吳玉娟 劉永華

摘要綜合運用傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和構(gòu)件開發(fā)技術(shù)，研制開發(fā)集數(shù)據(jù)采集、遠程控制、數(shù)據(jù)挖掘應(yīng)用等多種功能于一體的基于Web的智能客廳菜園管理系統(tǒng)，建立客廳菜園的數(shù)據(jù)采集體系與遠程控制體系，研究提出了基于數(shù)據(jù)應(yīng)用的客廳菜園種植策略，對于提高客廳菜園的智能化控制水平具有重要意義。

關(guān)鍵詞智能；客廳菜園；系統(tǒng)；數(shù)據(jù)采集

中圖分類號S126文獻標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2014）01-00275-03

隨著社會經(jīng)濟水平的發(fā)展，追求個性化、自動化、節(jié)奏快的生活方式已經(jīng)成為城市居民生活方式的發(fā)展趨勢。在環(huán)境污染嚴(yán)重、蔬菜價格上漲的背景下，設(shè)計開發(fā)一種“自給自足”的蔬菜種植裝置具有重要的現(xiàn)實意義。它不僅不受天氣、蟲害影響，而且生長周期快，還能凈化家庭客廳、辦公室的空氣，可有效滿足城市居民對高品質(zhì)、個性化生活的追求。因此，研制開發(fā)集數(shù)據(jù)采集、遠程控制、數(shù)據(jù)挖掘應(yīng)用等多種功能于一體的基于Web的智能客廳菜園管理系統(tǒng)，完善優(yōu)化客廳菜園的數(shù)據(jù)采集體系與遠程控制體系，對于提高客廳菜園的智能化控制水平具有重要意義。

1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

基于Web的智能客廳菜園管理系統(tǒng)由客廳菜園子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、本地服務(wù)存儲子系統(tǒng)和遠程控制子系統(tǒng)等組成。其中客廳菜園子系統(tǒng)由機體整體框架、ARM智能控制器和種植環(huán)境調(diào)節(jié)器等組成；數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)由光源采集部件、可控環(huán)境參數(shù)采集部件等組成，可控環(huán)境參數(shù)據(jù)采集部件由光照度傳感器、溫濕度傳感器、CO2傳感器和土壤濕度傳感器等組成；本地服務(wù)存儲子系統(tǒng)由結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲構(gòu)件、菜園圖像監(jiān)視構(gòu)件和本地智能控制構(gòu)件組成；遠程控制子系統(tǒng)由數(shù)據(jù)展示構(gòu)件、數(shù)據(jù)分析構(gòu)件和菜園圖像監(jiān)視構(gòu)件組成[1]。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。

2系統(tǒng)運行流程設(shè)計

“基于Web的智能客廳菜園管理系統(tǒng)”首先通過安裝在機體整體框架的數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)的可控環(huán)境參數(shù)采集部件和光源采集部件實時采集客廳菜園的光照數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)、濕度數(shù)據(jù)、CO2數(shù)據(jù)和圖像視頻信息，通過采用ZigBee技術(shù)，完成對各類傳感器數(shù)據(jù)的交匯獲取。本地服務(wù)存儲子系統(tǒng)運用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)將各類傳感器采集的數(shù)據(jù)進行存儲、加工與處理，實現(xiàn)對客廳菜園的動態(tài)監(jiān)視與控制。遠程控制子系統(tǒng)依托互聯(lián)網(wǎng)，在遵循TCP/IP技術(shù)體制的基礎(chǔ)圖1基于Web的智能客廳菜園管理系統(tǒng)運行流程圖2基于Web的智能客廳菜園管理系統(tǒng)運行流程

作者簡介吳玉娟（1981-），女，江蘇南京人，講師， 碩士，從事嵌入式軟硬件設(shè)計與開發(fā)研究，Email：623255445@qq.com。

3系統(tǒng)模塊設(shè)計

3.1客廳菜園主要由上位機觸摸屏HMI、ARM智能控制器、工控板、種植環(huán)境調(diào)節(jié)器等部件組成。其中種植環(huán)境調(diào)節(jié)器包括壓縮機、加熱器、風(fēng)扇、燈光、水泵和營養(yǎng)液輸送組件等[3]。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

圖3客廳菜園組成結(jié)構(gòu)3.1.1ARM智能控制器。ARM智能控制器是整個控制系統(tǒng)的核心部分。傳感器將感知的環(huán)境參數(shù)輸送至下位機，下位機經(jīng)過數(shù)據(jù)運算處理，并通過通訊接口將數(shù)據(jù)上傳輸至上位機，上位機根據(jù)客廳菜園控制系統(tǒng)設(shè)置的環(huán)境參數(shù)因子和相關(guān)的控制策略，通過下位機向控制電路發(fā)出各種相應(yīng)的控制信號，使執(zhí)行系統(tǒng)開展工作。

3.1.2執(zhí)行系統(tǒng)。執(zhí)行子系統(tǒng)包括加熱系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、降溫系統(tǒng)、滴灌系統(tǒng)和補光系統(tǒng)等，是自動控制系統(tǒng)的執(zhí)行者，通過執(zhí)行機構(gòu)相互協(xié)調(diào)工作使客廳菜園控制系統(tǒng)實現(xiàn)環(huán)境調(diào)節(jié)控制功能[4]。

3.2數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)研制開發(fā)的數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)能夠依托傳感器采集客廳菜園的可控環(huán)境參數(shù)，實現(xiàn)對可控環(huán)境參數(shù)的結(jié)構(gòu)化存儲與維護管理。它主要由光源采集部件、可控環(huán)境參數(shù)采集部件等組成。在該系統(tǒng)研制開發(fā)過程中，結(jié)合客廳菜園種植的蔬菜種類不同，提出了傳感器布設(shè)策略，完善了傳感器的布設(shè)程式，建立了數(shù)據(jù)采集匯交流程。數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集流程如圖4所示。

圖4數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集流程3.3本地服務(wù)存儲子系統(tǒng)綜合運用分布式數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，研制開發(fā)了由結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲構(gòu)件、菜園圖像監(jiān)視構(gòu)件和本地智能控制構(gòu)件組成的本地服務(wù)存儲子系統(tǒng)。考慮到該系統(tǒng)海量數(shù)據(jù)訪問量，該系統(tǒng)采用分布式網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫技術(shù)，按照“需求分析、概念設(shè)計、邏輯設(shè)計、物理設(shè)計”的模式，設(shè)計開發(fā)了“基于Web智能客廳菜園管理系統(tǒng)”的分布式網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫設(shè)計流程如圖5所示。圖5基于Web智能客廳菜園管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計流程采用TCP/IP和UDP技術(shù)體系架構(gòu)，設(shè)計開發(fā)了基于網(wǎng)絡(luò)通信的菜園監(jiān)視構(gòu)件[8]，其編程實現(xiàn)流程如圖6所示。

3.4遠程控制子系統(tǒng)遠程控制子系統(tǒng)是用戶遠程訪問“基于Web智能客廳菜園管理系統(tǒng)”的接口，它主要利用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)實現(xiàn)實時訪問，對系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進行分析處理與展示應(yīng)用，能夠?qū)蛷d菜園完成實時監(jiān)控。該子系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)展示構(gòu)件、數(shù)據(jù)分析構(gòu)件和菜園圖像監(jiān)視構(gòu)件組成，其流程如圖7所示。

4結(jié)語

綜合運用系統(tǒng)集成技術(shù)，研制開發(fā)的基于Web的智能客廳菜園管理系統(tǒng)，對于完善優(yōu)化客廳菜園的數(shù)據(jù)采集體系與遠程控制體系，提高客廳菜園的智能化控制水平具有圖6網(wǎng)絡(luò)傳輸程序流程圖7遠程控制子系統(tǒng)運行流程重要意義。42卷1期吳玉娟等基于Web的智能客廳菜園管理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)參考文獻

[1] 吳志敏.西門子PLC與變頻器、觸摸屏綜合應(yīng)用教程[M].北京，2009.

[2] 廖義奎.ARM與DSP綜合設(shè)計及應(yīng)用[M].北京：中國電力出版社，2009.

[3] 勒梔，鄔芝權(quán)，李騏.單片機的LED顯示屏開發(fā)技術(shù)[M].北京：北京航空航天出版社，2009.

[4] 胡漢才.高檔AVR單片機原理及應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2008.

[5] 劉全.顯示屏控制系統(tǒng)設(shè)計[D].成都：西南交通大學(xué)，2008.

[6] 勒梔，鄔芝權(quán)，李騏.穿行Flash存儲器應(yīng)用[M].北京：北京航空航天出版社，2007.

[7] 維綸通科技有限公司. EasyBuilder8000說明書[Z].深圳：維綸通科技有限公司，2010.

[8] 姜平，周根榮，肖紅升.雙口ARM的數(shù)據(jù)通信技術(shù)[M].北京：北京大學(xué)出版社，2010.

[9] 馬毅瀟，陳衛(wèi)東，趙錫芳.多CPU實時控制系統(tǒng)中雙口ARM技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，1998.

[10] 胡官陽，程世旭.微機與單片機通訊[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，1998.

[11] 周新志，白榮生，溫良弼.ARM的主從微機數(shù)據(jù)傳輸[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，1996.

[12] 曹玉華，游有鵬.ARM與DSP通信技術(shù)[M].北京：人民教育出版社，2010.

[13] 劉寶娟，耿爽.塊ARM與標(biāo)準(zhǔn)單元的混合模式布局[M].杭州：浙江大學(xué)出版社，2007.

[14] 彭宏京，陳松燦.稀疏ARM的逼近型N-TUPLE網(wǎng)絡(luò)模型[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2004.

[15] 王義慶，邱松長，倪成鳳.DS1609雙端口ARM極其應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社，1999.