基于云平台的水稻育苗智能温室系统的设计

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山 西 电 子 技 术 ２０１９ 年
内进行了拼接和安装ꎬ安装画面如图 ６ 所示ꎮ
图 ６ 网关及 ＬＥＤ 驱动的安装
以佳木斯市江滨农场项目为例ꎬ进行了相关的 调试试验ꎮ 经调试ꎬ 网关及 ＬＥＤ 驱 动 电 路 工 作 正 常ꎬ整套系统工作正常ꎮ 并可以将相关参数显示在 ＬＥＤ 屏幕上ꎮ 如图 ７ 所示ꎮ
３ 系统软件设计
软件系统主要由上位机软件和下位机软件两大 部分组成ꎮ
收稿日期:２０１８ － １１ － ２０ 作者简介:黄 鹏(１９９６￣ ) ꎬ男ꎬ吉林公主岭人ꎬ大学本科ꎬ研究方向:电子信息与通信ꎮ
第 １ 期 黄鹏ꎬ等:基于云平台的水稻育苗智能温室系统的设计
该系统采用分层结构通过终端软件的设计实现 对数据的采集和监测ꎻ感知层主要是通过传感器来
采集环境参数ꎻ网络层主要是将采集到的信息通过 公用网络传送给云服务器ꎬ云服务器进行分析并存 储ꎻ应用层主要是搭建一款上位机软件ꎬ可以实现数 据的实时可视化显示ꎬ历史数据查询等功能ꎮ
图 １ 整体系统框图
２ 系统的硬件设计
系统的硬件部分主要由单片机数据采集电路、 ＬＥＤ 大屏幕驱动板、温湿度和光照度等各种环境传 感器组成ꎮ
系统采用 ＳＴＣ１５Ｗ４Ｋ５８Ｓ４ 单片机为核心控制 器ꎬ它有着运行速度快、运行稳定和最多能支持 ４ 路 串口通信等诸多优点ꎬ且相对于 ＳＴＭ３２ 价格更加便 宜[３] ꎮ 如图 ２ 所示ꎬ单片机通过串口 ３ 与 ＭＡＸ２３２ 建立通信连接ꎬ用来给 ＬＥＤ 屏幕驱动板发送信号ꎮ 通过串口 ４ 与 ＲＳ４８５ 建立通信连接ꎬ用来获取传感 器传回的棚内参数ꎮ 硬件系统的通讯部分采用了 ＳＩＭ８００ 通信模块ꎬ电路图如图 ３ 所示ꎮ 此模块可以 将采集到的数据通过移动网络发送给云服务器ꎮ
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图 ２ 单片机及通讯电路电路图
和删除数据等操作ꎬ然后把获取到的数据传回业务 逻辑层分析进而传给界面层展示ꎮ
图 ３ ＳＩＭ８００ 模块电路图
３. １ 上位机软件 上位机软件是应用层的核心部分ꎬ构建思路如下: 为了实现移动终端软件设计ꎬ完成数据的接收、
处理和显示ꎬ上位机采用了 Ｂ / Ｓ 架构( Ｂｒｏｗｓｅｒ / Ｓｅｒｖ￣ ｅｒꎬ浏览器 / 服务器模式) ꎮ 只要能上网ꎬ即可随时随 地访问系统ꎮ 网站内部使用三层架构模式:界面层 使用 ＨＴＭＬ５ 实现快速加载ꎬ使用 Ｂｏｏｔｓｔｒａｐｔ 实现多 平台兼容ꎬ提高用户的使用体验度ꎮ 业务逻辑层根 据界面层异步提交的请求数据进行登陆、注册、数据 分析、设备监控和管理用户等逻辑处理ꎮ 数据访问 层通过与云平台交互实现历史纪录查询、增加用户
图 ５ 下位机软件流程图
４ 系统特色
４. １ 云平台 Ｗｅｂ 开发的过程中ꎬ传统的方法都是自建服务
器ꎬ但是对于中小型企业来说ꎬ自建服务器成本高、 维护困难 、且稳定性不佳、可拓展性不高ꎮ 相比于 此ꎬ云平台的发明很好地克服了上述问题ꎮ
云平台是本套监控系统的核心系统ꎬ上位机上 的所有数据来源和功能的实现都依靠于此ꎮ 云平台 的软件构架以数据库为基础ꎬ用云服务器上的接发 程序与硬件系统通过 ＴＣＰ / ＩＰ 协议建立通信连接ꎬ 接收传感器采集到的数据ꎬ并存入数据库[４] ꎮ 云服 务器也提供接口与上位机建立网络连接ꎬ上位机软 件可以时刻调取相关数据ꎮ ４. ２ ＧＰＲＳ 通信
山西电子技术 ２０１９ 年第 １ 期
应用实践
文章编号:１６７４ ￣ ４５７８ ( ２０１９ ) ０１ ￣ ００４８ ￣ ０３
基于云平台的水稻育苗智能温室系统的设计
黄 鹏ꎬ 杜 旭ꎬ 杜佳伟ꎬ 龙 颖ꎬ 何 斌
( 佳木斯大学信息电子技术学院ꎬ黑龙江 佳木斯 １５４００７)
摘 要:本文针对传统温室系统中涉及到的偏远地区无法使用光纤、自建后台服务器成本高等 问题作出讨论ꎮ 文中基于云平台、单片机以及 ｗｅｂ 软件设计了一种简洁、稳定、高效的水稻育苗智 能温室系统ꎮ 该系统可以实现网页对水稻育苗温室内的环境参数的采集ꎮ 也可以通过线下大屏幕 现场观测各项参数ꎮ 实验结果表明ꎬ该产品可以实现预期效果ꎮ
关键词:云平台ꎻ 水稻育苗ꎻ 环境参数 中图分类号:ＴＰ３１１. ５ꎻＴＰ２７４ 文献标识码:Ａ
近年来ꎬ国家强调应用现代科技手段“ 大力发 展“互联网 ＋ 农业”ꎬ多渠道增加农民收入促进农村 一二三产业融合发展战略ꎮ 应用科技手段发展农业 是提升我国 农 业 现 代 化 的 主 要 方 式ꎬ 物 联 网 技 术、 ３Ｇ 技术等现代通信技术是实现农业现代化技术支 点ꎬ利用物联网等现代通信技术实现对农业生产经 营进行智能化管理ꎬ是提高农业的精细化生产ꎬ智能 化决策的重要节点ꎮ 通过信息技术对地块的土壤、 肥力、温湿度等环境参数进行采集并分析ꎬ然后据此 提供与种植、施肥相关的解决方案ꎬ大大提升了农业 生产效率ꎮ 利用物联网、云平台、单片机、ＨＴＬＭ５ 等 技术将采集的数据显示到智能手机等移动终端上ꎮ 提高了农业生产对自然环境风险的应对能力ꎬ使弱 势的传统农业成为具有高效率的现代农业[１] ꎮ
本设计采用国内流行的阿里云平台ꎬ基于 ＳＴＣ 单片机最小系统ꎬＳＩＭ８００ 无线通ห้องสมุดไป่ตู้模块ꎬ４８５ 协议 有线通信以及农业数据采集传感器ꎬ实现用户通过 网页实时查询或线下大屏幕实时显示农业现场传感 器采集的信息ꎮ
１ 整体系统设计
根据基于物联网智能温室大棚系统设计的总体 目标ꎬ本系统整体架构以物联网 ＤＣＭ 三层架构的思 想构建集成[２] ꎮ 主要由感知层、网络层、应用层三 部分组成ꎮ 系统框图如图 １ 所示ꎮ
图 ４ 上位机软件实时数据显示界面
３. ２ 下位机软件 下位机软件利用 ｋｅｉｌ ５ 编程环境给单片机进行
程序编写ꎬ以便于控制整个网关系统协同工作ꎮ 程 序首先对定时器、串口通信、ＳＩＭ８００、大屏幕和传感 器进行初始化ꎮ 然后进入死循环程序按一定时间对 数据进行采集、发送和实时显示在 ＬＥＤ 大屏幕上ꎬ 此时间可以根据用户需求在 ３０ ｓ － ５ ｍｉｎ 区间内可 调ꎮ 如发现异常数据将会发出警报信息ꎮ 下位机软 件程序框图如图 ５ 所示ꎮ