嵌入式USB主机接口在温室环境监控中的应用研究

为了满足温室环境监控中大量信息存储的需要,研究了基于嵌入式USB主机接口的数据存储技术。该技术以51系列单片机为核心器件,嵌入了主/从双工作模式USB接口芯片SL811HS,并根据USB1.1协议和U盘文件系统格式,编制了USB接口驱动程序和数据存储应用程序。把该技术集成到自主开发的温室环境监控系统中进行了应用,实现了对目前市面上通用的64M、128M容量U盘的读写操作,解决了海量数据的存储问题。如果对驱动程序和应用程序做适当的修改,还可通过USB主机接口实现对USB接口打印机、USB接口扫描仪等外设的控制。结果表明,该数据存储方案具有成本低、通用性强、可扩展性强、可靠性高等特点,可方便地集成到各种监控系统中,从而满足用户的不同需要。     

温室环境参数无线传感器网络监测系统构建与CC2530传输特性分析

针对传统温室环境监测系统布线繁杂、成本较高、监测灵活性差及以往无线传感器网络（wireless sensor network, WSN）能耗较高等问题,设计了一种基于WSN的温室环境参数监测系统。利用CC2530无线传感网络芯片和外围接口搭建了系统硬件,使用Z-Stack协议栈编制了系统底层软件,基于VB软件平台开发了的温室环境监测系统上位机软件,并验证分析了CC2530芯片的传输特性。结果表明,节点在距地表1.5 m时的有效传输距离为60 m,单个节点使用2节5号电池能够持续进行温室环境参数数据采集工作45 d,能较为准确的对温室环境温湿度及作物土壤体积含水率进行监测,系统具有较高的实用性与可靠性。     

温室数据采集系统远程通信接口设计研究

随着现代温室朝着集约化、规模化方向的发展和温室管理智能化要求的提高，温室测控系统实现远程通信，进而实现温室内生产与管理的一体化，是现代智能温室发展的必然趋势；鉴于RS-485总线结构的温室测控系统存在数据传输距离近，通信协议专用，可扩展性差等弊端，该文将TCP/IP协议作为一种嵌入式应用，采用8位普通微控制器与以太网控制芯片相结合，设计开发了温室数据采集系统的远程通信接口；并详细论述了其软硬件设计方案，探讨了TCP/IP协议的裁剪策略；对温室数据采集系统的底层网络与Internet的集成做了初步的研究。     

Access2010中利用宏实现自定义菜单

Access2010提供了简单、实用的操作环境、可视化操作工具、大量的内置函数和宏以及VBA程序设计语言等功能,使用它能够开发出满足用户需求的数据库应用程序,其界面美观,易于操作,是广泛使用的数据库系统之一。开发应用程序时离不开窗体菜单,但Access2010并没有提供菜单设计工具,本文提出一种利用宏实现自定义窗体菜单的方法,为开发Access应用程序的设计人员提供技术性参考。     

温室环境信息语音提示系统的设计与实现

为解决温室内测量数据的及时获取问题，研究了温室数据实时语音提示及报警系统，该系统能够实时地将传感器采集的温室环境信息以语音的方式播放出来。该系统采用MSC51系列单片机作为主控芯片，控制保存在ISD系列语音芯片内的语音数据的输入及输出，同时给出了将数据信息按人的阅读习惯正确朗读出来的控制算法。通过实践应用证明，该系统实现了实时语音提示功能，并具有控制灵活，接口简单，扩展性强等特点。     

基于GPRS的远程控制温室自动施药系统设计

针对温室环境施药劳动强度大,药雾对操作人员的健康影响严重的问题,该文研究开发了一种在温室(或温室群)中基于GPRS通信技术和集散控制原理的远程控制自动施药系统。采用多线程技术和socket编程技术设计了弥雾机远程管理系统软件,用户指令基于GPRS网络在上位机端与弥雾机端之间传输。根据弥雾机的不同工作条件定义了3种工作模式并设计了不同工作模式下的数据通信格式。弥雾机以STM32芯片为控制器采用Fuzzy-PID控制策略控制输出脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)信号,用SIM900A模块接收上位机数据。通过通信试验、弥雾试验及沉积试验对远程控制自动施药系统验证,结果表明:上位机软件能够准确向弥雾机发送控制指令,弥雾流量、总弥雾量误差分别在3.9%、5%以内,系统的反应时间约2.25 s,弥雾机速度设定为18 cm/s时雾滴沉积变异系数最小。该研究可为温室弥雾机的研制提供参考。     

基于ZigBee网络的温室环境远程监控系统设计与应用

针对温室环境数据信息监控特点,本文进行了基于ZigBee协议的传感器节点技术的开发,并在此基础上组成现场监控无线传感器网络,通过网络汇聚节点与无线移动网络（GPRS/CDMA）和INTERNET的无缝连接,实现数据远程传输至指定数据库服务器。无线传感器网络组建采用星型拓扑结构,通过软件设置在需求时唤醒ZigBee网络节点,使监控设备具有组网灵活、拆移便捷等优点。通过在实际生产过程中应用表明,该系统工作性能稳定,在数据采集和传输等方面均达到了设计要求,尤其是有效简化了现场设备安装与拆移等过程,使之更适合各类农业现场数据监控的需要。     

温室环境机电控制系统设计

本文在总结分析了温室智能控制技术的基础上,设计了以8031单片机为核心,并扩展8155I／O芯片的日光温室环境机电控制系统的软件部分。该系统在初始设定的基础上,对温室内温室、湿度、光照实现自动控制。     

分布式智能型温室计算机控制系统的一种设计与实现

针对农业环境自动化控制的需要,研制了"分布式智能型温室计算机控制系统".该系统体系结构为中心计算机和单片机智能控制仪的主从式结构, 系统采用实时多任务操作系统和农业温室专家系统的人工智能技术,对温室内外环境因子进行实时监测和智能化决策调节,为农作物创造最优化的生长条件.实时多任务系统使系统的通信,环境参数采集,控制可以同时进行;由于现场情况的复杂性和多变性,依靠精确数学模型的传统控制已经无法很好地解决问题,因此,本系统采用存储大量现场经验和知识的专家系统来达到控制的目的.采用专家系统从理论上去验证和分析系统,保证了系统运行的稳定性和可扩展性,降低了开发难度.系统硬件主要由环境因子实时监测模块、智能决策模块组成.软件部分采用COM组态方式实现,包括数据库管理模块、人工控制模块等,具有操作简便,可靠性高,易升级扩充等特点,已实现产品化.     

基于触摸屏的温室环境监控系统的人机界面实现

随着温室智能控制技术的不断推广,如何使操作人员更加方便地操作温室监控系统成为亟待解决的问题.该研究用嵌入式实时操作系统及触摸屏实现温室监控系统的人机界面.该人机界面采用Amulet系列触摸屏开发套件来实现,同时给出了用开发套件内嵌的HTML语言编写的界面控制语句.通过此人机界面,温室监控系统摆脱了传统人机界面的界面复杂、不友好及成本高等缺点,操作容易,具有很强的使用价值.     

便携式生鲜猪肉多品质参数同时检测装置研发

针对农畜产品检测现场的需求,基于可见/近红外光谱检测技术和嵌入式系统,开发了灵活方便的猪肉品质无损检测装置。该装置利用卤素灯作为光源,新型光导探头和微型光谱仪采集肉样光谱信息,通过ARM(advanced RISC machines)控制处理器进行集中控制和数据的处理;在内嵌linux操作系统上,采用Qt开发工具,设计出人性化的交互界面,并将猪肉品质的检测结果输出到装置触摸屏上。为了建立多品质无损检测数学模型,获取了猪肉里脊在400~1 000 nm波长范围内的光谱数据,通过国标方法测得猪肉里脊主要品质参数颜色(L*、a*、b*)和p H值,采用标准正态变量变换(standard normalized variate,SNV)和Savitzky-Golay(S-G)平滑对光谱数据进行预处理,并结合理化数据建立偏最小二乘(partial least squares regression,PLSR)模型。用全交叉验证法选取PLSR建模的主成分数。p H值、L*、a*和b*的预测相关系数为0.88、0.90、0.97和0.97,预测标准差为0.19、1.77、1.17和0.63。通过现场试验表明,轻便式多品质无损检测装置具有较高的检测精度,满足于猪肉的颜色和p H值等品质参数检测的要求。     

便携式生鲜肉品质无损快速检测装置的设计

针对生鲜肉检测部门对可移动、便携式检测设备的实际需求,设计了基于ARM处理器便携式生鲜肉品质无损快速检测装置。介绍了该装置的工作原理、硬件构成、软件系统和功能测试。硬件系统由ARM控制处理单元、光源及检测单元、光谱数据采集单元、LCD触摸屏显示单元和散热单元组成,设计了Linux操作系统和生鲜肉品质参数采集处理应用程序。该系统可实现脱离计算机采集光谱信号、存储、显示及处理分析一体化的功能。该装置体积为184 mm×127 mm×114 mm,装置质量约为3.5 kg。以批量样品验证装置检测精度,试验结果表明,颜色L*、a*、b*3个参数的均方根误差分别为1.49、1.09和0.59,平均检测一个样品时间约为1 s。该装置可以快速获得样品参数,具有体积小、便携、无损伤、快速检测的特点,可用于生鲜肉品质的便携式检测。     

基于USB的温室环境便携式数据采集器

为提高温室生产的管理和自动化水平，针对中国农村的经济条件较差、基础设施相对比较薄弱的国情，研究一种具有低成本、高性能等特点的数据采集器。数据采集器以具有USB接口的高性能EZ-USB单片机作为核心器件，以大存储容量的Flash存储器作为数据存储单元；同时为了降低价格减小体积采用串行A/D和键盘输入作为输入单元，为了操作方便采用液晶作为显示单元。采用VC编制了USB主机的驱动以及上位机数据处理软件，设计了实际应用实例。该采集器具有性价比高、体积小、便于携带和使用等特点，适合进一步的推广应用。     

便携式土壤湿度检测装置用于精准灌溉决策系统

采用最先进的技术进行精准灌溉是现代农业发展的必然趋势,但在准确预测被监测区域的土壤湿度时,面临一个两难的处境:少量土壤湿度固定检测点不能良好地反映作物区域土壤墒情信息,而大量布置传感器检测点又使得投资成本较大。因此该文设计了一种便携式土壤检测装置,同时基于该装置构建了一个精准灌溉决策系统,并把该系统应用于田间的精准灌溉决策。该系统由便携式土壤湿度检测装置和上位机决策软件2部分组成,其中便携式土壤湿度检测装置由FDR原理土壤水分传感器MS-10、低功耗单片机C8051F410、蓝牙无线传输模块、数据显示模块以及部分外围电路组成,可以独立实现时间记录、数据存储和实时显示。经过试验标定,装置的允许最大误差为2.2%,设计精度为95%;上位机决策软件分为数据接收模块、分布式二进制一致性算法模块和系统操作界面3个子模块,分别采用Visual Basic、Matlab和Matlab GUI设计而成,实现对便携式装置所采集数据的无线传输、归一化处理和数据融合处理,能够根据不同区域划分和不同作物灌水下限进行相应的运算,从而得到估计精度较高、区域大小可调的多尺度精准灌溉决策信息。最后通过30 m×30 m草坪的土壤湿度为检测参数的田间验证,该系统的平均决策准确率大于90%,且可以根据需要增减检测点个数。因此既可以独立应用,也可以作为固定检测方式的有效补充,实现作物区域土壤湿度信息的精确采集,有效提高水资源利用率。     

输变电工程水土保持在线监测系统关键技术研究

[目的]研发一套集数据采集、存储、分析等功能的输变电工程水土保持在线监测系统,以提高水土保持监测工作质量和效率。[方法]以影响水土流失的气象因子(包含雨量、温度、湿度、风速、风向等)与土壤含水量作为研究对象,选择符合技术要求的传感器,将传统的水土保持监测设备与最新测试技术、计算机技术和通信技术相结合,初步集成研发了水土保持在线监测系统关键技术。[结果]经现场试运行验证,系统关键技术测试数据误差率小于5%,精确度和可靠性较高。系统运行状态稳定,软件用户界面操作简单且功能完善,采集和处理数据具有直观、准确、实时的优点。[结论]研制的输变电工程水土保持在线监测系统关键技术具有良好的稳定性和精确度,满足技术要求,可应用于输变电工程水土流失监测实践工作中。     

便携式智能拉力仪设计

便携式智能拉力仪是为测量农业机械牵引力而设计的。该设计选用了新型器件,可靠性高;采用了较先进的软件技术实现自动校正零点误差和数字滤波,精度高;电路使用共基准电压,消除了因电压变化而引起的误差;由于广泛选用CMOS芯片,功耗低、热稳定性好。设计的产品经用户一年的使用。各项指标达到或超过了行业标准。     

多旋翼无人机近地遥感光谱成像装置研制

为了满足多旋翼植保无人机悬停、定速飞行2种作业模式下近地遥感的需求,该文设计了一套液晶光谱成像装置。首先,通过硬件、软件开发,实现了装置采集模块、控制模块和通信模块3部分的协同工作。其中,采集模块由16位CCD灰度相机、消色差镜头、液晶可调滤光器以及UV镜组成,控制模块由微电脑处理器和USB连接器组成,通信模块由数传、北斗定位系统和地面工作站组成。由5V3A电源供电。开发相应软件实现各硬件模块之间的协同控制,以及数据处理的功能。数据处理功能既可用于拍摄前装置的参数调节,又可单独用于光谱图像分析。基于本装置的数据采集方法,实现了光谱图像采集与旋翼无人机2种飞行模式的匹配。通过室内模拟飞行试验和田间试验,对装置性能进行测试。结果显示装置可获得清晰的光谱图像,光谱范围400~720 nm,光谱间隔最高可达到2 nm,空间分辨率1392×1040,且光谱连续平滑、特征稳定可靠。本装置基于面阵分光原理,采用密接耦合光路设计、核心器件同步触发技术,结构紧凑、抗震性好、稳定度高,适合植保作业,有望应用于精准农药喷施、作物处方图生成等多个领域。     

处方农作车载嵌入式信息处理系统的研制

针对智能化精细处方农作系统田间作业机组对车载信息采集和处理的需要,以ARM(adanced RISC machines)工控系统和嵌入式GIS为核心,集成DGPS(differential global positioning system)系统和机组作业速度检测装置等,研制了一套处方农作车载嵌入式信息处理系统。该系统通过RS-232接口获取DGPS系统的动态GPS定位信息,通过USB接口输出农田信息分布图或输入作业处方图,通过CAN总线采用iCAN协议与农田信息采集系统和变量农作控制器互联。嵌入式GIS由eSupermap 6.0开发而成,运行于ARM工控系统的Windows CE 5.0操作系统;可通过网格划分和属性编辑实现GPS定位信息与农田信息的融合,生成农田信息分布图;还可通过坐标匹配进行机组当前作业位置在工作空间图中的网格识别,实现处方图的解译。模拟测试试验结果表明:该系统信息处理功能正常,能够完成农田信息分布图的生成和处方图的解译,机组作业速度检测绝对误差≤0.1km/h、处方图解译最大延迟时间≤1s、3km/h作业速度下的网格判别误差约为-0.5～0.6m,适合各种智能化处方农作系统田间作业机组的车载信息处理应用。     

无线传感器网络作物水分状况监测系统的上位机软件开发

该文在Microsoft Visual C++ 6.0和National Instruments LabVIEW 8.6等环境下,开发了WSN-CWSM系统的上位机软件。该上位机软件由后台管理软件和数据管理软件2个模块组成。后台管理软件由数据库、数据处理引擎、图形用户界面和后台组件4个子模块组成;数据管理软件由参数设置、数据采集、数据处理、控制输出和数据管理5个子模块组成。WSN-CWSM系统上位机软件提供了与Internet的标准接口,集成了传感器节点的校正引擎和传感数据的数据融合机制,所有人机接口采用友好的图形化界面设计。试验结果表明：所开发的上位机软件具有良好的稳定性、完善的功能性和便捷的人机接口等优点,实现了对各种传感数据和系统数据的有效组织与管理。目前,上位机软件能够满足WSN-CWSM系统的应用需求。