摘要：以高性能的S3CA4BOX芯片為處理器核心，結合嵌入式實時操作系統μC／OS-Ⅱ，設計并實現了實時性強、結構優化的農田信息采集系統；構建了嵌入式系統軟硬件平臺，詳細闡述了應用軟件的任務設計、優先級安排和各任務之間的關聯性，經過理論和實驗證明，該農田信息采集系統性能優良，可靠性高。
關鍵詞：μC／OS-Ⅱ；農田信息采集；系統結構；任務

0 引言
精細農業的核心問題可敘述為信息獲取、農田信息管理和分析、決策分析、決策的農田實施四大部分。其中農田基礎信息(土壤養分、濕度、理化性狀、苗情、病蟲草害)的獲取和處理是精細農業技術的起點。如果這個問題解決不好就很難真正地實施精準農業。農田信息主要包括地理環境、土壤環境、小氣候、水環境、與作物生長狀況相關的信息以及管理信息等，具有量大、多維(信息多種多樣)、動態、不確定(系統的噪聲或隨機噪聲)、不完整、時空變異性強等特點。在精細農業研究中，目前優先需要考慮的是土壤水分、土壤養分、土壤壓實、耕作層深度和作物病蟲草害及作物苗情分布信息等，要求能夠定位、快速、精確、連續地測量。傳統的實驗室分析方法已很難滿足這一要求，為此，需要開發適用于精細農業的農田信息快速采集技術。本設計以S3CA4B0X為主體，構建農田信息采集系統的硬件平臺，并在S3CA4B0X內部嵌入μC／OS-Ⅱ實時操作系統，可大大提高系統的穩定性和實時響應能力，增強系統的可靠性、可擴展性、可移植性。

1 μC／OS-Ⅱ簡介
嵌入式實時操作系統μC／OS-Ⅱ的全名是Micro-Controller Operating System Version2，是基于優先級的搶占式實時多任務操作系統，包含了實時內核、任務管理、時間管理、任務間通信同步(信號量，郵箱，消息隊列)和內存管理等功能。
μC／OS-Ⅱ采用微內核設計，使用C語言編寫，追求編程的靈活性，可配置、可裁剪、可擴充、可移植。μC／OS-Ⅱ是基于優先級的可剝奪型實時多任務內核，優先級算法采用查表法，切換速度快。μC／OS-Ⅱ可以處理和調度多達64個任務，目前有8個留給系統使用，應用程序可使用多達56個任務。

2 硬件系統設計
2．1 農田信息采集系統結構
系統主要由通訊模塊、農田數據采集模塊、數據處理及存儲模塊幾部分組成。主要完成以下幾個方面功能：
(1)在農田信息采樣時，通訊模塊接收全球定位系統GPS經緯度位置信息，數據采集模塊完成田間土壤參數信息的采集，系統的多個模擬信號輸入通道與田間土壤水分、溫度、養分等傳感器探針相連，測量田間土壤的水分、養分、溫度等參數值，然后與上位計算機相連，進行處理。
(2)在工作室進行農田數據處理時，通訊模塊將采集的農田數據傳給計算機，計算機上的軟件進行一系列處理，最終生成田間土壤水分分布圖、養分分布圖和溫度變化圖等并保存。
(3)農田信息采集系統擴展CAN總線數據收發接口后，可與農機機械的(拖拉機、收割機等)CAN控制總線相連接，幫助駕駛員駕駛農業機械在田間實施農業操作。在需要進行自動變量施肥、變量噴灑農藥等農業作業中，要求農機機械在特定的農田中采取特定的行進速度，以達到噴撒物的劑量與農田作業的要求相適應。并依據農業信息采集系統和專家系統提供的農機機械作業路線，使駕駛員操作農機機械按照電子地圖上設計的行走路線行走，從而完成播種、施肥、滅蟲、灌溉、收割等工作，包括完成耕地深度、施肥量、灌溉量的控制任務等。
2．2 農田信息采集系統的硬件方案
本系統以嵌入式微處理器ARM S3C44B0X芯片為核心，包括傳感器信息采集電路、串口通訊電路、GPS通訊電路、擴展的CAN總線、數據存儲電路、液晶屏顯示電路、鍵盤接口電路以及功能鍵盤等構成。系統結構如圖1所示。