劉萬元，黃連清，黃方連，宋俊慷

（廣西民族師范學院數理與電子信息工程學院，廣西崇左532200）

基于OneNET 物聯網開放平臺設計了一種為智慧農業(yè)提供數據監(jiān)測服務的監(jiān)測系統(tǒng)。其主要將物聯網技術、移動通信技術、傳感器技術以及計算機技術等各種先進技術融合，以農業(yè)溫室為單元，在分析農業(yè)溫室種植農作物對環(huán)境要素需求的基礎上，選取光照強度、溫度、濕度、二氧化碳濃度等環(huán)境數據作為監(jiān)測對象，對農業(yè)溫室內前述環(huán)境數據進行實時監(jiān)測，形成以農業(yè)生產者為主體，高效、集成的農業(yè)溫室環(huán)境數據監(jiān)測系統(tǒng)，進而提升農業(yè)生產過程控制的智能化，為提高農業(yè)溫室種植作物產出的品質和產量提供必要的技術保障。系統(tǒng)通過環(huán)境數據變送器采集農業(yè)溫室內各種環(huán)境信息（光照強度、溫度、濕度、二氧化碳濃度等）[1]，以ModBus-RTU 協議為核心，在OneNET 物聯網開放平臺上部署產品（服務器）的同時開發(fā)監(jiān)測界面，使用4G-DTU 傳輸模塊完成采集數據遠程傳輸工作。在數據被OneNET 物聯網開放平臺所部署的產品（服務器）成功接收并存儲后，用戶可通過個人PC 或智能手機登錄在OneNET 物聯網開放平臺開發(fā)的監(jiān)測界面，實現對農業(yè)溫室內農業(yè)生產環(huán)境數據的實時監(jiān)測。在系統(tǒng)總體方案設計的基礎上，從OneNET 物聯網開放平臺部署，4G 移動通信數據傳輸模塊配置和環(huán)境數據變送器設置3個方面進行系統(tǒng)設計過程的介紹。

1 系統(tǒng)總體方案設計

系統(tǒng)所采用集成多種數據傳感功能的環(huán)境數據變送器實現農業(yè)溫室內環(huán)境數據的采集工作，主要對光照強度、溫度、濕度、二氧化碳濃度等農業(yè)生產環(huán)境數據進行采集；以4G-DTU 傳輸模塊為核心，搭建環(huán)境數據變送器和OneNET 物聯網開放平臺的數據交互通路；在OneNET 物聯網開放平臺上通過部署產品（服務器）的同時開發(fā)監(jiān)測界面來存儲和展示環(huán)境數據變送器所采集的農業(yè)溫室內光照強度、溫度、濕度、二氧化碳濃度等環(huán)境數據，為農業(yè)溫室管理者優(yōu)化農業(yè)溫室內農作物生產環(huán)境數據的設定，從而為提高種植作物產量提供決策依據[2]。圖1所示為系統(tǒng)整體方案設計圖。

圖1 系統(tǒng)整體方案設計圖

2 OneNET 物聯網開放平臺部署

為了存儲環(huán)境數據變送器所采集上傳的農業(yè)溫室環(huán)境數據，需要對OneNET 物聯網開放平臺進行相應的部署，具體可分為創(chuàng)建產品、添加設備和配置數據流3 個步驟。

圖2 接入協議選擇

首先，登錄OneNET 物聯網開放平臺進入控制臺，在OneNET 產品目錄選擇“多協議接入”服務，并創(chuàng)建一個用于接收和存儲監(jiān)測數據的產品，由于環(huán)境數據變送器是以ModBus-RTU 協議的應答幀格式發(fā)送采集數據的，因此在創(chuàng)建多協議接入服務的產品類型時需要選擇ModBus 協議接入，如圖2 所示。

產品創(chuàng)建成功后點擊進入該產品，并打開該產品的設備列表，使用“添加設備”功能為該產品添加設備。添加設備的過程中需要自行按需求輸入創(chuàng)建設備的“設備名稱”“DTU 序列號”和“DTU 密碼”，同時設置“數據保密性”，在此基礎上還可以對設備進行功能性描述，并設定設備的位置信息。添加新設備主要配置內容如圖3 所示。

圖3 添加新設備配置內容

圖4 添加采樣數據流配置內容

成功添加設備后需要在所添加的設備內部配置數據流，在設備列表的操作欄點擊與新添加設備對應的“數據流”選項，進入該設備數據流展示列表，并點擊“添加采樣數據流”為當前設備添加采樣數據流。在進行采樣數據流添加時需要對“數據流名稱”“采樣數據命令”和“數據周期”進行配置。具體配置內容如圖4 所示，其中“采樣數據命令”的配置要符合ModBus-RTU 詢問幀格式，并配合環(huán)境數據變送器封有裝監(jiān)測數據的ModBus-RTU 應答幀的類型確定具體參數，數據處理公式可對上傳數據進行簡單的算術處理。

3 第四代移動通信數據傳輸模塊配置

4G-DTU 傳輸模塊是第四代移動通信數據傳輸模塊的簡稱，系統(tǒng)中該模塊主要實現環(huán)境數據變送器和OneNET 物聯網開放平臺之間的數據橋接工作，系統(tǒng)設計使用了山東有人物聯網公司USR-780G2 型4G-DTU 傳輸模塊，保證兩者能正常進行數據交互[3]。因此，環(huán)境數據變送器和OneNET 物聯網開放平臺要分別完成它們與4G-DTU 傳輸模塊之間數據通路的搭建。

4G-DTU 傳輸模塊和環(huán)境數據變送器之間只需要使用兩根線纜將兩者的RS485 接口進行連接即可；4G-DTU 傳輸模塊和OneNET 物聯網開放平臺之間的連接是建立在TCP 長鏈接的基礎上，通過設置登錄包和TCP 套接字實現的。在進行配置時需要4G-DTU 傳輸模塊使用RS232 串行通信接口與個人PC 進行連接，在個人PC 上運行專門的配置軟件實現對USR-780G2 型4G-DTU 傳輸模塊進行配置，具體配置信息如圖5 所示。

登陸包的內容關系到4G-DTU 傳輸模塊是否能正常與OneNET 物聯網開放平臺所部署的設備實現連接，因此這里對登陸包的具體內容進行說明。依據OneNET 物聯網開放平臺開發(fā)手冊，采用ModBus協議進行接入需要對登陸包進行專門的設置，根據之前的產品添加和設備創(chuàng)建信息，本系統(tǒng)的登陸包的具體內容如表1 所示。

4 環(huán)境數據變送器

圖5 4G-DTU 傳輸模塊配置

表1 OneNET 物聯網開放平臺ModBus 接入登陸包設置

圖6 環(huán)境數據變送器配置

環(huán)境數據變送器使用山東建大仁科公司生產的多氣象要素百葉盒型環(huán)境數據變送器，完成農業(yè)溫室內環(huán)境數據的采集工作[4]。在將新環(huán)境變送器投入使用之前，也需要對其相關參數進行配置。使用USB/485 轉換器將環(huán)境數據變送器與個人PC 進行連接，在個人PC 上運行相應的配置軟件對其進行配置，具體需要配置的參數如圖6 所示。

波特率參數要和4G-DTU 傳輸模塊的波特率參數一致，這樣才能保證環(huán)境數據變送器和4G-DTU 傳輸模塊之間通過RS485 總線承載Mod-Bus-RTU 協議進行通信[5]。從機地址要和OneNET 物聯網開放平臺采樣數據流中“采樣數據命令”的地址參數一致，確保OneNET 物聯網開放平臺通過其采樣數據流下發(fā)的數據采集命令能被環(huán)境數據變送器正確識別。在此基礎上，環(huán)境數據變送器以ModBus-RTU 應答幀的形式發(fā)送的環(huán)境數據能被OneNET 物聯網開放平臺的采樣數據流進行正確存儲、展示。

5 系統(tǒng)數據存儲與展示

正確完成上述過程后就完成了基于OneNET物聯網開放平臺的智慧農業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)的搭建工作，系統(tǒng)應用可以進入OneNET 物聯網開放平臺查詢已經上傳的監(jiān)測數據。與此同時，可以使用OneNET 物聯網開放平臺的監(jiān)測界面開發(fā)功能，開發(fā)WEB 監(jiān)測界面實現對歷史監(jiān)測數據的展示工作。OneNET 物聯網開放平臺所提供的監(jiān)測界面開發(fā)工具以組件拖拽方式進行界面開發(fā)，組件可以很容易與后臺存儲的數據進行連接，實現數據展示的多樣化。數據展示界面如圖7 所示，系統(tǒng)的使用者可以使用個人PC 或者智能手機通過互聯網訪問監(jiān)測界面，實現農業(yè)溫室內環(huán)境數據的實時監(jiān)測。

圖7 數據展示界面