基于C#的溫室大棚ScareCrow云平臺設計與實現

呂志剛 魯可心 李亮亮

摘 要 當前，農業生產中化肥、農藥等化工產品的廣泛應用，造成了土壤的污染。為了達到經濟與生態環境的協調發展，開發了基于WEB技術的云平臺服務系統，實現對溫室大棚內相關參數的采集分析，并提供便捷人性化數據服務。工作人員可通過電腦、手機APP以及其它移動設備，查看溫室大棚監控數據及數據歷史曲線，便于及時處理和分析溫室環境是否處于最佳狀態。本系統使用VisualStudio2012下的ASP.Net開發環境，開發了基于B/S模式的云端服務平臺。同時，結合SQL Server2008R2數據庫，實現對海量數據的存儲及管理功能。系統開發簡潔、穩定運行，便于維修管理，已成功應用在溫室大棚的生產一線。

【關鍵詞】溫室大棚 數據曲線 C#語言 B/S SQL Server MVC

目前，中國的科技工業正處于3.0狀態，農業是1.0，2.0，3.0并存的現狀。農業4.0時代是集物聯網、大數據、移動互聯以及云計算的全新模式。在我國，溫室大棚的應用以及開發工作已經相對成熟。但隨著大環境的智能化，傳統意義的農業生產和大棚已經與時代步伐相差甚遠。

本系統是基于現代科技智能化、環保可循性的4.0大環境下，實現一套完整經濟智能化“生態系統”。本文設計的云端服務平臺可實現對指定溫室環境空氣、土壤、水質等一系列參數的采集及分析預估，以實現整個“生態系統”的監測。同時實現數據云端SQL數據庫存儲。單個采集項目可進行相應的歷史曲線以及在線采集曲線的實時顯示，便于工作人員的直觀掌控環境參數，當數據出現異常時可進行聲音、顏色等的多種報警方式，提醒工作人員進行相應的遠程調控。

ScareCrow云端服務平臺的設計保障了溫室環境的在線掌控，同時解決了移動設備因未配置數據庫以及C#運行環境而不能實時掌控的問題。采用在線Web界面的訪問，操作簡單、界面直觀。極大的提高了工作效率和環境數據的實時掌控。

1 系統的總體設計方案

本系統主要由硬件數據采集，客戶端上位機以及網頁云端服務系統組成。數據采集部分主要實現對溫室的水質、空氣、土壤等環境參數，根據客戶端上位機等控制終端指令進行自動、手動、遠程等控制方式的切換，實現最優參數的實時掌控。

由于SQL Server 2008允許使用Microsoft .NET和Visual Studio開發的自定義應用程序中使用數據。因此，工作人員可通過鏈接WEB網頁指定IP地址配置相應端口即可實現移動設備對云端服務平臺的訪問及相應控制操作。系統過工作原理圖如圖1所示。

2 數據采集終端硬件設計

數據采集終端硬件使用大量的傳感器節點構成監控網絡，對主要的農業生產影響因素進行數據采集。通過無線網絡匯聚至STM32協調控制器進行處理液晶顯示，通過RS485網絡接口傳輸至PC監控終端進行數據存儲及分析。如圖2所示。

3 Web云平臺設計

利用Microsoft Visual Studio 2012開發工具下的ASP.Net 、AJAX和SQL查詢實現Web頁面的環境信息顯示、折線圖分析和控制指令發送等。通過操作人員正確輸入IP地址及端口可在移動設備上隨時查看環境運行參數。同時可遠程發送控制指令，以實現設備的自動調控，從而保證農作物良好適宜的生長環境，從而達到增產增收、提高品質的目的。如圖3所示。

3.1 環境監控功能

環境監控窗口保證環境各個參數的在線實時顯示，同時查看各種控制繼電器當前的工作狀態，從而提醒工作人員是否有必要開啟控制指令。通過正確鏈接SQL數據庫，將當前采集的環境參數以及控制繼電器的狀態實時同步至WEB服務器，便于工作人員的及時處理查看。其中最為關鍵的就是鏈接環境數據庫，使用鏈接語句：SqlConnection con = new SqlConnection（"server="@"PERFECTWANAN-PC＼SQLEXPRESS；database=農業數據庫；Trusted_Connection=yes；Connect Timeout=90"）確保正確鏈接數據庫，采用“Windows”驗證方式登錄。采用con.Open（）語句打開已經鏈接的數據庫。利用語句：SqlCommand com = new SqlCommand（"select 空氣溫度，空氣濕度，土壤溫度，土壤濕度，土壤酸堿，二氧化碳，氧氣濃度，PM25濃度，光照強度，雨量信息，煙霧濃度， 水渾濁度，水含氧量，水電導率，水酸堿度 ，噴灌狀態，通風狀態，遮陽狀態 from 農業數據庫 "， con）與SqlDataReader dr = com.ExecuteReader（）將數據表提取進行實時顯示及繪圖操作。正確鏈接數據庫，實時同步數據，如圖4所示。

3.2 數據分析功能

如圖5所示，在數據分析界面主要實現數據的實時曲線繪制，便于工作人員直觀了解參數數據的歷史走勢，便于下一步的操作處理。通過創建二維數據表實現數據的曲線繪制，使用Chart控件進行數據曲線繪制，通過對Chart控件屬性的修改，實現縱橫坐標的范圍標題的顯示。曲線繪制代碼如下：主要實現二維數據表的建立。

protected DataTable CreatData（）

{DataTable dt = new DataTable（）；

dt.Columns.Add（"shuju采樣點"， System.Type.GetType（"System.String"））；

dt.Columns.Add（"DATA數值"， System.Type.GetType（"System.String"））；

for （int i = 0； i < ListBoxFenXi.Items.Count； i++）

{DataRow dr = dt.NewRow（）；

dr["shuju采樣點"] = i；

dr["DATA數值"] = ListBoxFenXi.Items[i].Text；

dt.Rows.Add（dr）；

}return dt；

}

3.3 手機訪問WEB云平臺功能

采用網絡端口映射實現外部網絡訪問本地Web界面。使用NAT123工具進行IP端口映射，其中連接網站在NAT123p2p訪問者軟件中進行打開查看端口為443的網址，即為訪問Web云平臺服務的IP地址。首先開啟“NAT123”映射服務軟件，同時啟動WEB云平臺服務后。手機正確輸入IP地址和端口號例如：“http：//10.74.143.127：443”，點擊訪問即可實現ScareCrow云平臺服務系統的登錄訪問。需要注意的是根據PC機所連接的網絡不同，映射的IP地址不同，使用時需要提前告知映射IP端口即可正確訪問ScareCrow云平臺，便于工作人員在線掌控溫室環境，以實現一套完整經濟智能化“生態系統”。如圖6所示為端口映射。

在瀏覽器中正確輸入IP和端口號，實現對ScareCrow云服務平臺的訪問與操作。如圖7所示。

4 結束語

通過ASP.NET設計實現了服務器端軟件設計，完善了ScareCrow系統的服務功能。學習了Ajax模型和ASP.NET中Ajax的控件實現方式。加深了網頁系統開發的理解。C#開發軟件界面設計友好、美觀，數據庫存儲安全、可靠等特點值得深入研究。極大的提高了工作效率和環境數據的實時掌控，為實現設備的自動調控，保證農作物良好適宜的生長環境，達到增產增收、提高品質提供了可行性基礎范例。

（通信作者：呂志剛）

參考文獻

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[2]劉衛英.探討SQL Server數據庫的性能分析與優化策略研究[J].中國信息化，2017（07）：85-87.

[3]黃東連.基于ASP.NET MVC框架的Web開發研究[J].河南科技，2015，567（07）：26-27.

作者簡介

呂志剛（1978-），男，碩士，副教授，主要從事嵌入式、現場總線技術方面的研究。

作者單位

西安工業大學電子信息工程學院 陜西省西安市 710021