基于移动互联网的智慧温室大棚监测系统设计.pdf

通 信 与 信 息 处 理 Communication and Information Processing 自 动 化 技 术 与 应 用 2020 年 第 39 卷 第 4 期 TechniquesofAutomationintelligentgreenhouse SSHframe 基 金 项 目 陕 西 省 科 技 计 划 项 目 编 号 2019 NY 174 咸 阳 市 科 学 技 术 研 究 计 划 项 目 编 号 2017K02 70 陕 西 工 业 职 业 技 术 学 院 科 研 项 目 编 号 ZK18 51 收稿日期 2018 12 21 1 引言 温 室 大 棚 是 在 一 定 封 闭 空 间 内 给 农 作 物 生 长 提 供 合 适 的 生 长 环 境 使 其 不 受 区 域 气 候 自 然 环 境 等 因 素 的 限 制 其 各 项 环 境 指 标 必 须 控 制 在 一 定 的 范 围 内 因 此 管 理 人 员 需 要 时 刻 关 注 各 项 环 境 监 测 指 标 是 否 正 常 传 统 的 人 工 现 场 监 测 由 于 耗 时 耗 力 监 测 实 时 效 果 差 难 以 满 足 现 代 农 业 生 产 的 需 求 智 慧 温 室 大 棚 监 测 系 统 在 传 统 农 业 温 室 大 棚 的 基 础 上 融 合 了 互 联 网 物 联 网 技 术 移 动 通 信 技 术 等 信 息 化 技 术 通 过 部 署 在 大 棚 内 的 各 类 传 感 器 实 时 采 集 土 壤 水 分 温 度 湿 度 光 照 二 氧 化 氮 等 环 境 指 标 信 息 1 实 现 无 线 采 集 无 线 传 输 远 程 存 储 异 地 监 控 等 功 能 为 温 室 大 棚 内 农 作 物 生 长 提 供 全 程 数 据 化 管控 提高了农业生产率 2 系统的设计 智 能 农 业 温 室 大 棚 环 境 监 控 系 统 主 要 分 三 部 分 温 棚 环 境 数 据 采 集 终 端 数 据 服 务 管 理 系 统 和 移 动 终 端 手 机 管 理 系 统 温 棚 环 境 数 据 采 集 终 端 主 要 通 过 温 棚 中 分 布 式 部 署 的 环 境 传 感 器 对 温 棚 内 的 温 度 湿 度 信 号 以 及 光 照 土 壤 温 度 土 壤 含 水 量 CO 2 浓 度 等 环 境 参 数 进 行 实 时 采 集 并 实 时 上 传 所 采 集 到 的 数 据 数 据 服 务 管 理 系 统 主 要 对 感 知 层 传 感 器 状 态 初 始 化 环 境 变 化 阀 值 设 定 和 提 交 数 据 存 储 移 动 终 端 手 机 管 理 系 统 主 要 功 能 是 用 户 通 过 手 机 APP 实 现 实 时 查 看 温 棚 现 场 环 境 数 据 并 通 过 手机远程实现自动或手动智能调整指定设备状态 2 1 温棚环境数据采集终端设计 数 据 采 集 终 端 所 要 完 成 的 任 务 是 对 温 室 大 棚 的 数 据 采 集 数 据 显 示 和 数 据 传 输 先 使 用 各 类 传 感 器 将 温 室 大 棚 中 的 温 度 湿 度 信 号 光 照 CO 2 浓 度 这 些 模 拟 量 转 换 为 单 片 机 可 以 处 理 的 数 字 量 2 然 后 通 过 控 制 器 通 过 WIFI 模 块 将 数 据 上 传 到 数 据 服 务 管 理 系 统 该 控 制 器 芯 片 为 德 州 仪 器 生 产 的 CC 3200 内 核 为 RAM Cor tex M 4 74 自 动 化 技 术 与 应 用 2020 年 第 39 卷 第 4 期 通 信 与 信 息 处 理 Communication and Information Processing TechniquesofAutomation Applications UART 转 WIFI 模 块 USR C 322 系 统 框 架 如 图 2 所 示 2 2 数据服务管理系统设计 基 于 B S 架 构 的 智 能 农 业 大 棚 的 数 据 服 务 中 心 管 理 系 统 软 件 运 行 于 监 控 中 心 的 服 务 器 采 用 SSH 框 架 开 发 3 既 降 低 了 开 发 成 本 又 保 证 了 系 统 的 可 扩 展 性 和 稳 定 性 数 据 服 务 中 心 管 理 系 统 主 要 包 含 数 据 备 份 模 块 实 时 数 据 检 测 模 块 历 史 数 据 查 询 模 块 设 备 安 全 预 警 模 块 和 系 统管理模块 各个模块的主要功能如图 3 所示 图3 数据服务中心端管理系统功能结构图 数 据 备 份 模 块 可 将 温 棚 环 境 数 据 采 集 终 端 提 交 的 数 据 进 行 数 据 备 份 实 时 数 据 监 测 模 块 可 以 查 询 各 监 测 点 的 温 度 湿 度 光 照 CO 2 等 数 据 信 息 并 将 各 项 数 据 以 图 表 的 方 式 可 视 化 历 史 数 据 查 询 模 块 可 以 查 看 不 同 测 点 在 某 时 间 段 内 所 采 集 的 环 境 数 据 与 统 计 信 息 支 持 Excel 数 据 的 导 入 导 出 方 便 各 项 数 据 的 管 理 设 备 安 全 报 警 模 块 主 要 是 根 据 系 统 分 别 针 对 不 同 环 境 因 子 设 置 相 应 的 警 戒 数 值 一 旦 各 监 测 点 提 交 数 据 发 生 异 常 或 数 据 超 过 警 戒 线 阈 值 4 将 生 成 报 警 记 录 系 统 管 理 模 块 主 要 对 系 统 进 行 配 置 和 管 理 其 中 包 括 用 户 权 限 管 理 数 据 信 息 维 护 管理即环境各项监控因子的初始值 阈值设置等 2 3 移动终端软件设计 移 动 终 端 软 件 采 用 基 于 android 平 台 开 发 移 动 终 端 通 过 移 动 互 联 网 链 接 到 数 据 服 务 中 心 采 用 HTTP 协 议 实 现 数 据 传 输 管 理 人 员 可 以 通 过 手 机 移 动 终 端 随 时 查 看 大 棚 内 各 项 环 境 信 息 并 设 计 消 息 推 送 功 能 当 环 境 监 测 数 据 超 出 预 设 值 时 由 中 心 数 据 服 务 端 向 手 机 发 送 报 警 信 息 推 送 同 时 管 理 人 员 可 以 通 过 APP 进 行 各 项 控 制设备的远程操控 其主要的功能架构如图 4 所示 图4 移动终端软件功能结构图 智 能 农 业 温 室 大 棚 移 动 终 端 手 机 管 理 系 统 是 基 于 Android 平 台 采 用 C S 架 构 开 发 的 移 动 端 APP 该 软 件 一 方 面 为 提 供 给 用 户 良 好 的 交 互 界 面 另 一 方 面 与 服 务 图1 系统设计框图 图2 温棚环境数据采集终端框图 75通 信 与 信 息 处 理 Communication and Information Processing 自 动 化 技 术 与 应 用 2020 年 第 39 卷 第 4 期 TechniquesofAutomation Applications 器 端 运 行 的 数 据 服 务 中 心 管 理 系 统 进 行 数 据 交 换 数 据 服 务 中 心 管 理 系 统 向 客 户 端 提 供 数 据 交 换 格 式 标 准 数 据 下 载 数 据 上 传 移 动 端 APP 通 过 无 限 局 域 网 WIFI 或 移 动 网 络 2 G 3G 4 G 实 现 与 数 据 服 务 中 心 管 理 系 统 数 据 通 信 5 基 于 C S 结 构 的 Android 客 户 端 架 构 如 图 5 所 示 图5 基于C S 结构的Android 客户端架构图 3 关键技术 1 数据采集要满足分布式需求 该 系 统 在 农 业 温 室 大 棚 不 同 区 域 分 布 式 部 署 温 度 湿 度 光 照 二 氧 化 碳 浓 度 等 传 感 器 来 精 确 测 量 环 境 参 数 数 据 实 时 刷 新 周 期 为 1 秒 传 感 器 采 集 节 点 的 位 置 和 数 量 需 要 具 有 科 学 性 合 理 性 和 整 体 性 要 求 传 感 器 采 集 结 点 布 置 的 位 置 要 有 区 域 合 理 性 合 理 布 置 节 点 数 量 采 集 的 数 据 记 录 有 整 体 性 采 集 的 数 据 信 息 有 代 表 性 能 反映大棚内整体环境参数 2 数据传输采用移动互联网无线传输方式 该 系 统 数 据 传 输 可 以 分 为 三 个 部 分 进 行 大 棚 内 传 感 器 节 点 采 集 的 环 境 信 息 通 过 ZigBee 无 线 传 输 到 数 据 采 集 终 端 上 位 机 数 据 采 集 终 端 与 数 据 服 务 中 心 可 以 采 用 TCP TP 数 据 传 输 协 议 数 据 服 务 中 心 与 移 动 终 端 可 以 采 用 TCP IP 或 者 4G 网 络 进 行 通 信 为 用 户 提 供 查 询 与 存 储 功 能 同 时 用 户 下 达 的 远 程 控 制 指 令 需 要 及 时 传 输 给 控 制 设 备 向 网 络 发 送 请 求 或 者 应 答 网 络 请 求 并 在 Android 终端 APP 上显示大棚的环境信息 3 实时数据存储的时效性及数据的完整性 该 系 统 需 要 具 有 较 高 的 可 靠 性 并 且 能 将 ZigBee 数 据采 集和 传输 的数 据通 过 TCP IP 传输 并及 时存 储 最后 通 过 浏 览 器 及 手 机 APP 转 换 为 可 视 化 图 表 方 便 用 户 查 看 所 对 系 统 数 据 采 集 的 时 钟 周 期 与 数 据 传 输 过 程 中 的 实 效 有 较 高 的 要 求 考 虑 到 本 系 统 采 集 的 环 境 数 据 信 息 数 量 大 采 集 频 率 高 会 在 客 户 端 积 累 大 量 的 数 据 因 此 通 过 数 据 服 务 中 心 管 理 系 统 可 以 有 效 的 对 数 据 进 行 有 效 的 管 理 与 存 储 保 证 存 储 数 据 的 安 全 性 和 时 效 性 考 虑 到 移 动 终 端 数 据 的 可 视 化 及 监 控 操 作 请 求 服 务 所 以 本 系 统 的 Android 终 端 使 用 SQLite 数 据 库 来 存 储 这 些 数 据 4 结束语 移 动 互 联 网 技 术 应 用 在 农 业 生 产 可 以 有 效 推 进 农 业 信 息 化 水 平 的 提 升 6 基 于 移 动 互 联 网 的 温 室 大 棚 监 控 系 统 可 以 实 现 对 温 室 环 境 的 精 细 化 全 程 化 管 理 有 效 实 现 了 温 室 大 棚 对 光 照 CO 2 湿 度 温 度 等 植 物 生 长 环 境 的 监 测 与 控 制 同 时 系 统 采 用 了 Android 开 发 中 主 流 的 技 术 力 求 做 到 用 户 界 面 友 好 功 能 实 用 数 据 传 输 及 时 等 特 点 切 实 为 温 室 大 棚 种 植 精 细 化 管 控 提 供 典 型 的 解 决 方 案 参考文献 1 张 晨 施 佺 付 康 为 沈 乐 威 郑 亚 平 支 持 多 平 台 应 用 的 智 慧 农 业 温 室 大 棚 监 控 系 统 设 计 J 江 苏 农 业 科 学 2018 12 197 201 2 任 硕 果 基 于 移 动 互 联 网 的 农 业 大 棚 环 境 监 测 系 统 设 计 与开发 J 信息与电脑 2017 2 149 150 3 宋 承 继 陈 小 健 王 津 基 于 移 动 互 联 网 在 线 学 习 系 统 的 设计与实现 J 自动化技术与应用 2017 5 33 36 4 杨 飞 谢 涛 伍 英 苏 维 均 基 于 WIFI 的 农 业 物 联 网 温 室 大 棚 环 境 监 测 系 统 的 设 计 J 计 算 机 测 量 与 控 制 2017 25 2 50 53 5 齐 建 玲 田 国 强 苏 行 基 于 嵌 入 式 技 术 的 无 线 智 能 温 室 测控系统设计 J 北华航天工业学院学报 2016 26 2 1 3 6 张 晓 培 梁 文 海 基 于 移 动 端 的 温 室 环 境 监 控 系 统 设 计 J 农机化研究 2018 6 215 219 作 者 简 介 宋 承 继 1980 男 硕 士 讲 师 研 究 方 向 计 算 机 应 用 技术 软件工程理论 76