嵌入式以太网在农田信息远程监测系统中的应用

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随着以太网(Ethernet)在诸多领域的广泛应用,许多原本独立的设备和系统开始与Internet互联,使越来越多的信息资源共享成为可能。基于嵌入式以太网技术的数据采集系统就为这种信息资源的共享提供了物质手段。针对农田信息远程监测系统的实际需求,并针对偏远无GPRS或GPRS信号微弱地区,本文设计了一个基于嵌入式以太网的农田信息远程监测系统。该系统包括由大量随机分布在农田中的传感器节点和负责接收农田信息的基站,以及远端上位机监测平台组成。系统采用自定义自组网协议组成了一个平面网状拓扑结构,将传感器节点功能分离,一部分负责数据采集,主要包括土壤水分、土壤温度、空气温度、空气湿度、大气压力、光照强度、风速、风向、C02浓度、降雨量、蒸发量等,本文主要介绍了空气温湿度以及土壤温度的采集;另一部分负责无线传感网络的路由,最终将数据传输至基站,大大提高了系统的可靠性并扩展了数据的无线传输距离。基站中微控制器与以太网控制模块连接组成结构简单轻便的单板机模块,利用光纤网络实现其与Internet的互联,以代替传统的计算机设备,使得硬件系统得以简化,且具有易于搬运、低功耗、系统维护方便、预防偷盗等特点。将此系统应用于农田管理系统中,工作人员无需时刻值守在农田里,在远离现场的办公室中就可以对农田信息进行监控,比用现场计算机进行监测更为适合。每个传感器节点均由传感器模块、MCU(Micro Control Unit)、无线收发模块、串行通信模块、电源模块以及I/O输入输出模块等组成,负责数据的采集和无线传输。基站则是由无线收发模块、MCU、以太网控制模块、串行通信模块、电源模块以及I/O输入输出模块等组成,负责数据的接收和以太网传输。基站中MCU驱动以太网控制器,使之运行TCP传输协议以完成数据与远程服务器之间Internet传输。系统硬件设计部分主要介绍了以下五个模块:中央处理模块、电源模块、以太网控制模块、传感器模块以及无线收发模块。软件设计部分则主要包括:嵌入式以太网系统的软件设计、传感器模块的软件设计以及无线传感网络的软件设计。在分析了系统的软、硬件部分的基础上,实现了嵌入式以太网在农田信息远程监测系统中的应用,实现了数据从无线到有线的传输。
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