基于Web的智能客廳菜園管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

吳玉娟 劉永華

摘要綜合運(yùn)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(yuǎn)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(yuǎn)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(duì)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(hào)S126文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2014）01-00275-03

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展，追求個(gè)性化、自動(dòng)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(shì)。在環(huán)境污染嚴(yán)重、蔬菜價(jià)格上漲的背景下，設(shè)計(jì)開發(fā)一種“自給自足”的蔬菜種植裝置具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。它不僅不受天氣、蟲害影響，而且生長(zhǎng)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(duì)高品質(zhì)、個(gè)性化生活的追求。因此，研制開發(fā)集數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)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(yuǎn)程控制體系，對(duì)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(jì)

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(chǔ)子系統(tǒng)和遠(yuǎn)程控制子系統(tǒng)等組成。其中客廳菜園子系統(tǒng)由機(jī)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(chǔ)子系統(tǒng)由結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(yuǎn)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(yùn)行流程設(shè)計(jì)

“基于Web的智能客廳菜園管理系統(tǒng)”首先通過安裝在機(jī)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(shí)時(shí)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(duì)各類傳感器數(shù)據(jù)的交匯獲取。本地服務(wù)存儲(chǔ)子系統(tǒng)運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)將各類傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、加工與處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)客廳菜園的動(dòng)態(tài)監(jiān)視與控制。遠(yuǎn)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(yùn)行流程圖2基于Web的智能客廳菜園管理系統(tǒng)運(yùn)行流程

作者簡(jiǎn)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(jì)與開發(fā)研究，Email：623255445@qq.com。

3系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

3.1客廳菜園主要由上位機(jī)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(jī)、加熱器、風(fēng)扇、燈光、水泵和營(yíng)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(gè)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(jī)，下位機(jī)經(jīng)過數(shù)據(jù)運(yùn)算處理，并通過通訊接口將數(shù)據(jù)上傳輸至上位機(jī)，上位機(jī)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(jī)向控制電路發(fā)出各種相應(yīng)的控制信號(hào)，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(bǔ)光系統(tǒng)等，是自動(dòng)控制系統(tǒng)的執(zhí)行者，通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)相互協(xié)調(diào)工作使客廳菜園控制系統(tǒng)實(shí)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(shí)現(xiàn)對(duì)可控環(huán)境參數(shù)的結(jié)構(gòu)化存儲(chǔ)與維護(hù)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(chǔ)子系統(tǒng)綜合運(yùn)用分布式數(shù)據(jù)庫(kù)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(chǔ)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(chǔ)子系統(tǒng)?？紤]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(kù)技術(shù)，按照“需求分析、概念設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)計(jì)、物理設(shè)計(jì)”的模式，設(shè)計(jì)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(kù)。數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)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(kù)設(shè)計(jì)流程采用TCP/IP和UDP技術(shù)體系架構(gòu)，設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)流程如圖6所示。

3.4遠(yuǎn)程控制子系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制子系統(tǒng)是用戶遠(yuǎn)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(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)訪問，對(duì)系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理與展示應(yīng)用，能夠?qū)蛷d菜園完成實(shí)時(shí)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(yǔ)

綜合運(yùn)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(duì)于完善優(yōu)化客廳菜園的數(shù)據(jù)采集體系與遠(yuǎn)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(yuǎn)程控制子系統(tǒng)運(yùn)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(jì)與實(shí)現(xiàn)參考文獻(xiàn)

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