基于物联网的农林小气候监测系统数据汇聚平台.doc

第 11 期 总第 221 期 No．11 Total No．221 农业科技与装备 2012 年 11 月 Agricultural Science＆Technology and Equipment Nov． 2012 基于物联网的农林小气候监测系统数据汇聚平台 刘嘉新，郎 红 （东北林业大学，哈尔滨 150040） 摘要：为监测农林生产中复杂多变的气候状况，采用无线传感器网络作为采集端，以基于 ARM9 平台的数据汇聚平台作为汇聚节 点，设计了基于物联网的农林小气候监测系统。 该平台可实时汇聚监测数据，并通过 GPRS 将数据发送到远程后台数据中心，从而 实现对水位、降雨量、风速风向、温湿度等参数的实时监测和分析。 关键词: 物联网；农林小气候监测；无线传感器网络；汇聚节点；ARM9；数据汇聚平台 中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1674-1161(2012)11-0009-04 随着信息技术的发展以及“感知地球”概念的提 出，物联网的发展越来越快[1]。 目前，物联网技术已经 应用在人们生产生活的各个方面，如医学、环境监测、 军事等。 在农林生产中，利用无线传感器网络建立一个小 型的物联网， 通过小气候传感器实时采集空气温度、 湿度，光照明度，风速风向，降雨量等环境参数，并将 采集数据传输给后台，通过引入物联网技术，实现对 农林综合生态信息的自动监控和智能化管理，为农林 生产数字化、信息化、可视化、标准化提供智能化解决 方案，从而达到定量分析、高产高效的效果。 图 1 基于物联网的农林小气候监测系统结构 Figure 1 System structure diagram of agriculture and forestry microclimate monitoring system based on IOT 农林小气候监测系统的总体设计 基于物联网的农林小气候监测系统主要包含 3 个部分： 数据采集系统、 数据汇聚平台、 后台处理中 心。其中，后台处理中心又包括数据中心、应用支撑平 台、信息服务系统 3 部分。 该系统通过传感器节点采 集小气候相关因子信息，如水位、降雨量、风速风向、 温湿度、光照强度等，以 zigbee 无线通信方式进行数 据传输，并将采集数据汇聚到数据汇聚平台。 数据汇 聚平台通过 GPRS 将采集数据传输给远程数据中心， 数据中心据此对气候因子进行分析，从而为农林生产 过程提供智能化控制。图 1 为基于物联网的农林小气 候监测系统的系统结构图[2]。 系统按功能可划分为 3 个层次，自下而上分别为 数据采集层、透明传输层以及数据汇聚层。 其结构如 图 2 所示。 1 图 2 基于物联网的农林小气候监测系统功能层次 Figure 2 System function hierarchy chart of agriculture and forestry microclimate monitoring system based on IOT 嵌入式数据汇聚平台的设计 2 2.1 硬件设计 嵌入式数据汇聚平台是物联网农林小气候系统 中的重要组成部分， 为无线传感器网络中的汇聚节 点。 嵌入式数据汇聚平台对控制器的处理速度、网络 支持、存储器容量、多任务处理等提出了较高的要求。 在此情况下， 以 ARM9 为核心处理器的嵌入式数据 汇聚平台应运而生。 此平台集成射频通信接口、RS- 收稿日期：2012-10-03 作者简介：刘嘉新（1964— ），男，硕士，副教授，从事信号与信息 处理、智能仪器、农业电气化与自动化方面的研究。  232 通信接口、以太网通信接口、GPRS/CDMA 无线通 接口等多种通信接口，能够根据小气候监测系统应用 区域的网络环境，选择合适的接口进行数据收集和转 发。 根据上述分析，设计数据汇聚平台硬件原理图[3]， 结果见图 3。 图 4 串口监听软件流程 Figure 4 Flow chart of serial port monitoring software 的，因此数据只有经过解析，才能显示在平台上。此部 分的程序流程图如图 5 所示。 图 3 数据汇聚平台硬件电路原理 Figure 3 Schematic circuit diagram of data aggregation platform 2.2 软件设计 总 体 流 程 图 农林小气候监测系统嵌入式数据 2.2.1 汇聚平台的软件设计总体思路是： 当系统开机后，自 动连接控制中心服务器，自动发送水雨情传感器采集 的相关指令，接收无线传感器网络数据采集前端采集 的数据，对数据进行分析后显示，并把汇聚到的数据 通过 GPRS 网络传送到后台控制