我国是一个农业大国，而农业又是气候变化最敏感的领域之一，气象条件对农业生产过程有着重要影响，并且随着农业产业结构的调整，农业尤其是特色农业对气象服务质量的要求越来越高。近年来，农田气象信息获取的方法和手段不断提高和丰富。但从总体上看，还存在一些有待解决的问题，如农田信息采集过程手段还相对落后、效率不高，针对性不强;传输方式受布线难、成本高、传输距离有限、入网许可等限制; 存在由于农田分布散、设备多、管理困难等不足。
针对以上问题，设计了一种利用超低功耗的单片机CM3160 作为主控芯片、融合GPRS 通信方式，具有较低成本的远程农田气象信息监测系统。该系统主要由采集终端、GPRS 通信模块及客户端( 上位机) 等3 部分组成，通过GPRS 无线网络实现对农田气象信息的远程监测。
1 系统总体结构与设计监测系统总体设计如图1 所示。系统由数据采集终端、GPRS 无线通信模块和客户端3 部分组成。采集终端通过传感器采集各项气象数据，经过CM3160 进行数据的初步处理后，利用GPRS 无线网络进行实时的数据传输，将采集到的数据发送给客户端。客户端软件采用VB 语言编写，通过与MicrosoftAccess 2003 数据库的连接，实现实时气象数据的存储与管理。
2 系统硬件设计2.1 采集终端的设计数据信息采集终端以GPRS DTU 系列超低功耗、高性能的16 位微处理器CM3160 作为主控芯片，通过对翻斗式雨量传感器JDZ02 － 、温湿度传感器SHT11、光照强度传感器BH1750、实时时钟芯片PCF8563 的操作获取各个监测点的数据信息( 降雨量、温湿度、光照辐射强度、实时时间) ，并按照一定的格式组合整理后经由RS － 232 接口传输到无线通信模块。其硬件结构框图如图2 所示。其中，SHT11、BH1750、PCF8563 均为带有I2 C 总线接口的器件，功耗低可靠性高，满足灌区环境需求和系统应用。
1) 温湿度传感器。SHT11 是带有I2C 总线的数字式温湿度传感器，具有免调试、免标定、测量分辨率可编程调节、CRC 传输校验、超小封装尺寸等特点; 测量精度高，是各种温湿度监测应用中的一种优选器件。2) 光强度传感器。BH1750 是一种两线式串行总线I2C 接口的数字型光强度传感器集成电路。它可以根据收集的光线强度数据来进行环境监测，可支持较大范围的光照强度变化，直接数字输出，省去复杂的数学运算，使用方便简单。 3) 雨量传感器。本系统中选用JDZ02 － 1 型翻斗式雨量传感器，用以测量自然界降雨量，同时将降雨量转换为以开关量形式表示的数字信息量输出，以满足信息传输、处理、记录和显示等的需要。其每一次的开关量信号降雨量为0． 2mm，测量范围小于4mm/min。系统选用微处理器CM3160 的P6． 5 口作为降雨量传感器的信号输入端。4) 时钟芯片。PCF8563 是一款工业级内含I2C 总线接口功能的具有极低功耗的多功能时钟/ 日历芯片［8］。按I2C 总线协议规约，I2C 总线由数据线SDA 和时钟线SCL 构成的串行总线，可发送和接收数据。 2.2 无线通信模块为实现现场和客户端的通讯，系统选用北京天同的WG － 8010 GPRS － DTU 无线通讯模块，该模块内置工业级GPRS 模块，提供RS232 /485 数据接口和标准的SIM 卡接口，可以很方便地与各采集终端连接，仅需一次性完成初始化配置，就可以与数据中心通过GPRS 无线网络建立连接，实现数据的完全透明传输。同时，提供了无线串口软件与GPRS DTU 配合使用，可以帮助用户建立远端串口设备和用户计算机之间的无线通信信道，用户仅需在计算机中安装无线串口软件，即可使用原来基于串口通讯的应用程序来处理远端串口设备的数据，而无需劳心费神于公网IP 地址或者是网络端口映射、动态域名映射等具体问题［10］。 3 系统软件设计3.1 采集终端系统软件设计农田气象数据采集终端按程序中预先设置的采集周期，对各传感器采集的温度和湿度以及雨量开关信号等数字信号进行采集。具体工作流程如图3 所示。
3.1.1 温湿度程序设计本文通过程序编写来模拟I2 C 总线的通讯协议，实现与CM3160 的数据传输。设计中温湿度的精度选用SHT11 的默认精度分别为14 位( 温度) 和12位( 湿度) 。SHT11 程序流程图，如图4 所示。
3.1.2 光照传感器程序设计CM3160 单片机与BH1750 之间的通信使用标准的I2C 协议，主控器通过内部包含的I2 C 通信接口与BH1750 的I2 C 接口相连，容易实现编程和控制。其程序流程图，如图5 所示。
3.1.3 雨量传感器程序设计选用的雨量传感器为开关量输出信号，因此程序中采用中断的方式来实现对开关量的采集。雨量传感器每输出一次信号，系统就会相应的发生一次中断，对应着程序中表示雨量的整型变量Ｒain 就会自动加1，从而采集雨量传感器输出信号的次数，最后通过相应公式转换为降雨量。系统硬件对应P6.7 口对开关量进行采集，程序流程如图6 所示。
3.1.4 实时时钟程序设计设计中，选用P1． 6 引脚作为器件的中断输出，P3． 1 和P3． 3 作为I2 C 数据通信的数据线和时钟线，显示方式选择为24 小时制，具体的程序设计如图7 所示。
4 结论从农田气象服务的实际需求出发，设计并实现了一种基于GPRS 无线网络的远程在线农田气象信息监测系统。通过该系统，用户就可以在监测中心对各站点进行远程监测。系统结构模型合理，软硬件设计可行，具有灵活的扩充性，并且稳定可靠，成本较低。实验表明，系统性能可以满足农田气象信息远程监测的实际需要。