基于智能TV的遠程農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

【摘 要】本文以智能TV為平臺，結(jié)合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)，設(shè)計了一套新型的遠程農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)由無線傳感網(wǎng)絡(luò)、基于PC的網(wǎng)絡(luò)中心和智能TV的監(jiān)測終端三個部分組成，同傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)相比，具備了極大的便利性，且簡化了農(nóng)戶的生產(chǎn)模式。

【關(guān)鍵詞】智能TV 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) PC 環(huán)境監(jiān)測

一、引言

監(jiān)測系統(tǒng)是指具有數(shù)據(jù)采集、傳輸和監(jiān)測功能的計算機系統(tǒng)[1]。農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)即是指通過對農(nóng)作物生長情況（如圖像）及環(huán)境性狀（如溫度、濕度、光照強度、土壤溫濕度、土壤PH值等）進行科學(xué)監(jiān)測，從而幫助農(nóng)民抗災(zāi)、減災(zāi)，并通過改善農(nóng)田環(huán)境，營造農(nóng)作物的最佳生長環(huán)境以提高農(nóng)業(yè)綜合效益[2]的監(jiān)測系統(tǒng)。

智能TV則是指具有開放式平臺，搭載了操作系統(tǒng)，且能實現(xiàn)持續(xù)對功能進行擴充和升級的新電視產(chǎn)品。作為一種新的智能設(shè)備，TV正成為繼計算機、手機之后的第三種信息訪問終端，在此基礎(chǔ)上所設(shè)計的遠程農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，借助智能TV平臺平臺優(yōu)勢，極大地簡化了農(nóng)戶的生產(chǎn)模式。

二、系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

如下圖1，此系統(tǒng)主要由遠程監(jiān)測系統(tǒng)、PC網(wǎng)絡(luò)服務(wù)中心及智能TV終端3部分組成。遠程監(jiān)測系統(tǒng)由無線傳感網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)中的傳感器節(jié)點將自身采集到的各類監(jiān)測數(shù)據(jù)經(jīng)由無線傳感網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至基站，并由該基站將數(shù)據(jù)傳輸至所連接的PC機服務(wù)器，服務(wù)器將接收到的數(shù)據(jù)進行解析并存入數(shù)據(jù)庫中，智能TV終端則通過Internet網(wǎng)絡(luò)訪問服務(wù)器中數(shù)據(jù)，并通過相應(yīng)表格或圖形進行顯示，同時TV端發(fā)出相應(yīng)配置信息，經(jīng)由Internet和 zigbee網(wǎng)絡(luò)對傳感器中各節(jié)點的工作進行控制。

三、遠程監(jiān)測系統(tǒng)

本文無線傳感網(wǎng)絡(luò)采用ZigBee技術(shù)以星型結(jié)構(gòu)組建，配有溫度、濕度、CO2濃度、光照強度等四種傳感器，節(jié)點間通過ZigBee模塊進行自組網(wǎng)和數(shù)據(jù)傳輸，并自身信息收集和處理，同時將采集到的數(shù)據(jù)按照設(shè)定的上傳周期發(fā)送至匯聚節(jié)點（即基站），基站不采集傳感數(shù)據(jù)，只負責在收到各節(jié)點的采集數(shù)據(jù)之后，通過Internet實時地將數(shù)據(jù)傳送給PC服務(wù)器，同時將PC服務(wù)器中發(fā)送的配置指令發(fā)送給指定節(jié)點。詳見下圖2：

作為整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)部分，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要負責采集目標區(qū)域多環(huán)境因素的數(shù)據(jù)。每個末梢感知節(jié)點都有一個節(jié)點地址（節(jié)點地址各不相同），在系統(tǒng)上電，節(jié)點初始化之后，就開始按照默認配置進行傳感數(shù)據(jù)的采集和發(fā)送。若接收到網(wǎng)絡(luò)中心的數(shù)據(jù)，節(jié)點則對數(shù)據(jù)進行解析處理，按照該指令要求修改相關(guān)配置，并按照此配置工作。比如按照設(shè)定的上傳周期將采集數(shù)據(jù)發(fā)送給基站，而基站則負責傳感節(jié)點與網(wǎng)絡(luò)中心的數(shù)據(jù)傳輸；同時監(jiān)聽ZigBee模塊，若收到數(shù)據(jù)，則將數(shù)據(jù)通過另一個模塊發(fā)送出去。

四、PC網(wǎng)絡(luò)服務(wù)中心

網(wǎng)絡(luò)中心平臺采用x86的PC機，該部分負責通過串口從基站獲取無線傳感網(wǎng)絡(luò)所采集的所有數(shù)據(jù)，并進行解析進而存儲到數(shù)據(jù)庫中；同時，采用UDP SOCKET的通信方式，實現(xiàn)與智能TV端的數(shù)據(jù)通信，并為其提供實時、歷史數(shù)據(jù)查詢、傳感設(shè)備參數(shù)配置及信息報警等功能。詳見下圖3：

作為整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換中心，主要完成兩項工作。一是將從傳感器網(wǎng)絡(luò)中采集到的數(shù)據(jù)進行解析并寫入數(shù)據(jù)庫中，此時程序會創(chuàng)建一個數(shù)據(jù)庫，每天監(jiān)測到的傳感器數(shù)據(jù)都存儲在以當天日期為名的表中；二是處理來自于TV端的命令，服務(wù)器模塊負責監(jiān)聽socket端口，一旦有TV端服務(wù)請求，經(jīng)驗證后，首先檢測是否存在警報數(shù)據(jù)，如有，立即發(fā)送給TV端；如是查詢請求，則調(diào)用數(shù)據(jù)庫接口，執(zhí)行相應(yīng)的SQL語句進行數(shù)據(jù)查詢；如是配置請求，則將配置信息存入數(shù)據(jù)庫或?qū)懭氪谠O(shè)備；最后將查詢結(jié)果或者反饋信息發(fā)送給TV端。

五、智能TV終端

作為整個系統(tǒng)的監(jiān)測終端，主要完成配置命令的發(fā)送及數(shù)據(jù)的監(jiān)測顯示。本設(shè)計針對智能TV，為方便在家方便監(jiān)測和控制，農(nóng)戶可通過實時查詢，歷史查詢等多種方式查看服務(wù)器中的監(jiān)測數(shù)據(jù)，同時通過發(fā)送配置命令來控制傳感器的工作方式。下圖4為TV端功能結(jié)構(gòu)圖：

TV端功能主要由數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)處理及人機接口3部分組成。人機接口部分是本文設(shè)計的重點，它提供操作界面供用戶進行相關(guān)的設(shè)置，用戶可對需要查詢的節(jié)點、傳感器類型、時間等參數(shù)等進行設(shè)置并發(fā)送，同時還可以對每個節(jié)點的報警閾值、上傳周期等參數(shù)進行配置，通過表格和曲線兩種形式的數(shù)據(jù)表示，用戶可以動態(tài)、全面的監(jiān)測到監(jiān)測區(qū)域的實時以及歷史的狀態(tài)；數(shù)據(jù)通信模塊負責將數(shù)據(jù)查詢請求指令和配置指令發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)中心上，并接收服務(wù)反饋的信息；數(shù)據(jù)處理模塊會將接收的數(shù)據(jù)包進行解析，并進行相應(yīng)處理。詳細程序流程如下圖5：

六、結(jié)束語

作為一套新型的遠程農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計，本文簡單地闡述了對農(nóng)業(yè)環(huán)境量的監(jiān)測實現(xiàn)，以后還可以根據(jù)農(nóng)戶自身需求做進一步的擴充和完善。如控制方式，除圖形界面顯示外，還可加入語音操控；同時還可加入遠程控制系統(tǒng)等。另外，通過該系統(tǒng)不僅能實現(xiàn)較為方便的實時監(jiān)測和便捷操作，也將農(nóng)戶的作業(yè)范圍從農(nóng)田擴大至了家里，極大的簡化了農(nóng)戶的作業(yè)模式，相信伴隨著信息技術(shù)、傳感技術(shù)及智能TV的進一步發(fā)展，該系統(tǒng)也一定會有進一步的突破和發(fā)展。

參考文獻：

[1]Dong-Joo Kang， Jong-Joo Lee， Seog-Joo Kim. Analysis on cyber threats to SCADA systems[C]. Transmission Distribution Conference Exposition， Asia and Pacific， 26-30 Oct. 2009： 1-4.

[2]姚世鳳， 馮春貴， 賀園園， 祝詩平. 物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用[J]. 農(nóng)機化研究. 2011， （07）： 190-193.

作者簡介：

陳慧敏（1977-），女，湖北人，創(chuàng)維集團海外研究院，副主任工程師，研究方向：智能TV