茶园环境污染监测系统研究范文

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