基于SSM的大棚環(huán)境參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

樊紅娟

摘 要：大棚溫濕度、光照等參數(shù)對農(nóng)作物的產(chǎn)量影響重大，精確掌握大棚中的環(huán)境參數(shù)顯得尤為重要。開發(fā)了一套基于SSM的大棚環(huán)境參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)，采用STM32F103作為主控制模塊，配合溫濕度傳感器、光照傳感器對大棚環(huán)境參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，并通過LoRa傳輸模塊把數(shù)據(jù)傳送至服務(wù)器端，服務(wù)器端采用流行的Java框架SSM進(jìn)行開發(fā)，實現(xiàn)了對大棚環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)的存儲和統(tǒng)計分析。系統(tǒng)測試結(jié)果表明，能夠采集所需參數(shù)，并且誤差在合理范圍之內(nèi)，驗證了系統(tǒng)的可行性。

關(guān)鍵詞：LoRa;糧情監(jiān)測;系統(tǒng);Java

農(nóng)作物的生長需要合適溫度、濕度、光照等條件，尤其是大棚中的農(nóng)作物，這些條件對其生長起著決定性的作用。傳統(tǒng)的大棚環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測方式主要是靠經(jīng)驗，或者借助相關(guān)儀器進(jìn)行測量、記錄，不僅耗費(fèi)人力和物力，而且效率低下。隨著計算機(jī)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的環(huán)境參數(shù)監(jiān)測產(chǎn)品被研發(fā)出來，并被應(yīng)用到各個領(lǐng)域[1-3]，例如在智能農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中，人們可以根據(jù)監(jiān)測結(jié)果人為的控制大棚中農(nóng)作物的生長環(huán)境，提高了產(chǎn)量，增加了收入。本文采用SSM技術(shù)，設(shè)計了一種大棚環(huán)境參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠進(jìn)行大棚環(huán)境參數(shù)的實時監(jiān)測，并把監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器端，用戶可通過手機(jī)或PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的查看、統(tǒng)計等操作，節(jié)省了人力物力，實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)大棚管理的智能化。

1 系統(tǒng)總體框架

大棚環(huán)境參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)共包括四部分：手機(jī)端或PC端交互界面、監(jiān)測終端、服務(wù)器端后臺管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫。

用戶通過手機(jī)APP或者PC機(jī)上的IE瀏覽器對系統(tǒng)進(jìn)行訪問，手機(jī)APP或者PC機(jī)通過互聯(lián)網(wǎng)連接到有固定IP的服務(wù)器，服務(wù)器端后臺管理系統(tǒng)根據(jù)客戶端的請求，在數(shù)據(jù)庫中查詢響應(yīng)的數(shù)據(jù)，并反饋給客戶端（手機(jī)APP或者PC端瀏覽器）。服務(wù)器端后臺管理系統(tǒng)的功能設(shè)有用戶管理、基礎(chǔ)設(shè)置、數(shù)據(jù)監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析和預(yù)警管理等功能[7]。而環(huán)境監(jiān)測終端把監(jiān)測獲取的大棚環(huán)境參數(shù)通過LoRa模塊發(fā)給服務(wù)器端，服務(wù)器端軟件負(fù)責(zé)把環(huán)境參數(shù)存入數(shù)據(jù)庫。其系統(tǒng)總體框架如圖1所示。

多個監(jiān)測終端同時向數(shù)據(jù)庫傳輸數(shù)據(jù)會產(chǎn)生沖突，所以在設(shè)計終端時加入了CSMA/CA機(jī)制，可以監(jiān)聽信道的狀態(tài)，做到延遲避讓，避免了沖突。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 硬件部分設(shè)計

環(huán)境參數(shù)監(jiān)測終端負(fù)責(zé)大棚中溫濕度、光照等參數(shù)的采集，并能夠把采集的環(huán)境參數(shù)實時發(fā)送到服務(wù)器端。監(jiān)測終端采用SMT32 F103作為核心控制器，其外設(shè)包括8個模塊：LoRa模塊、報警模塊、電源模塊、復(fù)位電路、時鐘電路、JTAG接口、光照監(jiān)測模塊和溫濕度監(jiān)測模塊。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

STM32系列控制器具有性能高、成本低、功耗低的特點(diǎn)，非常適合用于嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的控制器。LoRa技術(shù)屬于窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，是低功耗廣域網(wǎng)的典型技術(shù)之一，因其具有傳輸距離遠(yuǎn)、功耗低、成本低、靈敏度高和抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，所以非常適合非正常環(huán)境中小數(shù)據(jù)量的遠(yuǎn)距離傳輸，在本文中負(fù)責(zé)把采集終端采集的環(huán)境參數(shù)發(fā)送到服務(wù)器。溫濕度監(jiān)測模塊采用DHT11數(shù)字溫濕度傳感器，具有響應(yīng)速度快、抗干擾能力強(qiáng)和性價比高的優(yōu)點(diǎn)，其濕度精度為±5%RH，量程為20%～90%RH，溫度精度為±2℃，量程為0～50℃。光照監(jiān)測模塊采用BH1750FVI，BH1750FVI是一種用于兩線式串行總線接口的數(shù)字型光強(qiáng)度傳感器，可輸出對應(yīng)亮度的數(shù)字值。

電源模塊用于給監(jiān)測終端供電，而報警模塊則用于產(chǎn)生報警信號，報警信號是在溫濕度數(shù)值或者光照數(shù)值超出系統(tǒng)設(shè)置的閾值時產(chǎn)生，也是由LoRa傳輸模塊傳給服務(wù)器，而JTAG接口用于從上位機(jī)下載程序。

2.2 軟件部分設(shè)計

2.2.1 采用技術(shù)

本系統(tǒng)的前端交互界面采用HTML5技術(shù)進(jìn)行開發(fā)，應(yīng)用了bootstrap框架，該框架具有優(yōu)秀的響應(yīng)式布局，能夠更好的兼容移動設(shè)備，所以手機(jī)端和PC端都可以訪問該界面。該交互界面不僅操作簡單，而且能夠自動適應(yīng)各種品牌、型號的手機(jī)和常用的PC端瀏覽器。

系統(tǒng)管理后臺的開發(fā)采用當(dāng)前流行的Java輕量級框架SSM（SpringMVC+Spring+MyBatis）在系統(tǒng)開發(fā)中，對三個框架進(jìn)行了較好的整合，提高了系統(tǒng)的開發(fā)效率和穩(wěn)定性。

2.2.2 系統(tǒng)后臺管理的功能設(shè)計

本系統(tǒng)的后臺管理包括用戶管理、基礎(chǔ)設(shè)置、數(shù)據(jù)監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析和預(yù)警管理等五大模塊，其功能模塊結(jié)構(gòu)如圖3所示。

用戶管理模塊用于管理員對系統(tǒng)用戶的管理，根據(jù)權(quán)限，本系統(tǒng)的用戶可以分為兩類：管理員用戶和一般用戶。管理員用戶有增加、刪除、修改、查詢一般用戶的權(quán)限。

基礎(chǔ)設(shè)置模塊是對大棚環(huán)境參數(shù)監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行基本設(shè)置的模塊，主要包括對監(jiān)測點(diǎn)增加、刪除、修改和查詢等操作，對監(jiān)測點(diǎn)溫濕度監(jiān)測模塊、光照監(jiān)測模塊的閾值設(shè)置等操作。

數(shù)據(jù)監(jiān)測模塊是與監(jiān)測點(diǎn)對接的模塊，可進(jìn)行實時監(jiān)測，也可進(jìn)行手動監(jiān)測，接收監(jiān)測點(diǎn)發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)存入相應(yīng)數(shù)據(jù)庫。而數(shù)據(jù)分析模塊是對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，并能生成報表和柱狀圖。預(yù)警管理模塊是對監(jiān)測點(diǎn)發(fā)送過來的預(yù)警信息進(jìn)行管理，這些預(yù)警信息是指超過設(shè)定閾值的溫濕度和光照值。

2.2.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

本系統(tǒng)采用MySQL數(shù)據(jù)庫作為后臺數(shù)據(jù)庫來存儲系統(tǒng)數(shù)據(jù)。根據(jù)對大棚調(diào)研和需求分析，設(shè)計了用戶信息表、環(huán)境參數(shù)表、采集終端信息表、數(shù)據(jù)信息表、報警信息表等十個數(shù)據(jù)庫表來存儲系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。其中采集終端信息表如表1所示。

3 系統(tǒng)測試

為了驗證本系統(tǒng)的有效性，選用市面上的常用的手持?jǐn)?shù)字測溫儀和測濕儀對實驗監(jiān)測點(diǎn)測量溫濕度，并與本系統(tǒng)的測溫結(jié)果進(jìn)行了對比。對比結(jié)果如表2所示。

4 結(jié)語

本文采用LoRa技術(shù)和SSM框架開發(fā)了一款大棚環(huán)境參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)，系統(tǒng)前端采用HTM5技術(shù)，并采用bootstrap框架，后臺管理采用SSM框架進(jìn)行開發(fā)，并用MySQL數(shù)據(jù)庫作為后臺數(shù)據(jù)庫。環(huán)境參數(shù)采集節(jié)點(diǎn)采用STM32系列芯片作為主控芯片。實驗結(jié)果表明，本系統(tǒng)能夠?qū)Υ笈餃貪穸?、光照等參?shù)進(jìn)行監(jiān)測，并能夠把參數(shù)存入數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，達(dá)到了預(yù)期效果。

參考文獻(xiàn)：

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