基于物联网的微型植物工厂智能监控系统设计

基于物联网的微型植物工厂智能监控系统设计

左志宇1，谭洁1，毛罕平1，卓敏敏1，胡胜尧1，唐学平2，张文忠2，赵常2

（1．江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室，江苏镇江212013；2．江苏白雪电器股份有限公司，江苏苏州215500）

摘要：随着生活水平的提高，人们对于安全、卫生、绿色的蔬菜需求越来越大，因此适用于家庭使用的微型植物工厂越来越受到关注。针对这一需求，开发了一种基于物联网的微型植物工厂智能监控系统。该系统可以实现用户通过Web浏览器或手机APP远程查看微型植物工厂运行状态、修改控制系统设置参数和即时干预控制设置；用户也可以将微型植物工厂托管给专家或服务器。试验结果表明：该系统性能稳定，环境参数的采集设定、用户及时干预、历史数据的查看，以及在线付费完成服务器托管等功能均能达到实际应用需求。

关键词：微型植物工厂；物联网；监控系统

中图分类号：S625．3文献标识码：A文章编号：1003－188X（2019）11－0074－06

0引言

近年来，由于我国可耕地面积减少、自然灾害频发的现状，使得传统农业已经不符合我国农业发展需求，需要向现代化农业转型，设施农业是我国现代农业发展的一个趋势［1］。

植物工厂作为设施农业发展最高阶段的产物，具有受自然条件影响小、无污染、自动化程度高及作物生长周期可调控等优点，指引着未来世界农业的发展方向［2－4］。密闭的植物工厂使用人工合成光替代自然日光，同时可以通过对其内部环境的合理精确控制，为作物提供理想的生长环境［5－7］。随着人们生活品质的不断提高，绿色、便捷的家庭用微型植物工厂应运而生。微型植物工厂与大型植物工厂相比，缩小了空间，简化了结构，便于家庭使用，具有微型化、智能化的特点。

本文将物联网技术同互联网、移动终端和智能控制结合起来［8－12］，基于Andr oid和J2EE平台，设计了一种基于物联网的微型植物工厂智能监控系统，实现用户不在家时依然可以通过手机、电脑，或将其托管给服务器，远程管理微型植物工厂，很大程度上缓解了城市居民缺乏时间或经验管理微型植物工厂的问题。

收稿日期：2018－05－22

基金项目：江苏省现代农业－研究开发类重点项目（BE2015347）

作者简介：左志宇（1977－），男，湖南湘乡人，副教授，博士研究生，（E －mail）zuozy@ujs．edu．cn。

通讯作者：毛罕平（1961－），男，浙江宁波人，教授，博士生导师，（E－mail）maohp@ujs．edu．cn。1整体方案设计

基于物联网的微型植物工厂智能监控系统总体架构分为感知层、传输层和网络层等3层，如图1所示。工作原理：感知层实现对本地微型植物工厂的信息获取，主要通过相应的传感器采集微型植物工厂内的环境参数信息及作物生长信息；获取到的数据经由网络层（Internet）传输至云服务器平台集中处理，基于应用层的具体功能设计各类终端应用软件，便于用户、专家、系统管理员等不同身份的使用者远程管理微型植物工厂

。

图1系统整体方案示意图

Fig．1System overall scheme diagram

系统整体设计分为数据采集模块、执行机构模块、主控制器、云服务器、Web端智能监控管理系统（以下简称Web端应用软件）和Android端应用软件

DOI:10.13427/ki.njyi.2019.11.013

等6个部分，如图2所示。数据采集模块包括温湿度传感器、液位传感器和图像传感器。温湿度传感器选用AM2302数字温湿度传感器，液位传感器采用侧装式浮球开关，图像传感器采用OV2640芯片对微型植物工厂内部的植株生长情况进行记录；执行机构模块包括降温设备、加热设备、内空气循环设备、营养液循环设备以及补光设备等；主控制器选用STM32F407VG

T6单片机；服务器选用可以弹性配置的阿里云服务器；Web 智能监控管理系统基于J2EE 平台开发，主要完成同服务器间的数据交互，提供友好的界面供专家和用户进行相应操作，以及便于系统操作员管理系统内的所有微型植物工厂和不同角色使用者之间的信息共享；手机端应用软件基于Android 系统开发，完成同服务器之间的数据交互

。

图2

系统总体设计图

Fig．2

Functional design diagram of the system

2

Android 客户端应用软件设计

2．1

软件架构

Android 是Google 开发的基于Linux 平台的开源手机操作系统，包括操作系统、用户界面和应用程序，在Eclipse 集成开发环境下进行应用软件的开发。An-droid 应用软件分为实时监控、参数设置、历史数据查看、服务器托管和专家托管5个模块。采用Android Java 开发，利用自身数据库SQLite 实现数据存储，并结合SOCKET 通信方式完成网络通信，最终编译运行生成APK 文件，在使用Android 操作系统的手机上直接安装运行。2．2

软件开发环境

Android 手机客户端开发系统采用Android SDK +JAVA JDK6+Eclipse 搭建，云服务器可同时与多个手机移动端通信，并为每个移动端配置通信参数，包括1个IP 地址和端口号，用户登录系统后通过获取当前微型植物工厂的通信参数，并连接至云服务器。2．3

界面设计

Android 客户端应用软件采用xml 语言完成界面设计，本系统主要包含登录界面，主功能界面，参数设置界面以及微型植物工厂的主控制界面等。1号微型植物工厂的Android 客户端应用软件界面如图3所

示。该控制界面通过与服务器连接将微信植物工厂的实时工作状态显示在该界面上，如显示实时温度、湿度、生长灯亮灭情况、当前批次的种植蔬菜名称，以及微型植物工厂的托管状态等信息

。

图3Android 客户端应用软件界面Fig．3

Interface of Android client software