基于ASP.NET技術(shù)的荔枝園智能灌溉遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

余國(guó)雄，王衛(wèi)星,4,5*，謝家興,4,5，陸華忠，林進(jìn)彬，莫昊凡

(1. 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)電子工程學(xué)院，廣東　廣州　510642；2. 廣州市農(nóng)情信息獲取與應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東　廣州　510642；3. 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，廣東　廣州　510642；4. 廣東省農(nóng)情信息監(jiān)測(cè)工程技術(shù)研究中心，廣東　廣州　510642；5. 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)南方農(nóng)業(yè)機(jī)械與裝備關(guān)鍵技術(shù)省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東　廣州　510642)

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基于ASP.NET技術(shù)的荔枝園智能灌溉遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

余國(guó)雄1,2，王衛(wèi)星1,2,4,5*，謝家興1,2,4,5，陸華忠3,5，林進(jìn)彬1，莫昊凡1

(1. 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)電子工程學(xué)院，廣東廣州510642；2. 廣州市農(nóng)情信息獲取與應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州510642；3. 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，廣東廣州510642；4. 廣東省農(nóng)情信息監(jiān)測(cè)工程技術(shù)研究中心，廣東廣州510642；5. 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)南方農(nóng)業(yè)機(jī)械與裝備關(guān)鍵技術(shù)省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州510642)

為了實(shí)現(xiàn)荔枝園環(huán)境的遠(yuǎn)程監(jiān)控和智能化管理，設(shè)計(jì)了基于ASP.NET技術(shù)的荔枝園智能灌溉遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，包括終端監(jiān)控設(shè)備、網(wǎng)關(guān)和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)。終端監(jiān)控設(shè)備定時(shí)采集荔枝園的溫度、濕度和土壤含水率等環(huán)境信息，通過Zigbee無(wú)線通信技術(shù)傳輸?shù)骄W(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)通過互聯(lián)網(wǎng)將環(huán)境數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)基于B/S模式，運(yùn)用ASP.NET技術(shù)，實(shí)時(shí)顯示荔枝園環(huán)境參數(shù)以及做出智能灌溉決策。用戶可以通過系統(tǒng)實(shí)時(shí)掌握荔枝園的土壤環(huán)境信息、各個(gè)節(jié)點(diǎn)剩余能量、控制灌溉狀況和學(xué)習(xí)荔枝種植知識(shí)。試驗(yàn)表明，系統(tǒng)在荔枝園中的平均丟包率僅為3.87%，通信效果良好；當(dāng)環(huán)境信息超出正常范圍時(shí)，系統(tǒng)會(huì)向果農(nóng)發(fā)出預(yù)警信號(hào)；通過智能灌溉方法，使得灌溉區(qū)域土壤含水率平均值為17.85%，高于荔枝生長(zhǎng)的最佳土壤含水率的下限，滿足荔枝生長(zhǎng)的要求。系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，界面友好，操作簡(jiǎn)單，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控荔枝園環(huán)境并及時(shí)做出智能灌溉決策。

灌溉；ASP.NET技術(shù)；監(jiān)控系統(tǒng)；遠(yuǎn)程；智能；荔枝園

從20世紀(jì)80年代末至今，我國(guó)的荔枝種植面積和總產(chǎn)量都大大增加，荔枝栽培面積由1987年的12.75萬(wàn)hm2，增加到2012年的55.33萬(wàn)hm2；荔枝總產(chǎn)量由1987年的11.68萬(wàn)t，增加到2012年的190.66萬(wàn)t[1-2]。但是目前絕大多數(shù)荔枝園仍然采用傳統(tǒng)的人工管理方式，灌溉方式也采用傳統(tǒng)的灌溉方式，如漫灌等，由此浪費(fèi)了大量的水資源[3]?，F(xiàn)代精細(xì)農(nóng)業(yè)要求管理者通過實(shí)時(shí)掌握農(nóng)作物信息的方式準(zhǔn)確地監(jiān)控農(nóng)作物的生長(zhǎng)環(huán)境[4]。遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)的快速發(fā)展使得管理者可以隨時(shí)隨地地遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制農(nóng)作物的生長(zhǎng)環(huán)境[5]，而基于ASP.NET技術(shù)的荔枝園智能灌溉遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)將荔枝園環(huán)境監(jiān)測(cè)、智能灌溉與互聯(lián)網(wǎng)連接，實(shí)現(xiàn)了對(duì)荔枝園環(huán)境的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控，使得果農(nóng)能遠(yuǎn)程掌握荔枝園的實(shí)時(shí)環(huán)境信息并及時(shí)作出灌溉決策。

1　系統(tǒng)開發(fā)需求和主要技術(shù)分析

1.1系統(tǒng)開發(fā)需求分析

為了提高水資源利用率，增加荔枝產(chǎn)量，果農(nóng)需要時(shí)刻關(guān)注荔枝園的環(huán)境狀況和荔枝樹的生長(zhǎng)狀況，并及時(shí)作出相應(yīng)措施，而開發(fā)基于ASP.NET技術(shù)的荔枝園智能灌溉遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，不僅可以幫助果農(nóng)實(shí)時(shí)獲取荔枝園的多種環(huán)境信息，還可以做出智能灌溉決策，節(jié)約水資源，幫助果農(nóng)科學(xué)地對(duì)荔枝園進(jìn)行生產(chǎn)管理。

1.2系統(tǒng)主要技術(shù)分析

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)主要運(yùn)用了Zigbee無(wú)線通訊技術(shù)、ASP.NET技術(shù)、AJAX技術(shù)和ADO.NET技術(shù)，并結(jié)合B/S模式和選擇C#作為編程語(yǔ)言。

1.2.1系統(tǒng)動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)開發(fā)技術(shù)系統(tǒng)需要使用動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)開發(fā)技術(shù)，常用的動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)開發(fā)技術(shù)有PHP(Hypertext Preprocessor)、ASP(Active Server Pages)和JSP(Java Server Pages)。由于JSP是一種較新的技術(shù)，目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用得比較少，而PHP缺乏規(guī)模支持和多層結(jié)構(gòu)支持，使得它更適合應(yīng)用于小型網(wǎng)站，而ASP則簡(jiǎn)單易懂，可快速完成網(wǎng)站的開發(fā)。但ASP技術(shù)存在著程序可重用性差等缺點(diǎn)[6-7]。ASP.NET技術(shù)是ASP的拓展和延伸，克服了ASP具有的缺點(diǎn)，通過文件形式把界面開發(fā)和后臺(tái)開發(fā)隔離開，支持多種編程語(yǔ)言，使得系統(tǒng)的開發(fā)周期大大縮短，并且ASP.NET技術(shù)具有的隱秘安全性高和易于操控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)等特性，較好地滿足了系統(tǒng)的高安全保密性和頻繁操作數(shù)據(jù)庫(kù)的功能需求，因而系統(tǒng)選擇ASP.NET技術(shù)進(jìn)行開發(fā)。

1.2.2AJAX技術(shù)為了讓用戶有更好的體驗(yàn)感覺，系統(tǒng)選擇使用AJAX(Asynchronous JavaScript and XML)技術(shù)[8]：AJAX技術(shù)的特點(diǎn)是利用局部刷新技術(shù)更新頁(yè)面而不是更新整個(gè)頁(yè)面，這樣才能更快地操作數(shù)據(jù)，導(dǎo)致用戶的體驗(yàn)感覺良好。

1.2.3網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式選型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式有B/S(Brower/Server)模式，即瀏覽器/服務(wù)器模式和C/S(Client/Server)模式，即客戶端/服務(wù)器模式[9-10]。C/S模式要求用戶在電腦上安裝相關(guān)的應(yīng)用程序，而在B/S模式下用戶只要通過瀏覽器就可以訪問系統(tǒng)，進(jìn)行相關(guān)操作。因而，系統(tǒng)采用B/S模式可以大大減輕客戶端的負(fù)擔(dān)和降低服務(wù)器端的維護(hù)成本。

1.2.4選擇編程語(yǔ)言常用編程語(yǔ)言有VB(Visual Basic)、C、C++和C#等。由于VB語(yǔ)法很隨便和運(yùn)行效率低，而C#已經(jīng)成功解決了很多C和C++的編程錯(cuò)誤[11]，并且安全度高、容易掌握和穩(wěn)定性良好，并且C#可以基于.NET架構(gòu)進(jìn)行開發(fā)，使得系統(tǒng)的開發(fā)和維護(hù)變得簡(jiǎn)單快速。

1.2.5選擇數(shù)據(jù)庫(kù)訪問技術(shù)常用的數(shù)據(jù)庫(kù)訪問技術(shù)有ODBC(Open Database Connectivity)、DAO(Data Access Object)和ADO (ActiveX Data Objects)[12-13]。由于系統(tǒng)需要頻繁地訪問數(shù)據(jù)庫(kù)，如執(zhí)行插入、刪除和更新等數(shù)據(jù)庫(kù)操作，而使用ODBC訪問數(shù)據(jù)庫(kù)的速度比使用DAO或者ADO的要低，效率不高，但DAO會(huì)導(dǎo)致較多的兼容性問題，所以系統(tǒng)使用ADO非常方便靈活地訪問和操作數(shù)據(jù)庫(kù)。

2　系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1總體架構(gòu)

基于ASP.NET技術(shù)的荔枝園智能灌溉遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主要由終端監(jiān)控設(shè)備、網(wǎng)關(guān)和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)3個(gè)部分組成，其監(jiān)控系統(tǒng)的總體架構(gòu)見圖1。

2.1.1終端監(jiān)控設(shè)備終端監(jiān)控設(shè)備包括眾多傳感器節(jié)點(diǎn)和電磁閥節(jié)點(diǎn)。系統(tǒng)啟動(dòng)后，各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)和電磁閥節(jié)點(diǎn)自動(dòng)搜索并加入由網(wǎng)關(guān)組建的Zigbee自組網(wǎng)中[14]，各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)定時(shí)自動(dòng)地采集荔枝園的溫度、濕度和土壤含水率等實(shí)時(shí)環(huán)境信息，通過Zigbee無(wú)線通訊技術(shù)將數(shù)據(jù)包發(fā)送到網(wǎng)關(guān)上。電磁閥節(jié)點(diǎn)通過Zigbee無(wú)線通訊技術(shù)接收并解析來(lái)自網(wǎng)關(guān)的命令數(shù)據(jù)包后，控制電磁閥開啟或關(guān)閉。

2.1.2網(wǎng)關(guān)網(wǎng)關(guān)是整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備，一方面，網(wǎng)關(guān)通過Zigbee無(wú)線通訊技術(shù)接收傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)包，分析、壓縮和融合數(shù)據(jù)后，通過互聯(lián)網(wǎng)將數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，另一方面，網(wǎng)關(guān)通過互聯(lián)網(wǎng)接收并解析來(lái)自網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的命令后，通過Zigbee無(wú)線通訊技術(shù)將命令數(shù)據(jù)包傳輸給電磁閥節(jié)點(diǎn)，進(jìn)而控制電磁閥開啟或關(guān)閉，其工作流程如圖2所示。因而，網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)了無(wú)線傳感網(wǎng)-互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的轉(zhuǎn)換。

2.1.3網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)是整個(gè)荔枝園智能灌溉遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的核心，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)通過圖表的形式讓果農(nóng)直接掌握荔枝園的實(shí)時(shí)環(huán)境信息數(shù)據(jù)，方便果農(nóng)對(duì)荔枝園環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并及時(shí)作出灌溉決策。

2.1.4網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于ASP.NET技術(shù)的荔枝園智能灌溉遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括6個(gè)模塊，分別為：服務(wù)器模塊、登錄模塊、實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊、歷史數(shù)據(jù)操作模塊、荔枝專業(yè)知識(shí)模塊和系統(tǒng)管理模塊。根據(jù)各個(gè)模塊的具體情況，又分為荔枝園當(dāng)前信息顯示與報(bào)警、設(shè)置上下限及控制電磁閥、荔枝園歷史數(shù)據(jù)查看和繪制荔枝園歷史狀態(tài)波形圖等局部功能。具體設(shè)計(jì)框圖如圖3所示。

2.1.5數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)本文選擇SQL Server 2008作為數(shù)據(jù)庫(kù)，在數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)中建立荔枝園的數(shù)據(jù)庫(kù)MyData，在該數(shù)據(jù)庫(kù)里分別建立了表Information、Warning、User，其中表Information中包含了荔枝園環(huán)境的主要信息，如溫度、濕度和土壤含水率等，具體設(shè)計(jì)見表1。

表1　荔枝園環(huán)境信息

表Warning中包含了荔枝園主要環(huán)境信息的上下限，以節(jié)點(diǎn)號(hào)作為標(biāo)識(shí)，將接收到的數(shù)據(jù)與表中的數(shù)據(jù)逐項(xiàng)進(jìn)行比較，根據(jù)結(jié)果做出是否需要報(bào)警的決定，具體設(shè)計(jì)見表2。

表2荔枝園環(huán)境信息上下限

Table 2Upper and lower limits on control conditions forlitchi orchard

表User中包含了網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的用戶信息，以用戶名作為標(biāo)識(shí)，將用戶登錄信息與表中的用戶信息進(jìn)行比較，用以判斷是否允許該用戶登錄，具體設(shè)計(jì)見表3。

表3　用戶信息

3　系統(tǒng)設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)功能模塊實(shí)現(xiàn)

3.1服務(wù)器模塊

服務(wù)器模塊不斷監(jiān)聽是否有來(lái)自網(wǎng)關(guān)的連接請(qǐng)求，如果接收到網(wǎng)關(guān)的連接請(qǐng)求，就和網(wǎng)關(guān)建立起基于TCP/IP協(xié)議的連接，并創(chuàng)建一個(gè)Socket對(duì)象來(lái)存儲(chǔ)網(wǎng)關(guān)相關(guān)信息，如網(wǎng)關(guān)的IP地址和端口號(hào)。由于系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性要求比較高，因此服務(wù)器模塊和網(wǎng)關(guān)間的通信采用C/S(Client/Server)模式。

3.1.1數(shù)據(jù)通信協(xié)議服務(wù)器模塊和網(wǎng)關(guān)間的數(shù)據(jù)通信是整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互核心，為了保證系統(tǒng)能正常運(yùn)行，必須規(guī)定服務(wù)器模塊和網(wǎng)關(guān)間的數(shù)據(jù)通信協(xié)議，服務(wù)器模塊和網(wǎng)關(guān)間的通信數(shù)據(jù)包主要有荔枝園實(shí)時(shí)環(huán)境信息數(shù)據(jù)包、監(jiān)控系統(tǒng)決策結(jié)果命令包和數(shù)據(jù)包重發(fā)命令包等，每個(gè)數(shù)據(jù)包或者命令包均包含包頭、標(biāo)志位、數(shù)據(jù)位和包尾等，例如，如荔枝園實(shí)時(shí)環(huán)境信息數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)格式如圖4所示，其中，包頭起到數(shù)據(jù)包從該處開始的作用，包尾起到數(shù)據(jù)包在此處結(jié)束的作用。

3.1.2數(shù)據(jù)交互方式由于服務(wù)器模塊和網(wǎng)關(guān)間的數(shù)據(jù)通信協(xié)議是確定的，即已經(jīng)協(xié)商好數(shù)據(jù)的解析方式，所以服務(wù)器模塊通過字符流形式和網(wǎng)關(guān)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，并將荔枝園實(shí)時(shí)環(huán)境信息、各節(jié)點(diǎn)剩余電量等數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫(kù)的對(duì)應(yīng)表格中，供網(wǎng)站部分調(diào)用。網(wǎng)站進(jìn)行智能決策后，將決策結(jié)果存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)的對(duì)應(yīng)表格中，服務(wù)器讀取該表格中的決策結(jié)果后，將命令數(shù)據(jù)包發(fā)送給網(wǎng)關(guān)。服務(wù)器模塊和網(wǎng)關(guān)間的數(shù)據(jù)交互方式如圖5所示。

3.2用戶登錄模塊

由于涉及系統(tǒng)安全性，所以只有管理員才能注冊(cè)賬號(hào)，普通用戶從管理員處得到賬號(hào)后，輸入正確的用戶名和密碼即可通過驗(yàn)證進(jìn)入該網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)。

此模塊中使用了驗(yàn)證碼，使用了C#里的rand.Next方法從數(shù)字0到9，字母A到Z里隨機(jī)選取4位組成驗(yàn)證碼字符串。

3.3實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊

實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)預(yù)警和荔枝園當(dāng)前信息顯示兩部分。

3.3.1智能灌溉決策用戶通過智能灌溉決策界面設(shè)定荔枝的品種、荔枝樹所處生長(zhǎng)周期等。系統(tǒng)會(huì)根據(jù)用戶所選荔枝品種和荔枝樹所處的生長(zhǎng)周期，智能地從數(shù)據(jù)庫(kù)里讀取與用戶所選條件匹配的荔枝品種的土壤含水率上下限，作為其智能灌溉決策的依據(jù)。當(dāng)監(jiān)測(cè)到荔枝園的實(shí)時(shí)土壤含水率高于上限時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)控制電磁閥關(guān)閉，當(dāng)實(shí)時(shí)土壤含水率低于下限時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)控制電磁閥開啟，當(dāng)實(shí)時(shí)土壤含水率處于上限和下限之間時(shí)，電磁閥狀態(tài)維持不變。

用戶還可以通過智能灌溉決策界面設(shè)定溫度、濕度等荔枝園主要環(huán)境信息的上下限。當(dāng)溫度、濕度等主要環(huán)境信息的狀態(tài)顯示為“超過上限”時(shí)，就表示該信息的當(dāng)前值高于設(shè)定的上限；反之某個(gè)環(huán)境信息的狀態(tài)顯示為“低于下限”時(shí)，就表示當(dāng)前值低于設(shè)定的下限，只有當(dāng)某個(gè)環(huán)境信息的狀態(tài)顯示“正常”時(shí)，該環(huán)境信息才在正常范圍內(nèi)。果農(nóng)就可以通過該界面直接掌握荔枝園的各個(gè)環(huán)境信息是否在正常范圍內(nèi)和判斷是否做出急救措施(如是否噴水等)。

3.3.2荔枝園當(dāng)前信息顯示荔枝園當(dāng)前信息顯示界面主要顯示荔枝園主要環(huán)境信息的當(dāng)前數(shù)據(jù)與電磁閥狀態(tài)。例如，要實(shí)現(xiàn)顯示荔枝園的實(shí)時(shí)溫度、濕度、光照度和土壤含水率、節(jié)點(diǎn)電壓和電磁閥狀態(tài)，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)先通過ADO.NET連接對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，然后通過數(shù)據(jù)表Information，把需要顯示的數(shù)據(jù)綁定到網(wǎng)頁(yè)的數(shù)據(jù)顯示控件上。

該界面利用的數(shù)據(jù)顯示控件是ASP.NET的GridView控件，該控件需要將表Information設(shè)定為GridView的數(shù)據(jù)源；當(dāng)前信息顯示界面采用一起使用AJAX Library提供的ScriptManager和UpdatePanel控件的方法，實(shí)現(xiàn)了異步局部更新頁(yè)面中數(shù)據(jù)顯示部分的效果，此方法對(duì)提高頁(yè)面的更新速度至關(guān)重要。

3.4歷史數(shù)據(jù)查詢模塊

歷史數(shù)據(jù)查詢模塊包括荔枝園歷史數(shù)據(jù)查看和繪制荔枝園歷史狀態(tài)波形圖兩部分。

3.4.1荔枝園歷史數(shù)據(jù)查看用戶可以通過選擇傳感器節(jié)點(diǎn)號(hào)和時(shí)間段對(duì)荔枝園的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查看，也可以導(dǎo)出數(shù)據(jù)到Excel表或者Word文檔里，如圖6所示。

3.4.2繪制荔枝園歷史狀態(tài)波形圖用戶可以通過選擇節(jié)點(diǎn)號(hào)、時(shí)間段、波形圖類型(如折線圖、平滑線圖等)和荔枝園的某個(gè)環(huán)境信息，繪制荔枝園歷史狀態(tài)波形圖，幫助用戶預(yù)測(cè)荔枝園中主要環(huán)境信息的變化狀況。其中，繪制波形圖采用了微軟的OWC11。OWC是一組具有電子表格、圖表、數(shù)據(jù)透視表等功能的COM控件的集合。服務(wù)器可以通過OWC動(dòng)態(tài)地創(chuàng)建一個(gè)圖表，接著通過GIF圖形的形式將該圖表傳輸給客戶端。客戶端能看到的只是一般的圖形文件。如圖7所示，該坐標(biāo)圖為節(jié)點(diǎn)1，在2015年8月11日0時(shí)27分10秒到2015年8月11日19時(shí)30分30秒的時(shí)間段內(nèi)，所采集的溫度值和時(shí)間點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系折線圖，其中橫坐標(biāo)為多個(gè)時(shí)間點(diǎn)，縱坐標(biāo)為時(shí)間點(diǎn)對(duì)應(yīng)的空氣溫度。

3.5荔枝種植知識(shí)模塊

此模塊中，用戶可以查看關(guān)于荔枝種植的專業(yè)知識(shí)，例如不同時(shí)期不同荔枝品種在用藥、施肥以及灌溉上需要注意的事項(xiàng)和荔枝病蟲害知識(shí)，即不同時(shí)期不同荔枝會(huì)遇到的病蟲害，對(duì)荔枝產(chǎn)生的影響，需要施用的藥物以及對(duì)荔枝產(chǎn)生的影響等，有利于提高果園的生產(chǎn)管理效率。

3.6后臺(tái)管理模塊

后臺(tái)管理模塊包括數(shù)據(jù)編輯、注冊(cè)用戶和修改用戶密碼3個(gè)部分。

只有管理員才能登陸此模塊，進(jìn)行數(shù)據(jù)編輯(數(shù)據(jù)刪除和修改等)、注冊(cè)用戶和修改密碼。

其中數(shù)據(jù)刪除使用的SQL語(yǔ)句為：DELETE FROM 數(shù)據(jù)表 WHERE 節(jié)點(diǎn)號(hào)=所選節(jié)點(diǎn)號(hào) AND 時(shí)間=所選時(shí)間。

4　系統(tǒng)試驗(yàn)

從2015年8月24號(hào)至9月7號(hào)，基于ASP.NET技術(shù)的荔枝園智能灌溉遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)在陽(yáng)江市陽(yáng)西縣新圩鎮(zhèn)的龍翔果場(chǎng)荔枝園里進(jìn)行試驗(yàn)。

4.1系統(tǒng)丟包率測(cè)試

系統(tǒng)通信的穩(wěn)定性是系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要部分，在試驗(yàn)時(shí)間的15 d內(nèi)，傳感器節(jié)點(diǎn)每隔30 min采集1次數(shù)據(jù)，測(cè)試結(jié)果如表4所示，其中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的丟包率的計(jì)算如式(1)所示。

(1)

其中，S為節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包總數(shù)，R為網(wǎng)關(guān)接收到的數(shù)據(jù)包總數(shù)，由表4可得，單個(gè)節(jié)點(diǎn)最低丟包率為2.63%，最高丟包率為4.03%，因此，所有節(jié)點(diǎn)丟包率都比較低，滿足系統(tǒng)通信的基本要求。

整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的平均丟包率的計(jì)算如式(2)所示。

(2)

其中，分子部分為各個(gè)節(jié)點(diǎn)丟包總數(shù)，分母部分為各個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包總數(shù)。試驗(yàn)中，系統(tǒng)具有9個(gè)節(jié)點(diǎn)，故p取為1，m取為9。由式(2)得，整個(gè)系統(tǒng)的平均丟包率僅為3.41%，說(shuō)明該系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳輸穩(wěn)定可靠。

表4　網(wǎng)絡(luò)丟包率統(tǒng)計(jì)

4.2系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能測(cè)試

試驗(yàn)期間，用戶可以通過該系統(tǒng)實(shí)時(shí)地獲知荔枝園環(huán)境信息，當(dāng)環(huán)境信息超出范圍時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出預(yù)警信號(hào)，果農(nóng)能及時(shí)作出相應(yīng)對(duì)策。其中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)界面如圖8所示。

4.3系統(tǒng)智能灌溉性能測(cè)試

在荔枝園里的2個(gè)區(qū)域進(jìn)行系統(tǒng)智能灌溉性能測(cè)試，其中1個(gè)區(qū)域(A區(qū))部署1個(gè)傳感器和電磁閥節(jié)點(diǎn)，傳感器節(jié)點(diǎn)每隔30 min監(jiān)測(cè)1次土壤含水率，當(dāng)土壤含水率高于荔枝樹的最佳生長(zhǎng)土壤含水率上限19.14%時(shí)，電磁閥節(jié)點(diǎn)則關(guān)閉電磁閥，當(dāng)土壤含水率低于15.55%時(shí)[15]，電磁閥節(jié)點(diǎn)則開啟電磁閥，當(dāng)土壤含水率在15.55%～19.14%時(shí)，電磁閥節(jié)點(diǎn)不改變電磁閥工作狀態(tài)。另一個(gè)區(qū)域(B區(qū))部署一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，用來(lái)監(jiān)測(cè)該區(qū)域的土壤含水率，但B區(qū)不灌溉。2015年8月24號(hào)至9月7號(hào)土壤含水率變化曲線如圖9所示。

由圖9的測(cè)試結(jié)果表明，在試驗(yàn)期內(nèi)，A區(qū)通過智能灌溉方法，使得該區(qū)的土壤含水率平均值為17.85%，均高于荔枝生長(zhǎng)的最佳土壤含水率的下限，即15.55%，達(dá)到預(yù)期灌溉效果，并且高于不灌溉的B區(qū)的土壤含水率平均值7.75%。A區(qū)每次灌溉時(shí)，其土壤含水率均會(huì)迅速上升，然后緩慢下降，說(shuō)明系統(tǒng)實(shí)時(shí)性強(qiáng)，反應(yīng)速度快，較好地滿足荔枝生長(zhǎng)的需要。

5　討論與結(jié)論

荔枝園智能灌溉遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控部分使用了AJAX技術(shù)實(shí)現(xiàn)頁(yè)面局部刷新，減輕了服務(wù)器的工作量，大大提高了系統(tǒng)的速度；網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控部分采用服務(wù)器和網(wǎng)站分離模式，充分利用了C/S結(jié)構(gòu)和B/S結(jié)構(gòu)各自的優(yōu)點(diǎn)，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可拓展性；將傳統(tǒng)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，采用遠(yuǎn)程方式實(shí)現(xiàn)對(duì)荔枝園環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)和智能灌溉，提高了荔枝園的管理水平。

在荔枝園中進(jìn)行系統(tǒng)丟包率測(cè)試，試驗(yàn)表明，系統(tǒng)的平均丟包率僅為3.87%，通信效果良好。系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能的測(cè)試表明，當(dāng)環(huán)境信息超出正常范圍時(shí)，系統(tǒng)會(huì)向果農(nóng)發(fā)出預(yù)警信號(hào)，讓果農(nóng)及時(shí)作出對(duì)策。系統(tǒng)智能灌溉性能的測(cè)試表明，每次灌溉時(shí)，其土壤含水率均會(huì)迅速上升，說(shuō)明系統(tǒng)實(shí)時(shí)性強(qiáng)，反應(yīng)速度快；通過智能灌溉方法，使得灌溉區(qū)域土壤含水率平均值為17.85%，高于荔枝生長(zhǎng)的最佳土壤含水率的下限，滿足荔枝生長(zhǎng)的要求。

該系統(tǒng)性能穩(wěn)定，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，操作靈活簡(jiǎn)單，界面友善，很大程度節(jié)約了人力物力和時(shí)間，為荔枝樹的生長(zhǎng)和提高荔枝產(chǎn)量提供大量的數(shù)據(jù)來(lái)源，在荔枝園智能生產(chǎn)管理方面有著非常大的應(yīng)用價(jià)值。

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的下一步研究方向是：深入研究空氣溫度、濕度和土壤含水率等因素對(duì)系統(tǒng)灌溉決策模型準(zhǔn)確性的影響。

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(責(zé)任編輯：黃愛萍)

ASP.NET-based Design and Implementation of Remote Monitoring and Control System for Litchi Orchard Irrigation

YU Guo-xiong1,2, WANG Wei-xing1,2,4,5*, XIE Jia-xing1,2,4,5, LU Hua-zhong3,5, LIN Jin-bin1, MO Hao-fan1

(1.CollegeofElectronicEngineering,SouthChinaAgriculturalUniversity,Guangzhou,Guangdong510642,China; 2.KeyLaboratoryofInformationAcquisitionandApplicationinAgriculture,GuangzhouScienceTechnologyandInnovationCommission,Guangzhou,Guangdong510642,China; 3.CollegeofEngineering,SouthChinaAgriculturalUniversity,Guangzhou,Guangdong510642,China; 4.GuangdongEngineeringResearchCenterforMonitoringAgriculturalInformation,Guangzhou,Guangdong510642,China; 5.KeyLaboratoryofKeyTechnologyonAgriculturalMachineandEquipment,MinistryofEducation,SouthChinaAgriculturalUniversity,Guangzhou,Guangdong510642,China)

Forremotemonitoringandintelligentmanagingtheirrigationatlitchiorchards,acomputerizedsystembasedonASP.NETtechnologywasdesignedandtestedforimplementation.Thesystemconsistedofsensingterminals,computergateway,andnetworking.Thesensingdevicescollecteddataonambienttemperatureandhumidity,moisturecontentinsoil,andotherrelevantinformationattheorchard,transmittedthemthroughthegatewayusingZigbeewirelesscommunicationtechnology,andreachedthenetworkviaInternetfordataanalysisandworkorderexecution.OnaB/Smode,theASP.NET-basedsystemdisplayedrealtimemeasurementsandmadedecisionforacontrolledirrigationattheorchard.Beinguser-friendly,thecontrolsystemcouldbeeasilymasteredwithtraining.Allinformationonthesoil,environment,residualenergyateverynode,aswellaslitchicultivationwasinstantaneouslyavailableonthecomputer.Testrunsonthesystemshowedanaveragepacketlossrateatmerely3.87%withaccurateandeffectivecommunication.Wheneveramonitoringdatumwasoutofitscontrolrange,awarningsignalwouldbesent.Theintelligentirrigationmanagementbythissystemallowedtheaveragemoistureinthesoilattheorchardmaintainat17.85%,whichwasslightlyabovetheminimumrequiredforaproperplantgrowth.Thus,thisnewlyestablishedsystemappearedtobereliable,stable,user-friendly,water-conserving,andeasytooperatewithitsremote,real-timemonitoring,precisecontrol,andintelligentdecision-makingfunctionsfortheorchardirrigation.

irrigation;ASP.NETtechnology;monitoringsystem;remote;intelligent;litchiorchard

2016-02-22初稿； 2016-05-17修改稿

余國(guó)雄(1990-)，男，碩士生，主要從事無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)和電子信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用研究(E-mail: 15989153268@163.com)

王衛(wèi)星(1963-)，男，教授，博士，博士生導(dǎo)師，主要從事無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、電子信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)上應(yīng)用的研究(E-mail: weixing@scau.edu.cn )

國(guó)家荔枝龍眼產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)(CARS-33-13)；國(guó)家級(jí)星火計(jì)劃項(xiàng)目(2013GA780046)；華南農(nóng)業(yè)大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(201510564214)

TP 311.52

A

1008-0384(2016)07-770-07

余國(guó)雄，王衛(wèi)星，謝家興，等.基于ASP.NET技術(shù)的荔枝園智能灌溉遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].福建農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2016，31(7)：770-776.

YU G-X，WANG W-X，XIE J-X，et al.ASP.NET-based Design and Implementation of Remote Monitoring and Control System for Litchi Orchard Irrigation[J].FujianJournalofAgriculturalSciences，2016，31(7)：770-776.