基于SSM的大棚環境參數監測系統設計

樊紅娟

摘 要：大棚溫濕度、光照等參數對農作物的產量影響重大，精確掌握大棚中的環境參數顯得尤為重要。開發了一套基于SSM的大棚環境參數監測系統，采用STM32F103作為主控制模塊，配合溫濕度傳感器、光照傳感器對大棚環境參數進行監測，并通過LoRa傳輸模塊把數據傳送至服務器端，服務器端采用流行的Java框架SSM進行開發，實現了對大棚環境參數數據的存儲和統計分析。系統測試結果表明，能夠采集所需參數，并且誤差在合理范圍之內，驗證了系統的可行性。

關鍵詞：LoRa;糧情監測;系統;Java

農作物的生長需要合適溫度、濕度、光照等條件，尤其是大棚中的農作物，這些條件對其生長起著決定性的作用。傳統的大棚環境參數的監測方式主要是靠經驗，或者借助相關儀器進行測量、記錄，不僅耗費人力和物力，而且效率低下。隨著計算機和物聯網技術的不斷發展，越來越多的環境參數監測產品被研發出來，并被應用到各個領域[1-3]，例如在智能農業領域中，人們可以根據監測結果人為的控制大棚中農作物的生長環境，提高了產量，增加了收入。本文采用SSM技術，設計了一種大棚環境參數監測系統，該系統能夠進行大棚環境參數的實時監測，并把監測數據發送到服務器端，用戶可通過手機或PC機進行數據的查看、統計等操作，節省了人力物力，實現了農業大棚管理的智能化。

1 系統總體框架

大棚環境參數監測系統共包括四部分：手機端或PC端交互界面、監測終端、服務器端后臺管理系統和數據庫。

用戶通過手機APP或者PC機上的IE瀏覽器對系統進行訪問，手機APP或者PC機通過互聯網連接到有固定IP的服務器，服務器端后臺管理系統根據客戶端的請求，在數據庫中查詢響應的數據，并反饋給客戶端（手機APP或者PC端瀏覽器）。服務器端后臺管理系統的功能設有用戶管理、基礎設置、數據監測、數據分析和預警管理等功能[7]。而環境監測終端把監測獲取的大棚環境參數通過LoRa模塊發給服務器端，服務器端軟件負責把環境參數存入數據庫。其系統總體框架如圖1所示。

多個監測終端同時向數據庫傳輸數據會產生沖突，所以在設計終端時加入了CSMA/CA機制，可以監聽信道的狀態，做到延遲避讓，避免了沖突。

2 系統設計

2.1 硬件部分設計

環境參數監測終端負責大棚中溫濕度、光照等參數的采集，并能夠把采集的環境參數實時發送到服務器端。監測終端采用SMT32 F103作為核心控制器，其外設包括8個模塊：LoRa模塊、報警模塊、電源模塊、復位電路、時鐘電路、JTAG接口、光照監測模塊和溫濕度監測模塊。其結構如圖2所示。

STM32系列控制器具有性能高、成本低、功耗低的特點，非常適合用于嵌入式應用系統的控制器。LoRa技術屬于窄帶物聯網技術，是低功耗廣域網的典型技術之一，因其具有傳輸距離遠、功耗低、成本低、靈敏度高和抗干擾能力強等優點，所以非常適合非正常環境中小數據量的遠距離傳輸，在本文中負責把采集終端采集的環境參數發送到服務器。溫濕度監測模塊采用DHT11數字溫濕度傳感器，具有響應速度快、抗干擾能力強和性價比高的優點，其濕度精度為±5%RH，量程為20%～90%RH，溫度精度為±2℃，量程為0～50℃。光照監測模塊采用BH1750FVI，BH1750FVI是一種用于兩線式串行總線接口的數字型光強度傳感器，可輸出對應亮度的數字值。

電源模塊用于給監測終端供電，而報警模塊則用于產生報警信號，報警信號是在溫濕度數值或者光照數值超出系統設置的閾值時產生，也是由LoRa傳輸模塊傳給服務器，而JTAG接口用于從上位機下載程序。

2.2 軟件部分設計

2.2.1 采用技術

本系統的前端交互界面采用HTML5技術進行開發，應用了bootstrap框架，該框架具有優秀的響應式布局，能夠更好的兼容移動設備，所以手機端和PC端都可以訪問該界面。該交互界面不僅操作簡單，而且能夠自動適應各種品牌、型號的手機和常用的PC端瀏覽器。

系統管理后臺的開發采用當前流行的Java輕量級框架SSM（SpringMVC+Spring+MyBatis）在系統開發中，對三個框架進行了較好的整合，提高了系統的開發效率和穩定性。

2.2.2 系統后臺管理的功能設計

本系統的后臺管理包括用戶管理、基礎設置、數據監測、數據分析和預警管理等五大模塊，其功能模塊結構如圖3所示。

用戶管理模塊用于管理員對系統用戶的管理，根據權限，本系統的用戶可以分為兩類：管理員用戶和一般用戶。管理員用戶有增加、刪除、修改、查詢一般用戶的權限。

基礎設置模塊是對大棚環境參數監測點進行基本設置的模塊，主要包括對監測點增加、刪除、修改和查詢等操作，對監測點溫濕度監測模塊、光照監測模塊的閾值設置等操作。

數據監測模塊是與監測點對接的模塊，可進行實時監測，也可進行手動監測，接收監測點發送過來的數據，并把數據存入相應數據庫。而數據分析模塊是對數據庫中的數據進行統計分析，并能生成報表和柱狀圖。預警管理模塊是對監測點發送過來的預警信息進行管理，這些預警信息是指超過設定閾值的溫濕度和光照值。

2.2.3 數據庫設計

本系統采用MySQL數據庫作為后臺數據庫來存儲系統數據。根據對大棚調研和需求分析，設計了用戶信息表、環境參數表、采集終端信息表、數據信息表、報警信息表等十個數據庫表來存儲系統的數據。其中采集終端信息表如表1所示。

3 系統測試

為了驗證本系統的有效性，選用市面上的常用的手持數字測溫儀和測濕儀對實驗監測點測量溫濕度，并與本系統的測溫結果進行了對比。對比結果如表2所示。

4 結語

本文采用LoRa技術和SSM框架開發了一款大棚環境參數監測系統，系統前端采用HTM5技術，并采用bootstrap框架，后臺管理采用SSM框架進行開發，并用MySQL數據庫作為后臺數據庫。環境參數采集節點采用STM32系列芯片作為主控芯片。實驗結果表明，本系統能夠對大棚溫濕度、光照等參數進行監測，并能夠把參數存入數據庫進行數據分析，達到了預期效果。

參考文獻：

[1]趙文婧，秦剛，陳忠孝，徐杰.多參數智能滑坡監測系統的設計[J].國外電子測量技術，2019，38（10）：75-78.

[2]李洪濤，巴興強.基于嵌入式系統的汽車制動參數采集與監測系統[J].科學技術與工程，2019，19（32）：254-260.

[3]方鵬，姚克，王松，趙良.煤礦井下定向鉆機鉆進參數監測系統研制[J].煤炭科學技術，2019，47（12）：124-130.