基于互聯(lián)網(wǎng)+的智慧灌溉系統(tǒng)設(shè)計研究新探

杜建龍

甘肅象鑫工業(yè)自動化科技有限公司 甘肅 白銀 730900

農(nóng)業(yè)作為推動社會經(jīng)濟穩(wěn)定發(fā)展的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展穩(wěn)定性也直接影響到社會結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中，灌溉的及時性、有效性直接影響到農(nóng)業(yè)產(chǎn)量與質(zhì)量，基于新技術(shù)新設(shè)備快速發(fā)展背景，建立智慧化灌溉系統(tǒng)，能夠?qū)φ麄€灌溉過程進(jìn)行動態(tài)控制，在確保農(nóng)業(yè)正常生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，減少水資源損耗?；诨ヂ?lián)網(wǎng)+技術(shù)優(yōu)勢，設(shè)計契合實際需求的灌溉系統(tǒng)，能夠順利實現(xiàn)灌溉遠(yuǎn)程預(yù)約與控制，提升灌溉內(nèi)容的時效性與智能性。

1 互聯(lián)網(wǎng)+關(guān)鍵技術(shù)整理

1.1 無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

目前，應(yīng)用較多的無線傳感技術(shù)是一種能夠?qū)崿F(xiàn)近距離 Zig Bee 通信技術(shù)，能夠在信息點位分散、信息采集需求大的場合中應(yīng)用，且信息傳輸過程安全可靠，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、智能家居及小型智能交通領(lǐng)域得到大規(guī)模應(yīng)用。Zig Bee 無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能夠在無命令或者無信息傳輸時處于休眠狀態(tài)，從而使通信設(shè)備功耗低。該通信系統(tǒng)的可靠性高，可避免在數(shù)據(jù)通信量較大時，在同一通信窗口時域內(nèi)出現(xiàn)信息傳輸通道沖突； 能夠在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時進(jìn)行冗余信息數(shù)據(jù)的校驗，并進(jìn)行數(shù)據(jù)加密，從而保證信息傳輸?shù)陌踩??；诮Y(jié)構(gòu)劃分理論，Zig Bee 無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在應(yīng)用中可劃分為四個層次：（1）物理層，其功能為數(shù)據(jù)信息接收、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)服務(wù)等；（2）通信層，其功能為進(jìn)行數(shù)據(jù)鏈路選擇、提高通信過程的安全性；（3）網(wǎng)絡(luò)層，其功能為進(jìn)行節(jié)點組網(wǎng)運維管理、數(shù)據(jù)信息快速傳輸?shù)?；?）應(yīng)用層，功能是搭建通信安全機制，提升需求與系統(tǒng)服務(wù)匹配度。

1.2 應(yīng)用程序技術(shù)

在互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)體系中，為確保應(yīng)用技術(shù)的順利實現(xiàn)，也會使用到應(yīng)用程序技術(shù)，其主要依托于Android系統(tǒng)框架，搭配其他組件順利調(diào)用各類信息。在此框架系統(tǒng)中，Activity 組件屬于非常核心的內(nèi)容，該組件功能的實現(xiàn)會以窗體的形式進(jìn)行呈現(xiàn)，而且在各類視圖控件輔助下，能夠?qū)⒖丶|發(fā)功能順利發(fā)揮出來。而且在應(yīng)用程序技術(shù)的使用中，也含有了許多個Activity組件，不同組件的回調(diào)函數(shù)存在一定差異，以此來實現(xiàn)不同的應(yīng)用功能。另外，在應(yīng)用程序的運行過程中，也會設(shè)立主線程、子線程，以此來滿足不同情況下的運行要求，達(dá)到安全運行的目的。另外，該應(yīng)用程序技術(shù)在運行時還會使用到其他組件，對應(yīng)名稱及功能如下：①Content Provider 組件，該組件在運行時的主要功能是順利完成數(shù)據(jù)交互與共享；②BoadcastReceiver組件，該組件在運行時的主要功能是高效響應(yīng)特殊灌溉數(shù)據(jù)，整個過程耗時較短，滿足相應(yīng)的使用要求；③Service組件，該組件在運行時的主要功能是對傳輸?shù)墓喔葦?shù)據(jù)進(jìn)行獨立化處理，以滿足相應(yīng)的使用要求。

1.3 GPRS技術(shù)

除上述提到的核心技術(shù)外，GPRS技術(shù)在使用中也具備了良好的應(yīng)用價值，該技術(shù)在應(yīng)用中的主要功能，是對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行高效傳輸，并且在應(yīng)用中也會在同信道內(nèi)進(jìn)行共享，從而提高信息傳輸過程的時效性。在技術(shù)應(yīng)用過程中，也會利用客戶端分類、系統(tǒng)轉(zhuǎn)移等方式來完成數(shù)據(jù)傳輸與接收，以提升數(shù)據(jù)傳輸結(jié)果的時效性與高效性。在GPRS技術(shù)應(yīng)用中，其結(jié)構(gòu)層次與具體功能如下：（1）GGSN技術(shù)，其主要的功能包括灌溉數(shù)據(jù)傳輸、灌溉數(shù)據(jù)接收等，同時會根據(jù)通訊協(xié)議來篩選最合理的信息傳輸途徑，以滿足相應(yīng)的使用要求。（2）SGSN技術(shù)，其主要的功能包括管理移動灌溉客戶端、接收與整理灌溉數(shù)據(jù)。（3）MS技術(shù)，其主要的功能包括發(fā)送灌溉信息、管理移動灌溉終端、灌溉系統(tǒng)信息存儲等。

2 基于互聯(lián)網(wǎng)+的智慧灌溉系統(tǒng)設(shè)計要點

2.1 登錄接口模塊

登陸接口模塊的主要運行功能，是對操作智慧灌溉系統(tǒng)的身份進(jìn)行證明，確保系統(tǒng)運行環(huán)節(jié)的安全性。該模塊主要由以下幾部分構(gòu)成：（1）用戶賬號，一般會由在數(shù)字、字母、符號組成，賬號具有不重復(fù)性的特征，設(shè)計時的參數(shù)名為username，并且在設(shè)計時選擇String類型進(jìn)行整理，以滿足不同情況下的應(yīng)用要求。（2）用戶登錄密碼，由用戶自己進(jìn)行設(shè)計，為確保運行安全性，要求密碼包含數(shù)字、字母、符號等，密碼組合不少于兩種符號，設(shè)計時的參數(shù)名為password，并且在設(shè)計時選擇String類型進(jìn)行整理，以提高密碼的保密性與安全性。（3）驗證碼，注冊時需人員使用手機號進(jìn)行注冊，登陸時會向手機發(fā)送數(shù)字驗證碼，起到保護系統(tǒng)的作用。設(shè)計時的參數(shù)名為validate Code，并且在設(shè)計時選擇String類型進(jìn)行整理，以提高驗證碼應(yīng)用安全性。（4）密碼更改模塊，用戶在密碼更改時需要在該模塊進(jìn)行，需要先進(jìn)行舊密碼的填寫，隨后再填寫新密碼，并重復(fù)填寫新密碼，以滿足相應(yīng)的使用要求。

2.2 設(shè)備管理模塊

設(shè)備管理模塊的主要運行功能，是對智慧灌溉系統(tǒng)的各項設(shè)備運行狀態(tài)進(jìn)行科學(xué)化管理，確保系統(tǒng)運行過程的穩(wěn)定性。該模塊主要由以下幾部分構(gòu)成：（1）設(shè)備名稱，包含了智慧灌溉系統(tǒng)中所有的設(shè)備名稱，如節(jié)流閥、供水系統(tǒng)等，設(shè)計時的參數(shù)名為name，并且在設(shè)計時選擇String類型進(jìn)行整理，為方便用戶使用會對同類型設(shè)備進(jìn)行編號，以提高操作過程的時效性。（2）每頁顯示數(shù)量，是指智慧灌溉系統(tǒng)中每一頁顯示的設(shè)備數(shù)量，一般會默認(rèn)30為每頁數(shù)量， 設(shè)計時的參數(shù)名為page Size，并且在設(shè)計時選擇String類型進(jìn)行整理，提高每頁數(shù)據(jù)顯示結(jié)果的直觀性。（3）分組與部門，是指智慧灌溉系統(tǒng)中的不同分區(qū)和不同分組，這樣也可以方便用戶進(jìn)行操作，提高操作結(jié)果的合理性。設(shè)計時的參數(shù)名為grouping.id，并且在設(shè)計時選擇String類型進(jìn)行整理，以滿足不同情況下的使用要求。（4）位置信息，是指智慧灌溉系統(tǒng)中不同結(jié)構(gòu)的對應(yīng)位置，搭配著相應(yīng)的圖片來幫助用戶鎖定項目，設(shè)計時的參數(shù)名為is Get Configur，并且在設(shè)計時選擇String類型進(jìn)行整理，滿足不同情況下的應(yīng)用要求。

2.3 分組管理模塊

分組管理模塊的主要運行功能，是對智慧灌溉系統(tǒng)的各項內(nèi)容進(jìn)行分組列表，并以此來進(jìn)行科學(xué)化管理，確保系統(tǒng)運行過程的穩(wěn)定性。該模塊主要由以下幾部分構(gòu)成：（1）分組列表頁碼，包含了智慧灌溉系統(tǒng)中所查詢列表內(nèi)容的對應(yīng)頁碼，設(shè)計時的參數(shù)名為page.page No，并且在設(shè)計時選擇Int 類型進(jìn)行整理，以加快相關(guān)信息的獲取速度。（2）分組列表數(shù)量，包含了智慧灌溉系統(tǒng)中所查詢列表中對應(yīng)的內(nèi)容數(shù)量，設(shè)計時的參數(shù)名為page.page Size，并且在設(shè)計時選擇Int類型進(jìn)行整理，以得到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)分析結(jié)果。（3）設(shè)備所在片區(qū)id ，包含了智慧灌溉系統(tǒng)中所查詢設(shè)備的ID名稱和對應(yīng)位置，設(shè)計時的參數(shù)名為office.id，并且在設(shè)計時選擇String類型進(jìn)行整理，以提高分析結(jié)果的合理性。（4）設(shè)備所在分組id ，包含了智慧灌溉系統(tǒng)中所查詢設(shè)備在分組中對應(yīng)位置，設(shè)計時的參數(shù)名為id，并且在設(shè)計時選擇String類型進(jìn)行整理，具備了良好的使用價值。

2.4 數(shù)據(jù)分析模塊

數(shù)據(jù)分析模塊的主要運行功能，是對智慧灌溉系統(tǒng)獲取到的相關(guān)信息進(jìn)行綜合分析，從中篩選出有價值應(yīng)用數(shù)據(jù)，為系統(tǒng)高效管理提供有效幫助。該模塊主要由以下幾部分構(gòu)成：（1）片區(qū)對應(yīng)數(shù)據(jù)，包含了智慧灌溉系統(tǒng)管理片區(qū)中的相應(yīng)數(shù)據(jù)，會在模塊中進(jìn)行數(shù)據(jù)整合，滿足不同情況下的應(yīng)用需求。設(shè)計時字段名為type，而且綜合考慮各項參數(shù)應(yīng)用要點進(jìn)行整理。（2）區(qū)域名稱，即智慧灌溉平臺中所管理的所有區(qū)域名稱進(jìn)行整理，同時搭配ID參數(shù)來幫助用戶準(zhǔn)確識別該區(qū)域情況，在設(shè)計時的字段名稱為name，便于相應(yīng)的使用要求。（3）片區(qū)及分組數(shù)據(jù)模塊，其包含了片區(qū)中的相應(yīng)數(shù)據(jù)，其內(nèi)容涉及片區(qū)的具體名稱、片區(qū)ID、具體類型、數(shù)組等，使用String類型數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，以便于相應(yīng)數(shù)據(jù)的快速處理。

2.5 定時任務(wù)模塊

定時任務(wù)模塊的主要運行功能，是對智慧灌溉系統(tǒng)運行時的任務(wù)進(jìn)行定時，從而提高系統(tǒng)運行時的時效性與節(jié)能性。該模塊主要由以下幾部分構(gòu)成：第一，創(chuàng)建/修改定時任務(wù)模塊，在應(yīng)用中用戶在系統(tǒng)中可以對定時任務(wù)進(jìn)行增加與修改，其內(nèi)容可以細(xì)化到開始澆灌的時間點（幾時幾分）、結(jié)束澆灌的時間點（幾時幾分）、執(zhí)行的日期、單次作業(yè)數(shù)量等。第二，啟動輪灌方案模塊，該模塊的主要工作，是在前期工作中擬定相應(yīng)的輪灌方案，而且在系統(tǒng)中會對這些方案進(jìn)行ID 標(biāo)記，這樣也便于后續(xù)查找，而模塊和系統(tǒng)關(guān)聯(lián)在一起，以達(dá)到方案順落實的作用。第三，停止輪灌方案模塊，該模塊的主要工作，是根據(jù)工作中擬定的輪灌方案結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，如時間、水量等，達(dá)到某要求后系統(tǒng)會停止任務(wù)，并顯示任務(wù)處于完成的狀態(tài)，這些內(nèi)容也會進(jìn)行ID 標(biāo)記，便于后續(xù)查找工作的順利進(jìn)行。

2.6 監(jiān)控管理模塊

監(jiān)控管理模塊的主要運行功能，是對智慧灌溉系統(tǒng)運行過程進(jìn)行動態(tài)監(jiān)督，根據(jù)得到的監(jiān)督結(jié)果及時調(diào)整相應(yīng)策略，以提高整個系統(tǒng)運行狀態(tài)的高效性與節(jié)能性。該模塊主要由以下幾部分構(gòu)成：第一，監(jiān)控設(shè)備模塊，在應(yīng)用中會在系統(tǒng)覆蓋區(qū)域內(nèi)的合適位置安裝監(jiān)控設(shè)施，對于整個系統(tǒng)的執(zhí)行情況進(jìn)行監(jiān)督，并且為了方便管理，在監(jiān)控管理模塊中羅列了設(shè)備歸屬部門、設(shè)備名稱、設(shè)備編號、所屬賬號、ID等內(nèi)容，以提高監(jiān)控管理結(jié)果的時效性[1]。第二，賬號管理模塊，該模塊的主要工作是與監(jiān)控管理模塊工作內(nèi)容相匹配，而且在系統(tǒng)中會對這些賬號ID 進(jìn)行標(biāo)記，這樣也可以防止賬號丟失、惡意操作等情況，維持系統(tǒng)運行環(huán)境的安全性與可靠性。

2.7 上位機界面模塊

上位機界面模塊的主要運行功能，是對智慧灌溉系統(tǒng)運行過程進(jìn)行直觀化展示，用戶和管理者可以通過客戶端對目前系統(tǒng)工作情況進(jìn)行監(jiān)督，并且也可以根據(jù)反饋情況人工調(diào)整系統(tǒng)工作參數(shù)，從而確保系統(tǒng)工作狀態(tài)的穩(wěn)定性，充分發(fā)揮系統(tǒng)的智能化應(yīng)用特征。該模塊主要由以下幾部分構(gòu)成：第一，首頁模塊，在應(yīng)用中主要顯示用戶登錄后的首頁，在該首頁中包含了一些基礎(chǔ)模塊，如設(shè)備模塊、檢索模塊、任務(wù)模塊等，并且頁面右上方也顯示了查詢列表，以便于相關(guān)查詢活動的高效展開，滿足相應(yīng)的使用要求[2]。第二，詳情頁面模塊，該模塊的主要工作是對某一內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)展示，如查詢到某一設(shè)備時，詳情頁會顯示設(shè)備歸屬部門、設(shè)備名稱、設(shè)備編號、工作起始時間、故障頻次、故障修復(fù)時間、歷史記錄、所屬賬號、ID等內(nèi)容，幫助用戶或管理人員更加全面地了解所需信息，提高所存儲信息的使用價值。

2.8 數(shù)據(jù)庫模塊

數(shù)據(jù)庫模塊的主要運行功能，是對智慧灌溉系統(tǒng)運行時產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，存儲時會對這些歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)記，以便于數(shù)據(jù)的查詢和提取。目前常用的數(shù)據(jù)庫模塊為My SQL 數(shù)據(jù)庫，此類型數(shù)據(jù)庫具有儲存效率高、存儲容量大等優(yōu)勢，與該系統(tǒng)具備良好的契合度。該模塊主要由以下幾部分構(gòu)成：第一，普通數(shù)據(jù)庫模塊，在應(yīng)用中主要用于存儲普通類型的運營數(shù)據(jù)，以時間線、設(shè)備名稱、所屬片區(qū)、具體編號等分類依據(jù)進(jìn)行分別整理，而且根據(jù)數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)性，也會對進(jìn)行屬性標(biāo)記，便于數(shù)據(jù)的提取與應(yīng)用[3]。第二，價值數(shù)據(jù)庫模塊，此類數(shù)據(jù)是基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對已有數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，如設(shè)備故障處理過程、突發(fā)事件節(jié)點數(shù)據(jù)等，這些數(shù)據(jù)會參考相應(yīng)的分類標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行單獨設(shè)置，這些數(shù)據(jù)也會為管理系統(tǒng)的不斷完善提供價值參考，從而提升所存儲信息的使用價值。

3 系統(tǒng)性能測試要點

3.1 節(jié)點通信性能測試

在完成系統(tǒng)設(shè)計之后，進(jìn)入到系統(tǒng)測試環(huán)節(jié)，以校核系統(tǒng)性能的合規(guī)性。在對節(jié)點通信性能進(jìn)行測試時，需要在實驗室當(dāng)中搭建相應(yīng)的節(jié)點組網(wǎng)，校核組網(wǎng)完整性之后利用無線傳感器進(jìn)行檢測，檢測時會通過兩個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點來輸入指令數(shù)據(jù)，并且以節(jié)點距離作為變量來校核通信傳輸時間，進(jìn)而判斷出系統(tǒng)是否順利完成組網(wǎng)。根據(jù)已有的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以得知，在節(jié)點距離5-10m的范圍內(nèi)，通信傳輸時間在1.0-3.5s，達(dá)到了既定的通信要求，能夠滿足相應(yīng)的使用要求。同時對指令的完整性進(jìn)行檢查，根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以得知，通信指令的完整率不低于98.6%，表示信號傳輸結(jié)果可滿足常規(guī)要求，但仍有一定的進(jìn)步空間，也是后續(xù)發(fā)展過程中需要重點關(guān)注的內(nèi)容。

3.2 灌溉系統(tǒng)性能測試

在對灌溉系統(tǒng)性能進(jìn)行測試時，需要在實驗室當(dāng)中對系統(tǒng)的所有模塊進(jìn)行整合，隨后在戶外設(shè)置若干灌溉設(shè)備，利用無線傳感器進(jìn)行檢測，檢測時會通過采集指令傳遞情況、設(shè)備工作狀態(tài)等內(nèi)容，來客觀判斷灌溉系統(tǒng)性能的合理性。例如，某實驗中設(shè)置了空氣相對濕度小于30%時，系統(tǒng)會在15min 后啟動灌溉設(shè)備來灌溉農(nóng)田，而灌溉時間預(yù)設(shè)為30min。在多個區(qū)域內(nèi)設(shè)置多組實驗，對其執(zhí)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以得知，在空氣相對濕度達(dá)到預(yù)定要求后，“15min后啟動灌溉設(shè)備”這一指令的達(dá)標(biāo)率在99.1%，而“灌溉30min”這一指令的執(zhí)行率為98.7%，系統(tǒng)運行狀態(tài)可滿足常規(guī)要求，但仍有一定的進(jìn)步空間，需要在后續(xù)發(fā)展中進(jìn)行不斷完善，以提高系統(tǒng)運行狀態(tài)的穩(wěn)定性。

4 結(jié)束語

綜上所述，在智慧灌溉系統(tǒng)設(shè)計活動中，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具備了良好的應(yīng)用價值，基于互聯(lián)網(wǎng)+創(chuàng)造的便利條件，整理智慧灌溉系統(tǒng)設(shè)計經(jīng)驗，不僅可以提高智慧灌溉系統(tǒng)工作性能穩(wěn)定性，而且對于提升系統(tǒng)工作質(zhì)量，延長系統(tǒng)使用壽命有著積極作用。