0 引 言

国内消费者对于农作物种植产品质量的要求越来越高，这导致产品质量正处于快速转变阶段，按照产品质量发展的需求，国家农业部推动农业种植产品从总量的扩张向高质量进行转变，并唱响绿色兴农，质量兴农。提高农业可持续发展，加快推进农作物种植产品信息化[1]建设。国家大力推进全国农业科技创新与体制改革的有机结合促进农业转型升级。并且随着全球高新技术的飞速发展和万物物联的信息化[2]建设，农业信息化技术等代表农业方面的前沿科技的发展深刻促进了农业生产领域和经济格局的变革，对农业产品的生长环境信息[3]进行实时检测和反馈评估，并将结果反向应用于农事管理。随着农业精细化的发展，用户对于影响农作物生长的环境因子有着越来越严格的要求，农业智慧农业墒情站可对农业中农作物等所需要的农业小气候因子进行采集、检测和分析，从而将这些数据服务于农业。

文中所研制的智慧农业墒情站系统主要是针对偏远农作物种植环境研制，其中安装有GSM无线通信模块，主要具备图像视频[4]监控和数据信息采集[5]两大功能，并且可以灵活地应用于偏远山区种植场所的信息采集分析，图像与视频监控为农作物的生长等提供了更加直观的展现方式。比如哪块地缺水了，如果只是从土壤温湿度传感器[6]传来的数据上进行分析，会显得这些数据过于单一，因为农产品生长的环境具有不均匀性，从而决定了农产品信息获取的先天性弊端，而这些弊端又很难单纯地通过技术进行解决。所以通过对农作物种植产品图像视频信息采集的引用，更加直观反映了农业种植产品生长生产的实时状态，引入图像及视频处理不仅可以直观反映农业种植产品的生长长势，而且可以从侧面反映出农业种植产品生长的整体状态及营养水平。最终从整体上为农产品生产者提供更加科学的种植决策理论依据[7]。

1 系统总体设计

智慧农业墒情站系统通过利用GSM网络，并通过外接图像传感器可对农田的农作物进行图像实时监测采集，并将采集到的图像视频信息通过GPRS回传到信息管理中心，农业种植人员可以通过回传的数据进行汇总分析，分析农田中农作物的生长环境，虫害情况，以便及时做出处理。同时农事操作人员也可以通过PC端进行管理设置从而定时获取环境图像，实时查看农业种植产品的生长情况。

首先通过控制单元控制图像视频传感器采集图像视频信息，并将其采集到的数据通过ZigBee和RS485/232模式上传到网关，在无线通信情况下，采用ZigBee模块将图像视频传感器采集到的数据信息发送到ZigBee节点上；在有线的情况下，采用双绞线传输方式将数据发送到RS485/232节点上。无线通信具有部署灵活，扩展方便等特点，有线版具有部署快捷，数据传输稳定性高等特点。接着将图像传感器采集到的数据通过3G/GPRS/Inernet网络传送到服务器，在使用的传输协议上，支持IPV4现网协议以及下一代互联网IPV6协议。农事操作人员负责对传送到服务器的数据进行读取，并把采集到的数据信息进行存储和处理，将结果反馈给农事操作人员，为其提供决策和分析依据，最后农事操作人员可以随时地通过手机APP版、PC版等终端进行查看。

系统总体框图如图1所示。

图1 系统总体框图

2 图像视频监控系统硬件设计

图像视频监控系统硬件设计主要包括两部分：图像传感器模块硬件设计和数据处理模块硬件设计。

2.1 图像传感器模块硬件设计

农业墒情站所采用的图像传感器是由OV(Omni Vision)公司生产的OV7670，它是一颗1/6寸的CMOS VGA图像传感器。该传感器体积小，工作电压低，提供单片VGA摄像头和影像处理器的所有功能，通过SCCB总线控制可以输出整帧、子采样、取窗口等方式的各种分辨率8位影像数据。

2.2 数据处理模块硬件设计

数据处理模块采用基于Cortex-M3[8]内核的STM32F103ZET6 MCU[9]，它的最高工作频率为72 MHz，SRAM可达64 KB，有5个串口、4个通用定时器、2个I2C、3个ADC、3个SPI、2个DMA控制器等资源。

数据处理模块作为图像视频信息采集的核心模块，实现了种植场所农作物生长长势及周围环境等图像信息的采集及传输。STM32F103ZET6芯片通过串口1[10]与GPRS模块进行连接，通过串口2与蓝牙模块进行连接，通过I2C接口与wifi模块进行连接，通过MAX485芯片[11]控制图像视频信息的采集与发送，最后直接通过相应电平引脚调节控制传感器数据的采集与发送。