王 淏，亢娟娜

（甘肅畜牧工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 武威 733006）

0 引言

農(nóng)作物田間實(shí)驗(yàn)為農(nóng)作物科研工程基礎(chǔ),利用實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)較為客觀,是定量評(píng)定的主要依據(jù)。 但是,由于實(shí)驗(yàn)周期比較長(zhǎng),測(cè)定數(shù)據(jù)類型比較多,實(shí)驗(yàn)人員和地點(diǎn)比較分散,導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)管理混亂,使用率降低,工作人員的工作效率比較低。 根據(jù)現(xiàn)代技術(shù)創(chuàng)建實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)資源信息管理和資源共享中具有重要作用［1］。

1 平臺(tái)總體分析

通過Internet 環(huán)境設(shè)計(jì)農(nóng)作物實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng),系統(tǒng)操作平臺(tái)使用Windows 服務(wù)器,客戶端通過瀏覽器對(duì)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行訪問。 本文所設(shè)計(jì)系統(tǒng)不支持匿名登錄,需要輸入正確的用戶名與密碼才能夠使用戶在系統(tǒng)中登錄并且操作。 另外,系統(tǒng)還能夠追蹤用戶的身份,包括普通、一般用戶和管理員,用戶的身份不同,訪問權(quán)限也不同。 普通用戶為最低權(quán)限,系統(tǒng)管理員為最高權(quán)限。

本文所實(shí)現(xiàn)目標(biāo)為:

(1)使系統(tǒng)管理員實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)樣本信息上傳、信息查詢修改、打印報(bào)表、統(tǒng)計(jì)報(bào)表等。

(2)普通用戶與一般用戶具備類似管理員的報(bào)表與查詢功能,無法修改樣本的信息。 另外,一般用戶能夠查詢其他用戶信息,但是普通用戶無法實(shí)現(xiàn)此功能［2］。

2 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

2.1 數(shù)據(jù)收集節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)

通過數(shù)據(jù)收集節(jié)點(diǎn)對(duì)植物各生理參數(shù)進(jìn)行收集,通過CC2530 設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)射頻收發(fā)模塊,主要設(shè)備包括8通道12 位AD 轉(zhuǎn)換器、低功耗增強(qiáng)型8051 內(nèi)核、高性能射頻收發(fā)器。 另外,CC2530 芯片能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離通信,并且靈敏度比較高,使無線傳感器對(duì)高性能、低成本和低功耗的需求得到滿足。

本文設(shè)計(jì)測(cè)量莖稈直徑的傳感器使用基于LVDT植物莖稈傳感器進(jìn)行,使用熱平衡法傳感器測(cè)量植物莖流。 在葉綠素含量測(cè)量過程中利用投射型活體葉綠素實(shí)現(xiàn),通過傳感器實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)的調(diào)理,連接CC2530 芯片,圖1 為數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)硬件的結(jié)構(gòu)。

圖1 數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)

2.2 嵌入式網(wǎng)關(guān)硬件設(shè)計(jì)

通過嵌入式網(wǎng)關(guān)存儲(chǔ)并且處理數(shù)據(jù),使TCP/IP 協(xié)議轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)變?yōu)閆igBee 協(xié)議,通過遠(yuǎn)程檢測(cè)發(fā)送數(shù)據(jù)。利用協(xié)調(diào)器與CDMA DTU 模塊創(chuàng)建嵌入式網(wǎng)管,實(shí)現(xiàn)嵌入式處理器的設(shè)置,調(diào)整供電范圍為(5-32VDC),系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定、傳輸效率高［3］。 嵌入式網(wǎng)關(guān)硬件結(jié)構(gòu),如圖2 所示。

圖2 嵌入式網(wǎng)關(guān)硬件結(jié)構(gòu)

2.3 無線射頻模塊

通過無線方式傳輸無線射頻信息的傳輸量、采集量比較大,通過ISO14443 實(shí)現(xiàn)無線射頻模塊的設(shè)計(jì),利用射頻功率、傳輸協(xié)議、讀寫器與信號(hào)接口構(gòu)成。 讀寫器通過天線對(duì)外發(fā)送電磁波,在電磁標(biāo)簽進(jìn)入信號(hào)接口中使內(nèi)部感應(yīng)電流激活,通過內(nèi)部天線實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)信息的發(fā)送。 然后利用讀寫器天線對(duì)電子標(biāo)簽載波信號(hào)進(jìn)行接收,在讀寫器中傳輸。 讀寫器實(shí)現(xiàn)信號(hào)解碼,在收集模塊中發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

2.4 采集與存儲(chǔ)模塊

收集農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境的數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)管理方案的科學(xué)制定,使農(nóng)作物能夠健康生長(zhǎng),增加農(nóng)作物生產(chǎn)量。 通過ARM 嵌入式處理器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收集存儲(chǔ)和模塊的設(shè)計(jì),發(fā)送到數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊中。

2.5 數(shù)據(jù)預(yù)處理

對(duì)采集端數(shù)據(jù)進(jìn)行確定,并且對(duì)數(shù)據(jù)開展預(yù)處理,本文所設(shè)計(jì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)預(yù)處理能夠收集數(shù)字信號(hào),通過卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法預(yù)處理農(nóng)作物生長(zhǎng)數(shù)據(jù):

數(shù)據(jù)預(yù)處理在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中尤為重要,與收集數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度、穩(wěn)定度密切相關(guān)［4］。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)軟件

采集端傳感器節(jié)點(diǎn)能夠收集植物生理信息,通過嵌入式網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送。 本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)通過IAR 集成開發(fā)環(huán)境創(chuàng)建ZigBee 網(wǎng)絡(luò),利用傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)低功耗模式,對(duì)上位機(jī)命令接收之后,通過網(wǎng)關(guān)對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳。 為了使效率得到提高,每隔一段時(shí)間都要在傳感器中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)命令的發(fā)送。 另外,通過中值平均濾波算法消除隨機(jī)干擾,使傳感器測(cè)量精度得到提高,傳感器節(jié)點(diǎn)的工作流程,如圖3 所示。

圖3 傳感器節(jié)點(diǎn)工作流程

3.2 嵌入式網(wǎng)關(guān)軟件設(shè)計(jì)

基于Linuxred hat linux 操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)嵌入式網(wǎng)關(guān),操作系統(tǒng)的主要優(yōu)勢(shì)為多任務(wù)操作進(jìn)程、模塊化程序,被廣泛使用,利用IAR 集成開發(fā)環(huán)境創(chuàng)建嵌入式網(wǎng)關(guān),和遠(yuǎn)程檢測(cè)管理中心網(wǎng)絡(luò)相互連接。

3.3 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)利用LabVIEW 平臺(tái)實(shí)現(xiàn)上位機(jī)軟件的編寫,根據(jù)設(shè)計(jì)的需求劃分模塊,包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、顯示、分析等。 顯示模塊通過上位機(jī)面板顯示接收數(shù)據(jù)與分析結(jié)果,數(shù)據(jù)分析指的是對(duì)植物參數(shù)不同進(jìn)行檢測(cè),從而選擇合適的處理、分析方法。 測(cè)量數(shù)據(jù)處于正常范圍,指示燈為綠色,表示植物正常生長(zhǎng)。 如果參數(shù)不在正常范圍的時(shí)候,指示燈就是紅色報(bào)警狀態(tài)。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊通過數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的保存,因?yàn)長(zhǎng)abVIEW 無法直接訪問數(shù)據(jù)庫。 所以,使用SQL 語言實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫訪問［5］。 上位機(jī)軟件結(jié)構(gòu),如圖4 所示。

圖4 上位機(jī)軟件結(jié)構(gòu)

4 結(jié)語

現(xiàn)代化設(shè)施農(nóng)業(yè)以農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律,對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)過程中的數(shù)據(jù)精準(zhǔn)收集,實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)培育農(nóng)作物。通過實(shí)驗(yàn)可以看出來,本文所設(shè)計(jì)系統(tǒng)具有較高的精準(zhǔn)率,并且數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定、性能優(yōu)越,具有良好推廣應(yīng)用和推廣價(jià)值。 因此,系統(tǒng)能夠?yàn)檗r(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境和試驗(yàn)精準(zhǔn)化采集提供技術(shù)支持。