WEB訪問單片機數(shù)據(jù)技術(shù)在多肉大棚中的應(yīng)用*

徐 航，李 迅，艾廣心，于家浩，呂冬宜

(佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院，黑龍江 佳木斯 154000)

2017-07-24

黑龍江省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目(201710222065)

徐 航(1995- )，男，安徽巢湖人，本科，研究方向，電氣工程及其自動化。

田思慶(1965- )，男，碩士生導(dǎo)師，教授，研究方向：計算機控制與應(yīng)用。

1674- 4578(2017)05- 0020- 03

WEB訪問單片機數(shù)據(jù)技術(shù)在多肉大棚中的應(yīng)用*

徐 航，李 迅，艾廣心，于家浩，呂冬宜

(佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院，黑龍江 佳木斯 154000)

提出了一種基于WEB訪問單片機數(shù)據(jù)的應(yīng)用設(shè)計，旨在快速低成本地搭建一個便于移植且適應(yīng)性較強的數(shù)據(jù)訪問系統(tǒng)，可以不受時間地域的限制對單片機采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行無線或有線的訪問，在本次設(shè)計中，我們以多肉植物智能溫室大棚為例，詳細(xì)介紹了該項目各部分的組成結(jié)構(gòu)以及對該種應(yīng)用技術(shù)的使用。

單片機；微處理器；互聯(lián)網(wǎng)；WEB訪問

第七屆中國互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)年會上發(fā)布的《2016年中國互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)綜述與2017年發(fā)展趨勢》指出，在2017年，新一代信息基礎(chǔ)設(shè)施將成為網(wǎng)絡(luò)強國戰(zhàn)略的關(guān)鍵支撐，伴隨著“寬帶中國”戰(zhàn)略的推進(jìn)和提速降費措施的落實，寬帶提速效果日益顯著，寬帶覆蓋面積日益增加。以電信為例，普遍服務(wù)試點的實施，支持全國27個省(區(qū)、市)的10萬個行政村開展網(wǎng)絡(luò)光纖到村建設(shè)和升級改造，解決3.1萬個貧困村網(wǎng)絡(luò)覆蓋建設(shè)問題，為網(wǎng)絡(luò)扶貧、縮小城鄉(xiāng)“數(shù)字鴻溝”提供了重要手段，為網(wǎng)絡(luò)強國建設(shè)提供了有力支撐。據(jù)工業(yè)和信息化部有關(guān)數(shù)據(jù)，8 Mbps及以上接入速率的寬帶用戶總數(shù)達(dá)到2.59億戶，20 Mbps及以上寬帶用戶總數(shù)2.11億戶，光纖接入FTTH/0用戶總數(shù)達(dá)到2.15億戶，比去年同期分別增長121%、262%和95%，占寬帶用戶總數(shù)的比重分別達(dá)88.1%、71.7%和73%。乘著“寬帶中國”戰(zhàn)略的順風(fēng)車，互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)依舊保持持續(xù)上升的勢頭。利用現(xiàn)有廣泛的互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)，可以很容易地擴大系統(tǒng)(或設(shè)施)覆蓋面積，降低信息傳遞的成本?；诨ヂ?lián)網(wǎng)我們研究開發(fā)了很多實際的應(yīng)用，本文提出了一種基于WEB訪問單片機數(shù)據(jù)的應(yīng)用設(shè)計，旨在快速低成本地搭建一個便于移植且適應(yīng)性較強的系統(tǒng)，可以不受時間地域的限制對單片機采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行無線或有線的訪問，從而大大縮減產(chǎn)品開發(fā)周期，降低維護(hù)難度。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在本次設(shè)計中，我們選擇多肉植物溫室大棚作為控制對象，采集多肉大棚內(nèi)各項環(huán)境參數(shù)以及電氣設(shè)備運行狀態(tài)，作為WEB訪問顯示的單片機數(shù)據(jù)。

整個系統(tǒng)由上位機、下位機和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)組成。微處理器作為溫室大棚的控制芯片，與外圍各傳感器(溫度傳感器，濕度傳感器，光照傳感器等采集環(huán)境參數(shù))以及各項執(zhí)行機構(gòu)(溫度升降，濕度增減，光照增加或遮陽，通風(fēng)控制，澆水排水等各電氣設(shè)備)共同組成溫室大棚自動控制裝置(稱為下位機)。下位機與一臺PC(稱為上位機)相連，把采集到的數(shù)據(jù)存儲在PC中，該PC可作為第一個監(jiān)控節(jié)點，在棚中就可作為終端顯示當(dāng)前多肉大棚內(nèi)各項環(huán)境參數(shù)以及電氣設(shè)備運行狀態(tài)(單片機采集到的數(shù)據(jù))。數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)上傳服務(wù)器(數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò))，更多用戶可以使用移動終端(手機、電腦、平板等)通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行WEB訪問，在特定網(wǎng)站上不受時間地域的限制監(jiān)測大棚中的情況。數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)示意簡圖如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)示意簡圖

2 單片機采集

多肉植物溫室大棚自動控制系統(tǒng)屬于精細(xì)農(nóng)業(yè)的范疇。傳統(tǒng)的多肉植物大棚自動化程度較低，很多都只具備簡單的自動控溫，為了提高大棚的自動化程度，節(jié)省勞力，我們設(shè)計開發(fā)了自動控溫、控濕、植物補光、通風(fēng)、灌溉澆水的功能(本文主要討論數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，具體的大棚內(nèi)裝置不再贅述)，這些功能基本上涵蓋了多肉植物生長所需要控制的必要環(huán)境因素。多肉植物溫室大棚自動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2 多肉植物溫室大棚自動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

微處理器(可以使用51,32等)搭建最小系統(tǒng)，外圍電路包括18B20溫度傳感器、DHT11濕度傳感器、光照強度傳感器等采集環(huán)境參數(shù)的傳感器。而MCU根據(jù)預(yù)先燒錄的算法自動控制各項執(zhí)行機構(gòu)，實現(xiàn)包括控溫、控濕、補光、通風(fēng)、澆排水等功能。MCU與上位機相連，發(fā)送包括大棚環(huán)境信息和電氣設(shè)備工作狀態(tài)的數(shù)據(jù)給上位機。

3 上位機

上位機方面可以使用任何可以聯(lián)網(wǎng)的智能設(shè)備，在這里我們以PC機為例，當(dāng)然，除此之外，我們也可以用MAC，手機，甚至是微型電腦等任何的可以運行JAVA程序的設(shè)備，上位機與微處理器(MCU)通過無線模塊或者USB直接相連，通過JAVA程序采集MCU發(fā)送的數(shù)據(jù)，并在上位機進(jìn)行編碼并通過JDBC上傳至服務(wù)器端數(shù)據(jù)庫。

附：鏈接數(shù)據(jù)庫部分程序

Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver");

String url = "jdbc:mysql://dbserver? useUnicode=true&characterEncoding=UTF8";

String password = "password";

String user = "username";

System.out.println("正在連接數(shù)據(jù)庫----");

Connection connection

= DriverManager.getConnection(url, user, password);

System.out.println("數(shù)據(jù)庫鏈接："+connection);

System.out.println("數(shù)據(jù)庫鏈接成功----");

String sql = "INSERT INTO db(data) VALUES(?) ";

ps = connection.prepareStatement(sql)。

4 數(shù)據(jù)庫

數(shù)據(jù)庫端我們使用MySQL作為數(shù)據(jù)存儲軟件，MySQL是一個關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，之所以選擇MySQL作為我們的數(shù)據(jù)庫軟件，是因為他是免費的，開源的，而且關(guān)系型數(shù)據(jù)庫在我們的項目中發(fā)揮的作用更大，在數(shù)據(jù)庫存儲方面，由于我們的數(shù)據(jù)是經(jīng)過編碼的，所以我們不需要復(fù)雜的表結(jié)構(gòu)，我們只需要三列，第一列是id列，該列數(shù)據(jù)自增，并設(shè)置id列為主鍵，以方便后續(xù)查看的時候數(shù)據(jù)整理;第二列為time列，用來記錄數(shù)據(jù)產(chǎn)生的時間，在后續(xù)用戶的監(jiān)控中，可以更清晰地了解當(dāng)前的大棚內(nèi)的情況；第三列為data列，為我們真正用來存儲數(shù)據(jù)的列，我們把經(jīng)過編碼的數(shù)據(jù)信息存儲在該列。

附：數(shù)據(jù)庫方面表結(jié)構(gòu)

5 網(wǎng)頁

網(wǎng)頁監(jiān)視端，我們使用JAVA語言進(jìn)行網(wǎng)站后端的編寫，使HTML作為前端編寫語言。框架方面，我們使用bootstrap作為前段框架，bootstarp是一個非常優(yōu)秀的使用人數(shù)非常多的前端框架，我們通過它可以快速部署我們的頁面。前端頁面上，我們通過js頁面實時更新，使用Jquery作為頁面的js框架，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行實時展示。網(wǎng)站后端我們使用maven構(gòu)建項目，使用pom文件對jar包進(jìn)行管理，并使用springboot對整體項目進(jìn)行管理。由于springboot的便捷性，使得我們可以輕松地構(gòu)建出一個SSM(springmvc，spring，mybatis)項目，模板框架我們使用thymeleaf作為模板框架，與JAVA-WEB原生的JSP相比，他有著很多的優(yōu)點，例如，他可以把VIEW層和Controller層完全分割，再例如，他可以以原生html格式進(jìn)行編輯使用，這就可以實現(xiàn)前后端分離開發(fā)，而不像JSP一樣一定要在Server啟動的時候再進(jìn)行渲染視圖。

具體的訪問邏輯如下：用戶通過網(wǎng)址或ip訪問服務(wù)器端的網(wǎng)站，頁面從服務(wù)器端下載對應(yīng)的html，js，css頁面模板數(shù)據(jù)，并向服務(wù)器發(fā)送AJAX請求，隨后用戶瀏覽器獲取到該請求的json字符串，對該json進(jìn)行解析，并構(gòu)建出對應(yīng)的完整頁面，隨后，當(dāng)我們定時的時間到了以后，用戶瀏覽器重新發(fā)送AJAX請求并重新獲取json字符串，隨后清理當(dāng)前頁面已經(jīng)過期的信息，重新通過js構(gòu)建頁面，這樣我們就實現(xiàn)了頁面的實時更新。

6 結(jié)語

本文是對單片機數(shù)據(jù)進(jìn)行WEB訪問的技術(shù)探討，同時也是對現(xiàn)代智能農(nóng)業(yè),精細(xì)農(nóng)業(yè)方面觀賞植物溫室大棚自動控制系統(tǒng)的研究，在本系統(tǒng)中，環(huán)境數(shù)據(jù)的采集、分析、上服務(wù)器都可以很好的完成，并且對各執(zhí)行機構(gòu)的控制也較為理想，實現(xiàn)了遠(yuǎn)端訪問實時監(jiān)控的目的。從植物種植方面來講，確實達(dá)到了降低人工提高容錯率的目的。

對于本文提出的溫室大棚智能控制系統(tǒng)還存在可以改進(jìn)完善的地方，例如采用PC作為上位機成本較高，不利于家庭小規(guī)模使用，且整體占地較大。在后續(xù)的研究中，我們將會嘗試使用樹莓派等微電腦作為上位機上傳數(shù)據(jù)，降低整體造價并提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，實現(xiàn)小型化低成本。

ApplicationofWebAccessMicrocontrollerDataTechnologyinSucculentGreenhouse

Xu Hang， Li Xun，Ai Guangxin，Yu Jiahao，Lv Dongyi

(InformationandElectronicTechnologyInstitute,JiamusiUniversity,JiamusiHeilongjiang154000,China)

This paper presents a Web-based single-chip microcomputer data application design, which can quickly and cost-effectively builds a portable and adaptable data access system, and cannot be limited by the time domain for wireless or wired access on the data collected by microcontroller. In this design, it makes detailed introduction on the structure of each part of the project and the use of the application technology in the intelligent greenhouse as an example.

microcontrollers; microprocessors; internet; WEB access

TP368.1；TP393

A