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茶园环境污染监测系统研究

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摘要:

根据目前汉中茶园种植分散的特点,设计了一种基于GPRS和WEB的茶园环境参数的监测系统。该系统由数据采集和网络终端组成。采集系统由有害气体传感器和温湿度传感器组成,可以对茶园空气参数实时检测,通过SIM9000A把采集的数据发送到指定的网络服务器上。结果表明,系统能很好地对环境参量精确测量,用户可以随时查看和进行控制。

关键词:

监测系统;网络终端;温湿度传感器 

随着汉中茶园种植朝着产业化、标准化种植方向发展,茶园环境的信息化管理水平对其质量和产量有着很大影响。因此,生产过程中实时掌握种植环境参数有着重要意义。传统的监控设备数据不能实时在网络上进行显示,用户不可以随时随地查看信息进行控制[1-3]。随着农业的迅速发展,远程实时监控农作物生长环境显得更加重要。为了达到实时监控空气质量的目的,并且能方便、快捷、高效、直观地查看监控的结果,本研究提出了基于GPRS和WEB的远程网络分布式茶园环境污染检测系统。相比传统的监控设备,该系统是将数据发送到网络上进行显示,用户可以随时随地查看信息,进行控制。

1检测系统的设计方案

该系统是通过各个气体传感器将模拟当地空气浓度模拟信号传到AD转换芯片将模拟信号转换为数字信号,单片机接收数字信号,分析、处理再加密数据后传给GPRS,GPRS使用3G网络,使用TCP/IP协议,将加密后的数据发送到服务器端,服务器端接收大量数据并提取转换实际有效的数据,写入到数据库。服务器端是基于多线程网路数据库的后台程序,同时可以支持上千客户访问的连接,处理并写入到数据库。数据库存储海量数据,为WEB前台提供接口,WEB前台调用指定数据库的数据并进行直观显示。具体硬件框图如图1所示。

2硬件接口设计

2.1传感器选择传感器对于监测系统来说就如同生物的眼睛一样重要,它决定着该系统数据的稳定性、真实性。因此,就数据的真实性﹑稳定性和价格合理性选择了技术先进、性能稳定、灵敏度高、性价比高的MQ系列气体传感器和Sensirion公司生产的单片全校准数字式相对湿度和温度传感器SHT11[4-6]。气体传感器原理是其输出电压和气体的浓度有一定的比例,输出为模拟电压值,利用ADC7888将模拟信号数字化。温湿度传感器是一个将放大和调理为一体的器件,而且输出为数字信号,避免了芯片之间转化而使信号产生误差。经过长时间的测试和厂家提供的传感器技术资料,得出这为后期的数据处理提供了优越的先天条件,而且为系统数据的稳定性、真实性提供有力的保障。

2.2GSM通信模块电路SIM9000A模块是一个双频GPRS/GSM模块,TCP/IP协议在其内部嵌入。控制模块利用它的串口控制其工作实现该模块的收据收发。电路如图2所示。

2.3电源模块电路电源电路要为整个系统供电,由于单片机、传感器和GPRS模块所需电流不同,系统用双电源进行供电。GPRS模块供电用MP2307设计,该器件工作电流可达3A,集成可调MOSFET,电流模式控制快速瞬态响应和逐周期电流限制。采用78M05、LM2940稳压芯片分别为传感器和AD芯片及各部分电路供电。GPRS供电具体电路如图3所示。

2.4控制电路控制电路采用STC12C5A60S2完成传感器数据的采集和线性处理,控制GSM模块完成信息的无线传输,最后在终端显示实时参数(图4)。

3系统的软件设计

3.1系统的流程系统主要由控制芯片完成环境的数据采集、分析、处理,再加密数据后传给GPRS,GPRS使用3G网络,使用TCP/IP协议,将加密后的数据发送到服务器端,服务器端接收大量数据并提取转换实际有效的数据,写入到数据库,服务器端是基于多线程网路数据库的后台程序,同时可以支持上千客户访问的连接,处理并写入到数据库。数据库存储海量数据,为WEB前台提供接口,WEB前台调用指定数据库的数据并进行直观显示。具体流程如图5所示。

3.2WEB服务器的设计空气质量远程监测软件的WEB服务器最终决定使用Apache公司的一款免费开源的Web应用服务器TomCat作为B/S结构的WEB服务器。ApacheTomcat服务器接收用户发来的请求并送至数据逻辑处理部分的Servlet进行处理,Servlet则根据需要,调用JavaBean中的方法,通过JDBC技术获得数据库的数据,最后将所得到的数据再经由Tomcat、Apache服务器和Jsp、HTML页面呈现给用户。

4实现与应用

通过硬件和软件设计,系统可以正常地监测分散地域的环境相关参量,可以很好地在用户页面上展示数据,系统稳定,页面美观大方。用户页面如图6所示,最终的设计终端如图7所示。

5结论

针对汉中茶园种植的特点,设计了基于GPRS和WEB的远程网络分布式茶园环境污染检测系统,实现了对当地空气质量数据的实时采集,并全自动发送至网络,通过自建的服务器收到后并响应,用户可以很方便的访问和查询,该系统测量精确抗干扰能力强、性价比高,支持7×24h不间断为用户提供信息服务,具有一定的农业应用价值。

参考文献:

[1]梅志坚,马娅婕,肖凡男.基于ZigBee和GPRS的大气污染监测系统设计[J].武汉科技大学学报:自然科学版,2015(1):63-66.

[2]郑争兵.基于GSM网络的蔬菜大棚环境参数监测系统[J].广东农业科学,2012,39(1):158-159.

[3]李震,洪添胜,文韬,等.基于物联网的果园实蝇监测系统的设计与实现[J].湖南农业大学学报:自然科学版,2015,41(1):89-93.

[4]唐慧强,葛黎黎,景华.基于无线传感器网络的接地电阻检测系统[J].仪表技术与传感器,2015(2):54-56,70.

[5]董玉德,于洽,金国良,等.基于Web的蔬菜农药残留检测网络监控系统构建[J].农业工程学报,2008,24(5):178-180.

[6]张志伟.基于谐振腔和DSP的烟支密度湿度检测系统设计[J].湖北农业科学,2014,53(11):2666-2669.

作者:韩团军 单位:陕西理工学院

茶园环境污染监测系统研究责任编辑:冯紫嫣    阅读:人次