无线传感网获取的农田数据管理系统集成与实例分析

无线传感网络日益成为大范围农田信息采集的重要手段,如何科学管理无线传感网自动获取的大量农田数据成为重要的研究问题。该研究利用Oracle10g工具构建了农田观测数据库,并基于Microsoft Visual Studio.net、ESRI ArcGIS Engine9.3和ERDAS9.2软件集成开发了农田观测数据管理系统,实现了与无线传感器网络数据自动获取平台之间的无缝对接及数据高效管理。该数据管理系统包括数据自动入库、数据编辑管理、数据浏览统计分析、空间化数据产品生产应用等4个功能模块。数据自动入库模块主要完成无线传感网获取的农田原始数据到数据库初级产品的管理,包括自动接收控制、数据校正与纠错、观测器异常报警等基本功能;数据库编辑管理模块负责已入库数据的元数据生成与维护,真实数据检索、显示与分析等任务;空间化数据产品生产应用模块主要实现观测数据的空间扩展、时空耦合模拟,以及农情监测业务应用等需求,包括空间插值和时间维模拟等。该系统在河南省鹤壁市进行了实测应用,已经稳定运行1年,结果表明:系统能实现农田参数的自动入库、相关处理、分析和管理,具有良好的稳定性、安全性、完善的功能性和便捷的人机接口等特点。     

基于Proteus和Keil软件的温室环境监测系统开发

针对现有农业环境监控系统设计方式的不足,该文研究与开发了一套温室、大棚监测系统,用于测量空气温度、湿度及二氧化碳浓度。该系统引入Proteus与Keil软件联合调试的开发方式,采用C#语言构建了具有良好交互功能的上位机软件,引入Access数据库管理历史数据;解决了关键数据的处理、串口中断数据流的构建、Access数据库的设计、Proteus软件与上位机的通信等系统若干关键问题。系统实际运行良好,验证了所采用开发方式的有效性。     

基于ZigBee的无线土壤温、湿度监测系统的设计与实现

介绍了以CC2430单片机,ZigBee协议及上位机软件为核心的无线网络监控系统。该系统主要用来监控土壤的温度及湿度。介绍了如何利用cc2430的硬件资源及ZigBee协议的无线组网功能来实现土壤温湿度监控系统的硬件和软件。重点阐述了系统硬件构成及软件的实现过程。由于本系统实现了c51与cc2430的通信,使连接传感器的c51与无线通信的cc2430形成了各自独立的模块,从而是电路设计简化;由于本系统实现了无线网络与上位机的通信,可以方便的通过上位机软件来控制、分析、存储、图像显示整个无线网络的数据,从而使软件系统功能变得强大。这使整个系统具有低成本,低复杂度,功能强大,模块化,便于调试等优点。     

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。     

基于JSP的农民专业合作社农产品信息系统设计与实现

近几年,农民专业合作社迅猛发展。为了整合农民专业合作社信息资源,促进农民专业合作社又好又快发展,研究开发了基于JSP技术的农民专业合作社农产品信息系统。系统由前台界面展示和后台数据管理两部分组成,实现了用户权限设置、农产品基础数据管理、合作社数据库表检索及管理、系统动态配置等功能。其中,合作社数据库表采用一级、二级分类结构设计。     

集成3S，ZigBee和射频识别的土壤采样远程智能管理系统

为实现农田土壤样本采样及管理智能化,设计了基于3S(GIS:geographic information system;GPS:global positioning system;RS:remote sensing)、ZigBee无线通信、射频识别(radio frequency identification,RFID)、4G等技术的土壤采样智能管理系统,该系统由采集节点、协调器网关、移动终端和远程管理软件组成,其中采集节点用来获取土壤样本的地理位置信息、RFID电子标签数据以及土壤环境的温湿度。协调器网关由ZigBee协调器连接4G模块组成,实现ZigBee无线网络转换为4G网络。4G模块经配置软件配置好服务器IP和端口号等信息后,将采集节点获取的数据传输到远程服务器的管理软件中。通过系统稳定性试验测试,丢包率为0.2%,该系统具有较高的可靠性。移动终端采用掌上电脑PDA(personal digital assistant),实现土样采集的现场监测管理。远程管理软件应用Web、SQL Server(structured query language server)、Socket等技术开发了数据接收显示、百度地图、数据自动成图(2D、3D)等功能模块。利用GPS信息在百度地图中可以实现采样点的实时跟踪,调用数据库数据或者本地试验数据可以自动生成有关土壤信息的空间分布图。该系统采集土壤样本信息的同时也可获取相应的土壤样本养分信息,将土壤养分信息数据按照RFID标签导入土壤管理软件中对应的土样信息栏,生成了土壤养分空间分布图,为后续变量施肥提供决策支持。     

基于嵌入式组件技术的精准农业农田信息采集系统的设计与实现

基于精确地理位置的农田信息采集是实施精准农业的基础工作。介绍了一种基于掌上电脑和DGPS/背夹式GPS设备的农田信息采集系统的开发过程。该系统在Microsoft eMbedded Visual C++ 3.0集成开发环境下,采用嵌入式GIS开发组件,实现了掌上电脑环境下GPS、GIS功能的集成。系统由GPS实时通讯和数据处理模块、基于WinCE的基本GIS功能模块和农田信息采集功能模块等组成模块,能够实现与DGPS设备或背夹式GPS设备的实时通讯和定位数据的解析,实现了矢量农田地理信息的显示、操作、查询等基本GIS功能,同时,系统能够采集农田地物分布和多种影响作物生长的环境差异性信息。该文还介绍了使用Microsoft数据库访问组件对象ADOCE对Pocket Access数据库的操作方法,实现了对嵌入式农田信息采集系统中农田信息的有效管理。     

集成GPRS、GPS、ZigBee的土壤水分移动监测系统

为了实现土壤水分数据的实时采集、处理、可视化与上传,开发了移动式土壤水分监测系统。系统由集成ZigBee协调器、GPS模块、GPRS模块的PDA和基于ZigBee的土壤水分传感器移动节点组成。ZigBee模块主要用于PDA和移动传感器节点间的无线通信,使PDA能无线获取土壤水分传感器信息,并能控制传感器供电电源的通断。GPS模块用来实时获取传感器的位置信息,为绘制土壤水分时间和空间分布图以及为精细灌溉决策系统提供支持。GPRS模块用来将绑定的节点号、经纬度信息、土壤水分信息通过TCP/IP协议上传至互联网远程上位机,以实现土壤水分时空变异的远程监测。系统既能在PDA内存储信息又能上传互联网,具有良好的便携性和可视性。性能试验结果表明,系统可实时准确远程传输测量数据,内嵌软件根据测量结果绘制的土壤水分空间变异分布图可有效指导精细灌溉。     

黄土高原典型小流域水文观测资料自动化整编系统研发

以黄土丘陵沟壑区第三副区典型小流域罗玉沟、吕二沟、桥子东沟和桥子西沟降雨、径流和泥沙资料为处理对象,运用C#语言、SQL Server数据库技术和数据统计分析技术,开发建立了以数据采集、模型服务和数据发布三个逻辑层为总体框架,包含数据录入、数据查询、数据整编、数据管理和系统管理五大功能模块的针对Windows用户的降雨、径流和泥沙数据处理平台,实现了小流域降雨、径流、泥沙数据的输入、整编、查询、输出等功能。同时,该系统也是一种资料管理、信息查询和成果存贮应用的工具,系统的建成可为黄土高原典型小流域水文观测数据处理与管理的自动化、科学化提供技术支撑。     

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。     

MATLAB和无VBA组态软件在喷头测试中的通信研究

在喷头测试试验台的控制系统中,工控组态软件因其良好的人机界面等诸多优点被选为主控界面,运行在前台,为了弥补组态计算能力差的不足,选用具有强大工程计算和图像图形处理能力的MATLAB软件作为计算处理工具,运行在后台,以实现优势互补。因工程造价问题,开发中选用了无VBA的组态软件“世纪星”。因此无VBA组态软件和MATLAB间的通信问题成为关键。该文就是针对此问题探讨了4种方法：ActiveX技术、DDE技术、MATLAB引擎技术、MATLAB编译器技术。尤其提出了无VBA组态软件如何利用ActiveX技术与MATLAB通信的新思路和方法,即以Excel宏的VBA编辑器作为桥梁。通过试验结果比较了4种方法的优缺点,以此为依据,在实际开发中可根据实际情况选用不同的方法。在喷头测试试验台的控制系统中对M文件的可移植性要求不是很高,ActiveX技术因其简单、开发周期短等优点而被选用。     

基于小区育种的收获机智能测产系统

摘要：目前,中国境内大部分育种单位产量测试主要采用人工抽检方式完成,劳动强度大,工作效率低,测试数据的质量与发达国家所采用的测产系统相距甚远。为解决这一问题,该文设计研制了一种基于小区育种的收获机测产系统。该测产系统包括上位机和下位机两部分。下位机采用美国TI公司的MSP430单片机,通过粮食水分传感器,重量传感器,环境温湿度传感器,GPS模块,获取收获机的产量、粮食水分含量、环境温湿度及GPS地理位置等信息。上位机采用能够运行MCGS组态软件的嵌入式触摸屏作为人机交互界面。下上位机通过RS-232串口及Modbus协议实现通讯,完成数据的传输。该系统可以自动实现地块号与产量相关数据的准确对应关系,并利用U盘实现海量数据的导入、导出等数据管理功能。并利用虚拟试验验证了该收获机测产系统方案正确和可行,并且可明显提高育种测产的工作效率和数据的准确性。     

网络品种资源信息管理系统的研制

运用知识工程和系统工程层次分析法,建立了一个基于网络的品种资源信息管理系统。系统以WIindows为开发平台,综合运用数据库技术,建立了品种资源信息数据库;运用系统工程、软件工程实现了系统模块建设。通过高级软件开发工具PB实现了其后台信息维护功能,利用ASP.NET网络开发技术开发出用户能够通过网络访问的客户端系统。该系统是对农业品种资源进行多年收集,并在吸取以往开发信息系统经验,充分利用网络和计算机快速、准确处理信息等优势开发而成。系统除具有客户端查询、分析品种资源信息外,还可通过后台维护系统对用户级别和权限设置,数据备份与恢复,保障了数据的安全性、可靠性。该系统还可对各类信息类型加以设置,以适用于其他种类信息自动化管理,具有良好的可扩充性。     

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。     

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。     

Electronically‐controlled,portable, cone penetrometer

Abstract

An electronically‐controlled, portable, cone penetrometer was designed, built, and tested. The penetrometer was driven electrically through a linear actuator. Cone position was sensed by a 10‐turn potentiometer, and force was sensed with an electronic load cell. A laptop computer controlled the linear actuator and recorded signals from the sensors through a data logger equipped with a serial interface. The penetrometer was capable of driving the cone at 0.84 cms^‐1 (±5%) over a load range of 0 to 180 kg. The system allowed force and position excursion limits to be set through software and provided data sets at 1‐cm increments to depths of 45 cm and forces to 2,000 N. The penetrometer demonstrated good repeatability among closely spaced probings when force per unit cone area was plotted against depth.     

通用计算机遥感图像处理软件——GRIPS的设计及其应用

<正> 目前,遥感图像处理的方法主要有目视解译法和计算机数字图像处理法两种。前者主要依靠人眼对图像的某些特征进行分析判别,用手工转绘成图。这种处理方法具有综合性强、成本低、简单易行等优点,但也存在着主观性强、几何精度低、难以定量化,无法满足快速准确地监测环境动态需要等缺点。后者是利用计算机对数字化遥感图像进行纠正、恢复、增强、分类等处理,其特点是几何精度高,定量化、重复性好,自动成图且节省人力。目前,国内进口的几种专用计算机图像处理系统,如S101系列、ARIES系列等,虽然处理速度快、操作简便,但价格昂贵,且不利于用户进一步开发。为此,针对海河流域管理工作的实际情况,我们从1988年8月开始在     

基于无线传感网络的耕种机具空间力监测系统开发与试验

针对实时监测耕种机具作业中所受空间力大小,该文提出了一种能够在现场和远程实时监测耕种机具受力情况并带有提示报警的监测系统。该系统采用基于Zigbee的WSN（wireless sensor network）完成数据的采集和近程传输,采用嵌入式处理器ARM11作为现场监测终端的中央处理单元CPU,并搭建WinCE6.0操作系统,完成数据交换、处理和监测报警等功能。通过安装在耕种机具上的测力传感器,实现对耕种机具受力情况的实时检测。经土槽试验测试,系统实现了耕种机具空间力的实时监测以及监测数据的存储,人机界面交互性良好,可为耕种机具的研究设计提供技术支持。     

少免耕播种机牵引阻力远程监测系统

针对少免耕播种机牵引阻力的监测,该文提出了一种能够实时采集信号、无线传输数据、现场移动监测、远程同步监测的少免耕播种机牵引阻力监测系统。该系统通过在3点悬挂杆铰接处安装2维轴销测力传感器实现对其受力情况的实时检测。采用无线传感网络技术(wireless sensor network,WSN)实现传感器信号采集和数据短距离无线传输。采用嵌入式技术开发无线数据监测移动终端,实现牵引阻力的现场监测以及数据转发。利用Visual C++开发的远程监测软件,在远程计算机上实现牵引阻力的动态监测、实时显示、在线分析和批量存储。经计量,该系统模拟量检测最大误差为4 mV,线性度为0.04%。田间试验表明:系统实现了少免耕播种机牵引阻力的现场移动监测以及远程同步监测,系统使用方便并降低了田间测试的复杂程度。