基于ARM的嵌入式土壤水分、温度定点监测及远程传输系统的应用.doc

基于ARM的嵌入式土壤水分、温度定点监测及远程传输系统的应用 湿地是人类重要的生存环境之一。拉姆萨尔《湿地公约》定义湿地是指天然或人造、永久或暂时之死水或流水、淡水、微威或咸水沼泽地、泥炭地或水域，包括低潮时水深不超过6m 的海水区。同时又规定可包括邻接湿地的河湖延岸、沿海区域以及湿地范围的岛屿或低潮时水深不超过6m 的区域川。湿地具有巨大的环境功能和效益，在涵养水源、净化水质、调蓄洪水、控制土壤侵蚀、补充地下水、美化环境、调节气候、维持碳循环和保护海岸等极为重要的生态功能等方面有其它系统不可代替的作用，被誉为地球之肾与森林、海洋一起被称为地球的大生态系统。我国是湿地大国，湿地面积位居世界第四、亚洲第一。我国目前的湿地管理已经进入湿地生态系统管理阶段，建设湿地生态环境远程实时监测系统是首要任务。湿地土壤水分、温度定点监测及远程传输系统通过远程实时监测生态环境的重要参数是浙江托普仪器的BNL-GPRS，监测污染等突发事件和环境急剧变化所影响的区域的生态环境状况，并进行准确、快捷地评估，为湿地的管理提供准确、及时的数据保证。因而，本研究以黑龙江省安邦河湿地为试验区，基于ARM 的嵌入式技术和元钱局域网技术相结合，研究建立嵌入式湿地监测管理系统。 1 研究区概况与方法 安邦河湿地省级自然保护区位于黑龙江省集贤县东北45 km 处，总面积10 295 hm2 , 1993 年建立安邦河县级湿地自然保护区， 1996 年晋升为市级湿地自然保护区， 2∞1 年晋升为省级自然保护区。安邦河湿地自然保护区总面积10295平方米 ，其中核心区面积3980平方米 ，占保护区积的38.7% ;缓冲区面积2436平方米 ，占保护区面积的23.7% ;实验区面积79平方米占保护区面积的37.6% 。保护区气候属温带大陆性季风气候，冬季长、寒冷而干燥;夏季短、温热而多雨，属于内陆湿地和水域生态系统保护区类型，是三江平原湿地的重要组成部分。 1. 1 湿地监测的内容、指标与现状 湿地监测是湿地管理过程的有机组成部分，是对湿地保护区管理行为的反馈。监测资料库将使管理者既能跟踪湿地的环境状况，又能跟踪对湿地的特殊威胁，并且能方便地利用监视~资料生成其它数据表及报告。湿地监测内容主要包括:监视l 不同尺度上的生物多样性;监视~生态系统的健康状况或其完整性;监测特殊的威胁或压力;监视~环境状况和人类影响i 监测便于变化在地区水平上的反映监视~游客数量和财政收入;监测地区发展和湿地保护区之间的相互作用等。研究者依据各自不同的研究目的，选择监测指标对湿地进行监测[2J 。传统的地面监视~即湿地野外观测是定点定时的人工采样观测，但是随着科学技术的发展，传统的地面监测方法在数据精度、时效等方面渐渐不能适应现代化的要求了。目前的电子计算机和自动化技术已经发展到非常成熟的阶段，湿地监测也渐渐地引入了自动化连续观测技术，主要体现在湿地气象观测、湿地水质观测、湿地面积变化等方面。自动观测系统在可靠性、稳定性方面能够达到比较高的要求，而且自动化观测具有数据精度高、灵敏度强、分辨率好等特点，基于现代电子技术的自动化仪器成本也在逐渐下降，可以在较大的密度和范围内设置观测站点，在空间、时间上相对于传统观测方法都是非常高效的。 1. 2 研究方法 基于湿地监测的特点，为实现湿地的自动化远程监测，本研究提出基于ARM 的嵌入式系统监测平台，硬件设备：浙江托普仪器-土壤水分、温度定点监测及远程传输系统BNL-GPRS系列 研究基于ARM+WLAN( 元钱局域网)的嵌入式系统用于湿地生态信息的自动化监视~。相对于其它湿地监视IJ 手段， ARM + WLAN 有如下优点:①高性能的AllM 微处理器可在硬件上实现高速、高精度的数据处理及通信能力;②WLAN 技术成熟，能提供高速、稳定的网络连接，摆脱了传统有线监视IJ 网络布线限制，减少了对湿地生态环境的影响，监测点的设置可以更加灵活;③系统成本低，相对于人工采样及传统监测站等方法，人工和设备费用大大降低。④可实现密集部署，密集部署多个监视~点，可以对大范围湿地环境的每个小区域进行监测。整个系统包含2 个部分:湿地嵌入式监测系统(以下简称WEMS) 和控制中心信息管理系统(以下简称CCMIS) 。系统技术路线见图l 。一个完全封装了WLAN IEEE 802.11 b/g 的模块，主要应用于手机、VoIP 无线电话、PDA 、M凹、数码相机等，该模块体积小，仅13 mm x 13 mm ，支持Linux , WinCE 等多种嵌入式平台，支持802. 11 b/g 标准。提供SDIO 及SPI 接口，可以用S3C24 1Ox 连接。本系统采用SDIO 方式连接， SDIO 有3 种信号发送模式:SPI ，