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- 基于GPRS的農(nóng)業(yè)灌溉自動監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)表日期：2013-12-12 來源：托普云農(nóng) 瀏覽次數(shù)：3935次
我國是農(nóng)業(yè)用水大國，全國用水量的近 7 成應(yīng)用于農(nóng)業(yè)灌溉中。目前，我國對農(nóng)業(yè)灌溉用水的利用率不高，用水浪費驚人。發(fā)展節(jié)水灌溉，提高用水效率，是建立節(jié)水型社會的需要。在農(nóng)業(yè)灌溉中，實施網(wǎng)絡(luò)化的自動節(jié)水系統(tǒng)，完成田間節(jié)水灌溉工程的配套建設(shè)，隨著人們節(jié)水意識的增強越來越受到重視，而其中關(guān)鍵因素之一是對灌溉系統(tǒng)的監(jiān)測能夠做到實時化、精確化以及網(wǎng)絡(luò)化［1］。
GPRS( General Packet Radio Service)［2］是一種新的 GSM數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，它為移動用戶與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間的通信提供一種連接，給移動用戶提供高速無線 IP 和 X． 25 分組數(shù)據(jù)接入服務(wù)，具有登陸方便快捷、傳輸速度快、可實時在線、按流量計費等特點。既可以使用于頻繁的數(shù)據(jù)傳輸，也可以使用于間斷的數(shù)據(jù)傳輸。筆者將計算機控制技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)相結(jié)合，將 GPRS 通訊技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)灌溉監(jiān)測系統(tǒng)中，搭建了一個高效的農(nóng)業(yè)灌溉監(jiān)測系統(tǒng)，組成了基于 GPRS 網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)業(yè)灌溉自動監(jiān)測系統(tǒng)。系統(tǒng)以 GPRS 模塊、流量等各種傳感器為底層核心硬件，以 J2EE［3］( Java 2Platform，Enterprise Edition) 軟件構(gòu)造上層平臺，充分利用GPRS 無線網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點，構(gòu)成的農(nóng)業(yè)灌溉自動監(jiān)測系統(tǒng)具有經(jīng)濟、可靠、應(yīng)用方便等特點。
1 GPRS 通信技術(shù)GPRS
是由“包交換( Packet-Switched) ”的概念發(fā)展出的一套無線傳輸方式。包交換的概念是指首先將數(shù)據(jù)封裝成各個獨立的封裝包，接著依次將封裝包傳送出去，形式上有點類似于現(xiàn)實生活中的郵寄包裹。GPRS 采用分組交換技術(shù)，即 GPRS 信息在傳輸前被分成既是彼此分離又是彼此相關(guān)的“數(shù)據(jù)包”，并在接收端重新組合。這種技術(shù)可以讓多個用戶一起分享某些固定的信道資源。由于只要有移動信號的地方就可以使用 GPRS，因此 GPRS 網(wǎng)絡(luò)特別適合于應(yīng)用在野外、偏僻地方來對測量儀表的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集。
另外由于使用分組交換技術(shù)，使得接入時間小于 1 s，這使 GPRS 能夠提供更加快速、及時的移動連接，極大地提高了進行遠程監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集等活動的效率，使 Internet 應(yīng)用操作更加便捷、流暢。
對使用 GPRS 用戶的計費方式通常以其所使用的數(shù)據(jù)量為主要依據(jù)，對用戶來說，這是一種比較合理的計費方式，體現(xiàn)出“多用多付、少用少付”的原則，從而使得采用 GPRS方式能夠有效降低運營費用，增加經(jīng)濟效益。
該文所搭建的監(jiān)測系統(tǒng)的主要通訊方式就是利用 GPRS的分組無線業(yè)務(wù)［4 －6］，通過無線網(wǎng)絡(luò)連接到高速的 IP 網(wǎng)絡(luò)傳輸現(xiàn)場的測量數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)化采集和遠程傳輸，具有數(shù)據(jù)顯示、監(jiān)測和存儲等功能。
2 系統(tǒng)的整體方案
系統(tǒng)的整體思想: 首先將農(nóng)業(yè)灌溉現(xiàn)場的流量、液位等參數(shù)通過傳感器采集后，經(jīng)過數(shù)據(jù)通信送入微處理器處理后，再經(jīng)過現(xiàn)場 GPRS 模塊發(fā)送到數(shù)據(jù)監(jiān)控中心，監(jiān)控人員在控制室里對現(xiàn)場的實時測量數(shù)據(jù)進行綜合分析，采取手動或自動方式，啟動現(xiàn)場的執(zhí)行系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)化地對農(nóng)業(yè)灌溉進行監(jiān)測。監(jiān)控中心通過 GPRS 無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)與現(xiàn)場測量設(shè)備之間的不間斷通信，登陸到互連網(wǎng)的任何有權(quán)限用戶都能夠通過瀏覽器隨時瀏覽、查詢、記錄以及打印整個灌溉區(qū)的實時和歷史記錄數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行抽樣調(diào)查，監(jiān)測現(xiàn)場狀況。
充分利用網(wǎng)絡(luò)在資源共享方面的優(yōu)勢，對分布在不同區(qū)域的各個監(jiān)測點實現(xiàn)實時監(jiān)測。
系統(tǒng)總體設(shè)計方案如圖1 所示。系統(tǒng)由現(xiàn)場模塊、通信模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、Web 模塊、監(jiān)控中心 5 部分組成。
作為上位機主要部分的監(jiān)控中心，其組成部分是由主要設(shè)備以及輔助設(shè)備組成。主要設(shè)備包括單臺電腦或者小型局域網(wǎng)組成，輔助設(shè)備包括電源、上網(wǎng)接口設(shè)備、打印機等。監(jiān)控中心監(jiān)測現(xiàn)場數(shù)據(jù)有兩種方式: 一是實時監(jiān)測; 二是定時或周期性監(jiān)測。通過對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行實時或定時監(jiān)測，及時指導(dǎo)現(xiàn)場執(zhí)行系統(tǒng)完成相應(yīng)的動作。
通信模塊的主要任務(wù)是監(jiān)測并接受來自所有現(xiàn)場模塊的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)及時送入到監(jiān)控中心。同時，通信模塊還根據(jù)監(jiān)控中心的命令，給現(xiàn)場模塊發(fā)送指令要求。
Web 模塊的主要作用是連接數(shù)據(jù)處理模塊和監(jiān)控中心。
它提供 Web 服務(wù)給監(jiān)控中心，接受來自監(jiān)控中心的請求，從數(shù)據(jù)處理模塊獲取數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)處理成所需的形式，并返回給監(jiān)控中心，使得監(jiān)控中心可以瀏覽所請求的數(shù)據(jù)。
Web 模塊可以直接向通信模塊提出請求，通信模塊根據(jù) Web服務(wù)模塊的請求向模塊現(xiàn)場發(fā)送命令。
數(shù)據(jù)處理模塊的主要任務(wù)是儲存來自現(xiàn)場的測量數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行相應(yīng)的備份。
現(xiàn)場模塊主要由各類傳感器、微處理器以及 GPRS 模塊組成。它的主要任務(wù)是根據(jù)監(jiān)控中心的要求檢測現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并將所獲得的數(shù)據(jù)傳送給通信模塊。
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