孫 陽，白皓然，初留珠，王方艷，李 秀

(青島農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，山東 青島 266109)

基于物聯(lián)網(wǎng)植物工廠監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

孫 陽，白皓然，初留珠，王方艷，李 秀

(青島農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，山東 青島 266109)

利用現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，設(shè)計(jì)了基于物聯(lián)網(wǎng)植物工廠監(jiān)管系統(tǒng)，包含農(nóng)產(chǎn)品生長(zhǎng)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)和農(nóng)產(chǎn)品追溯系統(tǒng)兩部分。下位機(jī)通過在溫室大棚內(nèi)布設(shè)ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)，精確感知溫室大棚內(nèi)的環(huán)境因子，并通過ZigBee-Wifi網(wǎng)關(guān)將采集的數(shù)據(jù)通過分布式中間件利用Web service技術(shù)傳送到上位機(jī)網(wǎng)站；用戶可以通過電腦登陸農(nóng)產(chǎn)品生長(zhǎng)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)查看實(shí)時(shí)環(huán)境信息，遠(yuǎn)程操作大棚內(nèi)的滴灌、溫控和補(bǔ)光等設(shè)施；還可以在大棚內(nèi)種植農(nóng)產(chǎn)品過程中使用電腦登陸農(nóng)產(chǎn)品追溯系統(tǒng)，按追溯編號(hào)錄入農(nóng)產(chǎn)品的種植日期、名稱、采摘時(shí)間、物流信息、銷售路徑等信息。銷售時(shí)，將生成的載有農(nóng)產(chǎn)品信息的二維碼貼在包裝盒上，消費(fèi)者可以通過手機(jī)掃二維碼標(biāo)簽查詢農(nóng)產(chǎn)品從種植到銷售的詳細(xì)信息。

植物工廠；物聯(lián)網(wǎng)；可追溯；遠(yuǎn)程操作；Web Service

0 引言

傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)主要依靠農(nóng)戶對(duì)農(nóng)作物人工進(jìn)行打藥、施肥憑經(jīng)驗(yàn)和感覺的耕作，這種耕作方式效率很低，工作量大；而現(xiàn)代農(nóng)業(yè)引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，打破傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)存在的種種弊端，利用傳感器技術(shù)、RFID無線射頻技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)“環(huán)境監(jiān)測(cè)、生產(chǎn)控制、質(zhì)量追溯”的目的，從根本上改變農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理方式[1]。物聯(lián)網(wǎng)的基本工作流程由 4 部分組成，即信息采集系統(tǒng)(RFID 系統(tǒng))、PML 信息服務(wù)器、產(chǎn)品命名服務(wù)器(ONS)和應(yīng)用管理系統(tǒng)[2]。以日本、荷蘭等國(guó)家為代表的設(shè)施種植物聯(lián)網(wǎng)[3]，有著自動(dòng)化技術(shù)高及管理工廠化的特點(diǎn)。

我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)入農(nóng)業(yè)領(lǐng)域始于20世紀(jì)90年代，農(nóng)業(yè)科技人員乃至農(nóng)民都可以隨時(shí)隨地獲取各種科技信息、管理信息、市場(chǎng)供求信息、氣象和土壤信息、作物和病蟲害信息等[4]。

隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，將其應(yīng)用于食品安全的追溯也已經(jīng)成為潮流。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為實(shí)現(xiàn)食品供應(yīng)鏈自動(dòng)化的跟蹤和追溯提供了基礎(chǔ)平臺(tái)，解決了蔬菜生產(chǎn)、加工、流通等一條龍追溯[5-7]。

近年來，農(nóng)產(chǎn)品食物中毒事件不斷發(fā)生，市場(chǎng)上的農(nóng)產(chǎn)品存在殘留超標(biāo)農(nóng)藥[8]，消費(fèi)者無法辨別是否有毒，食用后常出現(xiàn)頭暈嘔吐癥狀。農(nóng)戶種植的農(nóng)產(chǎn)品一般通過供應(yīng)商進(jìn)入市場(chǎng)銷售，消費(fèi)者對(duì)所購(gòu)買的蔬菜等農(nóng)產(chǎn)品的了解停留在供應(yīng)商提供的標(biāo)價(jià)上，無法獲得更詳細(xì)的信息，遇到有問題的農(nóng)產(chǎn)品也無方向可查，很難放心食用。

歐盟委員會(huì)2002年178號(hào)法令中“可追溯性”被定義為：食品、飼料、畜產(chǎn)品和飼料原料在生產(chǎn)、加工、流通的所有階段具有的跟蹤追尋其痕跡的能力[9]?？勺匪蒹w系有助于確定食品的身份、歷史和來源，增強(qiáng)通過生產(chǎn)與銷售鏈追溯食品的能力， 是食品質(zhì)量安全管理體系成功的要素之一[10]。在我國(guó)，農(nóng)產(chǎn)品溯源發(fā)展比較晚，政府實(shí)施“無公害食品行動(dòng)計(jì)劃”在全國(guó)開展，我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品溯源的建設(shè)從此拉開帷幕[11]。2008年，北京奧運(yùn)會(huì)上，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)全部運(yùn)動(dòng)員的食品進(jìn)行溯源，是我國(guó)建設(shè)食品溯源系統(tǒng)以來一個(gè)很好的應(yīng)用[12]。

本文針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)溫室大棚的管理與控制，設(shè)計(jì)了一套精準(zhǔn)感知、遠(yuǎn)程監(jiān)控、防偽追溯的農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)管理系統(tǒng)，以提高農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)效率，促進(jìn)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)的精準(zhǔn)化管理，使消費(fèi)者吃得放心，同時(shí)為農(nóng)戶在溫室的管理上帶來方便。

1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

1.1 農(nóng)作物生存環(huán)境檢測(cè)子系統(tǒng)

本設(shè)計(jì)在溫室內(nèi)安裝采集器，下位機(jī)組建ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)，不斷地接收空氣溫度、光照強(qiáng)度、CO2濃度等信息，并經(jīng)過網(wǎng)關(guān)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程網(wǎng)站。農(nóng)戶可通過下位機(jī)上傳的數(shù)據(jù)對(duì)農(nóng)作物的生存環(huán)境進(jìn)行分析，從而科學(xué)合理地對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行配比施肥，通過無線控制器對(duì)大棚里的農(nóng)作物進(jìn)行補(bǔ)光、通風(fēng)及滴灌等動(dòng)作，從而達(dá)到對(duì)農(nóng)作物生存環(huán)境的調(diào)節(jié)。

1.2 農(nóng)產(chǎn)品溯源子系統(tǒng)

種植戶通過登陸農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)，按設(shè)計(jì)好的追溯編碼在后臺(tái)錄入農(nóng)產(chǎn)品的種植日期、名稱、采摘時(shí)間、物流信息及銷售路徑等信息。銷售時(shí)，將生成的載有農(nóng)產(chǎn)品信息的二維碼貼在包裝盒上，消費(fèi)者可以掃二維碼標(biāo)簽查詢農(nóng)產(chǎn)品從種植到銷售的詳細(xì)信息。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

將農(nóng)產(chǎn)品的基本信息和物流信息存入數(shù)據(jù)庫，然后生成并打印二維碼標(biāo)簽，通過掃描器掃描二維碼就可以清楚地了解農(nóng)產(chǎn)品的信息。

2.1 農(nóng)產(chǎn)品生長(zhǎng)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

該系統(tǒng)下位機(jī)由ZigBee采集器采集溫室內(nèi)的光照強(qiáng)度、土壤水分含量等環(huán)境數(shù)據(jù)，經(jīng)ZigBee-Wifi網(wǎng)關(guān)通過分布式中間件將采集的數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)顯示，種植戶可以根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)通過控制器(無線網(wǎng)絡(luò)繼電器)來控制水泵、CO2發(fā)生器等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室環(huán)境的調(diào)節(jié)。另外，本系統(tǒng)也實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫室大棚的無人值守遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。

2.2 農(nóng)產(chǎn)品追溯系統(tǒng)

管理員通過系統(tǒng)后臺(tái)將農(nóng)產(chǎn)品的基本信息(包括種植日期，種植地，品種等)和物流信息存入SQLSERVER數(shù)據(jù)庫，然后生成并打印二維碼標(biāo)簽；農(nóng)戶和消費(fèi)者可以通過手機(jī)和其他設(shè)備上的二維碼掃描器通過掃描標(biāo)簽上的二維碼就可以清楚地了解農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)日期、產(chǎn)地、采摘日期及食用方法等信息，進(jìn)一步提高食品安全。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 ZigBee無線傳輸網(wǎng)絡(luò)

核心芯片CC2530是一種片上系統(tǒng)芯片，主要應(yīng)用在ZigBee中實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)的搭建，支持新RemoTI的ZigBee RF4CE CC2530，這是業(yè)界首款符合ZigBee RF4CE兼容的協(xié)議棧，在發(fā)射功率、鏈路預(yù)算、射頻噪聲抑制能力、低功耗及ESD防護(hù)能力方面優(yōu)勢(shì)明顯，支持系統(tǒng)編程。此外，CC2530芯片內(nèi)部含有一個(gè)高性能的RF收發(fā)器，采用21內(nèi)核，內(nèi)置一個(gè)8051微處理器，支持中斷、DMA等功能，以及其他強(qiáng)大的支持功能和外設(shè)。

3.2 數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計(jì)

該模塊內(nèi)部含有一個(gè)ZigBee終端節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)采用工業(yè)級(jí)ZigBee模塊，內(nèi)部接有CC2591芯片，是一種射頻增強(qiáng)模塊，與2.4G全向天線結(jié)合使用，能夠?qū)崿F(xiàn)500m的可靠穩(wěn)定的傳輸距離，同時(shí)當(dāng)設(shè)備掉線時(shí)可以支持300m內(nèi)自動(dòng)重連。

節(jié)點(diǎn)外圍連接了5個(gè)傳感器用于采集溫室里的各種環(huán)境信息，包括空氣溫濕度傳感器、二氧化碳濃度傳感器、土壤濕度、土壤溫度和光照強(qiáng)度傳感器。

3.3 控制器模塊的設(shè)計(jì)

控制器采用無線繼電器控制溫室內(nèi)的照明等設(shè)施。

1)輸入端。VCC:繼電器模塊工作電壓正極；GND:繼電器模塊工作電壓負(fù)極；IN:控制信號(hào)輸入口。

2)輸出端。NO:繼電器常開端；COM:繼電器公共端；OFF:繼電器常閉端。

3.4 監(jiān)控模塊概述

本設(shè)計(jì)采用IP網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，是一種內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧的攝像機(jī)，內(nèi)嵌無線網(wǎng)卡，有唯一的MAC地址，與普通相機(jī)或網(wǎng)眼的最大的區(qū)別是IPCAM是集成視頻服務(wù)器和CCD相機(jī)，自帶微處理器和內(nèi)存，擁有屬于自己的IP地址。用戶使用時(shí)只需插上電源和以太網(wǎng)網(wǎng)線，通過IE瀏覽器輸入IP地址就可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。在設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)圖像視頻功能模塊時(shí)，配置IP網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的IP地址為靜態(tài)IP，視頻圖像嵌入在頁面中即可。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)下位機(jī)使用TI公式的ZigBee 2007 Pro協(xié)議棧在IAR集成開發(fā)環(huán)境下開發(fā)，上位機(jī)使用微軟.NET平臺(tái)開發(fā)，開發(fā)環(huán)境為Visual Studio 2013，開發(fā)語言使用面向?qū)ο笳Z言C#。

4.1 下位機(jī)ZigBee節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)

當(dāng)采集器通電成功加入網(wǎng)絡(luò)后，通過網(wǎng)關(guān)向電腦端傳送確認(rèn)信息并把該節(jié)點(diǎn)的IEEE地址、節(jié)點(diǎn)類型及采集節(jié)點(diǎn)使用定時(shí)器周期性采集環(huán)境參數(shù)上傳到網(wǎng)站。用戶通過給下位機(jī)發(fā)送讀取環(huán)境數(shù)據(jù)的指令后，協(xié)調(diào)器以廣播的形式發(fā)送到大棚內(nèi)的采集器，最后再將采集器采集的數(shù)據(jù)發(fā)往上位機(jī)。

CC2530芯片外部連接有8路繼電器控制，通過無線網(wǎng)絡(luò)接收ZigBee-Wifi網(wǎng)關(guān)發(fā)來的通斷命令，實(shí)現(xiàn)控制設(shè)備的啟動(dòng)與停止，如控制照明燈，滴灌設(shè)備、風(fēng)機(jī)、植物補(bǔ)光燈及卷膜機(jī)等。當(dāng)控制器通電成功加入傳感網(wǎng)絡(luò)后，通過ZigBee-Wifi網(wǎng)關(guān)，向中間件傳送確認(rèn)成功信息，并發(fā)送該節(jié)點(diǎn)的IEEE地址、節(jié)點(diǎn)類型及網(wǎng)絡(luò)地址等信息。

ZigBee-Wifi模塊在本系統(tǒng)中起到承上啟下的作用，它一端連接ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)，另一端連接到互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在不同網(wǎng)絡(luò)協(xié)議間的傳輸。

4.2 分布式中間件軟件設(shè)計(jì)

4.2.1 中間件簡(jiǎn)介

中間件是在服務(wù)器和應(yīng)用程序客戶端轉(zhuǎn)達(dá)信息的組件，為了特定目的監(jiān)聽和回應(yīng)消息，某些中間件會(huì)完成一些中間任務(wù)，有一些中間件會(huì)最終生成回應(yīng)消息?，F(xiàn)在的操作系統(tǒng)(如 Unix、Windows)或高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言(如 Java、C#)均提供了像套接字(Socket)這樣相對(duì)簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)編程開發(fā)接口，支持編寫跨網(wǎng)絡(luò)交互的代碼； 但分布式中間件開發(fā)時(shí)有一缺點(diǎn)，就是必須使用多線程進(jìn)行socket編程，開發(fā)和調(diào)試起來比較復(fù)雜。

4.2.2 socket編程設(shè)計(jì)

在網(wǎng)絡(luò)通信中，TCP協(xié)議屬于傳輸層，所以編寫的應(yīng)用層服務(wù)要想使用傳輸層的服務(wù)，必須提供必要的服務(wù)接口，而這個(gè)接口服務(wù)就是通過套接字來實(shí)現(xiàn)的。socket套接字中包含兩個(gè)最重要的信息：本地終端、遠(yuǎn)端IP和端口號(hào)。一臺(tái)電腦中的應(yīng)用層要想與另一臺(tái)遠(yuǎn)程主機(jī)的某個(gè)應(yīng)用層進(jìn)行通信，必須通過一個(gè)唯一的ID號(hào)來標(biāo)識(shí)， IP地址和端口號(hào)就代表了網(wǎng)絡(luò)中唯一的應(yīng)用層。

4.2.3 分布式中間件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

本設(shè)計(jì)采用分布式中間件，主要功能是通過webservice跨平臺(tái)技術(shù)銜接上位機(jī)網(wǎng)站客戶端系統(tǒng)，通過端口監(jiān)聽與下位機(jī)ZigBee-Wifi網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的上下行通信，以及數(shù)據(jù)格式解析、存儲(chǔ)，可部署在云端中任意計(jì)算機(jī)。本設(shè)計(jì)網(wǎng)站、下位機(jī)zigbee-wifi網(wǎng)關(guān)中的串口轉(zhuǎn)wifi模塊是 TCP/IP 協(xié)議中的客戶端，分布式中間件是服務(wù)器端。點(diǎn)擊“開始監(jiān)聽”按鈕，中間件會(huì)監(jiān)聽所在計(jì)算機(jī)的5000端口，當(dāng)有客戶端連接請(qǐng)求時(shí)接受遠(yuǎn)程連接，并左下角顯示遠(yuǎn)程終端信息，同時(shí)顯示在線的節(jié)點(diǎn)IEEE地址。選中“啟動(dòng)調(diào)試模式”后，點(diǎn)擊“獲取傳感數(shù)據(jù)”按鈕，可以在右側(cè)獲得傳輸?shù)囊允M(jìn)制字符串顯示的數(shù)據(jù)格式。

Web Service主要實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)數(shù)據(jù)共享。通過SOAP協(xié)議，在 Web服務(wù)器上提供服務(wù)，使用WSDL文件說明使用方法，并通過UDDI注冊(cè)。該技術(shù)基于XML(可擴(kuò)展標(biāo)記語言)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，中間件調(diào)用Web服務(wù)實(shí)現(xiàn)通信。

4.3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

SQL Server數(shù)據(jù)庫采用SQL Server身份驗(yàn)證，用戶為sa，享有數(shù)據(jù)庫操作的最高權(quán)限。 SQL Server根據(jù)內(nèi)部用戶權(quán)限，確定用戶在數(shù)據(jù)庫中權(quán)限?？紤]到最后要將數(shù)據(jù)庫發(fā)布到遠(yuǎn)程虛擬空間，本設(shè)計(jì)采用第2種SQL Server身份驗(yàn)證方式登錄到數(shù)據(jù)庫，使網(wǎng)站更方便、更安全地鏈接到數(shù)據(jù)庫。

4.4 農(nóng)產(chǎn)品追溯子系統(tǒng)

當(dāng)用戶輸入追溯編碼或者種植戶查看查詢農(nóng)產(chǎn)品信息時(shí)，頁面會(huì)轉(zhuǎn)到農(nóng)產(chǎn)品具體信息頁面，顯示產(chǎn)品的詳細(xì)信息。界面中除了顯示農(nóng)產(chǎn)品的詳細(xì)信息外，還提供了生成和打印二維碼功能。當(dāng)該頁面首次加載時(shí)，會(huì)獲取當(dāng)前頁面的URL路徑；點(diǎn)擊頁面中的圖片，就會(huì)將獲得的URL路徑生成二維碼，用戶通過掃描二維碼，就會(huì)轉(zhuǎn)到農(nóng)產(chǎn)品詳細(xì)信息界面；當(dāng)服務(wù)器連接了二維碼標(biāo)簽打印機(jī)、點(diǎn)擊“打印”按鈕時(shí)，會(huì)將二維碼打印出來并貼到對(duì)應(yīng)的農(nóng)產(chǎn)品包裝盒上供消費(fèi)者查詢。

很多系統(tǒng)供消費(fèi)者可查詢的可追溯信息比較單一，僅僅局限于生產(chǎn)環(huán)節(jié)(包括蔬菜產(chǎn)地、生產(chǎn)日期和生產(chǎn)商等信息)，對(duì)于蔬菜質(zhì)量安全比較重要的蔬菜種植環(huán)節(jié)信息、存儲(chǔ)和流通環(huán)節(jié)信息，以及全程質(zhì)量安全追溯體系涉及的信息全面性考慮比較少。今后在數(shù)據(jù)方面要加大力度，以保證可追溯信息包含整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈[13]。

4.5 農(nóng)產(chǎn)品生長(zhǎng)環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)

本系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)顯示頁面、監(jiān)控界面、遠(yuǎn)程控制界面及查詢歷史數(shù)據(jù)界面。

1)實(shí)時(shí)傳感控制頁面主要用來顯示采集器采集的溫室大棚內(nèi)的環(huán)境數(shù)據(jù)，分布式中間件調(diào)用Web服務(wù)器提供的方法，將數(shù)據(jù)以XML格式傳遞到電腦端，并保存到數(shù)據(jù)庫中。

2)無線監(jiān)控頁面主要實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室大棚的實(shí)時(shí)監(jiān)控，采用無線網(wǎng)絡(luò)攝像頭，并在路由器端做端口映射，通過攝像頭控制面板，使用監(jiān)聽、錄像等功能，對(duì)溫室實(shí)時(shí)監(jiān)控。

3)遠(yuǎn)程控制頁面可以遠(yuǎn)程控制溫室內(nèi)的開關(guān)設(shè)備，包括風(fēng)機(jī)、照明燈設(shè)施。點(diǎn)擊閉合按鈕，設(shè)備就會(huì)動(dòng)作。后臺(tái)啟用一個(gè)Timer定時(shí)器，用來不斷地刷新頁面讀取設(shè)備的狀態(tài)；后臺(tái)編寫對(duì)應(yīng)的WebService方法，實(shí)現(xiàn)與中間件的通信。

4)歷史數(shù)據(jù)查詢頁面可以實(shí)現(xiàn)大棚環(huán)境歷史數(shù)據(jù)的查詢，數(shù)據(jù)顯示控件同樣使用了GridView控件；而數(shù)據(jù)源選擇存放傳感數(shù)據(jù)的XML文件，該頁面使用Timer定時(shí)器，每隔一段時(shí)間將傳感數(shù)據(jù)定時(shí)的存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中。

5 試驗(yàn)驗(yàn)證

系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，試用于青島現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范園內(nèi)，遠(yuǎn)程監(jiān)控生長(zhǎng)環(huán)境信息及控制棚內(nèi)的基礎(chǔ)設(shè)施。

該大棚屬于塑料大棚，長(zhǎng)約60m，寬約10m，北面有2m多高的土墻，南面為半拱圓的棚面。棚內(nèi)藍(lán)莓采用手動(dòng)控制的滴灌進(jìn)行灌溉，棚頂安裝半自動(dòng)的卷簾機(jī)用于卷簾，棚區(qū)內(nèi)覆蓋網(wǎng)絡(luò)。

從成本、測(cè)量范圍及控制設(shè)備角度考慮，在棚區(qū)內(nèi)架設(shè)3個(gè)ZigBee采集節(jié)點(diǎn)，每個(gè)采集節(jié)點(diǎn)都配備溫濕度傳感器、CO2傳感器、土壤溫度傳感器、土壤水分傳感器及光照強(qiáng)度傳感器；1個(gè)ZigBee控制節(jié)點(diǎn)可控制8個(gè)設(shè)備，從安全角度考慮半自動(dòng)卷簾機(jī)不考慮在內(nèi)。

登錄生長(zhǎng)環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)，默認(rèn)進(jìn)入實(shí)時(shí)傳感控制界面。實(shí)時(shí)傳感控制模塊包括檢測(cè)新傳感器節(jié)點(diǎn)的加入、傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)服務(wù)的啟停、傳感器節(jié)點(diǎn)的卸載、最新環(huán)境數(shù)據(jù)、按時(shí)間曲線顯示環(huán)境數(shù)據(jù)等功能，界面如圖1所示。

圖1 實(shí)時(shí)傳感數(shù)據(jù)顯示界面Fig.1 Real time sensing and control

實(shí)時(shí)圖像監(jiān)測(cè)模塊包括多畫面顯示視頻圖像及攝像頭云臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)、語音、錄像、抓屏等功能，抓屏截圖如圖2所示。

圖2 多畫面監(jiān)控Fig.2 Multi screen display

對(duì)本系統(tǒng)在示范園內(nèi)的硬件的部署、軟件操作步驟，以及安裝完成后對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)和生產(chǎn)信息可追溯子系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，驗(yàn)證系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及可靠性，結(jié)果表明：系統(tǒng)運(yùn)行正常，數(shù)據(jù)正確，達(dá)到預(yù)期要求。

6 結(jié)論

基于ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)、傳感測(cè)量技術(shù)、計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)及C#編寫上位機(jī)軟件，通過SQL數(shù)據(jù)庫和C# asp .net技術(shù)，形成了一個(gè)基于物聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，可以提供不受時(shí)間和地理位置限制的靈活訪問方式,用戶可以根據(jù)需要隨時(shí)訪問系統(tǒng)的服務(wù)站點(diǎn)。管理者可以通過電腦、手持設(shè)備遠(yuǎn)程登錄該系統(tǒng)掌握植物的生長(zhǎng)環(huán)境，及時(shí)采取措施進(jìn)行環(huán)境控制，對(duì)果實(shí)成熟度更及時(shí)地了解，便于采摘，并可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品基本信息的追溯。該系統(tǒng)成本低，使用過程中操作簡(jiǎn)單，適合普通種植戶使用，順應(yīng)農(nóng)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)。系統(tǒng)將產(chǎn)品質(zhì)量可追溯技術(shù)應(yīng)用在該系統(tǒng)中，使產(chǎn)品從原料到生產(chǎn)到加工再至物流信息透明地呈現(xiàn)在消費(fèi)者面前，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

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Design of the Plant Factory Supervision System Based on Internet of Things

Sun Yang, Bai Haoran, Chu Liuzhu, Wang Fangyan, Li Xiu

(College of Engineering, QingDao Agricultural University, QingDao 266109, China)

By using modern Internet of Things technology, a plant factory supervision system is designed. The system includes two parts: agricultural product growth environment monitoring system and agricultural product traceability system. The zigbee wireless sensor network is installed in the greenhouses, and the lower computer can accurately perceive the environmental factors in the greenhouses. The collected data will be transmitted to the host computer website through the distributed middleware using the web service technology through the zigbee-wifi gateway. By logging into the computer environment monitoring system for agricultural products to view real-time environmental information, the user can remotely operate the greenhouse drip irrigation, temperature control and fill light and other facilities. In the process of planting agricultural products in the greenhouse, the user can use the computer to log on the agricultural product traceability system, and input the planting date, name, picking time, logistics information and sales path of the agricultural product according to the retrospective number.After the two-dimensional code containing the agricultural product information is attached to the box, the two-dimensional code label is scanned by the mobile phone, and the consumer can inquire the detailed information of the agricultural product from planting to selling.

plant factory; internet of things; traceability; remote operation; Web Service

2016-12-05

青島市民生科技計(jì)劃項(xiàng)目(14-2-3-54);山東省自然基金項(xiàng)目(ZR2013CL021);國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2016YFD0 701204-2)

孫 陽(1991-),男，山東淄博人，碩士研究生，(E-mail) sunyang08_14@126.com。

白皓然(1968-)，男，山東青島人，副教授，碩士生導(dǎo)師，(E-mail)baihaoran111@126.com。

S24

A

1003-188X(2018)02-0197-05