基于WEB的智能溫室信息管理系統的設計

劉永華+吳玉娟+熊迎軍+張陽

摘要：溫室信息管理系統是智能溫室環境監控系統的核心。結合智能溫室管理的需求分析，采用visualstudio.net平臺開發了基于WEB的智能溫室信息管理系統。系統共分為用戶管理、數據管理、實時信息監測、智能決策、報警顯示、控制等功能模塊，實現了對溫室溫度、濕度、光照、CO2濃度等環境參數的自動采集與智能化控制，并能夠通過網絡終端進行網絡監控，減少了勞動管理成本，提高了溫室運行效率。系統運行穩定、性能可靠，有一定的推廣應用價值。

關鍵詞：智能溫室；信息管理系統；WEB；網絡

中圖分類號：TP273；S126文獻標志碼：A文章編號：1002-1302（2014）11-0421-03

隨著信息技術的發展，物聯網等相關技術在現代農業上的應用已日益廣泛。基于物聯網的智能溫室環境監控系統是智能溫室的重要組成部分，而智能溫室環境監控系統的核心是信息管理系統[1]。筆者結合江蘇農博園現代農業館溫室的智能化改造，研發了基于WEB的智能溫室信息管理系統，以實現對溫室的自動控制和遠程網絡控制，有利提高溫室系統的智能化水平和管理效率。

1智能溫室信息管理技術的現狀及發展趨勢

國外先進的信息技術、智能化控制技術、遙感技術已逐步應用到農業領域，不斷推動現代溫室的標準化、智能化、網絡化和系統化的發展，并且取得了一定的成效[2-6]。韓國、日本、美國和荷蘭等國家的溫室信息化管理技術處于世界領先地位，至2012年，美國20%耕地、80%大農場從耕地、播種、灌溉、施肥、中耕、田間管理、植物保護、產量預測到收獲、保存、管理都已實現生產和管理全過程的數字化、網絡化和智能化[7]。

我國溫室生產技術從最初的引進吸收到如今的自主開發，技術上取得了長足進步，特別是隨著無線傳感器網絡技術、現代通信技術、人工智能技術、現代網絡技術等被應用在現代溫室，溫室信息管理系統朝著自動化、智能化和網絡化方向發展[8]。相關專家研究開發了以Internet為信息交換平臺的溫室環境控制系統、基于WSN和WEB的溫室遠程控制系統、基于C/S和B/S混合架構的智能溫室信息管理系統等[9-11]。但總體上來說我國智能溫室信息管理技術目前還處于初級階段，生產上成熟應用、性能可靠、性價比高的管理系統軟件還不多見。

2智能溫室信息管理技術需求分析

江蘇農博園是一個集現代農業科研、生產、農業科教于一體的現代農業生產基地，農博園現代農業館總共由4座現代玻璃溫室組成，具有遮陽網、濕簾-風機系統、補光燈、自動噴灌系統、天窗、側窗等機構，改造前的溫室完全依靠人工手動控制，自動化程度低。通過本次智能化改造，將4座玻璃溫室進行集中控制、集中管理，從而提高了溫室的智能化管理水平，實現隨時隨地查看、監視、控制溫室，實現現代農業館生產自動化、信息化和智能化。具體控制要求如下：

（1）系統能實時采集溫室內溫度、濕度、光照強度、CO2濃度、土壤濕度等環境因子；并能對環境信息進行自動存儲、實時顯示、歷史數據查詢、環境信息數據導出等功能。

（2）能對溫室生產環境進行遠程實時視頻監視，實時查看溫室狀況。

（3）系統具有遠程網絡監控功能，管理者能利用互聯網對溫室進行信息查詢，并可利用互聯網對溫室執行機構進行遠程控制，實現溫室環境因子的智能控制。

（4）系統界面友好，便于操作和管理。

（5）為便于客戶遠程訪問管理，系統設立用戶登錄管理，并對使用者進行權限劃分，對不同用戶給予數據瀏覽、查詢、修改和參數設定、機構控制等不同權限。

（6）系統性能穩定，可靠性高，能確保長時間不間斷、無故障運行。

3基于WEB的系統軟件設計

3.1系統軟件總體框架

系統軟件采用visualstudio.net平臺開發，由6大模塊組成（圖1）：（1）用戶管理模塊。服務器應用軟件和智能傳感器網絡的用戶和管理員權限劃分及認證。（2）數據管理模塊。負責溫室環境信息、空間信息和決策信息等的存儲、查詢和分析，并能夠進行報表打印。（3）實時信息監測模塊。能夠以曲線和數據的方式顯示實時數據、溫室場景實況視頻、節點拓撲信息以及傳感器網絡運行狀態信息。（4）智能決策模塊。基于實時數據和專家系統形成溫室管理決策。（5）報警顯示模塊。可為每個監測信息設置閾值，當實時信息超過閾值時，服務器應用軟件能夠語音提示管理人員，并將報警信息以短信形式發送給指定用戶。（6）控制模塊。能夠發送遠程命令單次或者周期采集指定傳感器節點的傳感器信息，并且能夠通過短信遠程控制服務器應用軟件、傳感器網絡的每個節點，并可以控制PLC驅動風機和濕簾等執行機構。

3.2主頁面設計

依據項目需求分析，為便于客戶遠程訪問管理，系統需設置登錄界面，進行身份驗證，并對使用者進行權限劃分，對不同用戶給予數據瀏覽、查詢、修改和參數設定、機構控制等不同權限。設計Flex主頁面布局如圖2所示。

3.3用戶管理模塊

用戶管理模塊能進行新用戶注冊和老用戶登錄后的權限管理，通過設置登錄界面，對訪問者進行身份驗證，獲取相應操作權限，并建立用戶數據庫。

系統管理員權限最高，可管理系統的所有功能模塊，并具有設置非管理員權限的權力。一般訪客（guest）只能簡單瀏覽系統，能查詢當前溫室的環境因子信息和溫室的實時視頻，不能對系統進行設置、控制執行機構。

用戶管理界面首先從登錄界面讀取用戶名和密碼，使用表單身份認證的方式防止非法用戶入侵，在用戶表User中進行查詢，若該用戶存在并且密碼正確，則進入主界面，若該用戶不存在，則提示轉入注冊界面。用戶管理模塊的流程見圖3。

3.4數據管理模塊

數模管理模塊對采集的溫室歷史數據進行管理，并將采集到的數據保存在數據庫中，提供給用戶查詢、下載和打印。溫室數據以曲線和表格2種形式顯示，曲線顯示將歷史數據通過控件繪制在界面上，表格顯示則通過表格的形式列出各個采集節點的時間、節點編號、節點所在溫室編號和測量數值。通過對數據庫內歷史數據的分析、處理，直觀分析溫室氣候變化情況，并結合溫室作物生長情況，更好地調整作物微環境。數據管理模塊流程見圖4。endprint

3.5實時信息監測模塊

實時信息監測模塊，允許用戶隨時隨地查看溫室當前的環境信息，包括實時數據、實時視頻、傳感器節點拓撲信息及虛擬溫室，并以曲線或者數據的方式顯示各個采集節點的實時數據。虛擬溫室通過VisualGraph平臺提供的函數和原始基礎圖形等構建現實溫室的虛擬圖，模擬現實溫室中設備（風機、濕簾、天窗等）的運轉情況，實現虛擬溫室與現實溫室同步運行。

實時信息監測模塊采用Flash動畫設計溫度、濕度、CO2濃度和光照強度等按鈕，當鼠標按下按鈕時，通過Fluorine網關調用，Net中GetSqlData類的GetRealtimeData方法獲取當前數值，并在Flash動畫按鈕中顯示環境參數值和時間。實時信息監測模塊的流程見圖5。

3.6智能決策模塊

智能決策模塊主要進行作物生長條件的控制，通過設置溫室作物的生長環境參數如溫濕度、光照和CO2濃度等使其達到合適范圍，進行溫室作物的全自動、智能化控制。采集實時參數與設定值進行比較，并通過智能決策系統，調控作物生長環境以達到理想生長狀態。智能決策算法在Web應用程序中運行，通過控制模塊與中央控制軟件的Socket通訊實現智能決策控制。以溫度智能決策為例，溫度智能決策控制流程見圖6。

3.7報警顯示模塊

報警顯示模塊提供語音報警或者短信報警2種形式，當某一溫室設置的屬性值達到報警狀態時，系統會通過語音或短信形式向溫室管理人員發送溫室編號以及溫室屬性。報警顯示模塊流程見圖7。

3.8控制模塊

控制模塊包括遠程手動控制和自動控制2個功能，需要一定的權限才能進行操作。

手動控制通過點擊界面上執行機構按鈕來進行對應機構開關操作，按鈕采用Flash制作，當機構處于停止狀態時Flash圖標為灰色靜止圖標，當機構運行時，Flash圖標為彩色動態圖標。本系統所用執行機構主要包括風機、天窗、濕簾、遮幕、自動噴灌系統和補光燈，通過執行機構的動作，調控現代農業

館內溫室的溫度、濕度、CO2和光照強度等。

自動控制通過當前環境參數（包括溫度、濕度和光照強度）與作物適宜環境參數的對比，結合模糊控制理論生成的規則表進行判斷，以達到自動控制執行機構的目的。控制模塊流程見圖8。

4調試運行結果

開發的智能溫室管理系統界面見圖9。該系統在江蘇農博園中的現代農業館中運行工作2年多時間以來，系統運行穩定、性能可靠，實現了對溫室環境溫度、濕度、光照、土壤濕度、CO2濃度等數據的全天候自動采集與智能控制，并能通過互聯網網絡終端進行遠程網絡監控，提高了溫室系統的智能化水平，減少了勞動管理成本，提高了溫室管理效率，運行效果達到設計預期。本智能溫室管理系統還在周邊農業科技示范園區及農業企業進行推廣應用，并取得了較好成效。

參考文獻：

[1]熊迎軍，沈明霞，劉永華，等.混合架構智能溫室信息管理系統的設計[J].農業工程學報，2012，28（增刊）：181-185.

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[10]孫忠富，曹洪太，李洪亮，等.基于GPRS和WEB的溫室環境信息采集系統的實現[J].農業工程學報，2006，22（6）：131-134.

[11]石軍鋒，馬永昌，陳建.一種基于無線傳感網絡的溫室Web監控系統[J].農機化研究，2009，31（5）：76-79.endprint

3.5實時信息監測模塊

實時信息監測模塊，允許用戶隨時隨地查看溫室當前的環境信息，包括實時數據、實時視頻、傳感器節點拓撲信息及虛擬溫室，并以曲線或者數據的方式顯示各個采集節點的實時數據。虛擬溫室通過VisualGraph平臺提供的函數和原始基礎圖形等構建現實溫室的虛擬圖，模擬現實溫室中設備（風機、濕簾、天窗等）的運轉情況，實現虛擬溫室與現實溫室同步運行。

實時信息監測模塊采用Flash動畫設計溫度、濕度、CO2濃度和光照強度等按鈕，當鼠標按下按鈕時，通過Fluorine網關調用，Net中GetSqlData類的GetRealtimeData方法獲取當前數值，并在Flash動畫按鈕中顯示環境參數值和時間。實時信息監測模塊的流程見圖5。

3.6智能決策模塊

智能決策模塊主要進行作物生長條件的控制，通過設置溫室作物的生長環境參數如溫濕度、光照和CO2濃度等使其達到合適范圍，進行溫室作物的全自動、智能化控制。采集實時參數與設定值進行比較，并通過智能決策系統，調控作物生長環境以達到理想生長狀態。智能決策算法在Web應用程序中運行，通過控制模塊與中央控制軟件的Socket通訊實現智能決策控制。以溫度智能決策為例，溫度智能決策控制流程見圖6。

3.7報警顯示模塊

報警顯示模塊提供語音報警或者短信報警2種形式，當某一溫室設置的屬性值達到報警狀態時，系統會通過語音或短信形式向溫室管理人員發送溫室編號以及溫室屬性。報警顯示模塊流程見圖7。

3.8控制模塊

控制模塊包括遠程手動控制和自動控制2個功能，需要一定的權限才能進行操作。

手動控制通過點擊界面上執行機構按鈕來進行對應機構開關操作，按鈕采用Flash制作，當機構處于停止狀態時Flash圖標為灰色靜止圖標，當機構運行時，Flash圖標為彩色動態圖標。本系統所用執行機構主要包括風機、天窗、濕簾、遮幕、自動噴灌系統和補光燈，通過執行機構的動作，調控現代農業

館內溫室的溫度、濕度、CO2和光照強度等。

自動控制通過當前環境參數（包括溫度、濕度和光照強度）與作物適宜環境參數的對比，結合模糊控制理論生成的規則表進行判斷，以達到自動控制執行機構的目的。控制模塊流程見圖8。

4調試運行結果

開發的智能溫室管理系統界面見圖9。該系統在江蘇農博園中的現代農業館中運行工作2年多時間以來，系統運行穩定、性能可靠，實現了對溫室環境溫度、濕度、光照、土壤濕度、CO2濃度等數據的全天候自動采集與智能控制，并能通過互聯網網絡終端進行遠程網絡監控，提高了溫室系統的智能化水平，減少了勞動管理成本，提高了溫室管理效率，運行效果達到設計預期。本智能溫室管理系統還在周邊農業科技示范園區及農業企業進行推廣應用，并取得了較好成效。

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3.5實時信息監測模塊

實時信息監測模塊，允許用戶隨時隨地查看溫室當前的環境信息，包括實時數據、實時視頻、傳感器節點拓撲信息及虛擬溫室，并以曲線或者數據的方式顯示各個采集節點的實時數據。虛擬溫室通過VisualGraph平臺提供的函數和原始基礎圖形等構建現實溫室的虛擬圖，模擬現實溫室中設備（風機、濕簾、天窗等）的運轉情況，實現虛擬溫室與現實溫室同步運行。

實時信息監測模塊采用Flash動畫設計溫度、濕度、CO2濃度和光照強度等按鈕，當鼠標按下按鈕時，通過Fluorine網關調用，Net中GetSqlData類的GetRealtimeData方法獲取當前數值，并在Flash動畫按鈕中顯示環境參數值和時間。實時信息監測模塊的流程見圖5。

3.6智能決策模塊

智能決策模塊主要進行作物生長條件的控制，通過設置溫室作物的生長環境參數如溫濕度、光照和CO2濃度等使其達到合適范圍，進行溫室作物的全自動、智能化控制。采集實時參數與設定值進行比較，并通過智能決策系統，調控作物生長環境以達到理想生長狀態。智能決策算法在Web應用程序中運行，通過控制模塊與中央控制軟件的Socket通訊實現智能決策控制。以溫度智能決策為例，溫度智能決策控制流程見圖6。

3.7報警顯示模塊

報警顯示模塊提供語音報警或者短信報警2種形式，當某一溫室設置的屬性值達到報警狀態時，系統會通過語音或短信形式向溫室管理人員發送溫室編號以及溫室屬性。報警顯示模塊流程見圖7。

3.8控制模塊

控制模塊包括遠程手動控制和自動控制2個功能，需要一定的權限才能進行操作。

手動控制通過點擊界面上執行機構按鈕來進行對應機構開關操作，按鈕采用Flash制作，當機構處于停止狀態時Flash圖標為灰色靜止圖標，當機構運行時，Flash圖標為彩色動態圖標。本系統所用執行機構主要包括風機、天窗、濕簾、遮幕、自動噴灌系統和補光燈，通過執行機構的動作，調控現代農業

館內溫室的溫度、濕度、CO2和光照強度等。

自動控制通過當前環境參數（包括溫度、濕度和光照強度）與作物適宜環境參數的對比，結合模糊控制理論生成的規則表進行判斷，以達到自動控制執行機構的目的。控制模塊流程見圖8。

4調試運行結果

開發的智能溫室管理系統界面見圖9。該系統在江蘇農博園中的現代農業館中運行工作2年多時間以來，系統運行穩定、性能可靠，實現了對溫室環境溫度、濕度、光照、土壤濕度、CO2濃度等數據的全天候自動采集與智能控制，并能通過互聯網網絡終端進行遠程網絡監控，提高了溫室系統的智能化水平，減少了勞動管理成本，提高了溫室管理效率，運行效果達到設計預期。本智能溫室管理系統還在周邊農業科技示范園區及農業企業進行推廣應用，并取得了較好成效。

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