通 信 與 信 息 處 理 Communication and Information Processing 自 動 化 技 術(shù) 與 應(yīng) 用 2020 年 第 39 卷 第 4 期 TechniquesofAutomationintelligentgreenhouse SSHframe 基 金 項 目 陜 西 省 科 技 計 劃 項 目 編 號 2019 NY 174 咸 陽 市 科 學 技 術(shù) 研 究 計 劃 項 目 編 號 2017K02 70 陜 西 工 業(yè) 職 業(yè) 技 術(shù) 學 院 科 研 項 目 編 號 ZK18 51 收稿日期 2018 12 21 1 引言 溫 室 大 棚 是 在 一 定 封 閉 空 間 內(nèi) 給 農(nóng) 作 物 生 長 提 供 合 適 的 生 長 環(huán) 境 使 其 不 受 區(qū) 域 氣 候 自 然 環(huán) 境 等 因 素 的 限 制 其 各 項 環(huán) 境 指 標 必 須 控 制 在 一 定 的 范 圍 內(nèi) 因 此 管 理 人 員 需 要 時 刻 關(guān) 注 各 項 環(huán) 境 監(jiān) 測 指 標 是 否 正 常 傳 統(tǒng) 的 人 工 現(xiàn) 場 監(jiān) 測 由 于 耗 時 耗 力 監(jiān) 測 實 時 效 果 差 難 以 滿 足 現(xiàn) 代 農(nóng) 業(yè) 生 產(chǎn) 的 需 求 智 慧 溫 室 大 棚 監(jiān) 測 系 統(tǒng) 在 傳 統(tǒng) 農(nóng) 業(yè) 溫 室 大 棚 的 基 礎(chǔ) 上 融 合 了 互 聯(lián) 網(wǎng) 物 聯(lián) 網(wǎng) 技 術(shù) 移 動 通 信 技 術(shù) 等 信 息 化 技 術(shù) 通 過 部 署 在 大 棚 內(nèi) 的 各 類 傳 感 器 實 時 采 集 土 壤 水 分 溫 度 濕 度 光 照 二 氧 化 氮 等 環(huán) 境 指 標 信 息 1 實 現(xiàn) 無 線 采 集 無 線 傳 輸 遠 程 存 儲 異 地 監(jiān) 控 等 功 能 為 溫 室 大 棚 內(nèi) 農(nóng) 作 物 生 長 提 供 全 程 數(shù) 據(jù) 化 管控 提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率 2 系統(tǒng)的設(shè)計 智 能 農(nóng) 業(yè) 溫 室 大 棚 環(huán) 境 監(jiān) 控 系 統(tǒng) 主 要 分 三 部 分 溫 棚 環(huán) 境 數(shù) 據(jù) 采 集 終 端 數(shù) 據(jù) 服 務(wù) 管 理 系 統(tǒng) 和 移 動 終 端 手 機 管 理 系 統(tǒng) 溫 棚 環(huán) 境 數(shù) 據(jù) 采 集 終 端 主 要 通 過 溫 棚 中 分 布 式 部 署 的 環(huán) 境 傳 感 器 對 溫 棚 內(nèi) 的 溫 度 濕 度 信 號 以 及 光 照 土 壤 溫 度 土 壤 含 水 量 CO 2 濃 度 等 環(huán) 境 參 數(shù) 進 行 實 時 采 集 并 實 時 上 傳 所 采 集 到 的 數(shù) 據(jù) 數(shù) 據(jù) 服 務(wù) 管 理 系 統(tǒng) 主 要 對 感 知 層 傳 感 器 狀 態(tài) 初 始 化 環(huán) 境 變 化 閥 值 設(shè) 定 和 提 交 數(shù) 據(jù) 存 儲 移 動 終 端 手 機 管 理 系 統(tǒng) 主 要 功 能 是 用 戶 通 過 手 機 APP 實 現(xiàn) 實 時 查 看 溫 棚 現(xiàn) 場 環(huán) 境 數(shù) 據(jù) 并 通 過 手機遠程實現(xiàn)自動或手動智能調(diào)整指定設(shè)備狀態(tài) 2 1 溫棚環(huán)境數(shù)據(jù)采集終端設(shè)計 數(shù) 據(jù) 采 集 終 端 所 要 完 成 的 任 務(wù) 是 對 溫 室 大 棚 的 數(shù) 據(jù) 采 集 數(shù) 據(jù) 顯 示 和 數(shù) 據(jù) 傳 輸 先 使 用 各 類 傳 感 器 將 溫 室 大 棚 中 的 溫 度 濕 度 信 號 光 照 CO 2 濃 度 這 些 模 擬 量 轉(zhuǎn) 換 為 單 片 機 可 以 處 理 的 數(shù) 字 量 2 然 后 通 過 控 制 器 通 過 WIFI 模 塊 將 數(shù) 據(jù) 上 傳 到 數(shù) 據(jù) 服 務(wù) 管 理 系 統(tǒng) 該 控 制 器 芯 片 為 德 州 儀 器 生 產(chǎn) 的 CC 3200 內(nèi) 核 為 RAM Cor tex M 4 74 自 動 化 技 術(shù) 與 應(yīng) 用 2020 年 第 39 卷 第 4 期 通 信 與 信 息 處 理 Communication and Information Processing TechniquesofAutomation Applications UART 轉(zhuǎn) WIFI 模 塊 USR C 322 系 統(tǒng) 框 架 如 圖 2 所 示 2 2 數(shù)據(jù)服務(wù)管理系統(tǒng)設(shè)計 基 于 B S 架 構(gòu) 的 智 能 農(nóng) 業(yè) 大 棚 的 數(shù) 據(jù) 服 務(wù) 中 心 管 理 系 統(tǒng) 軟 件 運 行 于 監(jiān) 控 中 心 的 服 務(wù) 器 采 用 SSH 框 架 開 發(fā) 3 既 降 低 了 開 發(fā) 成 本 又 保 證 了 系 統(tǒng) 的 可 擴 展 性 和 穩(wěn) 定 性 數(shù) 據(jù) 服 務(wù) 中 心 管 理 系 統(tǒng) 主 要 包 含 數(shù) 據(jù) 備 份 模 塊 實 時 數(shù) 據(jù) 檢 測 模 塊 歷 史 數(shù) 據(jù) 查 詢 模 塊 設(shè) 備 安 全 預(yù) 警 模 塊 和 系 統(tǒng)管理模塊 各個模塊的主要功能如圖 3 所示 圖3 數(shù)據(jù)服務(wù)中心端管理系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖 數(shù) 據(jù) 備 份 模 塊 可 將 溫 棚 環(huán) 境 數(shù) 據(jù) 采 集 終 端 提 交 的 數(shù) 據(jù) 進 行 數(shù) 據(jù) 備 份 實 時 數(shù) 據(jù) 監(jiān) 測 模 塊 可 以 查 詢 各 監(jiān) 測 點 的 溫 度 濕 度 光 照 CO 2 等 數(shù) 據(jù) 信 息 并 將 各 項 數(shù) 據(jù) 以 圖 表 的 方 式 可 視 化 歷 史 數(shù) 據(jù) 查 詢 模 塊 可 以 查 看 不 同 測 點 在 某 時 間 段 內(nèi) 所 采 集 的 環(huán) 境 數(shù) 據(jù) 與 統(tǒng) 計 信 息 支 持 Excel 數(shù) 據(jù) 的 導 入 導 出 方 便 各 項 數(shù) 據(jù) 的 管 理 設(shè) 備 安 全 報 警 模 塊 主 要 是 根 據(jù) 系 統(tǒng) 分 別 針 對 不 同 環(huán) 境 因 子 設(shè) 置 相 應(yīng) 的 警 戒 數(shù) 值 一 旦 各 監(jiān) 測 點 提 交 數(shù) 據(jù) 發(fā) 生 異 常 或 數(shù) 據(jù) 超 過 警 戒 線 閾 值 4 將 生 成 報 警 記 錄 系 統(tǒng) 管 理 模 塊 主 要 對 系 統(tǒng) 進 行 配 置 和 管 理 其 中 包 括 用 戶 權(quán) 限 管 理 數(shù) 據(jù) 信 息 維 護 管理即環(huán)境各項監(jiān)控因子的初始值 閾值設(shè)置等 2 3 移動終端軟件設(shè)計 移 動 終 端 軟 件 采 用 基 于 android 平 臺 開 發(fā) 移 動 終 端 通 過 移 動 互 聯(lián) 網(wǎng) 鏈 接 到 數(shù) 據(jù) 服 務(wù) 中 心 采 用 HTTP 協(xié) 議 實 現(xiàn) 數(shù) 據(jù) 傳 輸 管 理 人 員 可 以 通 過 手 機 移 動 終 端 隨 時 查 看 大 棚 內(nèi) 各 項 環(huán) 境 信 息 并 設(shè) 計 消 息 推 送 功 能 當 環(huán) 境 監(jiān) 測 數(shù) 據(jù) 超 出 預(yù) 設(shè) 值 時 由 中 心 數(shù) 據(jù) 服 務(wù) 端 向 手 機 發(fā) 送 報 警 信 息 推 送 同 時 管 理 人 員 可 以 通 過 APP 進 行 各 項 控 制設(shè)備的遠程操控 其主要的功能架構(gòu)如圖 4 所示 圖4 移動終端軟件功能結(jié)構(gòu)圖 智 能 農(nóng) 業(yè) 溫 室 大 棚 移 動 終 端 手 機 管 理 系 統(tǒng) 是 基 于 Android 平 臺 采 用 C S 架 構(gòu) 開 發(fā) 的 移 動 端 APP 該 軟 件 一 方 面 為 提 供 給 用 戶 良 好 的 交 互 界 面 另 一 方 面 與 服 務(wù) 圖1 系統(tǒng)設(shè)計框圖 圖2 溫棚環(huán)境數(shù)據(jù)采集終端框圖 75通 信 與 信 息 處 理 Communication and Information Processing 自 動 化 技 術(shù) 與 應(yīng) 用 2020 年 第 39 卷 第 4 期 TechniquesofAutomation Applications 器 端 運 行 的 數(shù) 據(jù) 服 務(wù) 中 心 管 理 系 統(tǒng) 進 行 數(shù) 據(jù) 交 換 數(shù) 據(jù) 服 務(wù) 中 心 管 理 系 統(tǒng) 向 客 戶 端 提 供 數(shù) 據(jù) 交 換 格 式 標 準 數(shù) 據(jù) 下 載 數(shù) 據(jù) 上 傳 移 動 端 APP 通 過 無 限 局 域 網(wǎng) WIFI 或 移 動 網(wǎng) 絡(luò) 2 G 3G 4 G 實 現(xiàn) 與 數(shù) 據(jù) 服 務(wù) 中 心 管 理 系 統(tǒng) 數(shù) 據(jù) 通 信 5 基 于 C S 結(jié) 構(gòu) 的 Android 客 戶 端 架 構(gòu) 如 圖 5 所 示 圖5 基于C S 結(jié)構(gòu)的Android 客戶端架構(gòu)圖 3 關(guān)鍵技術(shù) 1 數(shù)據(jù)采集要滿足分布式需求 該 系 統(tǒng) 在 農(nóng) 業(yè) 溫 室 大 棚 不 同 區(qū) 域 分 布 式 部 署 溫 度 濕 度 光 照 二 氧 化 碳 濃 度 等 傳 感 器 來 精 確 測 量 環(huán) 境 參 數(shù) 數(shù) 據(jù) 實 時 刷 新 周 期 為 1 秒 傳 感 器 采 集 節(jié) 點 的 位 置 和 數(shù) 量 需 要 具 有 科 學 性 合 理 性 和 整 體 性 要 求 傳 感 器 采 集 結(jié) 點 布 置 的 位 置 要 有 區(qū) 域 合 理 性 合 理 布 置 節(jié) 點 數(shù) 量 采 集 的 數(shù) 據(jù) 記 錄 有 整 體 性 采 集 的 數(shù) 據(jù) 信 息 有 代 表 性 能 反映大棚內(nèi)整體環(huán)境參數(shù) 2 數(shù)據(jù)傳輸采用移動互聯(lián)網(wǎng)無線傳輸方式 該 系 統(tǒng) 數(shù) 據(jù) 傳 輸 可 以 分 為 三 個 部 分 進 行 大 棚 內(nèi) 傳 感 器 節(jié) 點 采 集 的 環(huán) 境 信 息 通 過 ZigBee 無 線 傳 輸 到 數(shù) 據(jù) 采 集 終 端 上 位 機 數(shù) 據(jù) 采 集 終 端 與 數(shù) 據(jù) 服 務(wù) 中 心 可 以 采 用 TCP TP 數(shù) 據(jù) 傳 輸 協(xié) 議 數(shù) 據(jù) 服 務(wù) 中 心 與 移 動 終 端 可 以 采 用 TCP IP 或 者 4G 網(wǎng) 絡(luò) 進 行 通 信 為 用 戶 提 供 查 詢 與 存 儲 功 能 同 時 用 戶 下 達 的 遠 程 控 制 指 令 需 要 及 時 傳 輸 給 控 制 設(shè) 備 向 網(wǎng) 絡(luò) 發(fā) 送 請 求 或 者 應(yīng) 答 網(wǎng) 絡(luò) 請 求 并 在 Android 終端 APP 上顯示大棚的環(huán)境信息 3 實時數(shù)據(jù)存儲的時效性及數(shù)據(jù)的完整性 該 系 統(tǒng) 需 要 具 有 較 高 的 可 靠 性 并 且 能 將 ZigBee 數(shù) 據(jù)采 集和 傳輸 的數(shù) 據(jù)通 過 TCP IP 傳輸 并及 時存 儲 最后 通 過 瀏 覽 器 及 手 機 APP 轉(zhuǎn) 換 為 可 視 化 圖 表 方 便 用 戶 查 看 所 對 系 統(tǒng) 數(shù) 據(jù) 采 集 的 時 鐘 周 期 與 數(shù) 據(jù) 傳 輸 過 程 中 的 實 效 有 較 高 的 要 求 考 慮 到 本 系 統(tǒng) 采 集 的 環(huán) 境 數(shù) 據(jù) 信 息 數(shù) 量 大 采 集 頻 率 高 會 在 客 戶 端 積 累 大 量 的 數(shù) 據(jù) 因 此 通 過 數(shù) 據(jù) 服 務(wù) 中 心 管 理 系 統(tǒng) 可 以 有 效 的 對 數(shù) 據(jù) 進 行 有 效 的 管 理 與 存 儲 保 證 存 儲 數(shù) 據(jù) 的 安 全 性 和 時 效 性 考 慮 到 移 動 終 端 數(shù) 據(jù) 的 可 視 化 及 監(jiān) 控 操 作 請 求 服 務(wù) 所 以 本 系 統(tǒng) 的 Android 終 端 使 用 SQLite 數(shù) 據(jù) 庫 來 存 儲 這 些 數(shù) 據(jù) 4 結(jié)束語 移 動 互 聯(lián) 網(wǎng) 技 術(shù) 應(yīng) 用 在 農(nóng) 業(yè) 生 產(chǎn) 可 以 有 效 推 進 農(nóng) 業(yè) 信 息 化 水 平 的 提 升 6 基 于 移 動 互 聯(lián) 網(wǎng) 的 溫 室 大 棚 監(jiān) 控 系 統(tǒng) 可 以 實 現(xiàn) 對 溫 室 環(huán) 境 的 精 細 化 全 程 化 管 理 有 效 實 現(xiàn) 了 溫 室 大 棚 對 光 照 CO 2 濕 度 溫 度 等 植 物 生 長 環(huán) 境 的 監(jiān) 測 與 控 制 同 時 系 統(tǒng) 采 用 了 Android 開 發(fā) 中 主 流 的 技 術(shù) 力 求 做 到 用 戶 界 面 友 好 功 能 實 用 數(shù) 據(jù) 傳 輸 及 時 等 特 點 切 實 為 溫 室 大 棚 種 植 精 細 化 管 控 提 供 典 型 的 解 決 方 案 參考文獻 1 張 晨 施 佺 付 康 為 沈 樂 威 鄭 亞 平 支 持 多 平 臺 應(yīng) 用 的 智 慧 農(nóng) 業(yè) 溫 室 大 棚 監(jiān) 控 系 統(tǒng) 設(shè) 計 J 江 蘇 農(nóng) 業(yè) 科 學 2018 12 197 201 2 任 碩 果 基 于 移 動 互 聯(lián) 網(wǎng) 的 農(nóng) 業(yè) 大 棚 環(huán) 境 監(jiān) 測 系 統(tǒng) 設(shè) 計 與開發(fā) J 信息與電腦 2017 2 149 150 3 宋 承 繼 陳 小 健 王 津 基 于 移 動 互 聯(lián) 網(wǎng) 在 線 學 習 系 統(tǒng) 的 設(shè)計與實現(xiàn) J 自動化技術(shù)與應(yīng)用 2017 5 33 36 4 楊 飛 謝 濤 伍 英 蘇 維 均 基 于 WIFI 的 農(nóng) 業(yè) 物 聯(lián) 網(wǎng) 溫 室 大 棚 環(huán) 境 監(jiān) 測 系 統(tǒng) 的 設(shè) 計 J 計 算 機 測 量 與 控 制 2017 25 2 50 53 5 齊 建 玲 田 國 強 蘇 行 基 于 嵌 入 式 技 術(shù) 的 無 線 智 能 溫 室 測控系統(tǒng)設(shè)計 J 北華航天工業(yè)學院學報 2016 26 2 1 3 6 張 曉 培 梁 文 海 基 于 移 動 端 的 溫 室 環(huán) 境 監(jiān) 控 系 統(tǒng) 設(shè) 計 J 農(nóng)機化研究 2018 6 215 219 作 者 簡 介 宋 承 繼 1980 男 碩 士 講 師 研 究 方 向 計 算 機 應(yīng) 用 技術(shù) 軟件工程理論 76