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基于物联网的温室环境测控系统

更新时间：2019-12-17 10:34:09 大小：938K 上传用户：xiaohei1810查看TA发布的资源 标签：物联网温室环境测控系统 下载积分：1分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

为满足现代温室环境远程实时监测、环境调控的要求,基于农业物联网的基本框架,设计了嵌入式微处理器、无线传感器网络和Internet网络技术融为一体的温室环境测控系统.系统分为温室现场测控层和远程监控层.现场测控层基于无线传感器网络获取温室内外环境信息,并通过网络摄像头实现实时视频监测;远程监控层置入滞环控制、模糊控制等多种控制算法,并利用JavaScript和AJAX等技术为用户提供HTML网页的交互界面,实现温室环境远程、实时、自动监控.实验结果表明,系统可实时、准确采集环境参数,数据丢包率仅为4.8%,实现实时、可靠的温室环境监测,可满足农业生产的基本要求.

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基于物联网的温室环境测控系统.pdf 938K

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第 ５０卷第 １期  
２０１８年 ３月  
Ｖｏl．５０Ｎｏ．１  
Ｍａｒꢀ２０１８  
郑 州 大 学 学 报（理 学 版）  
ＪꢀＺｈｅｎｇｚｈｏｕ Ｕｎｉｖꢀ（ＮａｔꢀＳｃｉꢀＥｄꢀ）  
基 于 物联 网的 温 室 环 境 测 控 系 统  
何耀枫， 梁美惠， 陈俐均， 徐 丹， 杜尚丰  
（中国农业大学 信息与电气工程学院 北京 １０００８３）  
摘要：为满足现代温室环境远程实时监测、环境调控的要求，基于农业物联网的基本框架，设计了嵌入式微处理器、  
无线传感器网络和 Ｉｎｔｅｒｎｅｔ 网络技术融为一体的温室环境测控系统ꢀ系统分为温室现场测控层和远程监控层ꢀ现场  
测控层基于无线传感器网络获取温室内外环境信息，并通过网络摄像头实现实时视频监测；远程监控层置入滞环  
控制、模糊控制等多种控制算法，并利用 ＪａｖａＳｃｒｉｐｔ 和 ＡＪＡＸ 等技术为用户提供 ＨＴＭＬ 网页的交互界面，实现温室环  
境远程、实时、自动监控ꢀ实验结果表明，系统可实时、准确采集环境参数，数据丢包率仅为 ４．８％，实现实时、可靠的  
温室环境监测，可满足农业生产的基本要求ꢀ  
关键词：温室环境；农业物联网；远程监控；视频图像  
中图分类号：Ｓ６２５．５+１  
文献标志码：Ａ  
文章编号：１６７１-６８４１（２０１８）０１-００９０-０５  
DOI：１０．１３７０５／ｊꢀｉｓｓｎꢀ１６７１-６８４１．２０１７２６３  
0 引言  
随着互联网技术的成熟和普及，２０世纪 ９０年代起计算机互联网络开始进入我国农业领域，农业生产管  
理人员可以随时随地快捷地获得各种科技信息、管理信息、市场供求信息、气象与土壤信息、作物与病虫害信  
息等［１］ꢀ农业物联网广泛应用于食品安全追踪、农田墒情、节水灌溉等方面［２ꢁ５］，引导现代温室环境监控系统  
朝着全面感知、稳定传输和智能应用的方向发展［６ꢁ７］ꢀ随着嵌入式微处理器、无线传感器网络（ＷＳＮ）等技术  
的日趋完善，融入高新科技的温室环境远程监控系统已成为相关领域研究及应用的热点ꢀ国内实际农业生产  
中使用的传统温室环境监控系统大多要求农户每天守候在温室现场实施调控［８］，且系统结构复杂，不利于  
升级维护，信息采集不全，集群温室调控也受到地域的限制，难以满足农业物联网发展的需求ꢀ此外，温室环  
境监控系统大多测控因子不全、控制方法单一、操作复杂，不适用于农业实际生产过程ꢀ  
1 系统设计  
本文从简化系统结构、降低成本、完善系统功能的角度出发，依托农业物联网框架设计温室环境测控系  
统，实现了环境数据的实时采集、无线传输以及环境可视化和控制自动化ꢀ用户在分析温室内外环境信息和  
加热器、补光灯等执行机构开关状态信息的基础上，通过网页实现视频浏览，实时观测温室运营情况，并在已  
配备的控制算法中进行选择，从而实现环境远程测控ꢀ  
1．1 系统总体设计  
系统主要分为现场测控层和远程监控层，总体结构如图 １所示ꢀ  
1．1．1 温室现场测控 温室现场测控层是系统的基础，主要包含信息采集模块和环境调控模块ꢀ信息采集  
模块中温室内外均设计并搭建了基于 ＷＳＮ 的 ４合 １气象站采集环境因子（温度、湿度、光照度和二氧化碳浓  
度）ꢀ此外，温室内部配备了网络摄像头采集视频图像信息作为数字信息的补充，为用户提供远程温室内部  
运营情况可视化界面ꢀ环境调控模块包括状态采集电路、状态控制电路和执行机构，采集、控制电路均通过继  
电器、空开和接触器连接至环境调控执行机构（风机、天窗、ＬＥＤ 补光灯、加湿器等）ꢀ  
收稿日期：２０１７-０９-０５  
基金项目：国家自然科学基金项目（６１１７４０８８）ꢀ  
作者简介：何耀枫（１９９３—），男，广东广州人，硕士研究生，主要从事温室建模与控制研究，Ｅ-ｍａｉl：ｈｅｙａｏｆｅｎｇ＠ｃａｕꢀｅｄｕꢀｃｎ；通信作者：杜尚  
丰（１９６１—），男，黑龙江鸡西人，教授，主要从事复杂系统建模与控制研究，Ｅ-ｍａｉl：ｍａｔlａｂ＿ｄｕ＠１２６ꢀｃｏｍꢀ  
万方数据  
第 １期  
９１  
何耀枫，等：基于物联网的温室环境测控系统  
图 1 系统结构示意图  
Figꢀ1 Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｓｙｓｔｅｍ  
温室现场测控层主要实现测量和控制两部分功能ꢀ一方面，信息采集模块接收来自远程监控层的周期性  
查询指令，实时测量、反馈温室内外环境信息和当前执行机构状态信息；另一方面，环境调控模块接收来自监  
控层的控制指令，完成对执行机构的开关控制ꢀ  
1．1．2 远程监控 远程监控层是系统的核心，该层以嵌入式开发板 Ｔｉｎｙ６４１０为核心，集信息采集、分析处  
理、环境调控和服务器发布为一体，功能完备且体积小、成本低ꢀ  
１）环境测控  
在测控功能的实现过程中，远程监控层接收温室现场测控层的信息后，利用程序中的控制算法对信息进  
行挖掘和处理，最终向现场测控层发送指定格式的调控指令ꢀ  
为增加系统的适用性和调控方式的多样性，系统置入滞环控制、ＰＩＤ 控制、模糊控制等多种控制算法，并  
配备了自动控制和手动控制两种控制模式，保证系统能够适用于农业实际生产过程，提高农业生产的效率ꢀ  
２）信息发布  
远程监控层还具有服务器发布的功能ꢀ采用 Ｂ／Ｓ 模式，将得到的温室现场信息存储至开发板后，用户通  
过动态网页访问嵌入式 Ｗｅｂ 服务器，实现对温室环境数据、执行机构开关状态的监测，并通过视频图像、控  
制模式切换和控制方法的选择，完成对温室现场的远程控制干预ꢀ基于嵌入式 Ｗｅｂ 服务器的信息发布为用  
户提供了系统的接口，通过 ＨＴＭＬ 以浅显易懂的方式将有效信息展示给用户，实现信息技术与专业领域技  
术的融合ꢀ  
1．2 嵌入式 Web 服务器设计  
1．2．1 服务器搭建 嵌入式 Ｗｅｂ 服务器以 Ｓ３Ｃ６４１０为基础，由串口通信模块和 Ｗｅｂ 服务器守护模块组  
成ꢀ其中，串口通信模块是系统功能实现的重要保障，由温室信息测控程序和执行机构手动控制程序组成ꢀ温  
室信息测控程序中首先打开串口并提取文件中的测控周期设置，利用 ｉｔｉｍｅｒｖａl 定时器控制测控周期；然后在  
每个周期内依次对温室内外的环境信息、执行机构的状态信息进行采集，通过用户选择的算法对数据进行分  
析处理，最终得到控制决策，并将有效数据以特定格式存储为历史记录ꢀ执行机构手动控制程序用于应对用  
户需要按照自身意愿进行手动控制操作的情况ꢀ  
服务器守护模块主要包含了嵌入式 Ｗｅｂ 服务器、ＣＧＩ 脚本和信息可视化的 ＨＴＭＬ 网页 ３部分，实现了  
用户登录、环境信息浏览、视频监控、自动控制方法选择、手动控制等功能ꢀ嵌入式设备中常用的 Ｗｅｂ 服务器  
有 Ｂｏａ 和 Ａｐａｃｈｅ 等［９］ꢀ考虑到本设计中嵌入式设备资源有限，不需要同时处理多用户的请求，不选用Ａｐａｃｈｅ  
服务器ꢀＢｏａ 服务器运行于 Ｌｉｎｕｘ ／Ｕｎｉｘ 操作系统下，瘦身后可执行代码只有 ６０ｋＢ，支持 ＣＧＩ／１．１［１０］ꢀ它只产  
生独立进程来处理 ＣＧＩ 脚本，响应速度快、占用资源较少［１１］ꢀ因此本文选择使用 Ｂｏａ 服务器，将 Ｂｏａ 源码包  
解压、交叉编译、“瘦身”并配置后拷贝相关文件至嵌入式 Ｌｉｎｕｘ 环境的对应目录下即可完成服务器的移植ꢀ  
ＣＧＩ 即通用网关接口，是外部应用程序与 Ｗｅｂ 服务器之间的接口标准［１２］ꢀＣＧＩ 脚本用 Ｃ 语言编写，在  
万方数据  

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