玉文等提出了一套基于嵌入式ZigBee 技术的农田信息服务系统，结合基于ARM9和DSP 的嵌入式移动终端和WebGIS 农田信息管理系统来获得各种农田信息。李贯峰等提出了一种基于ZigBee 技术的信息监测系统，其硬件平台基于ATmegal28和CC1101 射频芯片，软件平台利用nesC 语言实现传感器节点和汇聚节点的开发。郭家等提出了一种基于ZigBee 协议，由ARM + LINUX 模块、ZigBee 和上位机信息管理系统构成的农田环境监测网络系统。孟志军等提出基于时间阈值的数字照片自动空间位置标识方法和基于空间位置的数字照片索引及热链接方法来实现对精准农业多源信息采集管理的应用。该文献实现了基于掌上电脑的基本GIS 功能和GPS 通讯及数据解析功能，并在嵌入式农田信息采集系统中成功地实现了对基于GPS 的空间位置数据和属性数据的采集和管理。张淑娟等提出了基于PDA/GPS /GIS 的田间信息采集方法。该文献介绍了数据转换与处理方法，以及如何实现PDA、GIS 数据到桌面GIS 数据的转换与共享。 　　虚拟仪器技术借助个人计算机的高速性能，把采集的数据进行处理、分析、存储并传输，并依托灵活高效的虚拟面板将测量结果实时显示，用编程的方式实现仪器的功能。相比传统仪器，其具有功能强、灵活、扩展性好、人机交换界面(UI)良好等特点。 　　为了加快我国精准农业的信息化技术的发展，根据我国农业的发展状况和特点，本文结合虚拟仪器和嵌入式技术，设计了一种基于Arduino 控制板和VI 的农田信息无线采集系统。研究和设计的主要内容包括农田信息的采集处理模块、无线传输模块、上位机显示，以及对数据的分析和决策模块。 　　该系统将采集上来的农田信息( 如土壤的温度和湿度、空气的温度和湿度、光照度等) 通过AVR 单片机进行处理后，再经过无线传输模块将该块农田的信息传给上位机，在LV 编写的显示界面上进行实时显示;并将接收的数据生成数据库，方便进行后期的数据分析，为农田的生产和管理提供决策依据。该套系统具有低成本、工作稳定及灵敏度高等特点。 　　1 系统整体设计 　　系统由Arduino、土壤温湿度传感器、空气温湿度传感器、光照度转换模块和无线串口发送模块组成。其中，Arduino 单片机是系统的控制中心，负责把采集上来的数据按照自定义的通信格式变成相应的帧格式发送给上位机。数据主要包括土壤环境的温湿度、空气环境的温湿度和光照度等。 　　2 系统硬件设计 　　2. 1 Arduino 控制板 　　Arduino 是一种近几年非常流行的一个开源硬件控制平台，具有自己的集成开发环境( IDE)。该IDE是基于C 语言开发的，完全免费，并且是免安装的，任何人都可以从官网上下载使用，且具有简单高效的特点，很容易使用。其硬件包括原理图和印制电路板(PCB)，都是公开免费的，官方仅仅保留其Arduino 的商标所有权。很多厂商也基于官方的文件开发了多种多样的Arduino 外围功能电路可供选择，包括电机驱动、无线通信、音乐播放及各种传感器( 压力、温度、速度、倾角等)。 　　本系统使用的Arduino 单元为Arduino UNO R3，是Arduino USB 接口系列的必威体育精装版版本，核心处理器是ATmega328，具有14 路数字输入/ 输出口(6 路可作为PWM 输出)、6 路模拟输入，支持I2C 和SPI 通信协议。 　　2.