智能大棚溫濕度監測系統的設計開發

張蕓+韓永奇+馬超

摘要：隨著互聯網技術的不斷發展，各行各業都由傳統的作業方式向信息化方向發展，面向各種行業的監測管理軟件也應運而生，監測管理軟件能夠幫助管理者進行管理、獲取實時數據（音頻、視頻、文字等數據），實現資源整合及信息共享?，F今監測管理軟件已成為不可缺少的行業管理工具。智能大棚溫濕度管理系統憑借計算機軟件技術和物聯網技術，結合對監測數據的要求，形成一套可對大棚溫濕度進行實時監測的輔助系統軟件，為農業對實時數據的監測提供了方便。本文主要介紹使用JavaWeb技術，結合Spring、Hibernate、Strust2 三大框架實現基于B/S結構的智能大棚溫濕度監測系統的設計與開發。

關鍵詞：智能;溫濕度;實時監測;數據

中圖分類號： TP274.4 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： ?A ? ? ? ? ? ? ? DOI編號： ? 10.14025/j.cnki.jlny.2016.24.068

1課題研究背景

中國自古就是農業大國，農業生產在國民生產中占據了重要的比重和地位。隨著現代科技的不斷發展和進步，對生產力水平的要求不斷提高，迫切要求中國農業發展走現代化、科技化的道路。在眾多的農業生產方式中，溫室大棚也成為現代化農業生產比較重要的生產方式之一，所以在科技不斷進步的今天對溫室大棚生產技術提出了生產和管理過程全自動化的要求。采用電子技術、網絡技術等現代化先進技術實現對溫室大棚主要環境參數的采集、分析、存儲和控制，實現溫室大棚農業生產過程自動化，以提高產品質量、生產效率、降低生產成本。

在農業生產中，農作物的生產跟溫度、濕度、二氧化碳濃度、土壤的含水量、肥量等息息相關。在我國有些地區已經實現了溫室大棚的智能化，對信息的采集也比較精準，但是很多軟件部分都是采用客戶端和服務器（C/S）系統結構，要對數據進行監測和查詢就必須要在電腦上安裝客戶端后才能對實時數據進行瀏覽和歷史數據進行查詢。每次系統的升級都需要重新安裝客戶端，從而從不同的方面對使用造成了局限。隨著網絡技術的不斷發展，越來越多的管理軟件開始使用瀏覽器和服務器（B/S）體系結構型模式，用戶只要通過瀏覽器就可以進行管理，用戶不僅僅可以在電腦上進行操作，隨著移動設備的不斷普及，用戶也可以通過移動設備進行操作，從而提高了使用的靈活性。瀏覽器和服務器（B/S）體系結構型模式使軟件系統的改進和升級更便捷，只需更新服務器端的軟件就可以，這減輕了異地用戶系統維護與升級的成本。所以智能大棚溫濕度監測系統也從傳統的C/S模式發展到目前B/S模式。

2課題研究的意義

傳統的農業環境參數的測控手段大多采用人工檢測和手工式操作，不可避免地存在著很多問題：比如勞動強度大、測控實時性差、效率低、成本高、精度低等，不但需要大量的勞動力，而且對信息的整合和分析也都不是十分準確，往往因為錯誤的信息，導致用了錯誤的方法，使問題沒有得到解決，錯過了最佳防治時間，最終導致經濟損失。所以獲取精確的信息，幫助大棚的管理者精確的獲取大棚內的各項信息，并根據系統得到的信息進行合理的調度資源，及時準確的解決在生產中的問題，提高工作效率等，是本系統的主要目的。采用客戶端和服務器（B/S）系統結構，提高了系統使用的靈活性。

3課題研究思路

該智能大棚溫濕度監測系統采用JavaWeb技術，使用Spring ，Struts2，Hibernate 三大框架整合實現B/S模式開發。在開發工具上選擇使用MyEclipse10，數據庫選用開源的MySQL5.0。在系統開發過程中使用JavaScript和JQuery實現動態效果的展現和數據的基礎校驗。使用CSS+DIV技術完成頁面布局，所有頁面統一布局。為提高系統的開發效率，使系統具有很好的可擴展性，采用五層結構設計（視圖、緩沖、數據共享、數據庫、監測），降低系統的耦合度，提高系統的可維護性。

智能大棚溫濕度監測系統應滿足以下幾個目標：

界面設計友好：界面設計樣式統一，功能操作簡單，界面簡單美觀，可視化效果好，界面中顏色搭配合理。

高易用性：由于采用B/S結構實現，用戶沒有客戶端的限制，只要通過瀏覽器就可以實時進行操作，隨著移動設備的普及，更加提高了該系統的易用性和靈活性。

高可靠性：智能大棚溫濕度監測系統的節點映射文件是在XML文件中進行配置，未在數據庫中進行動態配置，所以該系統可在沒有數據庫的情況下繼續使用，即使在運行中數據庫出現問題，也不會影響到實時數據的監測。

可維護性：由于節點監測映射文件可動態加載，在需要添加新的監測節點時，不需要關閉服務器進行添加映射信息，只要在瀏覽器上操作即可以完成新節點映射文件的添加。

4 智能大棚溫濕度監測系統的分析

4.1 監測數據特性分析

智能大棚溫濕度監測系統和以往的普通B/S結構的系統有所不同，智能大棚溫濕度監測系統對實時數據的要求要比普通系統數據高的多，在實時監測時，要進盡可能的保證數據的實時性，在用戶進行監測時，要保證每一條數據都要經過瀏覽器顯示給用戶。所以對數據的實時性和完整性要求很高[3]。

4.2監測的基本過程

一是數據獲取和數據發送。智能大棚溫濕度監測系統的基礎數據是通過在大棚中的傳感器進行收集，然后在通過智能芯片對收集的數據進行處理，最后在通過網關將數據發送到指定的服務器上。

二是服務器端數據的處理過程。當服務器接收到實時數據后，將數據進行唯一標記，然后將數據放到實時數據池中，等待用戶通過瀏覽器獲取實時數據。當用戶發起實數據請求時，服務器到實時數據池查找匹配數據進行響應。

三是監測數據的基本過程圖，如圖1所示：

圖1 監測數據的基本過程

4.3數據流程分析

根據智能大棚溫濕度監測系統對實時數據的要求，在有用戶啟動監測功能時，保證數據的實時性的同時，還要保證每一條數據都能到達用戶監測端。所以基礎數據是通過在大棚中的傳感器進行收集，然后在通過智能芯片對收集的數據進行處理，最后在通過網關將數據發送到指定的服務器上。

在服務器上對接收的數據進行分流操作。數據到達服務器中，根據節點映射信息對接收的信息進行處理，然后進行數據分流操作，一邊將數據存入數據庫，一邊將接收到的實時數據放入實時數據池中。

在用戶對監測數據發出請求時，如果是實時數據，服務器將直接到實時數據池中獲取與之匹配的數據信息進行響應，如果是歷史數據，服務器將根據歷史數據的獲取條件到數據庫中進行歷史數據查詢操作并響應查詢到的數據信息。

4.4 功能分析

4.4.1 監測功能 根據智能大棚溫濕度監測系統對數據的實時性的要求，該系統內集成了對大棚內的數據可進行實時監測功能。

4.4.2 歷史數據查詢 在實際生產中經常需要對歷史數據進行分析和整理，有時會針對某一時間段的某些數據進行分析，得出一些結論，然后對大棚中的作物采取一些預防或救治措施。所以要在該系統中添加歷史數據查詢功能。

4.4.3 監測節點映射信息添加、查詢和刪除 該智能大棚溫濕度監測系統是一個在一臺服務器上監測多個節點信息的系統，所以在使用中會有節點信息的添加、查看和刪除等操作，在實際生產中不能通過修改原碼的方法添加和刪除節點映射信息，所以必須要在系統功能上實現節點映射信息的添加和刪除功能。

4.4.4 用戶管理 該智能大棚溫濕度監測系統對于用戶的劃分比較簡單，分為超級用戶和普通用戶，超級用戶有監測、歷史數據查詢、用戶管理、監測節點的查詢、添加和刪除權限，而普通用戶則只有監測和歷史數據查詢功能的權限。

5 結語

該智能大棚溫濕度監測系統避免了由傳統的農業環境參數的測控手段大多采用人工檢測和手工式操作導致的問題，幫助大棚的管理者精確地獲取大棚內的各項信息，并根據系統得到的信息進行合理的調度資源，及時準確地解決在生產中的問題，提高工作效率。

參考文獻

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[2]劉犇，王猛.基于服務器推送技術的Web數據實時更新[J].電腦開發與應用.2011，（06）：1-3.

[3]Holdener.A.T.Ajax：The Definitive Guide[M].USA：OReilly Media，Inc，2008：2-4.

[4]勞里亞特.深入Ajax：架構與最佳實踐[M].北京：人民郵電出版社，2009：63-72.

[5]霍斯特曼·科內爾.Java核心技術 卷I 基礎知識[M].北京：機械工業出版社，2012：5-8.

作者簡介：張蕓，碩士，長春科技學院，講師，研究方向：計算機應用。