TR800模块在农情监测系统中的应用
摘要：本文采用GPRS模块TR800和单片机W77E58，提出一种实现农情监测信息在GPRS网络上的无线传送系统。该系统使用方便，成本较低，可以稳定地传送数据，有利于大规模监测网络的建立。
关键词：精准农业；农情监测；GPRS；W77E58
The Research of GPRS Application in Agricultural Monitoring Systems
Abstract In this paper, the GPRS module TR800 and the MCU W77E58 are used to transport the datum of agricultural monitoring systems via the GPRS network of CMCC. The system is low cost and robust, very propitious to establish the large scale monitoring network.
Key words: precision agriculture; agricultural monitoring; GPRS, W77E58
1. 引言
精准农业近年来已成为国际上农业科学研究的热点领域。作为传统农业与现代信息技术紧密结合的产物，精准农业将把传统农业经验型的粗放管理模式转变为科学精确的数字管理模式。精准农业被看作是21世纪中国农业发展的新模式之一。它的实质是利用各种类型的传感器、遥感技术（RS）、地理信息系统（GIS）和全球卫星定位系统（GPS）等技术所构成的一个数据信息采集、处理和可用于实时实地操作的农业变量管理技术体系。
在精准农业的农情监测系统中，要对各种信息（如GPS地理位置信息、土壤信息等）进行传输。以往采用的做法如图1所示。一般把这些信息进行现场获取然后处理或者在采集点建立工作站，把所需要的信息通过internet传送到采集检测中心。这样的做法耗费的人力物力相对比较大，不利于大规模的监测网络的建立。
移动通信的迅速发展为解决这一问题提供了可能。应用中国移动的GPRS服务来传送数据，可方便地接入基于TCP/IP的 网络。省去了烦杂的布线工程，并使系统应用更加灵活。
 
图1 传统处理信息方法示意图
2. GPRS相关技术介绍
GPRS是GSM Phase 2+阶段引入的一种基于分组的数据业务，它能够实现从空中接口到外部网络之间的分组数据传输，可以接入基于TCP/IP的外部网络和X.25网络。无线接口资源可根据业务流量和运营者的选择在语音和数据业务之间共享。GPRS的核心网络采用IP技术，能向用户提供Internet所能提供的一切功能，对于Internet的其它组成部分来说，GPRS网络只是一个普通的子网。用户在拥有一个电话号码的同时将拥有一个固定的或动态分配的IP地址，可以方便的实现与现有internet数据网的无缝连接。 GPRS的设计使得它既能支持间歇的爆发式数据传输，又能支持偶尔的大量数据传输。用户的建立连接的时间更短，断线后，GPRS能在0.5~1秒之内恢复数据重新传输。综上所述，GPRS业务非常适合应用在农情监测系统中。
3. 系统硬件结构
系统由微控制器W77E58、GPRS模块电路、电源模块、时钟电路和RS232电平转化电路组成。系统结构如图2所示。
W77E58是增强型MCS-51系列单片机，它与标准的MCS-51系列单片机指令和基本功能均兼容，并且在标准MCS-51系列单片机基础上扩充了很多新的功能。如：通过SRF(特殊功能寄存器)的设置，完成一条单指令只需要4个时钟周期，而标准MCS-51系列则需要12个时钟周期；w77E58的工作时钟频率最大可达40MHz，因此加快了指令运行速度；片内有32K可多次擦除的ROM和1K RAM，使用户在使用时不用扩展程序存储器和数据存储器，这样可节省较多的IO接口线；双数据指针的使用更方便了用户；增加的中断源使用户更方便利用中断系统，节约了很多的扩展芯片，运算速度和可靠性都明显提高。整个芯片采用静态COMS设计，并且可以工作于较低的时钟频率下，能耗相对降低。芯片内部还有1个可编程看门狗、3个16位计数/时器、两个增强型双工串口。
微控制器通过串口0扩展232标准串口与GPS采集设备、PC机或含有232接口的传感器模块进行通讯。串口1直接与GPRS模块相连，完成对TR800的初始化以及与GPRS网络的协商。

 
图2 系统结构
TR800是新加坡IWOW公司生产的一款内嵌TCP/IP协议的GPRS模块。由于模块内嵌了TCP/IP协议，无需用户自行编写或移植TCP/IP协议栈。用户只需通过AT指令对模块进行操作，依次完成APN配置、设置服务器ip和端口、开启TCP或者UDP等操作，便能和服务器建立socket连接。
电源模块在系统中也很重要，因为GPRS模块在工作的时候突发耗电电流很大，需要稳压器件来给TR800提供足够的电能。相对来说，单片机对电源的要求不是很高。
4. 系统软件流程
系统软件流程如图3所示。上电启动后，首先初始化各项参数。最为重要的是对两个串口的初始化。分别设置好对应的波特率以及数据格式。然后开始检测串口0是否收到数据，如果收到数据再检测是否是预先所定义好的地理位置信息、土壤信息等数据格式。如果是，开始通过串口1启动GPRS连接。建立透明通道之后，把从串口0收到的数据通过串口1发送到GPRS模块，然后通过GPRS网络传送到所预定的目的IP地址上去。

















                             图3 软件流程图
如果持续不断从串口0接收到地理位置信息、土壤信息等数据，那么就不断执行转发程序，发送数据到GPRS网络。如果超过5分钟串口0还是没有数据的话，那么就执行断开程序，断开GPRS连接，让系统进入节电模式以降低能耗。在节电模式中，如果串口0又接收到数据，则重新对GPRS模块进行初始化，然后接入GPRS网络。
GPRS进行数据传送是软件设计中的关键。GPRS通过以下过程完成数据传输设置。
1．使用AT$APNSRV设置网络的接入点（APN）名称为CMNET；
2．通过AT$TCPSRV设置TCP服务器ip；
3．通过AT$TCPPORT设置服务器端口；
4．使用AT$CONNSTART打开连接；
5．使用AT$TCPOPEN建立TCP连接。
上述操作成功后，GPRS模块就可以透明的来传送数据了。所有的送到串口1的数据，将被打包成TCP格式，传送到服务器IP（监测中心）上去。
设计中要注意一个关键的问题是差错控制。在接入GPRS网络后正在传送数据的过程中，GPRS连接忽然断开或者其它外界原因引起GPRS传输出了问题，如果这个时候还持续向串口1送数据，那么数据将不被传送，就会出现丢失数据的现象。为了避免丢数据这种现象的发生，在传送数据的过程中，如果串口1收到数据，则进入中断处理程序。因为正在传送的过程中，监测中心不会发来数据，如果串口1收到数据，说明有异常现象发生。在串口1中断处理程序中，对数据进行检测，如果确实是GPRS连接出了问题，那么暂时把从串口0接收的数据存储起来，然后重新进行GPRS连接，等到网络连接完好之后再继续传送数据。
5. 结语
本文阐述了利用单片机W77E58对GPRS无线模块TR800进行控制，实现了对分布比较分散的农情监测点的所采集信息的无线传送。相对于以前的传送工具，本文所设计的系统具有体积小、结构简单、成本低廉的特点。经试验证明，该系统运行良好，传输数据稳定。

参考文献：
【1】 李里特。节水农业是我国农业发展的必由之路【J】。农业工程学报，1999，15（3）：11-14。
【2】 杨邦杰，裴志远，张松龄。基于3S技术的国家级农情监测系统【J】。农业工程学报，2001，17（1）：154－158。
【3】 何勇