馮永祥++邢水紅

摘要：隨著控制技術、Internet的飛速發(fā)展，智能化控制技術在農業(yè)生產中廣泛應用。針對我國農業(yè)信息化落后，設施農業(yè)起步較低的現狀，本文將信息技術引入到農業(yè)大棚中，實現農業(yè)大棚環(huán)境遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設計，從而及時準確的了解、控制大棚內的環(huán)境參數，以保障大棚內作物生長所需要的溫度、濕度、光照等條件，并智能化遠程監(jiān)控農業(yè)大棚作物生長，對提高農業(yè)的生產效率具有重大的社會意義和較高的經濟價值，進而達到農業(yè)大棚內作物產量增加和人力資源勞動投入減少的目的。

關鍵詞：農業(yè)大棚；環(huán)境參數；遠程監(jiān)控

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）20-0261-03

Abstract：With the rapid development of control technology， Internet， intelligent control technology is widely used in agricultural production.Agricultural informationization in China， facility agriculture started lower status quo， this paper will be introduced to the information technology in agricultural greenhouses， realize the design of the remote monitoring system of agricultural greenhouse environment， so as to timely and accurate understanding， within the control of greenhouse environment parameters， in order to ensure inside the greenhouse crop growth required conditions such as temperature， humidity， illumination， and intelligent remote monitoring agricultural greenhouse crop growth， to improve the production efficiency of agriculture has important social meaning and high economic value， thus achieve agricultural greenhouses in crop yield increase and labor input to reduce the purpose of human resources.

Keywords：Agricultural greenhouses；Environmental parameters；Remote monitoring

我國是農業(yè)大國，大棚種植雖然已成為我國一些農村的重要支柱型產業(yè)，大棚種植能為低溫季節(jié)喜溫蔬菜、花卉等作物提供生育期和增加產量，但對環(huán)境溫度、濕度、光照、二氧化碳濃度等要求很高。大棚種植的人力投入太多，其中對于反季節(jié)蔬菜的管理，更是要求全天候值守管理，如何降低投資，增值創(chuàng)收已成為當前農戶的迫切需求。現代農業(yè)將計算機、通信等信息技術引入到本領域中，定量獲取、分析環(huán)境參數和對農業(yè)目標進行實時自動監(jiān)測，是現代農業(yè)的一個基本要求。故將信息技術引入到農業(yè)大棚，及時準確的了解大棚內的環(huán)境參數，以保障大棚內農作物生長所需要的環(huán)境條件[1～3]。

隨著通信技術的飛速發(fā)展不僅促進了社會發(fā)展，便利了人們的日常生活，同時給農業(yè)的信息化生產帶來了新的機遇，也給現代農業(yè)大棚基本環(huán)境的監(jiān)控帶來了新的策略，即通過互聯(lián)網對大棚進行遠程監(jiān)控。對提高農作物產量、合理分布農業(yè)資源、改善生態(tài)環(huán)境、提高生產效率及降低生產成本等方面有積極的作用。

1 相關理論及技術

本文采用SSH進行開發(fā)設計，SSH為Struts+Spring+Hibernate的一個集成框架，考慮到瀏覽器端對數據庫的操作，利用Hibernate持久化框架來操縱數據庫。集成SSH框架的系統(tǒng)從職責上分為四層：表示層、業(yè)務邏輯層、數據持久層和域模塊層，以幫助開發(fā)人員在短期內搭建結構清晰、可復用性好、維護方便的Web應用程序。其中使用Struts作為系統(tǒng)的整體基礎架構，負責MVC的分離，在Struts框架的模型部分，控制業(yè)務跳轉，利用Hibernate框架對持久層提供支持，Spring做管理，管理Struts和Hibernate[4，5]。

本文采用上述開發(fā)模型，不僅實現了視圖、控制器與模型的徹底分離，而且還實現了業(yè)務邏輯層與持久層的分離。這樣無論前端如何變化，模型層只需很少的改動，并且數據庫的變化也不會對前端有所影響，大大提高了系統(tǒng)的可復用性，而且由于不同層之間耦合度小，有利于并行工作，大大提高了開發(fā)效率。

2 可行性分析

進行可行性研究可以讓開發(fā)人員在最短的時間付出最小的代價來確定問題能否解決，進行可行性研究一般情況下需要從理論可行性、技術可行性、經濟可行性、操作可行性四個方面展開研究。

2.1 理論可行性

目前，已經形成了一套比較完備的理論體系支持農業(yè)大棚環(huán)境遠程監(jiān)控系統(tǒng)的運行。系統(tǒng)的理論體系發(fā)展速度非常快，同時，軟件的計算架構是“服務器+客戶端”。

2.2技術可行性

技術可行性主要是針對系統(tǒng)開發(fā)中需要解決的問題，使用目前的技術手段能否解決，解決這些問題需要花費時間和費用代價。本文采用Java語言，Eclipse開發(fā)工具，MySQL數據庫系統(tǒng)設計并實現其功能，可以提高開發(fā)效率，還易于系統(tǒng)的維護及擴展。

2.3經濟可行性

經濟可行性主要是確定軟件開發(fā)后的經濟效益能否超過它的開發(fā)成本，這就需要對軟件的投資情況認真分析，以及預測實際應用后軟件所能帶來的效益進行綜合的分析對比。經濟可行需要軟件投產后的效益大于投資開發(fā)軟件的資金。

2.4操作可行性

在系統(tǒng)開發(fā)方面具有一定的開發(fā)經驗，并對此系統(tǒng)具有成熟的開發(fā)理念，技術上保持先進性，能夠合理完成責任內的工作任務。本文采用面向對象技術開發(fā)和人性化設計，界面易用，使得系統(tǒng)操作起來簡單、快捷、方便、易學，極大提高了操作的可行性。

3 農業(yè)大棚環(huán)境遠程監(jiān)控系統(tǒng)

3.1 設計目標

大棚種植的人力投入太多，如何降低投資，增值創(chuàng)收已成為當前農戶的迫切需求。我國農業(yè)生產水平落后，機械化程度低。農業(yè)一直是我國國民經濟的基礎，為我國經濟的發(fā)展和社會的穩(wěn)定提供了一定的物質基礎。近幾年來，利用物聯(lián)網科學技術和自動控制技術來提高農業(yè)大棚的自動化控制水平，達到農業(yè)大棚內作物產量增加和人力資源勞動投入減少的目的。隨著通信技術的飛速發(fā)展不僅促進了社會發(fā)展，便利了人們的日常生活，同時給農業(yè)的信息化生產帶來了新的機遇，也給現代農業(yè)大棚基本環(huán)境的監(jiān)控帶來了新的策略，即通過互聯(lián)網對大棚進行遠程監(jiān)控。對提高農作物產量、合理分布農業(yè)資源、改善生態(tài)環(huán)境、提高生產效率及降低生產成本等方面有積極的作用。

3.2系統(tǒng)概述

3.2.1需求分析概述

通過調查農業(yè)大棚環(huán)境遠程監(jiān)控的情況，結合系統(tǒng)的開發(fā)目標，該系統(tǒng)應具備以下功能需求：

1）基本需求：該系統(tǒng)基本全面涉及農業(yè)大棚環(huán)境遠程監(jiān)控范圍，其中包括：采集環(huán)境參數數據等日常監(jiān)控工作，要求各功能模塊操作方便、快捷、實用。

2）系統(tǒng)輸入：通過使用該系統(tǒng)能夠實現對農業(yè)大棚環(huán)境參數信息進行監(jiān)控，包括對用戶管理、大棚管理等信息進行輸入、修改以及刪除。

3）系統(tǒng)輸出：該系統(tǒng)可根據用戶具有的相應權限，根據查詢條件對數據進行查詢和篩選操作。

3.2.2設計原則

結合用戶需求，充分考慮系統(tǒng)后期的實施、維護等問題，在進行系統(tǒng)設計時應遵循以下原則：

1）面向對象的設計模式。系統(tǒng)設計完全采用面向對象的設計模式，將對象的某些特征封裝起來，將現實業(yè)務抽取為更加符合實際業(yè)務的軟件模型，降低業(yè)務場景的復雜性。

2）面向服務的體系架構。通過將程序中的不同功能單元使用接口連接起來，而接口的定義不受平臺或操作系統(tǒng)的限制，實現服務之間的松耦合，降低程序變更帶來的成本。

3）模塊化結構。系統(tǒng)設計時，把代碼組裝成不同功能的模塊，完成整個系統(tǒng)所要求的業(yè)務操作，通過互相調用來達到求解的目的，同時以較小的代價完成系統(tǒng)的維護與升級。

4）業(yè)務完整性。保證系統(tǒng)功能涵蓋了用戶的整體業(yè)務，能夠適應不同角色、不同場景的業(yè)務需求。

5）系統(tǒng)實用性。切實解決用戶在工作中的問題，符合用戶的工作習慣，通過使用系統(tǒng)，用戶不僅能夠完成日常工作，還能提高工作效率。

6）系統(tǒng)可維護性。系統(tǒng)操作簡單，實用性高，具有易操作、易維護的特點。

3.3系統(tǒng)總體分析與設計

系統(tǒng)分析，根據系統(tǒng)的業(yè)務需求，設計系統(tǒng)結構圖，如圖1所示。

1）采集控制終端：負責采集大棚監(jiān)測點環(huán)境數據，如溫度、濕度、光照、CO2濃度等各項參數情況。

2）數據傳輸網關：通過Internet將環(huán)境監(jiān)測數據發(fā)送到數據處理服務器；分析環(huán)境監(jiān)測數據，根據用戶設定自動向采集控制終端下發(fā)環(huán)境調節(jié)指令，當達到環(huán)境參數預警值時，進行報警；接收并轉發(fā)遠程監(jiān)控終端所下發(fā)的指令。

3）數據處理服務器：接收數據傳輸網關的環(huán)境監(jiān)測數據，根據遠程監(jiān)控終端的瀏覽器請求或客戶端程序請求，為遠程監(jiān)控終端提供歷史和實時環(huán)境監(jiān)測數據查詢，實時接收和轉發(fā)調節(jié)環(huán)境參數指令及對采集控制終端、數據傳輸網關的系統(tǒng)設置指令。

4）PC遠程監(jiān)控和手機遠程監(jiān)控：可以通過瀏覽器向數據處理服務器請求歷史和實時環(huán)境監(jiān)測數據，向數據處理服務器、數據傳輸網關及采集控制終端發(fā)送指令。

3.4系統(tǒng)功能模塊設計

農業(yè)大棚環(huán)境遠程監(jiān)控系統(tǒng)功能模塊如圖2所示：

1）信息管理模塊：

用戶信息管理是規(guī)定用戶使用權限，不同用戶提供不同的操作權限，非用戶不能登錄系統(tǒng)，保證系統(tǒng)安全。公告信息為用戶建立一個電子公告欄。使用戶可以通過公告欄發(fā)布通知、通告和消息。所有用戶都可隨時瀏覽公告欄。為保證公告的嚴肅性，不允許用戶隨意發(fā)布信息。

2）大棚管理模塊：

ZigBee網絡的協(xié)調器節(jié)點可以收集本網絡內的所有傳感器發(fā)送來的采集數據，可以獨立向服務器發(fā)送和接收服務器數據，所以應該具有一個獨立的IP地址。大棚管理是顯示各個大棚的信息，包括不同地方不同地點的大棚相關信息，比如呼和浩特市金川開發(fā)區(qū)01號大棚的信息，都會顯示出來的。

3）數據中心模塊：

系統(tǒng)將采集到的數據信息以實時數據顯示給用戶，并根據需要按照環(huán)境參數和采集時間的變化以曲線的形式展示出來，根據歷史數據可以了解大棚環(huán)境參數的周期性變化規(guī)律，為農作物生長環(huán)境優(yōu)化方案的調整提供了完備的數據支撐。便于對農業(yè)大棚運轉情況進行分析做出改進，提高農業(yè)大棚的生產效率。

4）控制中心模塊：

遠程控制主要有接收數據傳輸網關的環(huán)境監(jiān)測數據，采用HTTP協(xié)議。接收WEB客戶端請求來控制采集控制終端。發(fā)送WEB客戶端給數據傳輸網關間接控制采集控制終端。模糊控制是利用模糊控制算法對大棚環(huán)境參數進行控制。在監(jiān)測時如發(fā)現有監(jiān)測結果超出設定的閾值時，系統(tǒng)會自動發(fā)出報警提醒工作人員。

4 結語

本文主要針對實際情況，來研究與設計農業(yè)大棚環(huán)境遠程監(jiān)測系統(tǒng)，采用框架模式克服了傳統(tǒng)模式管理系統(tǒng)軟硬件資源共享性差、運算速度慢、設備成本高等弱點。雖然本文農業(yè)大棚環(huán)境遠程監(jiān)測系統(tǒng)設計方案還不夠成熟，但是也為以后進一步研究和開發(fā)提供了一定的參考價值，為今后的研究帶來新的研究方向。

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