威控科技农业环境无线远程监控系统
一、系统实现的目的
针对农业对象具有的多样性、多变性、以及偏僻分散等特点，提出了一种基于无线移动通信和WEB技术的远程数据采集和信息发布系统方案。本系统的关键技术是如何通过互连网实现采集数据的传输、存储与发布，并为用户提供浏览访问和远程调用。通常与互连网连接可以通过二种途径：（1）有线接入方式：这在有些场所，例如距离社区较近，有线接入方便，或在特殊情况下通过专线连接等，可直接将现场监控设备连入因特网；（2）无线接入方式：在上述几种条件不能实现的情况下，一般只能采用无线接入方式。目前无线连接方式也有很多种，最为可行的是充分利用现有的公共无线移动通信网络平台，如GPRS、CDMA等无线移动服务业务。考虑到技术的成熟度、实用性、经济投入等综合因素，本系统目前主要采用了GPRS无线移动通信技术。
二、系统技术特点
GPRS和CDMA均属于2.5代（2.5G）无线网络，在技术上各有所长也各有所短，二者在实现技术原理上并无本质区别，如何选用完全根据用户需求和监测现场的条件决定。CDMA 是英文“Code Division Multiple Access”的缩写，其中文意思是“码分多址”，是中国联通开辟的无线移动服务业务，其在语音服务质量、数据带宽等方面也具有明显的优势。
GPRS(General Packet Radio Service)是“通用分组无线服务”的英文简称，是中国移动开辟的无线移动服务业务。在许多方面具有明显的优势：（1）网络覆盖面广、接入范围大，系统构建便捷、运行成本较低等特点；（2）传输速率较高，理论数据传输速率可高达171Ｋbps；（3）登录和接入等待时间短，可快速建立连接；（4）提供实时在线功能，用户将处于“永远在线”状态，这将使访问服务变得非常简单、快速，几乎不会出现“掉线”或信息丢失现象；（5）计费合理，用户只有在发送或接收数据期间才占用资源，即使用户可以一直在线，但只按数据流量收取费用。GPRS上述优势特点非常适用于间歇的、突发的、频繁的、小流量的数据传输，同时对偶有大流量数据传输也能承受。
另外，本系统是通过集成信息采集、传输、发布、信息管理与应用等复杂过程的基础上实现的，实际上是构建了一个综合信息服务平台，而GPRS通信只是其中一个技术环节。从这个意义上说，要实现向CDMA技术的转移，乃至向第三代移动通信技术(3G)的转移只要进行很少的开发就能方便实现。
三、系统实现的基本原理
通过RS—485总线将数字传感器（也可采用模拟输出传感器）与现场监控采集器连为一体，构成现场监控单元。现场监控采集器通常可采用二种途径实现：（一）采用一台普通的个人PC兼容计算机，用于读取并存储现场数据，（二）采用具有嵌入式系统和TCP/IP协议的单板机模块，实现数据的读取和存储。然后通过有线或GPRS无线模块将现场采集器与因特网连接，将采集数据实时发送到远程数据库服务器，并存储到数据库中。（见下面示意图）
本系统软件采用MS VB.NET和ASP.NET 技术，数据库采用SQL Server技术，构建了基于B/S（Browser/Server）的系统模式，这种模式构架有利于系统的维护与升级，只要通过浏览器就可以访问实时数据，而且还能进行历史数据的查询。通过该系统，即使在远离观测现场的异地，也能方便地对各种环境要素如温湿度、光照、CO2等环境数据的采集读取，真正实现了远程监测和数据共享的功能。
四、针对不同应用的设计方案选择：
该系统可广泛适用于不同条件下农业环境信息的监控与管理，根据条件可分别采用二种不同的技术方案予以实现：
方案一：适用于温室特点的环境监控系统
在这种方案中，通常选用计算机作为现场监控采集设备。因为一般来说，在有温室的地方，通信条件与电力供应条件相对较好，另外农户也经常会光顾温室现场，并需要经常查看系统运行状况、对数据进行分析、设置温室控制管理参数等等，所以采用一台既能充当数据采集器，又可以作为控制管理助手的计算机，应该是一种实用的选择。特别是对于大面积的温室群，往往需要连接很多的传感器，这种方案优点是非常明显的。当然用户也可以采用下面介绍的方案二。
方案二：适用于野外偏远的环境监控系统
在这种方案中，最大的不同就是采用具有嵌入式系统和TCP/IP协议的单板机模块代替现场计算机，使硬件系统得以简化，但只能以牺牲方案一中提到的一些性能为代价。另外相对于方案一，单板机模块也具有价格较低、易于搬运、低功耗、系统维护方便、预防偷盗等特点。另外因系统功耗低，可采用太阳能电池、蓄电池、甚至是普通电池等供电，这对于长期无人值守、通信条件与电力供应条件较差、自然条件恶劣的场合更为适合。系统构建如下图所示：
系统设计方案示意图 远程环境信息采集发送设备
五、应用与服务
本系统通过比较长时间的运行和验证表明，在稳定性和实用性等方面都达到了设计要求，具有非常好的应用前景。另外，还可以根据用户的特殊需求，为用户提供更多的服务，例如可为用户提供不同类型传感器、设计不同的数据库、数据安全保密性、以及数据信息的商业应用、开发各种应用管理决策服务系统，等等。
使用本系统的用户可享受免费的数据维护与使用服务，对于没有自己服务器的用户，可直接将数据存储到我们提供的服务器中，供免费访问和使用，对于无意公开的数据可以通过授予不同级别访问权限进行保护。另外，用户也可以将数据存储在自己的服务器中或指定的服务器中。
互连网技术的应用的确为信息获取提供了无与伦比的方便途径，但同时也出现了很多信息安全的隐患。我们的承诺是：只有对用户服务的义务，而没有向第三方泄露或转让信息的权利，用户信息的安全就是我们的责任。
实际应用表明，本系统非常适合农业信息采集的应用，因为在绝大多数情况下，农业信息采集现场的有线接入是非常困难的。该系统的实现为农业网络信息通讯中存在的“最后一公里”瓶颈问题～提供了一种便捷的解决方案。
六、本系统可适用的范围
（1）设施内环境监控，如：温室、畜禽/水产养殖场、储存仓库、工厂车间等
（2）各类野外实验台站，如：气象站、生态站、水文站、环保监测站等
（3）各类农业园区、示范农场、生产基地、科研教学基地等
（4）偏僻分散条件下农业、生态、灾害、生物信息的监测
（5）为行政管理部门、咨询机构等提供的专用监测服务系统
针对农业对象具有的多样性、多变性、以及偏僻分散等特点，提出了一种基于无线移动通信和WEB技术的远程数据采集和信息发布系统方案。本系统的关键技术是如何通过互连网实现采集数据的传输、存储与发布，并为用户提供浏览访问和远程调用。通常与互连网连接可以通过二种途径：（1）有线接入方式：这在有些场所，例如距离社区较近，有线接入方便，或在特殊情况下通过专线连接等，可直接将现场监控设备连入因特网；（2）无线接入方式：在上述几种条件不能实现的情况下，一般只能采用无线接入方式。目前无线连接方式也有很多种，最为可行的是充分利用现有的公共无线移动通信网络平台，如GPRS、CDMA等无线移动服务业务。考虑到技术的成熟度、实用性、经济投入等综合因素，本系统目前主要采用了GPRS无线移动通信技术。
二、系统技术特点
GPRS和CDMA均属于2.5代（2.5G）无线网络，在技术上各有所长也各有所短，二者在实现技术原理上并无本质区别，如何选用完全根据用户需求和监测现场的条件决定。CDMA 是英文“Code Division Multiple Access”的缩写，其中文意思是“码分多址”，是中国联通开辟的无线移动服务业务，其在语音服务质量、数据带宽等方面也具有明显的优势。
GPRS(General Packet Radio Service)是“通用分组无线服务”的英文简称，是中国移动开辟的无线移动服务业务。在许多方面具有明显的优势：（1）网络覆盖面广、接入范围大，系统构建便捷、运行成本较低等特点；（2）传输速率较高，理论数据传输速率可高达171Ｋbps；（3）登录和接入等待时间短，可快速建立连接；（4）提供实时在线功能，用户将处于“永远在线”状态，这将使访问服务变得非常简单、快速，几乎不会出现“掉线”或信息丢失现象；（5）计费合理，用户只有在发送或接收数据期间才占用资源，即使用户可以一直在线，但只按数据流量收取费用。GPRS上述优势特点非常适用于间歇的、突发的、频繁的、小流量的数据传输，同时对偶有大流量数据传输也能承受。
另外，本系统是通过集成信息采集、传输、发布、信息管理与应用等复杂过程的基础上实现的，实际上是构建了一个综合信息服务平台，而GPRS通信只是其中一个技术环节。从这个意义上说，要实现向CDMA技术的转移，乃至向第三代移动通信技术(3G)的转移只要进行很少的开发就能方便实现。
三、系统实现的基本原理
通过RS—485总线将数字传感器（也可采用模拟输出传感器）与现场监控采集器连为一体，构成现场监控单元。现场监控采集器通常可采用二种途径实现：（一）采用一台普通的个人PC兼容计算机，用于读取并存储现场数据，（二）采用具有嵌入式系统和TCP/IP协议的单板机模块，实现数据的读取和存储。然后通过有线或GPRS无线模块将现场采集器与因特网连接，将采集数据实时发送到远程数据库服务器，并存储到数据库中。（见下面示意图）
本系统软件采用MS VB.NET和ASP.NET 技术，数据库采用SQL Server技术，构建了基于B/S（Browser/Server）的系统模式，这种模式构架有利于系统的维护与升级，只要通过浏览器就可以访问实时数据，而且还能进行历史数据的查询。通过该系统，即使在远离观测现场的异地，也能方便地对各种环境要素如温湿度、光照、CO2等环境数据的采集读取，真正实现了远程监测和数据共享的功能。
四、针对不同应用的设计方案选择：
该系统可广泛适用于不同条件下农业环境信息的监控与管理，根据条件可分别采用二种不同的技术方案予以实现：
方案一：适用于温室特点的环境监控系统
在这种方案中，通常选用计算机作为现场监控采集设备。因为一般来说，在有温室的地方，通信条件与电力供应条件相对较好，另外农户也经常会光顾温室现场，并需要经常查看系统运行状况、对数据进行分析、设置温室控制管理参数等等，所以采用一台既能充当数据采集器，又可以作为控制管理助手的计算机，应该是一种实用的选择。特别是对于大面积的温室群，往往需要连接很多的传感器，这种方案优点是非常明显的。当然用户也可以采用下面介绍的方案二。
方案二：适用于野外偏远的环境监控系统
在这种方案中，最大的不同就是采用具有嵌入式系统和TCP/IP协议的单板机模块代替现场计算机，使硬件系统得以简化，但只能以牺牲方案一中提到的一些性能为代价。另外相对于方案一，单板机模块也具有价格较低、易于搬运、低功耗、系统维护方便、预防偷盗等特点。另外因系统功耗低，可采用太阳能电池、蓄电池、甚至是普通电池等供电，这对于长期无人值守、通信条件与电力供应条件较差、自然条件恶劣的场合更为适合。系统构建如下图所示：
系统设计方案示意图 远程环境信息采集发送设备
五、应用与服务
本系统通过比较长时间的运行和验证表明，在稳定性和实用性等方面都达到了设计要求，具有非常好的应用前景。另外，还可以根据用户的特殊需求，为用户提供更多的服务，例如可为用户提供不同类型传感器、设计不同的数据库、数据安全保密性、以及数据信息的商业应用、开发各种应用管理决策服务系统，等等。
使用本系统的用户可享受免费的数据维护与使用服务，对于没有自己服务器的用户，可直接将数据存储到我们提供的服务器中，供免费访问和使用，对于无意公开的数据可以通过授予不同级别访问权限进行保护。另外，用户也可以将数据存储在自己的服务器中或指定的服务器中。
互连网技术的应用的确为信息获取提供了无与伦比的方便途径，但同时也出现了很多信息安全的隐患。我们的承诺是：只有对用户服务的义务，而没有向第三方泄露或转让信息的权利，用户信息的安全就是我们的责任。
实际应用表明，本系统非常适合农业信息采集的应用，因为在绝大多数情况下，农业信息采集现场的有线接入是非常困难的。该系统的实现为农业网络信息通讯中存在的“最后一公里”瓶颈问题～提供了一种便捷的解决方案。
六、本系统可适用的范围
（1）设施内环境监控，如：温室、畜禽/水产养殖场、储存仓库、工厂车间等
（2）各类野外实验台站，如：气象站、生态站、水文站、环保监测站等
（3）各类农业园区、示范农场、生产基地、科研教学基地等
（4）偏僻分散条件下农业、生态、灾害、生物信息的监测
（5）为行政管理部门、咨询机构等提供的专用监测服务系统
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