基于GPRS的野生動物遠程監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

　　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)進行統(tǒng)計、分析，從而為野生動物的研究與保護提供重要的數(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進行遠程傳輸、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模塊進行供電，根據(jù)通信公司提供的SIM卡模塊自動進行選擇。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，單片機通過串口以AT指令形式與sim300模塊進行通信，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方式進行連接，通過服務(wù)器端的IP地址進行本地設(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或者其它功能擴展。系統(tǒng)中引入的兩路溫度信號比較對于保護珍稀野生動物、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，對保護野生動物資源具有重要的意義。