黃 欽，閆德鑫，曾平紅

湖南交通工程學(xué)院，湖南 衡陽 421000

農(nóng)業(yè)已經(jīng)成為一個(gè)比較繁榮的國家支柱性產(chǎn)業(yè)，我國目前已經(jīng)成為現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)大國。農(nóng)業(yè)的發(fā)展直接關(guān)乎我國對(duì)于農(nóng)業(yè)在經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)進(jìn)步中所處的地位?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展主要依靠良好的氣候和生態(tài)環(huán)境條件。中國幅員遼闊，地理位置優(yōu)越。由于我國部分地區(qū)的氣候、生態(tài)環(huán)境等條件相對(duì)較差，各種條件之間的不同影響了我國當(dāng)前農(nóng)業(yè)的迅速進(jìn)步。隨著現(xiàn)代社會(huì)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，從事基層特色農(nóng)業(yè)勞動(dòng)和生產(chǎn)工作的人數(shù)越來越少，我國各地區(qū)人民對(duì)于農(nóng)產(chǎn)品的需求也越來越多[1]。時(shí)代的進(jìn)步為人們提出了更高的材料質(zhì)量要求。

1 ARM嵌入式技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，時(shí)代的不斷進(jìn)步，5G時(shí)代的到來，大數(shù)據(jù)的發(fā)展趨勢勢不可當(dāng)。大數(shù)據(jù)的本質(zhì)是所有數(shù)據(jù)的一個(gè)結(jié)合，在新技術(shù)的要求下，大數(shù)據(jù)的采集已不再是之前簡單的方式，而是采用更加先進(jìn)的技術(shù)。如果在生產(chǎn)生活中，加強(qiáng)大數(shù)據(jù)的利用，必然對(duì)工作的準(zhǔn)確性，對(duì)生活的、生產(chǎn)的質(zhì)量都有著很大的提升作用。因此，在今后的發(fā)展中，加強(qiáng)對(duì)大數(shù)據(jù)的使用，促進(jìn)生活的進(jìn)步、社會(huì)的發(fā)展與經(jīng)濟(jì)的建設(shè)，培養(yǎng)專業(yè)的人才來促進(jìn)大數(shù)據(jù)的正確合理使用。

目前，我國的設(shè)施農(nóng)業(yè)溫室也得到了廣泛的應(yīng)用，但大多數(shù)的控制技術(shù)都過于落后。傳統(tǒng)的手工測試和控制的使用也占用了大量的人力和時(shí)間。工業(yè)計(jì)算機(jī)的使用成本昂貴，同時(shí)需要配備專業(yè)的操作技術(shù)人員，給農(nóng)業(yè)的發(fā)展帶來極大的不便。價(jià)格較低的單片機(jī)性能較低，不利于技術(shù)的推廣。因此，我國設(shè)施農(nóng)業(yè)溫室的環(huán)境控制在許多方面還有待改進(jìn)和完善。在此基礎(chǔ)上，采用嵌入式技術(shù)和嵌入式集中器作為溫室領(lǐng)域的主控制器，是設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展中采用技術(shù)手段的適宜選擇。設(shè)施農(nóng)業(yè)溫室監(jiān)控系統(tǒng)的研究涉及多種技術(shù)，包括嵌入式控制技術(shù)。

如今，智能手機(jī)已經(jīng)與人們的生活密不可分，移動(dòng)應(yīng)用的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大。嵌入式技術(shù)與計(jì)算機(jī)和智能手機(jī)終端應(yīng)用相結(jié)合是未來必然的發(fā)展道路[2]。通過Zig-Bee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集溫室內(nèi)的數(shù)據(jù)信息，通過RS232串口發(fā)送到嵌入式集中器終端，然后通過無線通信技術(shù)將控制器與普通計(jì)算機(jī)連接起來。計(jì)算機(jī)可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，PC機(jī)也可以實(shí)現(xiàn)。設(shè)置服務(wù)器還可以使移動(dòng)電話遠(yuǎn)程訪問計(jì)算機(jī)端的數(shù)據(jù)，農(nóng)業(yè)技術(shù)人員也可以離開溫室現(xiàn)場，在家中或室外實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)視和控制。

2 設(shè)施農(nóng)業(yè)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)相關(guān)理論及關(guān)鍵技術(shù)

設(shè)施農(nóng)業(yè)溫室遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的研究對(duì)我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展具有現(xiàn)實(shí)意義。它改善了傳統(tǒng)溫室生產(chǎn)管理技術(shù)的落后，改變了農(nóng)業(yè)技術(shù)人員煩瑣的人工控制過程，提高了生產(chǎn)效率，提高了我國的生產(chǎn)效率。農(nóng)業(yè)大國的核心競爭力在未來農(nóng)業(yè)發(fā)展中具有巨大的農(nóng)業(yè)科技研究價(jià)值。設(shè)施農(nóng)業(yè)溫室遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)包括嵌入式技術(shù)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、PC服務(wù)器技術(shù)、Android移動(dòng)應(yīng)用開發(fā)技術(shù)等。

2.1 嵌入式技術(shù)

嵌入式系統(tǒng)是一種以應(yīng)用為中心的計(jì)算機(jī)專用系統(tǒng)，基于計(jì)算機(jī)技術(shù)，軟件和硬件可以定制，對(duì)系統(tǒng)的可靠性、功能、體積、成本和功耗都有非常嚴(yán)格的規(guī)定。嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，主要應(yīng)用于工業(yè)控制設(shè)備、智能儀表、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、汽車電子、環(huán)境監(jiān)測、通信設(shè)備等領(lǐng)域。嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括嵌入式處理器、車載硬件（FLASH、LCD等）、嵌入式操作系統(tǒng)、嵌入式應(yīng)用。其中，嵌入式處理器、車載硬件和各種外圍接口構(gòu)成了嵌入式系統(tǒng)的硬件組件，嵌入式操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序和設(shè)備驅(qū)動(dòng)層構(gòu)成了嵌入式系統(tǒng)的軟件部分。

2.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

最初，Linux主要被應(yīng)用于服務(wù)器。Linux以其低廉的成本和定制化的可能性,后來在各種嵌入式系統(tǒng)中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。嵌入式Linux之所以能夠快速地發(fā)展,因?yàn)樗鼘?shí)際上是一個(gè)安全的免費(fèi)軟件；Linux平臺(tái)是一個(gè)多功能、多任務(wù)的操作系統(tǒng)，具有豐富的圖形用戶界面，強(qiáng)大的平臺(tái)擴(kuò)展性，幾百kb的文本大小都可以多達(dá)幾mb。Linux由于其強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能,在服務(wù)器領(lǐng)域已經(jīng)得到了突破性的發(fā)展。Linux能夠提供的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧既穩(wěn)定又豐富。一個(gè)完整的 Linux發(fā)行版主要包括：Linux內(nèi)核、gnu庫和工具、命令行shell、桌面環(huán)境，并包含數(shù)千個(gè)辦公套件、文本編輯器應(yīng)用軟件。

近年來，ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)被廣泛地認(rèn)為是21世紀(jì)最重要的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，是一種綜合性地集成控制、監(jiān)視和無線通信的網(wǎng)絡(luò)體系。傳感器、數(shù)據(jù)處理單元與通信模塊等應(yīng)用在AdHoc網(wǎng)絡(luò)中。構(gòu)成了無線網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)都可以向受眾傳輸信息，收集到所有在監(jiān)測范圍內(nèi)的環(huán)境物體對(duì)象上的信息，對(duì)該物體的信息進(jìn)行處理,并通過無線傳感器的網(wǎng)絡(luò)向受眾發(fā)送[3]。計(jì)算機(jī)技術(shù)與無線通信技術(shù)在整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)體系中的相互結(jié)合所形成產(chǎn)生的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了三元世界的鏈路連接,對(duì)我國農(nóng)業(yè)的建設(shè)與發(fā)展也產(chǎn)生了積極影響。

2.3 互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)

TCP/IP協(xié)議是Internet協(xié)議傳輸控制協(xié)議Internet協(xié)議的英文縮寫。該協(xié)議通常被稱為網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，是當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)上最為基本的一項(xiàng)協(xié)議。TCP/IP協(xié)議明確規(guī)定了各種電子設(shè)備之間與Internet的連接和通信方式,以及其他數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)。TCP主要是負(fù)責(zé)在Internet上發(fā)現(xiàn)傳送問題并進(jìn)行重傳，直到用戶所發(fā)送的大量數(shù)據(jù)信息已經(jīng)到達(dá)其目的地為止，而IP則為Internet上的每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備指定了一個(gè)位置。

當(dāng)一個(gè)客戶端和服務(wù)器之間建立了連接時(shí),通過數(shù)據(jù)流直接實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)信息的傳遞,即客戶端的輸出流和服務(wù)器的輸入流分別被連接到了服務(wù)器的輸入流和服務(wù)器的輸出流。不管服務(wù)器和客戶端的運(yùn)行操作系統(tǒng)之間是否相同,編程語言之間是否相同,都可以有直接地建立聯(lián)系。與本次課題研究的基礎(chǔ)性設(shè)施-農(nóng)業(yè)溫室遙感器遠(yuǎn)程監(jiān)測管理系統(tǒng)一樣，嵌入式集中器系統(tǒng)采用Linux系統(tǒng)，PC服務(wù)器端采用Windows系統(tǒng)，智能手機(jī)移動(dòng)終端系統(tǒng)采用Android系統(tǒng)，嵌入式應(yīng)用程序系統(tǒng)采用qt編程，移動(dòng)電話和伺服計(jì)算機(jī)端的通信模塊系統(tǒng)采用套接字網(wǎng)絡(luò)編程。

2.4 PC機(jī)服務(wù)器技術(shù)

PC服務(wù)器就是在普通計(jì)算機(jī)上建立一個(gè)服務(wù)器和一個(gè)數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)對(duì)嵌入式集中器發(fā)送的數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)、查詢和控制。該系統(tǒng)的PC服務(wù)器可向嵌入式集中器發(fā)送控制命令，進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，同時(shí)利用MySQL關(guān)系數(shù)據(jù)庫進(jìn)行信息處理、查詢等功能，實(shí)現(xiàn)設(shè)施農(nóng)業(yè)溫室的溫濕度、CO2濃度、光強(qiáng)等環(huán)境參數(shù)的存儲(chǔ)。在PC端建立服務(wù)器，使用戶能夠通過手機(jī)應(yīng)用程序或服務(wù)器IP地址通過智能手機(jī)終端進(jìn)行訪問，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制功能。

2.5 手機(jī) App 開發(fā)技術(shù)

目前，市場上的智能手機(jī)操作系統(tǒng)分為iOS系統(tǒng)和Android系統(tǒng)。本課題開發(fā)的手機(jī)應(yīng)用程序使用Android系統(tǒng)，直接使用Java編程實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序的開發(fā)，然后將開發(fā)的應(yīng)用程序下載到手機(jī)上。在手機(jī)遠(yuǎn)程控制模塊中，給出了手機(jī)應(yīng)用程序的登錄界面。溫室內(nèi)的數(shù)據(jù)信息可以通過GPRS數(shù)據(jù)流或局域網(wǎng)通過服務(wù)器查詢，農(nóng)業(yè)技術(shù)人員可以通過設(shè)置環(huán)形模式對(duì)溫室進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控[4]。

3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的溫室控制系統(tǒng)大多采用人工控制方法來控制溫室環(huán)境，有些系統(tǒng)采用單片機(jī)進(jìn)行控制，以達(dá)到一定的控制功能。如果將其應(yīng)用于多個(gè)溫室，則需要增加勞動(dòng)力成本，并由人為因素控制整個(gè)系統(tǒng)，從而降低效率。

文章研究的基于嵌入式集中器的設(shè)施農(nóng)業(yè)溫室遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)由嵌入式集中器子系統(tǒng)、PC服務(wù)器子系統(tǒng)和移動(dòng)應(yīng)用子系統(tǒng)三部分組成。文章討論了監(jiān)控系統(tǒng)的總體功能和體系結(jié)構(gòu)。在分析和研究的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)介紹了嵌入式集中器子系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計(jì)、軟硬件設(shè)計(jì)和通信接口設(shè)計(jì)、硬件和軟件開發(fā)平臺(tái)的選擇和無線傳感器的選擇。

地下集中器也安裝在溫室中，如無線傳感器。嵌入式集中控制器連接液晶顯示器和繼電器。LCD觸摸屏可實(shí)時(shí)顯示溫室內(nèi)環(huán)境參數(shù)。Sink節(jié)點(diǎn)通過RS232串口與集中器通信集中器可以通過繼電器查詢和控制溫室內(nèi)的卷簾、風(fēng)扇等外圍設(shè)備，從而調(diào)整適合作物生長的溫室環(huán)境參數(shù)。嵌入式集中器內(nèi)置DM9000，網(wǎng)卡通過網(wǎng)線連接路由器，分配IP地址，建立網(wǎng)絡(luò)連接，與遠(yuǎn)程PC服務(wù)器通信。嵌入式濃縮器向遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)發(fā)送溫度、濕度、CO2濃度、數(shù)據(jù)和時(shí)間等參數(shù)信息，并提供來自外圍設(shè)備的定時(shí)接收命令。

設(shè)施農(nóng)業(yè)大棚遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)各子系統(tǒng)的功能如下：（1）集中器管理子系統(tǒng)。其主要包括無線數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊和設(shè)備控制模塊。無線數(shù)據(jù)采集主要包括溫室內(nèi)的溫度、濕度和CO2。實(shí)時(shí)采集濃度和光強(qiáng)數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)傳輸功能是指集中器收到信息后將信息發(fā)送到PC服務(wù)器，并接收服務(wù)器發(fā)送的命令[5]。設(shè)備控制模塊主要通過GPIO接口控制繼電器，進(jìn)而控制溫室內(nèi)的卷簾、吹風(fēng)機(jī)等設(shè)備，達(dá)到調(diào)節(jié)溫室環(huán)境的目的。（2）PC服務(wù)器管理子系統(tǒng)。其主要包括集中器發(fā)送數(shù)據(jù)的接收、處理和存儲(chǔ)，通過數(shù)據(jù)庫查詢溫室數(shù)據(jù)的信息變化，負(fù)責(zé)集中器與手機(jī)之間的傳輸功能。（3）移動(dòng)應(yīng)用管理子系統(tǒng)。其主要功能模塊包括用戶登錄和賬戶管理、溫室環(huán)境參數(shù)實(shí)時(shí)顯示、遠(yuǎn)程控制命令和溫室參數(shù)閾值設(shè)置。當(dāng)溫室內(nèi)數(shù)據(jù)超過閾值時(shí)，會(huì)有報(bào)警功能。

4 結(jié)束語

總而言之，當(dāng)今時(shí)代是信息時(shí)代，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也在逐步發(fā)展，合理地將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于人們的日常生產(chǎn)和生活中，有利于改善和提高人們的日常生產(chǎn)和生活質(zhì)量，有利于推動(dòng)社會(huì)進(jìn)一步發(fā)展。在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的發(fā)展過程中，將先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)充分融入農(nóng)業(yè)工程，有利于推動(dòng)社會(huì)主義經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，維護(hù)社會(huì)生態(tài)平衡，提高自然資源的利用率，從而促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的健康可持續(xù)發(fā)展和自然生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，最大限度地改善和提高自然資源的利用率，有利于社會(huì)主義經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步健康發(fā)展和人民生活水平的提高，有利于提升我國在國際上的地位，早日達(dá)到我國的發(fā)展目標(biāo)。