野生動(dòng)物的生存與發(fā)展維系著整個(gè)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(dòng)物監(jiān)測(cè)的目的是實(shí)時(shí)收集野生動(dòng)物相關(guān)數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析，從而為野生動(dòng)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(dòng)物監(jiān)測(cè)存在人與動(dòng)物交叉感染、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)多參數(shù)監(jiān)測(cè)困難等問題。大部分的人類傳染病都源自于動(dòng)物(例如SARS、AID S)，許多野生動(dòng)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(dòng)物時(shí)很容易被感染。野生動(dòng)物的棲息、活動(dòng)場(chǎng)所廣闊且通常分布在深山密林之中，生存條件惡劣，監(jiān)測(cè)人員難以實(shí)現(xiàn)動(dòng)物的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。為此，筆者從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，以GPRS模塊為核心，設(shè)計(jì)一種無線遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，用以檢測(cè)野生動(dòng)物的體溫、運(yùn)動(dòng)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(shí)驗(yàn)表明：GPRS數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)在野生動(dòng)物環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中完全適用。
1 總體設(shè)計(jì)方案
將該前端信號(hào)采集系統(tǒng)安裝在動(dòng)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(duì)各種信息整合打包之后定時(shí)發(fā)送給GPRS模塊，啟動(dòng)GPRS模塊接入Internet最終將信息送入網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)中心。采用模塊化設(shè)計(jì)思想，其整體結(jié)構(gòu)主要包括前端信號(hào)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(bào)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(gè)溫度傳感器、加速度傳感器等，溫度傳感器用于測(cè)量動(dòng)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(shí)可以初步認(rèn)定動(dòng)物死亡，對(duì)于防止偷獵能起到一定的作用。
2 監(jiān)測(cè)終端硬件設(shè)計(jì)
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(shí)現(xiàn)；而對(duì)于SIM300模塊采用4．2 V供電，工作時(shí)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(shí)，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(shí)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(jì)
SIM300提供兩個(gè)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(duì)模塊的操作。串口一共有7個(gè)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(gè)
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(shí)使用。考慮到需要通過模塊上網(wǎng)，所以使用全部的串口信號(hào)引腳，當(dāng)模塊與主控模塊通信時(shí)需要電平轉(zhuǎn)換，啟動(dòng)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(jì)
SIM卡與SIN300模塊通過板對(duì)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(shí)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(dòng)進(jìn)行選擇。設(shè)計(jì)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(jì)
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(duì)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行糾錯(cuò)、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(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接方式。總體程序流程圖如圖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(dòng)兩路溫度傳感器，測(cè)量動(dòng)物體溫及環(huán)境溫度，防止監(jiān)測(cè)終端發(fā)熱影響溫度測(cè)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?cái)?shù)據(jù)與上一次得到體溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行比較，若數(shù)據(jù)相差絕對(duì)值超過0．2攝氏度則舍棄前一次數(shù)據(jù)以期對(duì)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單糾錯(cuò)，保證數(shù)據(jù)的精確。
3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
使用本系統(tǒng)中用于體溫測(cè)量的溫度傳感器對(duì)室溫進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果如圖7所示。
由圖7可以看出由于在初始測(cè)溫時(shí)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(shí)間推移所測(cè)溫逐漸趨于穩(wěn)定，與實(shí)際溫度基本相符。對(duì)于長時(shí)間工作能有效防止測(cè)量誤差，測(cè)量溫度穩(wěn)定。
4 結(jié)束語
本系統(tǒng)主要是針對(duì)野生動(dòng)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(shí)現(xiàn)野生動(dòng)物的生理參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)，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(hào)比較對(duì)于保護(hù)珍稀野生動(dòng)物、防止偷獵也能起到一定預(yù)警作用。采用GPRS無線通信，實(shí)時(shí)穩(wěn)定的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)野生動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)量、體溫以及外界環(huán)境溫度，為對(duì)野生動(dòng)物的研究、監(jiān)測(cè)節(jié)省了大量的人力、物力，對(duì)保護(hù)野生動(dòng)物資源具有重要的意義。
