劉 玲 王 雪 馬秀蓮 席桂清 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院 大慶 163319　楊德勇 黑龍江省大慶市紅崗區(qū)農(nóng)業(yè)開發(fā)辦公室 大慶 163511

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基于嵌入式的智能移動(dòng)棚室故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

劉 玲 王 雪 馬秀蓮 席桂清 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院 大慶 163319楊德勇 黑龍江省大慶市紅崗區(qū)農(nóng)業(yè)開發(fā)辦公室 大慶 163511

【文章摘要】

本文以嵌入式開發(fā)技術(shù)為基礎(chǔ)，與無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能監(jiān)控平臺(tái)相結(jié)合，以Microsoft Windows CE 6.0為操作系統(tǒng)，基于多Agent的智能化設(shè)計(jì)思想，實(shí)現(xiàn)了智能移動(dòng)棚室故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開發(fā)，最終實(shí)現(xiàn)了各種溫室大棚的農(nóng)作物在生長(zhǎng)過(guò)程中各種要素的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

【關(guān)鍵詞】

嵌入式；多Agent；傳感器網(wǎng)絡(luò)；無(wú)線傳輸

0　引言

本文中設(shè)計(jì)了一種基于嵌入式的智能移動(dòng)棚室故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用以S3C6410處理器為核心的ARM11開發(fā)平臺(tái)，基于WinCE6.0操作系統(tǒng)，用無(wú)線傳感器采集溫室數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫室大棚內(nèi)溫、濕度的自動(dòng)控制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明其具有開發(fā)周期短、內(nèi)核完善、圖形界面友好等優(yōu)點(diǎn)。

1　基于嵌入式的硬件設(shè)計(jì)

基于嵌入式的智能移動(dòng)棚室故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是由上位機(jī)以及下位機(jī)兩個(gè)部分組成的：上位機(jī)是一個(gè)基于Xscale-WinCE嵌入式的硬件環(huán)境以及用戶應(yīng)用程序界面；下位機(jī)是一個(gè)基于超低功耗單片機(jī)TI—MSP430芯片的數(shù)據(jù)信號(hào)采集系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備上安裝的多路傳感器直接連接到下位機(jī)的信號(hào)調(diào)理部分，經(jīng)過(guò)AD轉(zhuǎn)換并由MSP430打包后通過(guò)串口發(fā)送到上位機(jī)。上位機(jī)的數(shù)據(jù)管理部分，其主要作用是接收下位機(jī)所采集的數(shù)據(jù)包，并經(jīng)一系列數(shù)據(jù)處理后向用戶界面和圖形顯示構(gòu)件提供分析和顯示的數(shù)據(jù)。

2　傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

圖1　智能移動(dòng)棚室故障監(jiān)測(cè)體統(tǒng)主界面

智能移動(dòng)棚室故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要采集空氣溫度、空氣濕度、土壤溫度、土壤含水量、空氣中二氧化碳濃度和光照強(qiáng)度等六種環(huán)境因素的參數(shù)，所以需要很多種類的傳感器來(lái)采集相關(guān)數(shù)據(jù)。

2.1溫度型節(jié)點(diǎn)

溫度是提供作物生長(zhǎng)的最基本的要素，通過(guò)影響酶的活性來(lái)可以影響作物的各種生理性活動(dòng)，對(duì)作物生理性改變有著很重要的影響。

由于溫室大棚溫度上限低于150oC，所以本設(shè)計(jì)采用數(shù)字式溫度傳感器，無(wú)需校準(zhǔn)和標(biāo)定。這樣即可以測(cè)量空氣溫度，也可以接保護(hù)外殼后測(cè)量土壤溫度。為消除溫度漂移的影響，設(shè)計(jì)將穩(wěn)壓二極管，熱敏電阻，可調(diào)電位器接到運(yùn)放電路，該放大電路負(fù)端與電路輸出端相連，采用差溫控制方法控制溫度。

2.2濕度型節(jié)點(diǎn)

土壤的濕度直接決定著農(nóng)作物在生長(zhǎng)過(guò)程中的水分供應(yīng)狀況。土壤濕度超過(guò)正常范圍，作物的光合作用不能正常進(jìn)行，農(nóng)作物根系呼吸、生長(zhǎng)基本活動(dòng)受到阻礙，作物的產(chǎn)量和品質(zhì)下降。

對(duì)于土壤濕度測(cè)量，本設(shè)計(jì)采用SWRZ型土壤濕度傳感器對(duì)土壤水分進(jìn)行定點(diǎn)的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，土壤含水量通過(guò)自變量為電壓的三次多項(xiàng)式計(jì)算得到。

本設(shè)計(jì)采用高分子電容式傳感器HS1101 和555定時(shí)器組成空氣濕度測(cè)量電路。該電路在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下不需要校正，具有完全互換性，穩(wěn)定可靠，響應(yīng)快的特點(diǎn)。

2.3光照強(qiáng)度型節(jié)點(diǎn)

光照條件直接影響著作物的生長(zhǎng)發(fā)育，是作物生長(zhǎng)的決定要素之一，尤其是在反季節(jié)生產(chǎn)中，直接影響作物的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，對(duì)作物葉片的排列方式、形態(tài)結(jié)構(gòu)以及生理性狀有明顯的作用。

該智能移動(dòng)棚室故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)選用的是LT/G光照傳感器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境光照度的測(cè)量，測(cè)量上限超過(guò)1×106lux，測(cè)量下限低于0.2lux，安裝方便，線性度好，抗干擾能力強(qiáng)，可輸出電流或者電壓信號(hào)。

3　智能移動(dòng)監(jiān)控平臺(tái)的設(shè)計(jì)

3.1系統(tǒng)主界面的設(shè)計(jì)

主界面的設(shè)計(jì)以簡(jiǎn)單明了的風(fēng)格為主，由系統(tǒng)名和菜單組成。如圖1所示。

3.2數(shù)據(jù)傳輸Agent的實(shí)現(xiàn)

其中數(shù)據(jù)傳輸Agent主要負(fù)責(zé)將傳感器采集的數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫(kù)，并能夠?qū)崿F(xiàn)定時(shí)獲取診斷源數(shù)據(jù)值，如每10秒或20秒獲取一次空氣溫度、濕度、土壤溫度、含水量等數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫(kù)中存放的數(shù)據(jù)將作為顯示、監(jiān)控、診斷、數(shù)據(jù)管理等Agent功能實(shí)現(xiàn)時(shí)的數(shù)據(jù)支撐。

3.3數(shù)據(jù)顯示Agent的實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)顯示Agent將實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在窗口中的顯示。預(yù)參數(shù)如下：空氣溫度、空氣濕度、土壤溫度、土壤含水量、空氣中二氧化碳濃度以及光照強(qiáng)度。使用儀表控件進(jìn)行分別顯示，并能夠在數(shù)據(jù)的分時(shí)輸入進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。

3.4數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)Agent的實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)Agent的處理將采用兩種方式。一種是系統(tǒng)定制好的故障預(yù)警處理方法，主要實(shí)現(xiàn)各參數(shù)的值是否在正常區(qū)間內(nèi)，并在簡(jiǎn)單結(jié)果顯示界面中顯示。

診斷按照故障源測(cè)試值與故障源的最大值最小值作為標(biāo)準(zhǔn)。如果在正常顏色區(qū)間內(nèi)即為正常，即RGB顏色為（0，255，0）。舉個(gè)例子溫度正常值（15-25）綠色（0，255，0）如果如溫度測(cè)試值為30度，高于正常值5度則，表示紅色的分量就等于5*255/（100-25），表示綠色的顏色分量值相對(duì)應(yīng)減少；如溫度測(cè)試值為5度，低于正常值10度則，表示藍(lán)色的分量就變化為10*255/（100-15），表示綠色的顏色分量值也相對(duì)應(yīng)減少。

4　結(jié)論

本文中設(shè)計(jì)的智能移動(dòng)棚室故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，是以嵌入式開發(fā)技術(shù)為基礎(chǔ)并與無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能監(jiān)控平臺(tái)相結(jié)合，以Microsoft Windows CE 6.0為操作系統(tǒng)，基于多Agent的智能化設(shè)計(jì)思想，除實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的處理、顯示、傳輸?shù)然竟δ芡?，還實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、分析處理、故障監(jiān)測(cè)、維修決策支持等功能，使該系統(tǒng)能對(duì)分散在不同地點(diǎn)的不同種類的棚室設(shè)施農(nóng)業(yè)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)（如空氣濕度、棚室溫度、土壤濕度、土壤含水量等）進(jìn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?，最終實(shí)現(xiàn)了各種溫室大棚的農(nóng)作物在生長(zhǎng)過(guò)程中各種要素的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

【參考文獻(xiàn)】

［1］李敏，孟臣.溫室大棚計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的研制［J］.計(jì)算機(jī)與農(nóng)業(yè).2001（06）

［2］常晟，周小龍，文卉.基于ARM的溫室種植智能輔助系統(tǒng)［J］.電子技術(shù)與軟件工程2015（24）.

［3］楊召文，張正華，石俊逸，劉學(xué)，秦立譽(yù).物聯(lián)網(wǎng)智能大棚信息采集與控制關(guān)鍵技術(shù)研究［J］.電子設(shè)計(jì)工程2015（23）

［4］李立揚(yáng)，王華斌，白鳳山.基于ZigBee和GPRS網(wǎng)絡(luò)的溫室大棚無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制2012（12）