基于GPS、GPRS的农田信息采集系统研究与设计

摘要

20世纪90年代以来，精细农业己经成为农业工程学科前沿性的研究领域之一，国内外许多专家学者对精细农业进行了大量的研究和实践。精细农业的核心是针对农作物及其生长环境存在的空间和时间分布的差异，实施精确的变量管理措施。快速有效的采集和描述作物及其生长环境的空间变量信息，是实现精细农业的重要基础。 目前，作物和环境信息采集的技术远远落后于其他支持精细农业的技术的发展。现有的各类采集设备多是针对某一个参数进行采集，集成的数据采集系统比较少，通用性和扩展性差。本文主要研究农田信息采集系统，包括传感器、数据采集仪器和无线传输等几部分。 具体工作有以下几点： 研究和分析国内外各类农业传感器。了解各类先进传感器的特点并对它们进行分类，选择几个有代表性的传感器作为本系统中使用的传感器。 研究和设计一款无接触式植物增量传感器。采用激光+线阵CCD的光路结构，采用C8051F130单片机来处理增量信息，设计具体的硬件电路和软件程序，最终将增量信息转变为标准的0-5V电压信号输出，给出了实验结果和误差分析。 搭建一个基于GPS和GPRS的农田信息采集系统。该系统能够采集所需要的各类参数，集成GPS接收机和GPRS模块，数据采集器将GPS和传感器的信号通过GPRS模块以无线方式实时传输到计算机中，实现信息远程采集。 设计一个通用的基于无线传感器网络的嵌入式农业综合信息采集方案。该平台以无线传感器网络来实现传感器到数据采集仪器的信息传输，网络内的每个节点可以采集多种参数，基站负责对外通信。基站互连组成一个大型的监控网络，并给出了一种实现方式。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1课题研究背景

1.2精细农业概述

1.2.1精细农业的技术体系

1.2.2精细农业的发展及现状

1.2.3实施精细农业的意义

1.3国内外农田信息采集研究概述

1.3.1国外研究情况

1.3.2国内研究情况

1.4研究内容

第二章相关传感器介绍

2.1国内外各类主要相关传感器公司

2.2现有各类传感器的现状和特点

2.2.1土壤传感器

2.2.2植物生理传感器

2.2.3环境传感器

2.3本系统所使用的传感

2.4本章小结

第三章CCD植物增量传感器

3.1研究内容与目标

3.1.1植株高度测量的方法

3.1.2本传感器需要具有的特点

3.1.3本章研究的主要内容

3.2线阵CCD与光源系统研究

3.2.1线阵CCD研究与选择

3.2.2光源系统研究与选择

3.3硬件结构及电路设计

3.3.1基本原理

3.3.2系统构成及分析

3.3.3各个电路

3.4软件介绍

3.4.1器件初始化

3.4.2二值化操作与PCA中断计数

3.4.3显示模块与D/A模块

3.5试验结果分析和问题讨论

3.5.1增量讨论和误差校准

3.5.2实验结果及分析

3.5.3一些讨论和说明

3.6本章小结

第四章农田信息采集、传输平台研究与实现

4.1前言

4.2 GPS定位信息获取技术

4.2.1 GPS定位原理

4.2.2 GPS数据格式与数据读取

4.3 GPRS业务和终端模块研究

4.3.1GPRS业务介绍

4.3.2 GPRS终端研究

4.4农田信息采集的特点及一般结构

4.4.1农田数据采集的特点

4.4.2农田信息采集平台的一般结构和方案

4.5农田信息采集平台设计与实现

4.5.1传感器和数据采集器

4.5.2 H7118GPRS收发模块

4.5.3 GPS接收机模块

4.5.4系统总体结构

4.5.5远程数据中心接收和显示

4.6小结

第五章嵌入式农业综合信息采集方案研究

5.1前言

5.2无线传感器网络

5.3嵌入式系统概述

5.3.1嵌入式系统定义和特点

5.3.2嵌入式网络操作系统TinyOS

5.3.3ARM核微处理器体系结构

5.4总体方案设计

5.4.1无线传感器网络节点方案设计

5.4.2整体方案介绍

5.5本章小结

第六章结论与建议

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的成果