专利名称：移动式农田智能数据采集系统及方法
技术领域：
本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种基于嵌入式GPS定位技术、无线传 感网络通信技术和嵌入式GPRS远程无线数据传输技术的移动式农田智能数据采集系统及 方法。
背景技术：
农作物的生长不仅取决于其自身的生长规律，而且还受到土壤、环境、气候等诸多 自然条件的影响。精细农业的目标就是采集和分析这些影响农作物生长状况的数据，并在 此基础之上做出符合农作物生长规律的农业生产决策，以对环境友好的方式促进农作物优 质增产。农业参数的数据采集量很大，如光照、温度和湿度等，在农作物生长的特定时期更 是需要频繁采集和分析，以支持进行农业生产决策。因此开发方便而实用的农田信息采集 系统对于农业生产具有重要的意义。现有的相关技术为中国科学院遥感应用研究所乔彦友发明的“基于PDA、GPS、GIS 和GPRS的野外调查系统”(公开号CN101441669，申请号200810246895. 1)。该系统在进行 数据采集时，利用触摸笔在PDA屏幕上进行边界描绘，GPS导航定位模块即读取内置GPS模 块中的空间点位数据，并与作业底图进行叠加，从而确定当前调查的准确地理位置，同时系 统通过通用调查对话框进行有关数据的填写，数据采集模块将某调查点的属性数据和位置 信息一起存储到存储卡。该野外调查系统很好地发挥了 PDA强大的功能，将GIS功能嵌入GPS进行更加丰 富全面的农业数据采集。但是，系统的数据采集部分仍然是人工输入的，尚未实现数据采集 的智能化和自动化。另外，该系统不适合用于较大面积较多参数的农田信息采集。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种移动式农田智能数据采集系统及方法。所述系统以PDA为平台，将Zigbee协调器模块、GPS模块和GPRS模块集成于PDA中。其中，Zigbee协调器模块用于管理农田无线传感器网络，并通过农田无线传感器 网络自动化采集农田信息。应用无线节点进行数据的采集，减少了农田布线的繁锁，使系统 更加方便实用；GPS模块用于采集并管理各采样点的位置信息，并通过虚拟差分站VRS接收到GPS 原始位置的差分信息，增加了 GPS的定位精度，为各采样点的精确布点提供了方便，也增加 了移动式农田智能数据采集系统的定位精度；GPRS模块用于获取最终的地理位置精确信息，并与农田服务器进行通讯。优选地，PDA的主体采用工业级的PDA。CPU采用的是ARM920TS3C2442A处理器，工 作主频520MHZ，内存采用Flash和SDRAM两种型式，保证了数据的大量存储，屏幕采用3. 5 英寸触摸屏，主操作系统是WindowsMobile 6. 0。
所述系统的软件包括三个部分第一部分是ZigBee协调器和PDA的通信过程；第 二部分是GPS模块的控制和GPS信息的接收与提取；第三部分是GPRS模块的控制和应用。Zigbee协调器模块通过RS-232串口与PDA相连，两者进行通讯时，PDA上的串口 以16进制数据格式发送数据，以ASCII码格式接收Zigbee协调器模块发送的采集自若干 无线传感器节点的数据，并将该数据以文本格式保存在临时文件夹中。GPS模块的运行基于串口通讯的软件，该模块首先接收到未差分的原始GPS信息， 在申请VRS网站差分信息后，接收到差分后GPS OEM再计算的结果即为精度为亚米级的GPS 定位信息。GPRS模块的通讯功能不仅涉及到移动式农田智能数据采集系统与上位机进行数 据交换，还涉及到移动式农田智能数据采集系统与VRS系统连接申请差分信息，此时，移动 式农田智能数据采集系统发送移动站身份、权限验证信息及自身概略位置给VRS数控中心 并接收VRS差分改正信息；实现设备网络状态自检，并在连接丢失的情况下重新与VRS网络 建立连接。优选地，GPRS模块与CPU之间的通信波特率设置为115200bps。初始化正确完成 后，微处理器通过串口向模块发送AT命令，实现设备与VRS数控中心的连接。移动式农田智能数据采集方法，其特征在于，包括以下步骤步骤一移动式农田智能数据采集系统获取工作底图；步骤二 依照所述底图进行田间布样；步骤三建立布样点安置的无线传感器及该点GPS位置信息之间的联系；步骤四进行数据采集；步骤五进行农田数据可视化；步骤六判别异常点，若有异常点，则返回步骤四；步骤七将可信数据保存至文件；步骤八将数据上传至农田服务器。移动式农田智能数据采集系统可以方便管理农田无线传感器网络，实时采集农田 信息，实时与上位机交换信息，并能够有效地对农田信息数据进行管理。
下面结合附图对本发明作详细说明图1为移动式农田智能数据采集系统的总体结构框图；图2为移动式农田智能数据采集系统的工作原理图。附图标记1 -农田服务器、2-VRS。
具体实施例方式如图1所示，为移动式农田智能数据采集系统的总体结构框图，系统以PDA为平 台，将Zigbee协调器模块、GPS模块和GPRS模块集成于PDA中。该系统可实时与上位机服 务器系统交换信息。以下结合图2，介绍使用移动式农田智能数据采集系统的工作过程
①获取工作底图。移动式农田智能数据采集系统通过GPRS，或者通过直接连接数 据线从农田服务器1下载农田数据采集目标地块的采样布点图作为底图。②田间布样。到达目标地块后，登录嵌入式农田GIS系统，读入采样布点图，开始 布样和数据采集。首先根据设计好的采样布点图进行布样，按照移动式农田智能数据采集 系统上显示的指示方位进行布点，布点时须按实际情况进行处理，比如遇到设计布点处有 石块或其他不利于信息采集的情况时，即可按需调整实际布点位置。按照无线节点上安装 的传感器要求，或者将探针插入土壤(测定土壤水分含量、土壤温度和土壤电导率)，或者 将探针悬空(测量环境温度和湿度)。每布一个点，即可在当前新叠加图层上点击布样点 号，此时移动式农田智能数据采集系统会自动记录该布样点的实时GPS定位信息。③建立布样点安置的无线传感器及该点GPS位置信息之间的联系。由于每个无线 传感器节点的标号已经与其短地址之间建立了一一对应的映射关系(在调试无线传感器 网络时完成)，且该映射关系已经保存于每个协调器中。为了将某个无线传感器节点与其实 际所在位置的GPS信息连接起来，在步骤②完成的同时，对于每个布样点，将安置在该采样 点的无线传感器节点号输入/或从下拉列表框中选择出来，该操作步骤使得某个采样点的 无线传感器节点与其GPS位置数据共同组成同一条记录。④数据采集。打开数据采集界面输入数据采集命令，无线传感器网络中各节点的 信息随即采集上来，经过处理后保存为临时文件。数据采集命令可以是无线传感器网络中 所有节点信息的采集，也可以是某个特定节点的信息采集。⑤农田数据可视化。在农田信息数据可视化界面可观察所采集到的信息，点击某 采样点，该点农田数据的文本信息随即显示出来。用户也可通过观察某个农田属性值的简 单专题图来查看信息，嵌入式GIS提供了农田信息的可视化。⑥异常点的判别。利用嵌入式农田GIS系统提供自动排查异常点的功能。当某节 点某个农田参数数据为零，或者与其周围各点值之间均相差2倍的范围段以上时，则被系 统认作是异常点，系统将给出异常点报告；用户也可通过观察某个农田属性值的简单专题 图自行判断各个采集点信息是否异常，对于有疑问的点可记录该节点号。⑦异常点的处理。对于异常点可以发送重新采集命令，如步骤④所示。在排除异 常可能后，即可将可信数据保存至文件。⑧数据上传至农田服务器。采集数据文件可通过嵌入式GIS的文件管理界面发送 至农田服务器，由农田服务器对数据进行保存至数据库，并进行详细的数据分析，给出数据 正常确认报告之后，此次农田数据采集工作随即结束。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技 术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修 改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
移动式农田智能数据采集系统，该系统以PDA为平台，将GPS模块和GPRS模块集成于PDA中，其特征在于，所述系统还包括集成于PDA内的Zigbee协调器模块，所述Zigbee协调器模块通过RS 232串口与PDA核心芯片相连；所述GPS模块通过虚拟差分站VRS(2)接收GPS原始位置的差分信息，增加了GPS的定位精度；所述GPRS模块用于获取最终的地理位置精确信息，并与农田服务器进行通讯。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述Zigbee协调器模块与PDA进行通讯时， PDA上的串口以16进制数据格式发送数据，以ASCII码格式接收Zigbee协调器模块发送的 采集自若干无线传感器节点的数据，并将该数据以文本格式保存在临时文件夹中。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述GPRS模块实现移动式农田智能数据采 集系统与VRS系统连接申请差分信息，包括发送移动站身份、权限验证信息及自身概略位 置给VRS数控中心并接收VRS差分改正信息、实现设备网络状态自检，并在连接丢失的情况 下重新与VRS网络建立连接。
4.移动式农田智能数据采集方法，其特征在于，包括以下步骤 步骤一移动式农田智能数据采集系统获取工作底图； 步骤二 依照所述底图进行田间布样；步骤三建立布样点安置的无线传感器及该点GPS位置信息之间的联系；步骤四进行数据采集；步骤五进行农田数据可视化；步骤六判别异常点，若有异常点，则返回步骤四；步骤七将可信数据保存至文件；步骤八将数据上传至农田服务器。
全文摘要
本发明提供了一种移动式农田智能数据采集系统和方法，该系统以PDA为平台，将GPS模块和GPRS模块集成于PDA中，所述系统还包括集成于PDA内的Zigbee协调器模块；本发明实现了快速的农田信息自动化采集；增强了采集样本实时定位的准确性；移动式农田智能数据采集系统可以方便管理农田无线传感器网络，并能够有效地对农田信息数据进行管理。
文档编号H04W84/18GK101917666SQ201010269009
公开日2010年12月15日 申请日期2010年8月31日 优先权日2010年8月31日
发明者李修华, 李民赞, 车艳双, 邓小蕾, 郑立华 申请人:中国农业大学