基于Web的茶葉物聯(lián)網(wǎng)遠程智能控制系統(tǒng)的設(shè)計

邱富軍（瀘州職業(yè)技術(shù)學院，四川瀘州646005）

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基于Web的茶葉物聯(lián)網(wǎng)遠程智能控制系統(tǒng)的設(shè)計

邱富軍
（瀘州職業(yè)技術(shù)學院，四川瀘州646005）

摘要：物聯(lián)網(wǎng)的作用之一就是將物與人連接起來，基于Web的茶葉物聯(lián)網(wǎng)遠程智能控制系統(tǒng)的設(shè)計，茶農(nóng)只需通過電腦或手機終端即可瀏覽圖像，讓茶園盡收眼底。根據(jù)茶葉物聯(lián)網(wǎng)的監(jiān)測記錄，可以及時分析應(yīng)對氣候異常、土壤生態(tài)變化等環(huán)境因素，實現(xiàn)自動灌溉、驅(qū)蟲防病等工作，提高茶葉的質(zhì)量和產(chǎn)量。

關(guān)鍵詞：茶葉物聯(lián)網(wǎng)；遠程智能控制；系統(tǒng)設(shè)計

近年來，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，為農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新提供了較強的技術(shù)活力。2012年中央一號文件突出強調(diào)部署農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新，提出要把推進農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新作為“三農(nóng)”工作的重點。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)改變過去完全依靠經(jīng)驗的落后方式，從而整體而系統(tǒng)地將傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)打造成自動、智能、高產(chǎn)農(nóng)業(yè)，對調(diào)整當前茶葉產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，加快農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變有著重要意義。

1　茶葉物聯(lián)網(wǎng)概述

物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)是物與物利用相關(guān)傳感設(shè)備，與紅外、無線技術(shù)或者互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進行充分的綁定，最終達到人對物的智能化管理。所謂茶葉物聯(lián)網(wǎng)，是指將大量的傳感器節(jié)點構(gòu)成監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，通過各種傳感器采集信息，幫助茶農(nóng)及時發(fā)現(xiàn)問題，并且準確地確定發(fā)生問題的位置，這樣農(nóng)業(yè)將逐漸地從以人力為中心、依賴于孤立機械的生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)向以信息和軟件為中心的生產(chǎn)模式，使用各種自動化、智能化和遠程控制的生產(chǎn)設(shè)備，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)民增收。

在茶葉物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)的研發(fā)階段，需要對茶葉生長環(huán)境的參數(shù)進行監(jiān)測，因為對茶葉的生長造成最大影響的就是空氣的溫濕度、土壤溫濕度、二氧化碳濃度、光照強度等參數(shù)。所以，確保遠程監(jiān)控系統(tǒng)的實時性、精準性、可靠性就是Web開發(fā)技術(shù)的要點。我國關(guān)于茶葉物聯(lián)網(wǎng)智能化尚處于研究階段，尤其對于茶葉產(chǎn)業(yè)的Web遠程控制設(shè)計還是空白。伴隨著我國通信技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的全面發(fā)展，探索茶葉物聯(lián)網(wǎng)的智能化遠程控制就具有非常重要的現(xiàn)實意義。

2　茶葉物聯(lián)網(wǎng)遠程智能控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計

茶葉物聯(lián)網(wǎng)可以實時監(jiān)控茶園的雨量、光照、土壤養(yǎng)分、病蟲害情況等，實現(xiàn)茶葉生長、采摘加工、儲存銷售、終端銷售等各個環(huán)節(jié)的全程記錄。茶農(nóng)通過這套物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，可以進行土壤檢測、自然災害預警和病蟲害防治，對采集的信息可以通過專家會診，專家在線幫助茶農(nóng)實現(xiàn)增產(chǎn)、科學化管理，以及精細化制作。茶葉物聯(lián)網(wǎng)讓更多的茶農(nóng)及時得到農(nóng)技服務(wù)，實現(xiàn)茶園與農(nóng)技無縫對接，保障茶農(nóng)能夠通過終端設(shè)備看到茶葉的全過程種植、采摘加工、倉庫傳輸，銷售等一系列信息。茶葉物聯(lián)網(wǎng)遠程智能控制系統(tǒng)直接通過網(wǎng)絡(luò)實時監(jiān)控，從種植、采摘、加工等各生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)以及成品茶分揀、包裝、物流等全過程，這些數(shù)據(jù)時時傳遞、終端備份留存，根據(jù)這些數(shù)據(jù)，實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量可溯源，為產(chǎn)品“從育苗到茶杯”提供了綠色安全通道。

2.1框架說明

茶葉物聯(lián)網(wǎng)遠程智能控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)由三部分組成，分別為硬件設(shè)施、服務(wù)器端、Web客戶端。其中，硬件設(shè)施部分最先通過可移動無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點組成多跳通信、自組織智能網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，滿足于分布式多點采集；然后再利用GPRS網(wǎng)絡(luò)將第一時間搜集而來的數(shù)據(jù)輸送到服務(wù)器端的數(shù)據(jù)庫中；服務(wù)器同步對這些數(shù)據(jù)進行分析與整理，不僅如此，服務(wù)器還肩負著遠程管理Wed客戶端的工作；Web客戶端設(shè)計取決于B/S架構(gòu)的Web頁面，可以滿足廣域網(wǎng)的廣大用戶的訪問與管理，同時公布茶葉生長的空氣溫濕度、土壤溫濕度等參數(shù)。

遠程智能控制系統(tǒng)在設(shè)計初期充分權(quán)衡了操作人員使用的便捷性，通過互聯(lián)網(wǎng)的Web頁面，讓控制系統(tǒng)的應(yīng)用能夠更為靈活，有著十分強大的通用性，這也更加便于后期系統(tǒng)的升級和維護工作。通過Web客戶端頁面，操作人員能夠在帶有IE瀏覽器的電腦上遠程操作管理，在使用上極為方便。

2.2數(shù)據(jù)庫設(shè)計

眾所周知，數(shù)據(jù)庫的功能主要有兩方面，一是對實時數(shù)據(jù)的存儲或是讀取，二是對數(shù)據(jù)的歷史查詢。基于Web的物聯(lián)網(wǎng)遠程監(jiān)控系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)庫位于服務(wù)器端，利用接口調(diào)用，可達到即時的數(shù)據(jù)接收與數(shù)據(jù)存儲。茶葉物聯(lián)網(wǎng)的監(jiān)測設(shè)備是數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)來源，利用傳感技術(shù)和GPRS網(wǎng)絡(luò)進行鏈接，能夠?qū)⑷〉玫膶崟r數(shù)據(jù)信息第一時間輸送至服務(wù)器端進行解析與解決，在服務(wù)器對數(shù)據(jù)進行處理之后，將相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)果存儲在數(shù)據(jù)庫中。Web客戶端只需要利用瀏覽器就能夠進行即時訪問、實時瀏覽、以及對數(shù)據(jù)采集模塊展開遠程控制。Web客戶端通過時間模塊來分配任務(wù)、不間斷刷新，利用瀏覽器向Web服務(wù)器輸送請求，再將請求轉(zhuǎn)發(fā)至數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器響應(yīng)請求，把最新的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)于Web頁面上。數(shù)據(jù)庫設(shè)計中的數(shù)據(jù)存儲主要是采取單節(jié)點存儲的這個形式，將各個節(jié)點采集的數(shù)據(jù)看作是個體的數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫中，操作人員能夠立即知道茶葉物聯(lián)網(wǎng)中各個環(huán)境參數(shù)，這讓監(jiān)控數(shù)據(jù)能夠更為及時精準。

3　茶葉物聯(lián)網(wǎng)的Web控制設(shè)計

茶葉物聯(lián)網(wǎng)通過采集設(shè)備對茶園環(huán)境的溫度、濕度、光照、風向等進行檢測，再由遠程數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)及時發(fā)往服務(wù)器終端，對茶葉進行實時動態(tài)監(jiān)控管理。在茶園里安裝物聯(lián)網(wǎng)傳感器，茶農(nóng)坐在家里只需通過一部手機或者電腦就可及時地掌握蟲害信息，作出最權(quán)威的處置。尤其針對茶葉的綠盲蝽蟲害，茶葉物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)了蟲害數(shù)據(jù)采集、處理、分析以及信息終端傳遞的即時化，只要有蟲害發(fā)生，茶農(nóng)當天就可通過Web終端接收到害情的準確情況和處置辦法。根據(jù)專家評估，如果茶葉物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到其他蟲害的防治和施肥等生產(chǎn)環(huán)節(jié)上，每畝平均能增加50%的效益。所以，本文在此探討茶農(nóng)接受遠程數(shù)據(jù)的Web終端控制系統(tǒng)的設(shè)計過程。

3.1異步Web數(shù)據(jù)交互

異步JavaScript和XML技術(shù)是交互式網(wǎng)頁應(yīng)用的一種開發(fā)技術(shù)，屬于為Web數(shù)據(jù)交互請求提供支撐的技術(shù)，其很大程度上開發(fā)了Web瀏覽器的內(nèi)在功能，也衍生出了無數(shù)的新特性。過去很長一段時間的Web應(yīng)用是采取同步交互過程，瀏覽器只要完成某個動作，操作人員皆需要耗費很長的處理時間才可以重復接下來的動作，這主要是因為客戶端瀏覽器需要重新載入所有頁面。在遠程智能的管理系統(tǒng)中，Web頁面在切換到歷史數(shù)據(jù)查詢時，一旦采取過去的交互辦法，就會在呈現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)時產(chǎn)生整個頁面刷新，從而導致頁面出現(xiàn)抖動，更有甚者會形成加載滯緩，嚴重影響到視頻效果。遠程操作采用基于異步的JavaScript和XML技術(shù)的形式，可以讓用戶進行更為流暢的操作體驗。

異步JavaScript和XML引擎在客戶端瀏覽器與Web服務(wù)器之間，利用客戶端JavaScript語言調(diào)動XHR對象觸發(fā)異步JavaScript和XML引擎出現(xiàn)Http請求，不需耗費時間等服務(wù)器響應(yīng)，服務(wù)器傳回可擴展標記語言格式數(shù)據(jù)，通過JavaScript語言操作Document Object Model滿足于Web頁面的動態(tài)局部更新。這種技術(shù)設(shè)計在相當程度上降低了多余的無謂請求和服務(wù)器產(chǎn)生的響應(yīng)負擔，不僅如此，也弱化了帶寬的耗費，完善了用戶體驗。

3.2信息交互設(shè)計

根據(jù)遠程智能控制系統(tǒng)的設(shè)計，在Web遠程監(jiān)控的基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)信息在茶葉物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備與瀏覽器間的交互主要以兩種過程展開。

一是利用服務(wù)器端的數(shù)據(jù)庫實施實時通信。以數(shù)據(jù)庫通信為基礎(chǔ)是強調(diào)客戶端與茶葉物聯(lián)網(wǎng)硬件控制之間以數(shù)據(jù)庫為中間站，遠程監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送的命令，會先記錄在數(shù)據(jù)庫，客戶端定時性對數(shù)據(jù)庫展開查詢，一旦發(fā)現(xiàn)新的命令就會第一時間實施處理。服務(wù)器端收集來自茶葉物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測的實時數(shù)據(jù)，將有關(guān)參數(shù)傳送至數(shù)據(jù)庫中，客戶端訪問數(shù)據(jù)庫即獲得所需信息。這種交互的過程其優(yōu)勢就在于有著很大的開放性，并且實時性也相對更高，只需訪問數(shù)據(jù)庫就能夠即時獲得現(xiàn)場信息。

二是通過Socket編程完成Transmission Control Protocol實時通信?？蛻舳伺c茶葉物聯(lián)網(wǎng)是在Socket通信的背景下完成，有著很強的實時性，兩者間能夠利用服務(wù)器端作為中轉(zhuǎn)站展開通信。因為服務(wù)器端能夠與硬件設(shè)備進行通信，因此，遠程智能監(jiān)控系統(tǒng)能夠利用Socket將指令傳送到服務(wù)器端，接著傳遞到硬件設(shè)備，再存儲至數(shù)據(jù)庫中。這種通信交互很好的處理了時間滯后的問題，有著較好的實時性。

3.3設(shè)備的遠程控制模塊設(shè)計

設(shè)備的遠程控制屬于控制系統(tǒng)設(shè)計中無可取代的關(guān)鍵部分，遠程控制系統(tǒng)需要全面權(quán)衡用戶的現(xiàn)實需求，設(shè)計手動與自動兩種控制辦法。其重點在于實施Web客戶端和服務(wù)器端的通信，客戶端輸出的指令在指定端口輸入服務(wù)器端，后者又再傳送給控制設(shè)備，最終實現(xiàn)遠程智能控制的效果。

茶葉物聯(lián)網(wǎng)按照茶葉種類及其生長情況創(chuàng)設(shè)控制參數(shù)模型，例如濕度傳感器會不間斷不定時的搜集濕度數(shù)據(jù)，一旦所搜集到數(shù)據(jù)大于參數(shù)，控制系統(tǒng)就會提示警告（其形式可采取短信提醒的方式）。在操作人員選擇自動灌溉時，硬件設(shè)施就會控制水閘自動打開，傳感器同步展開監(jiān)控，操作人員也可通過手動控制完成開關(guān)，按照自身的茶葉種植經(jīng)驗選擇灌溉時間等。

4　結(jié)束語

如今，茶葉物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)打通科技與茶園生產(chǎn)的“最后一公里”，實現(xiàn)了茶葉管理的現(xiàn)代化、科學化。茶農(nóng)利用Web客戶端就能夠?qū)Σ鑸@設(shè)施展開控制，實時監(jiān)控茶園的雨量、光照、土壤養(yǎng)分、病蟲害情況等，實現(xiàn)茶葉生長、采摘加工、儲存銷售等各個環(huán)節(jié)的全程記錄。

參考文獻

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作者簡介：邱富軍（1982-），男，四川樂至人，研究生，講師，研究方向：電子技術(shù)應(yīng)用、嵌入式技術(shù)。