基于GPRS的野生動物遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[圖]

相關(guān)專題: 無線 芯片

野生動物的生存與發(fā)展維系著整個生態(tài)系統(tǒng)的平衡與穩(wěn)定,與人類的生存息息相關(guān)。野生動物監(jiān)測的目的是實時收集野生動物相關(guān)數(shù)據(jù),利用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計、分析,從而為野生動物的研究與保護(hù)提供重要的數(shù)據(jù)支持與決策信息。

然而,目前野生動物監(jiān)測存在人與動物交叉感染、實時動態(tài)多參數(shù)監(jiān)測困難等問題。大部分的人類傳染病都源自于動物(例如SARS、AID S),許多野生動物的疫病具有傳染性,能夠通過各種媒介互相傳染,特別是研究人員在近距離研究野生動物時很容易被感染。野生動物的棲息、活動場所廣闊且通常分布在深山密林之中,生存條件惡劣,監(jiān)測人員難以實現(xiàn)動物的實時監(jiān)測。為此,筆者從實際應(yīng)用出發(fā),以GPRS模塊為核心,設(shè)計一種無線遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng),用以檢測野生動物的體溫、運動量和環(huán)境溫度,采集導(dǎo)數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)處理模塊處理后,通過GPRS接入Internet進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸、控制和管理。實驗表明:GPRS數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)在野生動物環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中完全適用。

1 總體設(shè)計方案

將該前端信號采集系統(tǒng)安裝在動物身上,通過傳感器群采集所需信息并傳入微處理器,微處理器對各種信息整合打包之后定時發(fā)送給GPRS模塊,啟動GPRS模塊接入Internet最終將信息送入網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測中心。采用模塊化設(shè)計思想,其整體結(jié)構(gòu)主要包括前端信號采集調(diào)理模塊、進(jìn)行數(shù)據(jù)分析管理的控制處理模塊、低電量報警模塊以及進(jìn)行無線傳輸?shù)腉PRS模塊。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

傳感器群中包含了兩個溫度傳感器、加速度傳感器等,溫度傳感器用于測量動物的體溫及外界環(huán)境溫度,當(dāng)體溫值與外界環(huán)境溫度值接近時可以初步認(rèn)定動物死亡,對于防止偷獵能起到一定的作用。

2 監(jiān)測終端硬件設(shè)計

2.1 電源模塊

采用12C5A60S2單片機(jī)和SIM300無線通信模塊構(gòu)成數(shù)據(jù)采集終端。外部輸入電壓為9 V,由于傳感器及單片機(jī)工作電壓為5 V,而SIM300模塊工作電壓為4.2 V,因此本系統(tǒng)需提供5 V及4.2 V電壓。5 V電源可由7805芯片實現(xiàn);而對于SIM300模塊采用4.2 V供電,工作時要求電源最高輸出電流必須達(dá)到2 A,因此采用MIC29302芯片,電路圖分別如圖2,圖3所示。

2.2 無線傳輸模塊

GPRS無線通信模塊采用Simcom公司的SIM300GSM/GPRS雙頻模塊。主要為語音傳輸、短消息和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供無線接口。適合于開發(fā)一些GSM/GPRS的無線應(yīng)用產(chǎn)品。同時,SIM300模塊中集成了TCP/IP協(xié)議棧,并為用戶提供了擴(kuò)展的TCP/IP AT命令,使用戶可以輕松地使用TCP/IP協(xié)議,實現(xiàn)GPRS網(wǎng)絡(luò)與Internet網(wǎng)絡(luò)的順利接入。

1)通信電路設(shè)計

SIM300提供兩個標(biāo)準(zhǔn)的RS232串行接口,用戶可以通過串行口使用AT命令完成對模塊的操作。串口一共有7個引腳,包括:數(shù)據(jù)引腳TXD和RXD,狀態(tài)引腳RTS和CTS以及控制引腳DTR,DCD,RING。串口一可用于數(shù)據(jù)交換服務(wù),發(fā)送傳真、GPRS服務(wù)和發(fā)送AT指令。串口二只包括兩個

引腳TXD和RXD,使用串口二之前一定要通過AT指令“AT+UART”啟用。串口一和串口二不能同時使用?紤]到需要通過模塊上網(wǎng),所以使用全部的串口信號引腳,當(dāng)模塊與主控模塊通信時需要電平轉(zhuǎn)換,啟動SIM300模塊只需將IGT管腳拉低即可,其連接電路如圖4所示。

2)SIM卡電路設(shè)計

SIM卡與SIN300模塊通過板對板連接器進(jìn)行連接。目前,有6針和8針兩種連接,該方案中采用的是6針連接器。其主要包括SIM卡的電源線、數(shù)據(jù)線、SIM卡時鐘、復(fù)位線和狀態(tài)線,SIM卡的供電電壓由SIM300模塊進(jìn)行供電,根據(jù)通信公司提供的SIM卡模塊自動進(jìn)行選擇。設(shè)計中,SIM卡上的RST、I/O、CLK、VCC和GND分別連接到SIM300的相應(yīng)引腳,VPP懸空,其連接電路圖如圖5所示。

2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

在以上硬件上進(jìn)行軟件編寫,采用C語言編程。主要包括初始化部分,傳感器數(shù)據(jù)采集部分,對收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行糾錯、壓縮處理部分以及數(shù)據(jù)發(fā)送部分。在發(fā)送部分,單片機(jī)通過串口以AT指令形式與sim300模塊進(jìn)行通信,系統(tǒng)采用TCP點對點連接方式?傮w程序流程圖如圖6所示。

系統(tǒng)采用使用GPRS傳輸數(shù)據(jù)采用TCP方式進(jìn)行連接,通過服務(wù)器端的IP地址進(jìn)行本地設(shè)置,發(fā)起連接。初始化過程中優(yōu)先啟動兩路溫度傳感器,測量動物體溫及環(huán)境溫度,防止監(jiān)測終端發(fā)熱影響溫度測量的準(zhǔn)確值。系統(tǒng)在處理數(shù)據(jù)過程中將處理器接收到的體溫數(shù)據(jù)與上一次得到體溫數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,若數(shù)據(jù)相差絕對值超過0.2攝氏度則舍棄前一次數(shù)據(jù)以期對溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單糾錯,保證數(shù)據(jù)的精確。

3 實驗結(jié)果與分析

使用本系統(tǒng)中用于體溫測量的溫度傳感器對室溫進(jìn)行測量,測量結(jié)果如圖7所示。

由圖7可以看出由于在初始測溫時傳感器溫度急劇上升,變化量過快而導(dǎo)致溫度結(jié)果不顯示,隨著時間推移所測溫逐漸趨于穩(wěn)定,與實際溫度基本相符。對于長時間工作能有效防止測量誤差,測量溫度穩(wěn)定。

4 結(jié)束語

本系統(tǒng)主要是針對野生動在野外生存的參數(shù)進(jìn)行采集,由傳感器采集數(shù)據(jù)發(fā)送至微處理器,再通過SIM300無線通信模塊和Intemet相連,進(jìn)行數(shù)據(jù)的無線傳輸,實現(xiàn)野生動物的生理參數(shù)的實時監(jiān)測,同時,該系統(tǒng)預(yù)留了端口,可用于后期GPS或者其它功能擴(kuò)展。系統(tǒng)中引入的兩路溫度信號比較對于保護(hù)珍稀野生動物、防止偷獵也能起到一定預(yù)警作用。采用GPRS無線通信,實時穩(wěn)定的遠(yuǎn)程監(jiān)測野生動物的運動量、體溫以及外界環(huán)境溫度,為對野生動物的研究、監(jiān)測節(jié)省了大量的人力、物力,對保護(hù)野生動物資源具有重要的意義。

作者:趙志強 鄧璦 葛朝中 陳麗 來源:電子設(shè)計工程

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