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移动终端的设施农业物联网环境监控系统设计

更新时间：2019-12-23 22:44:50 大小：2M 上传用户：xiaohei1810 查看TA发布的资源 标签：物联网 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

通过使用物联网(IOT)传输协议—消息队列遥测传输(MQTT)协议,将前端硬件、服务器端及移动端连接在一起,完成对设施农业环境的远程实时监控.在系统中,前端硬件以STM32微处理器为核心,由传感器模块、设备控制模块、GPRS模块和电源模块组成,实现数据的采集和传输;服务器端有数据接收、存储、分析的能力,并担任MQTT消息协议中消息生产者和消息管理者的角色;移动终端软件则以Android操作系统为基础开发了应用软件,用户在装有Android系统的移动终端上安装该应用软件,即可查看实时环境情况,发送控制设备指令等.经过测试,整个系统运行稳定、使用简单、实时性高,用户能有效地对设施农业环境进行远程实时监控.

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and

2016年第35卷第8期

感器与微系 (Transducer

Microsystem Technologies)87

DOI：10．13873／J．1000--9787(2016)08-0087-03

移

端的施

物网境控系

宰

王君君1”，董静2，伊川2，天恩2

(1．上海海洋大学信息学院。上海281306；

2．国家

信息化工程技研究中心。北京10∞97)

摘要：通使用物网(IOT)

接在一起，完成

感器模控制模、GPRS模

收、存、分析的能力，并担任MQyr消息

Android操作系件，用在装有Android系的移

一消息列遥

境的控。在系中，前端硬件以STM32微理器核心，

成，数据的采集和；服器端有数据接

中消息生者和消息管理者的角色；移

端上安装

，整个系运行定、使用

(MQYr)

，将前端硬件、服器端及移

端

施

程

由

、

和源模

端

件以

基

开

了

用

件，即可

看

地

境情况，送控制

指令等。

控。

、

性高，用能有效

施

：

境

行

程

关

中

施

；

境

控；物网；移

文献：A

端；消息列遥

(MQTr)

分

号：TP277

文章号：1000一9787(2016)08-0087-03

of facilities

IOT environment

agriculture

Design

based on mobile

terminal

monitoring system

WANG _{Jun-junl’。，DONG}

of Information

Tian— an2

Jin92，YI

Tong— chuan2，CHEN

Ocean

Technology，Shanghai

(1．College

2· National

University，Shanghai 201306，China；

Research Center

for Information

Engineering

Technology

Agriculture，Beijing 100097，China)

Abstract：The

IOT transmission

front-end

system through using

protocol，connect

protocol，message

queuing telemetry transport(MQrr)

transmission

witIl achieve facilities

mobile-end，to

message

hardware，server

agriculture

environment remote and real-time

hardware uses STM32

module and

monitoring．In system，front— end

control

core，

microprocessor

which is

of sensor

realize data

composed

and

module，equipment

module，GPRS

module，to

the server

power

has data

and

analysis ability，also

transmission；server

and

role of

play

acquisition

message

receiving，storage

mobile terminal

software based on

producer

message manager

MQTr message protoc01．The

Android

Can check real-time environment data and send

order

operation system，user

control

runs

after

equipment

software on Android

mobile terminal．Test shows that the

system

installing application

real-time

system

stably，easy

the

Can

user to monitor the facilities

environment．

use，high

performance，So

system

help

agriculture

Key words：facility agriculture；environment

transport(MQYr)

monitoring；IOT；mobile terminal；message queuing telemetry

0引

言

，研究前端硬件

控。用

端中安装

与移

在

端相互配合共同完成

施

是指在境相可控的条件下，采用工程技

手段，提高植物量的一种新型的方式⋯ 。

源消耗，是我国

施

的

境

施内只需安装前端硬件

生

和在移

用件，即可随随地通移

提高

施

生

量，降低

施

用

看

施内境情况，有效减少了人力成本和控系

的投入成本，当施内有异常情况，系能及

警消息，提醒用采取相控制策略，避免

展的重要方向。通

施

的境行

生

送

生

控，是提高

力成本的关

施

技

生

量、降低源利用率、减少

用

’21。近年来，物网(10T)技和移

失的生。

互

网技的快速展，

施

境

，

控

来了新

1系

关

体

的解决方案。

本文以

系

架构如 1所示。感器模用于

施内的

施

境数据采集

基

用物网技

境参数(如空气温湿度、光照度、土壤温湿度)的

收稿日期：2015— 10_27

+基金目：国家科技支撑

划

助

目(2013BADl5805)；北京市林科学院科技新能力建

目(KJCX2014041)

万方数据

感器与微系

第35卷

采集，微理器将境数据按照数据

封装成数据

行服

控制指令。服器端接收到境感知数据后，

存

据

器，具有2l通道的12位A／D

器，具有大的数

包，上

的各种

到

程服器中；

控制模

器

来

理能力，能快速理各感器采集的数据和理控制

指令1引。

首先行数据的清洗，除去数据中由于感器故障或者数

2．2通信

的

据

造成的奇异数据，其次将数据存到数据

服

器

前端硬件通 GPRS模和服器建立基于TCP／IP

的Socket通信机制。前端硬件通 IP地址和端口号

中用于数据的

史

和

境数据

分析，最后，服

trans．

会根据消息列遥

(message queuing telemetry

向服

器

送建立

接

求。服器启

后

听指定的端

数据中

port，mQrr)推送流程将数据推送到移

用中。移

境数据，当

送控制指令，程控制

境。

El，当有求到来建立接并接收数据，

端

通

接受数据

后可通

看

施

端

内

境

物理

和

接人限是否在系数据中，如果存在，

数据超

施内的控制

接被加入到接池中行数据的持交互，否

关

施

接。上数据

如 3所示。

l_卉l‘；f拳ji-

D1：

的版本号

B目

D2：数据的型，此

型

1。代表上

境数据

D3一D4：

D5-D6：

物理

接入

限

D7，，D9：感器采集的各犁数据

R‘、___J

3数据上

+．囤

■囟

㈨+面

Protocol of data

upload

Fig

1系

体架构

当

境数据超

置的

端里

，移

端会生警

architecture

system

Overall

Fig

diagram

通知，用可在移

送

控制指令，服器会将

2系硬件

2．1前端模

控制指令送到具体前端硬件中，硬件接收到数据后

物理是否是自己的，如果不是数据，如果是

CRC校是否正确，如果正确按照控制指令打开

弃

硬件构如 2所示。

控制盒

l皇塑望I

或者关指定的

。其中，

控制

如

4所示。

GPRS

无

模

巫圃— 五三

控制器

鬻

光照1I空气I

l面粟藁百L一一

D1：

的版本弓

D2：数据的型，此

3．代表控制命令

D3一D4：

物理

土壤温湿度

感器

器

D5：CRC校

感器ll温湿度l I开关

l控制

D6：状控制数甘

D7，D8：具体的

一l 感器l

控制指令

2前端硬件模

框

控制

Block

of front-end hardware module

Fig

diagram

control

Protocol of

equipment

Fig

准确采集

了SHTll空气温湿度一体化感器，湿度精度在±4．5％

RH，温度精度 ±0．5℃(25℃)【51；光照感器

施内的境信息，感器点

3系

件

3．1

移

端件

度

Android系是一个流行的开源的移

端操作系，

QY一150A，精度 ±2％，响

50ms；TYX-CTWSl土

由

核

用程序、用框架、程序、系运行和Linux内

成。其中，用程序由一个个Activity 成，提供uI界

壤温湿度一体化感器，湿度精度 ±2％，温度精度

±0．15

oC，通后1

S 定。

面与用

言控制uI布局∽]。本系

Activity 成，提供系的5个主要功能：1)

行交互，而Activity是由Java 言开的、XML

系

中

模

了GTM900C模，它是一种两段GSM／

的

端

用

件由5个

添加和管

GRRS无

，工作

段

EGSM900／GSMl800双，模

信号的制解和信号的

中的主控制器可以

理；2) 境数据

分析；5)系

5所示。

控；3) 史数据

置。具体的移

；4) 境数据

件操作流程如

【⋯

。

端

前端

采用STM32F103RBT6微理器，

理器是

Cortext

基于ARM

M3内核的32位微理器，具有

3．2服器数据推送

2．0— 3．6V的

供

范

，CPU工作率最高可达

的客端多采用Scoket通信机制从服器接收数

据，但种方式使得服器不能主将最新数据

kB的SRAM

MHz，同

有64kB的Flash存器和20

送客

万方数据

第8期

王君君，等：移

端的

施

物

网

境

控系

面中；于超或低于

的

境数据，移

端将生成一

开始

个Notification状

通知，并伴随手机震和提示音，提醒

堡墅箜矍l

用

看消息。

与果分析

拶

在北京市密云

一种植葡萄的日光温室内部署本系

取J}j 信息l

，

温室内的空气温湿度、土壤温湿度和光照度等关

境因子行24 控。系首先需要在温室内部

署一套前端硬件，其次需要在移件中添加

硬件。初始化置硬件每30 s采集并上

彳

入手机用主界面

信息

端

添加用信息

，

一

二二[

取

感器点状

境信息

添加硬件

次数据到程服器中。表l是2015年7月1日采集的

部分数据。

取

表1温室中部分境数据

Tab

Part of environmental data in

greenhouse

三寥

n萌疆蕊Y

控

5客端操作流程

Flow chart of client-end

operation

Fig

端。在

施

境

控系中，用需要掌握最新的

失的生。因此，

境数据，避免异常境造成

生

需要采用新的通信机制完成客端与服器的数据交互。

3．2．1

MQrIYI'

在系

用于服器端数据的主

中

使用了物

网一MQlTr

。MQTT是一套量跨平

推

台的基于布／

的消息

，具有开放、精、量

和容易

的特点。MQTr

由消息布者、消息代

从表1中的数据可以看出：系完整的采集了温室内

一天的关境数据，明系运行定。在通与温室

器所数据比后，可以，系采集的数

据精度范在l％以内，系具有良好的准确性。

理服器和消息

者三部分成。其中，消息布者

生不同主的消息并布到消息代理服器中；消息代理

器一方面接收消息，另一方面根据消息的主将消息

不同的消息者；消息者接收消息，根据

内

量

行

服

送

7是移

端

境

控的Activity界面。

解析数据一1。

一

MQTT

模型

26 33 ac

22 94．C

70．5％

空气温度

土壤温度

空气湿度

69％

土塌湿度0

Model

^forMQTr protocol

Fig

05 klux

光照度0

3．2．2消息推送流程

在系中，服器担任消息布者和消息代理服

两个角色，移端担当了消息者的角色。当移

端成功添加一个前端硬件后，服器中

号，并以一个主

完成移端完成消息的操作。当境数据到达

，服器根据数据上

的主，服器根据MQTr

二

器

26 33。C

22 94 aC

70 5％

69％

空气温度

土壤温度

空气湿度

土塌湿度0

光照

度

0．05 klux

了

硬件

的

号

存到数据，同

三

主

25 39。c

2013 oc

71．44％

77％

空气温度

土壤温度

空气涅度

土塌湿度

服

器

解析数据

得

号，

生

klux

光照度0

并根据

成一个

号

找

没有更多数据

主

的消息布到消息代理中，消息代理会把消

的移端。移得消息后

件会根据数据是否超

息推送到

了

主

端

用getText()方法得数据，

用

境

界面

Real-time

interface of environment

境

做出不同的响。其中，没有超

端将解析后的境数据，示到

的数据，移

Fig

monitoring

(下第93

)

控的Activity界

万方数据

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