智能大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)

張蕓+韓永奇+馬超

摘要：隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，各行各業(yè)都由傳統(tǒng)的作業(yè)方式向信息化方向發(fā)展，面向各種行業(yè)的監(jiān)測管理軟件也應(yīng)運而生，監(jiān)測管理軟件能夠幫助管理者進行管理、獲取實時數(shù)據(jù)（音頻、視頻、文字等數(shù)據(jù)），實現(xiàn)資源整合及信息共享?，F(xiàn)今監(jiān)測管理軟件已成為不可缺少的行業(yè)管理工具。智能大棚溫濕度管理系統(tǒng)憑借計算機軟件技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，結(jié)合對監(jiān)測數(shù)據(jù)的要求，形成一套可對大棚溫濕度進行實時監(jiān)測的輔助系統(tǒng)軟件，為農(nóng)業(yè)對實時數(shù)據(jù)的監(jiān)測提供了方便。本文主要介紹使用JavaWeb技術(shù)，結(jié)合Spring、Hibernate、Strust2 三大框架實現(xiàn)基于B/S結(jié)構(gòu)的智能大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)。

關(guān)鍵詞：智能;溫濕度;實時監(jiān)測;數(shù)據(jù)

中圖分類號： TP274.4 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼： ?A ? ? ? ? ? ? ? DOI編號： ? 10.14025/j.cnki.jlny.2016.24.068

1課題研究背景

中國自古就是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)在國民生產(chǎn)中占據(jù)了重要的比重和地位。隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展和進步，對生產(chǎn)力水平的要求不斷提高，迫切要求中國農(nóng)業(yè)發(fā)展走現(xiàn)代化、科技化的道路。在眾多的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式中，溫室大棚也成為現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)比較重要的生產(chǎn)方式之一，所以在科技不斷進步的今天對溫室大棚生產(chǎn)技術(shù)提出了生產(chǎn)和管理過程全自動化的要求。采用電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等現(xiàn)代化先進技術(shù)實現(xiàn)對溫室大棚主要環(huán)境參數(shù)的采集、分析、存儲和控制，實現(xiàn)溫室大棚農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程自動化，以提高產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本。

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，農(nóng)作物的生產(chǎn)跟溫度、濕度、二氧化碳濃度、土壤的含水量、肥量等息息相關(guān)。在我國有些地區(qū)已經(jīng)實現(xiàn)了溫室大棚的智能化，對信息的采集也比較精準(zhǔn)，但是很多軟件部分都是采用客戶端和服務(wù)器（C/S）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，要對數(shù)據(jù)進行監(jiān)測和查詢就必須要在電腦上安裝客戶端后才能對實時數(shù)據(jù)進行瀏覽和歷史數(shù)據(jù)進行查詢。每次系統(tǒng)的升級都需要重新安裝客戶端，從而從不同的方面對使用造成了局限。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的管理軟件開始使用瀏覽器和服務(wù)器（B/S）體系結(jié)構(gòu)型模式，用戶只要通過瀏覽器就可以進行管理，用戶不僅僅可以在電腦上進行操作，隨著移動設(shè)備的不斷普及，用戶也可以通過移動設(shè)備進行操作，從而提高了使用的靈活性。瀏覽器和服務(wù)器（B/S）體系結(jié)構(gòu)型模式使軟件系統(tǒng)的改進和升級更便捷，只需更新服務(wù)器端的軟件就可以，這減輕了異地用戶系統(tǒng)維護與升級的成本。所以智能大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)也從傳統(tǒng)的C/S模式發(fā)展到目前B/S模式。

2課題研究的意義

傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)環(huán)境參數(shù)的測控手段大多采用人工檢測和手工式操作，不可避免地存在著很多問題：比如勞動強度大、測控實時性差、效率低、成本高、精度低等，不但需要大量的勞動力，而且對信息的整合和分析也都不是十分準(zhǔn)確，往往因為錯誤的信息，導(dǎo)致用了錯誤的方法，使問題沒有得到解決，錯過了最佳防治時間，最終導(dǎo)致經(jīng)濟損失。所以獲取精確的信息，幫助大棚的管理者精確的獲取大棚內(nèi)的各項信息，并根據(jù)系統(tǒng)得到的信息進行合理的調(diào)度資源，及時準(zhǔn)確的解決在生產(chǎn)中的問題，提高工作效率等，是本系統(tǒng)的主要目的。采用客戶端和服務(wù)器（B/S）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了系統(tǒng)使用的靈活性。

3課題研究思路

該智能大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)采用JavaWeb技術(shù)，使用Spring ，Struts2，Hibernate 三大框架整合實現(xiàn)B/S模式開發(fā)。在開發(fā)工具上選擇使用MyEclipse10，數(shù)據(jù)庫選用開源的MySQL5.0。在系統(tǒng)開發(fā)過程中使用JavaScript和JQuery實現(xiàn)動態(tài)效果的展現(xiàn)和數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)校驗。使用CSS+DIV技術(shù)完成頁面布局，所有頁面統(tǒng)一布局。為提高系統(tǒng)的開發(fā)效率，使系統(tǒng)具有很好的可擴展性，采用五層結(jié)構(gòu)設(shè)計（視圖、緩沖、數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)庫、監(jiān)測），降低系統(tǒng)的耦合度，提高系統(tǒng)的可維護性。

智能大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)滿足以下幾個目標(biāo)：

界面設(shè)計友好：界面設(shè)計樣式統(tǒng)一，功能操作簡單，界面簡單美觀，可視化效果好，界面中顏色搭配合理。

高易用性：由于采用B/S結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，用戶沒有客戶端的限制，只要通過瀏覽器就可以實時進行操作，隨著移動設(shè)備的普及，更加提高了該系統(tǒng)的易用性和靈活性。

高可靠性：智能大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)的節(jié)點映射文件是在XML文件中進行配置，未在數(shù)據(jù)庫中進行動態(tài)配置，所以該系統(tǒng)可在沒有數(shù)據(jù)庫的情況下繼續(xù)使用，即使在運行中數(shù)據(jù)庫出現(xiàn)問題，也不會影響到實時數(shù)據(jù)的監(jiān)測。

可維護性：由于節(jié)點監(jiān)測映射文件可動態(tài)加載，在需要添加新的監(jiān)測節(jié)點時，不需要關(guān)閉服務(wù)器進行添加映射信息，只要在瀏覽器上操作即可以完成新節(jié)點映射文件的添加。

4 智能大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)的分析

4.1 監(jiān)測數(shù)據(jù)特性分析

智能大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)和以往的普通B/S結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)有所不同，智能大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)對實時數(shù)據(jù)的要求要比普通系統(tǒng)數(shù)據(jù)高的多，在實時監(jiān)測時，要進盡可能的保證數(shù)據(jù)的實時性，在用戶進行監(jiān)測時，要保證每一條數(shù)據(jù)都要經(jīng)過瀏覽器顯示給用戶。所以對數(shù)據(jù)的實時性和完整性要求很高[3]。

4.2監(jiān)測的基本過程

一是數(shù)據(jù)獲取和數(shù)據(jù)發(fā)送。智能大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是通過在大棚中的傳感器進行收集，然后在通過智能芯片對收集的數(shù)據(jù)進行處理，最后在通過網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)發(fā)送到指定的服務(wù)器上。

二是服務(wù)器端數(shù)據(jù)的處理過程。當(dāng)服務(wù)器接收到實時數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)進行唯一標(biāo)記，然后將數(shù)據(jù)放到實時數(shù)據(jù)池中，等待用戶通過瀏覽器獲取實時數(shù)據(jù)。當(dāng)用戶發(fā)起實數(shù)據(jù)請求時，服務(wù)器到實時數(shù)據(jù)池查找匹配數(shù)據(jù)進行響應(yīng)。

三是監(jiān)測數(shù)據(jù)的基本過程圖，如圖1所示：

圖1 監(jiān)測數(shù)據(jù)的基本過程

4.3數(shù)據(jù)流程分析

根據(jù)智能大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)對實時數(shù)據(jù)的要求，在有用戶啟動監(jiān)測功能時，保證數(shù)據(jù)的實時性的同時，還要保證每一條數(shù)據(jù)都能到達用戶監(jiān)測端。所以基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是通過在大棚中的傳感器進行收集，然后在通過智能芯片對收集的數(shù)據(jù)進行處理，最后在通過網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)發(fā)送到指定的服務(wù)器上。

在服務(wù)器上對接收的數(shù)據(jù)進行分流操作。數(shù)據(jù)到達服務(wù)器中，根據(jù)節(jié)點映射信息對接收的信息進行處理，然后進行數(shù)據(jù)分流操作，一邊將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，一邊將接收到的實時數(shù)據(jù)放入實時數(shù)據(jù)池中。

在用戶對監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)出請求時，如果是實時數(shù)據(jù)，服務(wù)器將直接到實時數(shù)據(jù)池中獲取與之匹配的數(shù)據(jù)信息進行響應(yīng)，如果是歷史數(shù)據(jù)，服務(wù)器將根據(jù)歷史數(shù)據(jù)的獲取條件到數(shù)據(jù)庫中進行歷史數(shù)據(jù)查詢操作并響應(yīng)查詢到的數(shù)據(jù)信息。

4.4 功能分析

4.4.1 監(jiān)測功能 根據(jù)智能大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的實時性的要求，該系統(tǒng)內(nèi)集成了對大棚內(nèi)的數(shù)據(jù)可進行實時監(jiān)測功能。

4.4.2 歷史數(shù)據(jù)查詢 在實際生產(chǎn)中經(jīng)常需要對歷史數(shù)據(jù)進行分析和整理，有時會針對某一時間段的某些數(shù)據(jù)進行分析，得出一些結(jié)論，然后對大棚中的作物采取一些預(yù)防或救治措施。所以要在該系統(tǒng)中添加歷史數(shù)據(jù)查詢功能。

4.4.3 監(jiān)測節(jié)點映射信息添加、查詢和刪除 該智能大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)是一個在一臺服務(wù)器上監(jiān)測多個節(jié)點信息的系統(tǒng)，所以在使用中會有節(jié)點信息的添加、查看和刪除等操作，在實際生產(chǎn)中不能通過修改原碼的方法添加和刪除節(jié)點映射信息，所以必須要在系統(tǒng)功能上實現(xiàn)節(jié)點映射信息的添加和刪除功能。

4.4.4 用戶管理 該智能大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)對于用戶的劃分比較簡單，分為超級用戶和普通用戶，超級用戶有監(jiān)測、歷史數(shù)據(jù)查詢、用戶管理、監(jiān)測節(jié)點的查詢、添加和刪除權(quán)限，而普通用戶則只有監(jiān)測和歷史數(shù)據(jù)查詢功能的權(quán)限。

5 結(jié)語

該智能大棚溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)避免了由傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)環(huán)境參數(shù)的測控手段大多采用人工檢測和手工式操作導(dǎo)致的問題，幫助大棚的管理者精確地獲取大棚內(nèi)的各項信息，并根據(jù)系統(tǒng)得到的信息進行合理的調(diào)度資源，及時準(zhǔn)確地解決在生產(chǎn)中的問題，提高工作效率。

參考文獻

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[5]霍斯特曼·科內(nèi)爾.Java核心技術(shù) 卷I 基礎(chǔ)知識[M].北京：機械工業(yè)出版社，2012：5-8.

作者簡介：張蕓，碩士，長春科技學(xué)院，講師，研究方向：計算機應(yīng)用。