农药残留传输终端的设计与实现
时间：2021-02-06 04:02:09 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要 本文结合农业大棚环境信息监控的需要，设计了基于单片机的农药残留传输终端系统。该系统采用GPS技术定位大棚所在的位置，通过RS232与农药残留检测仪相连，采集农药残留情况，通过GPRS技术与Web端进行通信，可传输大棚温度、湿度、光照等环境信息，也用于传输该大棚的农药残留信息，给出了系统的硬件架构和关键技术的流程图。试验表明，系统具有成本低，可靠性高，可用性强的优点，具有一定的应用前景。
【关键词】农药残留 GPRS GPS RS232
1 引言
近年来，随着科技的发展，农村经济也发生了飞跃式的变化，科技保障了农业生产的质量，也带来了一定的隐患。生产者为了获得更高的经济效益，大量使用农药来提高产品的质量。农药对促进农业增产有极其重要的作用，但由于农药本身固有的化学属性和对其使用不当，导致农产品农药残留严重超标，严重危害到广大人民群众的身体健康。
在众多安全问题中，蔬菜农药残留是城乡居民关注的热点，蔬菜农药残留原因除环境污染、农业生产设备落后、检测体系不完善等之外，最主要的是农业生产与运输过程中的人为因素。蔬菜大棚种植技术是一种比较常见的技术，它具有较好的保温性能，在任何时间都可吃到反季节的蔬菜，深受人们的喜爱，对环境信息如空气温湿度、土壤温湿度、光照强度等的准确采集是蔬菜大棚高产的必要条件，目前的大多数市场环境采集终端虽可以采集环境信息并传输给远程服务器实现远程监控，但不具有同时采集农药残留的功能，目前国内有很多大棚蔬菜种植基地，分布在不同物理区域，为了更好的集中管理，本文设计的系统具有物理位置采集的功能，同时为不同地域，不同环境种植的蔬菜进行大数据分析奠定了基础。
2 系统架构
本文设计的农药残留传输终端的核心板采用LPC2132微控制器，它是基于一个支持实时仿真和嵌入式跟踪的16/32位ARM7TDMI-S CPU，最大操作时钟为 60MHz。并带有 64kB 嵌入的高速 Flash 存储器和 16kB 的片内 SRAM。 大大简化了整体应用系统的复杂程度。超小的 LQFP64 封装很很低的功耗使得 LPC2132 非常适合通信网关，协议转换器，软件 MODEM，语音识别，低端成像等应用，为这些应用提供大规模的缓冲区和强大的处理功能。多个 32 位定时器，两个标准 UART 口，10 位 DAC，PWM 通道，SPI 通讯接口，47 个 GPIO 以及多达 9 个边沿或电平触发的外部中断使得他也特别适用于工业控制应用。
终端结构如图1所示。终端的功能主要包括温湿度、光照强度、CO2浓度等环境信息采集； GPS位置信息采集；按键设计；农药残留信息采集；通过GPRS与Web服务器进行通信功能。
3 关键功能实现
终端的程序开发采用开发环境ADS（ARM Developer Suite） 它是ARM处理器下最主要的开发工具。ADS是全套的实时开发项目的软件工具，ADS主要由编译器、链接器、符号调试器、armar（库函数生成器）、CodeWarrior（集成开发环境IDE）、调试器和C，C++库组成。
3.1 GPS位置采集与处理
本文采用GPS技术来自动定位蔬菜大棚的位置，采用的GPS模块最多可同时接收20个卫星，重新抓取的时间为0.1秒，数据接口：VCC、GND、TXD、RXD ，通过串口与微处理器相连。由于本文设计的终端需要占用系统自带的两个串口，所以GPS位置采集需要通过I/O口采用软件的方式来模拟物理串口，P0.11为接收管脚，配制为CAP1.1通过捕获其下降沿并产生中断，中断初始化的代码如下所示：
void interrupt_init（void）
{
VICIntSelect = 0x00000000； // 设置所有通道为IRQ中断
VICVectCntl2 = 0x20|0x05； // 分配软串口中断通道
VICVectAddr2 = （unsigned int）IRQ_SimuUart；//设置软串
口向量地址
}
IRQ_SimuUart中断处理程序的流程图如图2所示。
使用模拟串口向GPS模块发送指令的流程图如图3所示。
3.2 GPRS与服务器通信
PTM100 是一款超小尺寸 GSM/GPRS 模块。体积只有 38mm*29mm*3mm。内嵌 TCP/IP 协议，支持数据透明传输，使无线终端与服务器之间的数据传输变得极其简单，可广泛应用于监控系统、遥控遥测系统、无线POS机等。部分AT指令定义如下：
#define ATE0 "ATE0＼r＼n" //关闭回显
#define AT "AT＼r＼n" //测试串口是否工作正常
#define SIM "AT+ESIMS？＼r＼n" //测试SIM卡是否正常
#define CONNECT "AT+COPS？＼r＼n"//测试是否连接网络
为了方便对终端设备的设置以及服务器远程IP地址、端口号的变化，系统通过将管理员的号码存储到终端的SIM卡，通过管理员向终端发送短消息来改变终端设置。GPRS功能模块初始化代码流程图如图4所示。
当需要发送给远程服务器的数据准备好后，通过TCP/IP进行连接与传输。本文设计的终端如果第1次发送失败会再连续连接并发送2次，并通过调用led_on（）与led_off（）函数改变GPRS模块对应LED灯“亮”与“灭”，用于提示用户目前系统的故障原因。发送数据的重要AT指令如下：
AT^CIPSTART=TCP，121.42.144.101，2020//连接到服务器 AT^CIPSEND=EE#T：24.2#CO2：0.12 //发送字符数据
AT^CIPCLOSE //关闭连接
3.3 农药残留信息采集
RP-420型仪器是农药残毒快速检测仪，它可以独立检测样品，有RS-232接口，可以与终端连接。可进行数据采集、数据处理、数据存储、打印结果等管理工作。其统计功能非常完善，可对一定时间内的各种样本的合格率，样本类别，样本来源等进行统计。
初始化连接RP-420的RS-232接口，设置波特率为19200，设置8位数据位，1位停止位，无奇偶校验。当发送数据按钮被按下时，調用getData（）方法读取RP420农药残留数据，测量数据都是整数形式，需还原成实际的吸光度（×0.001）或抑制率（×0.1%），所有的数据格式都是3个字节，第一个字节是符号位，用0X00表示正，0X80表示负，第2、3字节是整数型值，低位在前，高位在后，读取的流程如图5所示。
4 结束语
本文设计的农药残留传输终端系统，效果图如图6所示。
终端结合GPRS、GPS技术，实现大棚定位，环境信息读取，农药残留信息传输，在核心版串口不足情况下，本文介绍了使用普通I/O口实现模拟串口的方法；管理员可通过短消息方式随时改变终端的设置信息，以及很好的适应连接服务器的IP地址变化。具有很好的适用价值。
参考文献
[1]张媛.蔬菜农药残留快速检测方法及注意事项[J].云南农业，2016（01）：79-80.
[2]李湘梅，李玲利，钟青.论蔬菜农药残留“人”的作用[J].安徽农业科学，2015，43（16）：85-87.
[3]王立舒，曲贵超，郭奕杉.寒地塑料大棚环境信息采集终端设计[J].农机化研究，2015（07）：153-155.
