劉德義 黎貞發(fā) 李 春

(1.天津市氣候中心，天津 300074;2.東麗區(qū)氣象局，天津 300300)

1 引言

目前，設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展已成為我國農(nóng)民增收的重要舉措和農(nóng)業(yè)增效的有效途徑［1］。但強降溫、降雪、低溫寡照等氣象災害始終伴隨在設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)之中，嚴重制約著設(shè)施農(nóng)業(yè)的安全生產(chǎn)和發(fā)展。在因氣象災害所造成的設(shè)施農(nóng)業(yè)損失中，相當部分源于氣象災害預警信息的傳播不暢。近年來，手機短信、12121固定電話、有線電視、氣象網(wǎng)站、氣象頻道等預警信息發(fā)布手段得到了不同程度的應用，但是上述手段都無法實現(xiàn)氣象災害預警信息在農(nóng)村地區(qū)覆蓋［2］。

無線LED信息顯示屏是一種全新的信息媒體，其“流動”顯示和聯(lián)網(wǎng)信息發(fā)布的特點成為一種全新的廣告媒體。利用基于GPRS技術(shù)更新LED的發(fā)布信息，極大的提高了LED顯示屏的使用范圍，將基于GPRS網(wǎng)絡的LED顯示屏發(fā)布系統(tǒng)應用于農(nóng)業(yè)氣象預報、預警信息的發(fā)布很好的解決氣象預警信息發(fā)布“最后一公里”問題。LED氣象預警信息顯示屏提高了氣象預警信息服務的時效，擴大了氣象預警信息服務的覆蓋面，有效的為各級政府和社會各界提供了重要的防災減災科學依據(jù)。本文建立基于GPRS的大容量LED顯示屏的設(shè)施農(nóng)業(yè)氣象信息發(fā)布系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用Internet和GPRS網(wǎng)絡，實現(xiàn)了對LED顯示屏系統(tǒng)中的氣象預警信息的遠距離無線更新，并將該系統(tǒng)應用于設(shè)施農(nóng)業(yè)氣象信息的發(fā)布與預警服務系統(tǒng)中。

2 系統(tǒng)的工作原理

該系統(tǒng)的工作原理如圖1所示:待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)首先由遠程PC發(fā)送至Internet網(wǎng)絡，通過GPRS網(wǎng)關(guān)進入GPRS網(wǎng)絡，與GPRS模塊進行無線通信［3］，最后存儲在儲存器中，通過單片機控制器將數(shù)據(jù)調(diào)出，并由LED顯示屏顯示出來，從而完成了LED顯示屏的無線數(shù)據(jù)更新。具體的實現(xiàn)過程如下:

圖1 數(shù)據(jù)傳輸、更新和LED屏顯示

首先，由手機卡模塊主動發(fā)起連接:即TE向模塊發(fā)送 AT指令設(shè)置相關(guān)參數(shù)，并激活 PDP(Packet Data Protocol)上下文，建立模塊與外部數(shù)據(jù)網(wǎng)的通路。然后，TE控制模塊進行PPP協(xié)議的協(xié)商 (LCP、PAP、IPCP)。協(xié)商結(jié)束后，由GGSN分配一個動態(tài)IP地址給模塊，至此系統(tǒng)的數(shù)據(jù)鏈路已建立完成。最后，基于ICP/IP協(xié)議，通過Socket建立手機卡模塊到遠程PC機的透明傳輸，模塊接收從遠程PC機發(fā)送的數(shù)據(jù)并寫入TE，TE將數(shù)據(jù)處理后，顯示到LED顯示屏上。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)的基本硬件構(gòu)成如圖2所示，GPRS模塊用來接收遠程PC無線傳送的大量數(shù)據(jù)，并把接收到的數(shù)據(jù)經(jīng)過RS232串口存儲在系統(tǒng)存儲器中，通過程序?qū)Υ鎯ζ髦械臄?shù)據(jù)進行調(diào)用，主控制器將需要顯示的數(shù)據(jù)寫入FPGA，進行FPGA動態(tài)掃描，最終顯示在LED顯示屏上。

本系統(tǒng)的GPRS模塊選用WAVCOM公司生產(chǎn)的M1206B模塊，該模塊支持內(nèi)嵌的TCP/IP協(xié)議，并支持RS232串行傳輸，可以通過AT指令對其進行遠程控制。主控制器選用ARM9，以FLASH存儲器M25P16、SDRAM存儲單元 6224、電源、雙口RAM、FPGA等外圍電路接口。系統(tǒng)中存儲器FLASH M25P16是一個16Mbit的大容量存儲器，主要用于GB2312字庫及更新的文本信息的存儲。外部RAM62256存儲空間為8192byte，在系統(tǒng)中起到暫存及緩存數(shù)據(jù)的作用。

4 系統(tǒng)軟件實現(xiàn)

4.1 單片機ARM9工作流程

AT(Attention)指令集是從終端設(shè)備 (Terminal Equipment，TE)向終端適配器 (Terminal A-dapter，TA)發(fā)送的通信語言。通過AT指令，用戶可以對模塊完成呼叫、登陸、GPRS數(shù)據(jù)業(yè)務等方面的控制。單片機上電后，首先對模塊及串口初始化，再進行以下兩步工作:

圖2 系統(tǒng)硬件

(1)將手機模塊附著 (Attach)在GPRS網(wǎng)絡上，把移動終端的信息登記到GGSN;

(2)PDP(Packet Data Protocol)上下文激活，激活I(lǐng)P協(xié)議。接下來，通過一系列的AT指令對GPRS模塊進行配置工作。

我們可以通過以下步驟使用M1206B內(nèi)置的TCP/IP協(xié)議棧來實現(xiàn)對目標服務的訪問［4］:

AT+CGATT=1∥對模塊進行GPRS附著，

AT+CGDCONT=1，″IP″，″CMNET″［5］ ∥定義PDP上下文，設(shè)置GPRS接入網(wǎng)關(guān)為移動夢網(wǎng)，

AT+CGACT=1∥激活PDP上下文;

AT%CGPCO=1，″PAP，，″，1 ∥用戶名、密碼認證;

AT S|NOSLEEP=1∥防止串口休眠，

AT S|DESTINFO= ″xxx xxx xxx xxx″，1，xx，0∥IP 端口連接 (這里″xxx.xxx.xxx.xxx″，1，xx.0指的是遠端的一個公網(wǎng)的IP地址及其端口號)，

ATD*97#∥撥號建立連接當模塊使用命令“ATD*97#”撥號建立起連接以后，會返回一個“Wait Socket Open”，然后模塊被分配一個移動公司內(nèi)部的虛擬IP地址，并被分配一個Internet網(wǎng)的臨時IP地址和端口號，通過網(wǎng)關(guān)和外網(wǎng)建立起連接。撥號成功后，就可以接收 Internet網(wǎng)上傳來的數(shù)據(jù)了。

4.2 遠程PC應用程序設(shè)計

在方案中已提到，在系統(tǒng)數(shù)據(jù)鏈路建立完成后，可通過Socket通信功能與Internet的遠程PC進行通信。遠程PC的應用軟件是通過MFC框架來進行編程的。MFC提供了 CAsyncSocket和 CSocket兩個類來封裝 WinSock API，從 CAsyncSocket類中派生出CSocketServer、CSocketClient兩個新類，并重載OnReceive()、OnAccep()等函數(shù)，用來發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。

圖3 遠程應用軟件發(fā)送界面

5 系統(tǒng)應用及結(jié)論

利用上述系統(tǒng)構(gòu)建基于LED屏的天津市設(shè)施農(nóng)業(yè)氣象預警發(fā)布系統(tǒng)，在寶坻、靜海等5個設(shè)施農(nóng)業(yè)示范園區(qū)建立農(nóng)業(yè)氣象信息顯示屏，建立相應的業(yè)務流程、值班制度，24小時實時進行數(shù)據(jù)更新。該系統(tǒng)主要發(fā)布天氣預報、設(shè)施農(nóng)業(yè)氣象預報、預警信息、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)知識、蔬菜價格等信息。該發(fā)布系統(tǒng)拓展了設(shè)施農(nóng)業(yè)氣象信息發(fā)布的渠道，提高了設(shè)施農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務產(chǎn)品的科技含量，為農(nóng)民應對農(nóng)業(yè)氣象災害，減少經(jīng)濟損失，防災減災，提高生產(chǎn)效益。系統(tǒng)經(jīng)過半年的試運行，運行狀態(tài)良好。基于GPRS的LED屏的氣象預警信息發(fā)布系統(tǒng)由于其時效性強，速度快，服務具有針對性，可實現(xiàn)在第一時間將突發(fā)氣象災害應急預警信息傳送到農(nóng)民手中，提升農(nóng)民防災減災的意識和能力，最大限度地減少氣象災害造成的財產(chǎn)損失，切實提高公共氣象服務能力。

［1］李明財，黎貞發(fā)，李春.中國設(shè)施農(nóng)業(yè)氣象服務現(xiàn)狀與前景分析 ［J］.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技.2009， (16):214～215

［2］張迪，李澤椿，施培量等.氣象災害預警信息廣播系統(tǒng)總體設(shè)計與信息編碼研究 ［J］.中國工程科學.2009，11(9):9～12

［3］張公禮，孔超，龔冰心.基于GPRS的LED顯示屏的無線數(shù)據(jù)更新系統(tǒng) ［J］.電視技術(shù).2008，48(10):103～106

［4］成春旺.監(jiān)控系統(tǒng)中基于GPRS的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的研究與實現(xiàn) ［D］.北京:北京郵電大學.2006

［5］李秀紅，黃天戍，朱林 等.嵌入式Internet中GPRS和SMS技術(shù)的實現(xiàn) ［J］.電子科技大學學報.2007，36(4):763～766