基于物聯(lián)網(wǎng)的智能農(nóng)業(yè)中控平臺(tái)設(shè)計(jì)與開發(fā)

蘇文芝，孫建國

(濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息工程系,河南 濟(jì)源 459000)

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基于物聯(lián)網(wǎng)的智能農(nóng)業(yè)中控平臺(tái)設(shè)計(jì)與開發(fā)

蘇文芝，孫建國

(濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息工程系,河南 濟(jì)源 459000)

運(yùn)用新大陸系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境部署、服務(wù)器端軟件部署，通過PC客戶端C#.NET應(yīng)用開發(fā)和移動(dòng)端Android應(yīng)用開發(fā)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì).主要實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)培育區(qū)域智能環(huán)境監(jiān)測(cè)、辦公管理區(qū)域通往培育區(qū)域樓道燈自動(dòng)(手動(dòng))控制和倉庫區(qū)域監(jiān)控安防檢測(cè)設(shè)計(jì)與開發(fā).

物聯(lián)網(wǎng)；智能農(nóng)業(yè)；Zigbee；Android；C#.NET

物聯(lián)網(wǎng)被視作繼計(jì)算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)之后的又一次信息產(chǎn)業(yè)浪潮，將成為未來帶動(dòng)我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主力軍.在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)大棚控制系統(tǒng)中，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的溫度傳感器、濕度傳感器等設(shè)備，檢測(cè)環(huán)境中的溫度、相對(duì)濕度、光照強(qiáng)度、等物理量參數(shù)，通過各種儀器儀表實(shí)時(shí)顯示或作為自動(dòng)控制的參變量參與到自動(dòng)控制中，保證農(nóng)作物有一個(gè)良好的、適宜的生長(zhǎng)環(huán)境.遠(yuǎn)程控制的實(shí)現(xiàn)使技術(shù)人員在辦公室就能對(duì)多個(gè)大棚的環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)控制[1].采用無線網(wǎng)絡(luò)來測(cè)量獲得作物生長(zhǎng)的最佳條件，物聯(lián)網(wǎng)的智能農(nóng)業(yè)中控平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)培育區(qū)域智能環(huán)境監(jiān)測(cè)、辦公管理區(qū)域通往香菇培育區(qū)域樓道燈自動(dòng)(手動(dòng))控制和倉庫區(qū)域監(jiān)控安防檢測(cè).

1　物聯(lián)網(wǎng)概述

物聯(lián)網(wǎng)是通過射頻識(shí)別RFID、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器、氣體感應(yīng)器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)[2].也就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”[3].

國家《物聯(lián)網(wǎng)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》重點(diǎn)發(fā)展智能農(nóng)業(yè)、智能工業(yè)、智能物流、智能交通、智能電網(wǎng)、智能環(huán)保、智能安防、智能醫(yī)療、智能家居等九大示范工程.物聯(lián)網(wǎng)涉及感知層感知關(guān)鍵技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)層信息傳輸關(guān)鍵技術(shù)、應(yīng)用層接口技術(shù)及智能應(yīng)用[4].

1.1感知層感知技術(shù)

感知層是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，是聯(lián)系物理世界與信息世界的重要紐帶.感知層是由大量的具有感知、通信、識(shí)別(或執(zhí)行)能力的智能物體與感知網(wǎng)絡(luò)組成[5].其關(guān)鍵技術(shù)有：微型和智能傳感器技術(shù)、超高頻和微波RFID技術(shù)及位置感知技術(shù).

1.2網(wǎng)絡(luò)層傳輸技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)層傳輸技術(shù)涉及二維碼的生成與識(shí)別技術(shù)、基于ZigBee和藍(lán)牙的短距離無線通信組網(wǎng)技術(shù).無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、專網(wǎng)等各種網(wǎng)絡(luò)間相互融合技術(shù)，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合[6].

1.3信息處理及安全技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)、虛擬存儲(chǔ)、云計(jì)算等技術(shù)及數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)廣泛應(yīng)用.

2　功能實(shí)現(xiàn)分析

《物聯(lián)網(wǎng)的智能農(nóng)業(yè)中控平臺(tái)設(shè)計(jì)與開發(fā)》實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)培育區(qū)域智能環(huán)境監(jiān)測(cè)、辦公管理區(qū)域通往香菇培育區(qū)域樓道燈自動(dòng)(手動(dòng))控制和倉庫區(qū)域監(jiān)控安防檢測(cè)等功能.如圖1智能農(nóng)業(yè)應(yīng)用拓?fù)?

《物聯(lián)網(wǎng)的智能農(nóng)業(yè)中控平臺(tái)設(shè)計(jì)與開發(fā)》涉及如下幾個(gè)子功能：

(1)系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境安裝部署.

(2)智能樓道燈控制，當(dāng)人體紅外感測(cè)到有人時(shí)，樓道燈自動(dòng)開啟30 秒鐘，或通過手動(dòng)控制.

(3)智能生產(chǎn)車間環(huán)境控制.比如香菇生長(zhǎng)要求空氣濕度 60%～70%，溫度為 25 ℃，通過智能化環(huán)境監(jiān)控，實(shí)時(shí)控制香菇生長(zhǎng)的溫濕度環(huán)境.

(4)倉儲(chǔ)區(qū)域火情監(jiān)控及報(bào)警，要求聯(lián)動(dòng)報(bào)警.

(5)倉儲(chǔ)區(qū)域溫濕度、光照值實(shí)時(shí)采集，并在LED屏上顯示.

(6)從辦公區(qū)能監(jiān)控到倉儲(chǔ)區(qū)域?qū)崟r(shí)視頻情況，并能控制方向.可以開啟存儲(chǔ)模式，設(shè)置按一定時(shí)間間隔存儲(chǔ)到SQLServer數(shù)據(jù)庫中.

圖1　智能農(nóng)業(yè)應(yīng)用拓?fù)?/p>

3　物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用環(huán)境部署

感知層設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備安裝、連接、配置、調(diào)試，完成系統(tǒng)傳輸層的部署，使系統(tǒng)傳輸層連接通暢并保證各個(gè)設(shè)備能正常工作.部分應(yīng)用場(chǎng)景系統(tǒng)進(jìn)行部署，包括對(duì)服務(wù)器端應(yīng)用系統(tǒng)、PC 客戶端應(yīng)用系統(tǒng)部署及移動(dòng)、手機(jī)端應(yīng)用部署[7].

3.1感知層設(shè)備連接

物聯(lián)網(wǎng)以感知與識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的信息采集，是物聯(lián)網(wǎng)主要的數(shù)據(jù)來源，物聯(lián)網(wǎng)的各種應(yīng)用都通過采集各類信息和數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn).物聯(lián)網(wǎng)智能農(nóng)業(yè)平臺(tái)需安裝數(shù)字量采集器、繼電器、照明燈座、警示燈、對(duì)外對(duì)射、人體紅外傳感器、可燃?xì)怏w傳感器、一氧化碳傳感器、溫濕度傳感器、光照度傳感器、火焰?zhèn)鞲衅?、煙感傳感器、光電傳感器等[8].如圖2物聯(lián)網(wǎng)智能農(nóng)業(yè)平臺(tái)設(shè)計(jì).

3.2傳輸層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備調(diào)試

物聯(lián)網(wǎng)要實(shí)現(xiàn)物物相連，需要網(wǎng)絡(luò)作為連接橋梁.通信與組網(wǎng)技術(shù)完成感知信息的可靠傳輸.Zigbee是一種短距離無線通信技術(shù)，主要面向低速率無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)[9].傳輸層網(wǎng)絡(luò)由Zigbee采集模塊安裝、Zigbee程序配置和Zigbee傳感器安裝、路由器連接與配置、串口服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)攝像頭等組建[10].

圖2　物聯(lián)網(wǎng)智能農(nóng)業(yè)平臺(tái)設(shè)計(jì)

3.3物聯(lián)網(wǎng)感知層開發(fā)、調(diào)試

利用ZigBee 無線傳感網(wǎng)部分的硬件設(shè)備、相關(guān)程序及工具，完成程序的編寫及配置，建立無線傳感網(wǎng)；利用無線傳感網(wǎng)部分的硬件設(shè)備以及IAR 工程代碼實(shí)現(xiàn)任務(wù).感知層硬件環(huán)境：計(jì)算機(jī)，ZigBee 無線傳感網(wǎng)： ZigBee 協(xié)調(diào)器模塊、繼電器模塊、感器模塊(溫濕度、光照、人體紅外、火焰、空氣質(zhì)量一氧化碳、可燃?xì)怏w)、風(fēng)扇等[11].各模塊參數(shù)配置如表1傳感器、繼電器、主控器的參數(shù)配置.

表1　傳感器、繼電器、主控器的參數(shù)配置

3.4服務(wù)器端環(huán)境部署

物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器端安裝IIS7、Micrsoft SQL Server 2008 數(shù)據(jù)庫、.NetFrameword4.5及Web配置等[12].

4　物聯(lián)網(wǎng)移動(dòng)端應(yīng)用開發(fā)

新建Android 應(yīng)用工程，利用相關(guān)接口文件(jar、.so 文件)及其文檔，在移動(dòng)互聯(lián)終端上實(shí)現(xiàn)“農(nóng)業(yè)培育區(qū)域智能環(huán)境監(jiān)測(cè)”、“辦公管理區(qū)域通往培育區(qū)域樓道燈自動(dòng)(手動(dòng))控制”設(shè)計(jì)與開發(fā).

4.1智能環(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)

智能環(huán)境監(jiān)測(cè)采用Java程序開發(fā)，通過Zigbee四模擬量采集器采集溫度、濕度、光照的數(shù)據(jù)，四模擬量采集器直接連接移動(dòng)終端串口[13].

temTv.setText(bean.context.bean.evm_temperature + “℃”);

humTv.setText(bean.context.bean.evm_humidity +“%”);

lightTv.setText(bean.context.bean.evm_light +“V”);

public void run() {

HttpClienthttpClient = new DefaultHttpClient(); // 新建HttpClient對(duì)象

HttpConnectionParams.setConnectionTimeout(httpClient.getParams(), 10000); // 設(shè)置連接超時(shí)

HttpConnectionParams.setSoTimeout(httpClient.getParams(), 10000); // 設(shè)置數(shù)據(jù)讀取時(shí)間超時(shí)

ConnManagerParams.setTimeout(httpClient.getParams(), 10000); // 設(shè)置從連接池中取連接超時(shí)

HttpGethttpget = new HttpGet(url); // 獲取請(qǐng)求

try {

HttpResponse response = httpClient.execute(httpget); // 執(zhí)行請(qǐng)求，獲取響應(yīng)結(jié)果

if (response.getStatusLine().getStatusCode() == HttpStatus.SC_OK) { // 響應(yīng)通過

String result = EntityUtils.toString(response.getEntity(),"UTF-8");

EnviromentResponsebean = JsonUtil.fromJson(result, EnviromentResponse.class);

if(bean != null && “true”.equals(bean.issucess)){

Message msg = Message.obtain();

msg.what = 1;

msg.obj = bean;

mHandler.sendMessage(msg);

}else{ mHandler.sendEmptyMessage(0); }

} else { mHandler.sendEmptyMessage(0);}

} catch (ClientProtocolException e) {e.printStackTrace();}

catch (IOException e) {e.printStackTrace();}

catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}};

4.2路燈、樓道燈控制實(shí)現(xiàn)

public void onClick(View arg0) {

if(“樓道燈”.equals(mControlName)){

sendCMD(streetOpenCommand);}

else if(“路燈”.equals(mControlName)){

sendCMD(corridorOpenCommand);}

5　物聯(lián)網(wǎng)PC客戶端應(yīng)用開發(fā)

C#是微軟發(fā)布的一種面向?qū)ο蟮?、運(yùn)行于．Net Framework上的高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言[14].在PC客戶端上使用Microsoft Visual Studio開發(fā)工具，C#.NET語言實(shí)現(xiàn)“倉庫區(qū)域監(jiān)控安防檢測(cè)”設(shè)計(jì)與開發(fā)[15].

5.1Camera監(jiān)控實(shí)現(xiàn)

publicIPCamera()

{ InitializeComponent();

//向Down按鈕添加MouseUp和MouseDown事件

Down.MouseDown += new MouseEventHandler(Down_MouseDown);

Down.MouseUp += new MouseEventHandler(Down_MouseUp);

// 開始顯示視頻

private void Start_Click(object sender, EventArgs e)

{while (true)

{pictureBox1.ImageLocation = Uri.Text +“/snapshot.cgi?user=admin&pwd=”;

Thread.Sleep(SLEEP100MS); //100毫秒的時(shí)間控制

Application.DoEvents(); }} //從上個(gè)延時(shí)控制回到執(zhí)行圖片顯示的時(shí)間

攝像頭向上、向左、向右方法可參考攝像頭向下代碼.

5.2人體紅外感應(yīng)檢測(cè)實(shí)現(xiàn)

//將ADAM4150數(shù)字量控制類賦值給新變量，方便下面的使用

ADAM4150 adam4150 = Global.ADAM4150Provider;

//使用adam4150.SetData()方法獲取傳感器數(shù)值，獲取后的數(shù)值緩存在ADAM4150控制類內(nèi)的屬性變量中adam4150.SetData(); //獲取ADAM4150控制類內(nèi)的傳感器的值，用于控件顯示lblBodyInfrared.Content=adam4150.bodyInfraredValue == false ?“一切正?！?“有人入侵”

物聯(lián)網(wǎng)PC客戶端應(yīng)用開發(fā)的智能農(nóng)業(yè)界面設(shè)計(jì)如圖3所示.

圖3　智能農(nóng)業(yè)界面設(shè)計(jì)

6　結(jié)語

《基于物聯(lián)網(wǎng)的智能農(nóng)業(yè)中控平臺(tái)設(shè)計(jì)與開發(fā)》運(yùn)用新大陸感知層設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接與調(diào)試、系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境部署、服務(wù)器端軟件部署[16]，通過PC客戶端C#.NET應(yīng)用開發(fā)和移動(dòng)端Android應(yīng)用開發(fā)設(shè)計(jì)[17]，實(shí)現(xiàn)了“農(nóng)業(yè)培育區(qū)域智能環(huán)境監(jiān)測(cè)”、“辦公管理區(qū)域通往培育區(qū)域樓道燈自動(dòng)(手動(dòng))控制”和“倉庫區(qū)域監(jiān)控安防檢測(cè)”設(shè)計(jì)與開發(fā).物聯(lián)網(wǎng)智能農(nóng)業(yè)中還存在很多精細(xì)化管理控制，相信在今后的系統(tǒng)應(yīng)用和技術(shù)發(fā)展中會(huì)進(jìn)一步完善設(shè)計(jì).

[1]徐珍玉.“物聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展新機(jī)遇[J].上海信息化,2015(6)：22-24.

[2]翁麗.淺議物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展對(duì)國家審計(jì)的影響[C].無錫：江蘇省國家審計(jì)信息化專題研討會(huì)論文集，2013.

[3]馬德新.基于Web的物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)和感知域關(guān)鍵技術(shù)研究[D].北京：北京郵電大學(xué),2014.

[4]新大陸時(shí)代教育科技有限公司.物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)[S].2015.

[5]周 鈺.基于智能手機(jī)的電動(dòng)車鋰電池管理系統(tǒng)的應(yīng)用研究[D].蘇州：蘇州大學(xué),2014.

[6]劉軍,閻芳,楊璽，等.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2013.

[7]路趙健,肖云,王瑞，等.物聯(lián)網(wǎng)概述[M].北京:清華大學(xué)出版社,2013.

[8]劉海濤.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用[M].北京:北京科學(xué)出版社,2010.

[9]胡向東,彭向華.傳感器與檢測(cè)技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010.

[10]宋文.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與應(yīng)用[M].北京:北京科學(xué)出版社,2013.

[11]J. Gubbi,R. Buyya,S. Marusic.Internet of Things IOT A Vision[J].Architectural Elementsand Future Directions，2012(7):55-57.

[12]Jesús Rodríguez-Díaz，María.J， Yebra. Enhanced UDP-glucose and UDP-galactose by homologous overexpression of UDP-glucose pyrophosphorylase in Lactobacillus casei[J]. Journal of Biotechnology ， 2011 (4):33-36.

[13]Zheng L, Li M, Wu C. Development of a smart mobile farming service system[J]. Mathematical and Computer Modelling，2010(11):27-29.

[14]Yan D. Design of intelligent agriculture management information system based on IOT[C]. Sensing and Control ：IEEE International Conference on Networking, 2011.

[15]LIN Yuan-guai, XIE Hai-xia. Design of Zigbee Gateway in Intelligent Monitoring System for Agriculture[C].JiLin:2011International Conference on Mechatronic Science,Electric Engineering and Computer,2011.

[16]張新程,付航.物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)[M].北京：人民郵電大學(xué)出版社,2011.

[17]王仲東,黃俊橋.物聯(lián)網(wǎng)的開發(fā)與應(yīng)用實(shí)踐[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2014.

責(zé)任編輯：趙秋宇

Design and Development of Intelligent Agriculture Based on Internet of Things

SU Wen-zhi,SUN Jian-guo

(InformationEngineering,JiyuanVocationalandTechnicalCollege,Jiyuan459000,China)

Using the New World system application environment and the new server software deloyment through the PC client C#.NET application development and the mobile terminal Android application development design, we mainly realize environment monitor of the agricultural production breeding areas ,automatical control (hand control) of the lights in the corridor from office management area to breeding area and design and development of security and protection test in the warehouse.

Internet of Things；intelligent agricultural；Zigbee；Android；C#.Net

2016-01-25

濟(jì)源市2015科技攻關(guān)項(xiàng)目(15023036)

蘇文芝(1979—)，女，河南安陽人，講師，碩士，研究方向：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng).

1671-9824(2016)05-0061-06

TP399

A