冯永祥++邢水红

摘要：随着控制技术、Internet的飞速发展，智能化控制技术在农业生产中广泛应用。针对我国农业信息化落后，设施农业起步较低的现状，本文将信息技术引入到农业大棚中，实现农业大棚环境远程监控系统的设计，从而及时准确的了解、控制大棚内的环境参数，以保障大棚内作物生长所需要的温度、湿度、光照等条件，并智能化远程监控农业大棚作物生长，对提高农业的生产效率具有重大的社会意义和较高的经济价值，进而达到农业大棚内作物产量增加和人力资源劳动投入减少的目的。

关键词：农业大棚；环境参数；远程监控

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）20-0261-03

Abstract：With the rapid development of control technology， Internet， intelligent control technology is widely used in agricultural production.Agricultural informationization in China， facility agriculture started lower status quo， this paper will be introduced to the information technology in agricultural greenhouses， realize the design of the remote monitoring system of agricultural greenhouse environment， so as to timely and accurate understanding， within the control of greenhouse environment parameters， in order to ensure inside the greenhouse crop growth required conditions such as temperature， humidity， illumination， and intelligent remote monitoring agricultural greenhouse crop growth， to improve the production efficiency of agriculture has important social meaning and high economic value， thus achieve agricultural greenhouses in crop yield increase and labor input to reduce the purpose of human resources.

Keywords：Agricultural greenhouses；Environmental parameters；Remote monitoring

我国是农业大国，大棚种植虽然已成为我国一些农村的重要支柱型产业，大棚种植能为低温季节喜温蔬菜、花卉等作物提供生育期和增加产量，但对环境温度、湿度、光照、二氧化碳浓度等要求很高。大棚种植的人力投入太多，其中对于反季节蔬菜的管理，更是要求全天候值守管理，如何降低投资，增值创收已成为当前农户的迫切需求。现代农业将计算机、通信等信息技术引入到本领域中，定量获取、分析环境参数和对农业目标进行实时自动监测，是现代农业的一个基本要求。故将信息技术引入到农业大棚，及时准确的了解大棚内的环境参数，以保障大棚内农作物生长所需要的环境条件[1～3]。

随着通信技术的飞速发展不仅促进了社会发展，便利了人们的日常生活，同时给农业的信息化生产带来了新的机遇，也给现代农业大棚基本环境的监控带来了新的策略，即通过互联网对大棚进行远程监控。对提高农作物产量、合理分布农业资源、改善生态环境、提高生产效率及降低生产成本等方面有积极的作用。

1 相关理论及技术

本文采用SSH进行开发设计，SSH为Struts+Spring+Hibernate的一个集成框架，考虑到浏览器端对数据库的操作，利用Hibernate持久化框架来操纵数据库。集成SSH框架的系统从职责上分为四层：表示层、业务逻辑层、数据持久层和域模块层，以帮助开发人员在短期内搭建结构清晰、可复用性好、维护方便的Web应用程序。其中使用Struts作为系统的整体基础架构，负责MVC的分离，在Struts框架的模型部分，控制业务跳转，利用Hibernate框架对持久层提供支持，Spring做管理，管理Struts和Hibernate[4，5]。

本文采用上述开发模型，不仅实现了视图、控制器与模型的彻底分离，而且还实现了业务逻辑层与持久层的分离。这样无论前端如何变化，模型层只需很少的改动，并且数据库的变化也不会对前端有所影响，大大提高了系统的可复用性，而且由于不同层之间耦合度小，有利于并行工作，大大提高了开发效率。

2 可行性分析

进行可行性研究可以让开发人员在最短的时间付出最小的代价来确定问题能否解决，进行可行性研究一般情况下需要从理论可行性、技术可行性、经济可行性、操作可行性四个方面展开研究。

2.1 理论可行性

目前，已经形成了一套比较完备的理论体系支持农业大棚环境远程监控系统的运行。系统的理论体系发展速度非常快，同时，软件的计算架构是“服务器+客户端”。

2.2技术可行性

技术可行性主要是针对系统开发中需要解决的问题，使用目前的技术手段能否解决，解决这些问题需要花费时间和费用代价。本文采用Java语言，Eclipse开发工具，MySQL数据库系统设计并实现其功能，可以提高开发效率，还易于系统的维护及扩展。

2.3经济可行性

经济可行性主要是确定软件开发后的经济效益能否超过它的开发成本，这就需要对软件的投资情况认真分析，以及预测实际应用后软件所能带来的效益进行综合的分析对比。经济可行需要软件投产后的效益大于投资开发软件的资金。

2.4操作可行性

在系统开发方面具有一定的开发经验，并对此系统具有成熟的开发理念，技术上保持先进性，能够合理完成责任内的工作任务。本文采用面向对象技术开发和人性化设计，界面易用，使得系统操作起来简单、快捷、方便、易学，极大提高了操作的可行性。

3 农业大棚环境远程监控系统

3.1 设计目标

大棚种植的人力投入太多，如何降低投资，增值创收已成为当前农户的迫切需求。我国农业生产水平落后，机械化程度低。农业一直是我国国民经济的基础，为我国经济的发展和社会的稳定提供了一定的物质基础。近几年来，利用物联网科学技术和自动控制技术来提高农业大棚的自动化控制水平，达到农业大棚内作物产量增加和人力资源劳动投入减少的目的。随着通信技术的飞速发展不仅促进了社会发展，便利了人们的日常生活，同时给农业的信息化生产带来了新的机遇，也给现代农业大棚基本环境的监控带来了新的策略，即通过互联网对大棚进行远程监控。对提高农作物产量、合理分布农业资源、改善生态环境、提高生产效率及降低生产成本等方面有积极的作用。

3.2系统概述

3.2.1需求分析概述

通过调查农业大棚环境远程监控的情况，结合系统的开发目标，该系统应具备以下功能需求：

1）基本需求：该系统基本全面涉及农业大棚环境远程监控范围，其中包括：采集环境参数数据等日常监控工作，要求各功能模块操作方便、快捷、实用。

2）系统输入：通过使用该系统能够实现对农业大棚环境参数信息进行监控，包括对用户管理、大棚管理等信息进行输入、修改以及删除。

3）系统输出：该系统可根据用户具有的相应权限，根据查询条件对数据进行查询和筛选操作。

3.2.2设计原则

结合用户需求，充分考虑系统后期的实施、维护等问题，在进行系统设计时应遵循以下原则：

1）面向对象的设计模式。系统设计完全采用面向对象的设计模式，将对象的某些特征封装起来，将现实业务抽取为更加符合实际业务的软件模型，降低业务场景的复杂性。

2）面向服务的体系架构。通过将程序中的不同功能单元使用接口连接起来，而接口的定义不受平台或操作系统的限制，实现服务之间的松耦合，降低程序变更带来的成本。

3）模块化结构。系统设计时，把代码组装成不同功能的模块，完成整个系统所要求的业务操作，通过互相调用来达到求解的目的，同时以较小的代价完成系统的维护与升级。

4）业务完整性。保证系统功能涵盖了用户的整体业务，能够适应不同角色、不同场景的业务需求。

5）系统实用性。切实解决用户在工作中的问题，符合用户的工作习惯，通过使用系统，用户不仅能够完成日常工作，还能提高工作效率。

6）系统可维护性。系统操作简单，实用性高，具有易操作、易维护的特点。

3.3系统总体分析与设计

系统分析，根据系统的业务需求，设计系统结构图，如图1所示。

1）采集控制终端：负责采集大棚监测点环境数据，如温度、湿度、光照、CO2浓度等各项参数情况。

2）数据传输网关：通过Internet将环境监测数据发送到数据处理服务器；分析环境监测数据，根据用户设定自动向采集控制终端下发环境调节指令，当达到环境参数预警值时，进行报警；接收并转发远程监控终端所下发的指令。

3）数据处理服务器：接收数据传输网关的环境监测数据，根据远程监控终端的浏览器请求或客户端程序请求，为远程监控终端提供历史和实时环境监测数据查询，实时接收和转发调节环境参数指令及对采集控制终端、数据传输网关的系统设置指令。

4）PC远程监控和手机远程监控：可以通过浏览器向数据处理服务器请求历史和实时环境监测数据，向数据处理服务器、数据传输网关及采集控制终端发送指令。

3.4系统功能模块设计

农业大棚环境远程监控系统功能模块如图2所示：

1）信息管理模块：

用户信息管理是规定用户使用权限，不同用户提供不同的操作权限，非用户不能登录系统，保证系统安全。公告信息为用户建立一个电子公告栏。使用户可以通过公告栏发布通知、通告和消息。所有用户都可随时浏览公告栏。为保证公告的严肃性，不允许用户随意发布信息。

2）大棚管理模块：

ZigBee网络的协调器节点可以收集本网络内的所有传感器发送来的采集数据，可以独立向服务器发送和接收服务器数据，所以应该具有一个独立的IP地址。大棚管理是显示各个大棚的信息，包括不同地方不同地点的大棚相关信息，比如呼和浩特市金川开发区01号大棚的信息，都会显示出来的。

3）数据中心模块：

系统将采集到的数据信息以实时数据显示给用户，并根据需要按照环境参数和采集时间的变化以曲线的形式展示出来，根据历史数据可以了解大棚环境参数的周期性变化规律，为农作物生长环境优化方案的调整提供了完备的数据支撑。便于对农业大棚运转情况进行分析做出改进，提高农业大棚的生产效率。

4）控制中心模块：

远程控制主要有接收数据传输网关的环境监测数据，采用HTTP协议。接收WEB客户端请求来控制采集控制终端。发送WEB客户端给数据传输网关间接控制采集控制终端。模糊控制是利用模糊控制算法对大棚环境参数进行控制。在监测时如发现有监测结果超出设定的阈值时，系统会自动发出报警提醒工作人员。

4 结语

本文主要针对实际情况，来研究与设计农业大棚环境远程监测系统，采用框架模式克服了传统模式管理系统软硬件资源共享性差、运算速度慢、设备成本高等弱点。虽然本文农业大棚环境远程监测系统设计方案还不够成熟，但是也为以后进一步研究和开发提供了一定的参考价值，为今后的研究带来新的研究方向。

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