農業智慧大屏監控系統的設計與實現

韓兵 許張衡

摘要：當前智慧溫室大棚系統過程數據的綜合利用率低，種植經驗與果蔬生長過程數據無法實時監控，導致無法更好的控制果蔬的生長過程環境的數據。該文通過智慧大屏的監控系統實現對大棚農作物生長過程環境參數進行實時跟蹤，實現溫室大棚果蔬的種植環境的過程優化。實驗證實，該方法能夠有效地提升對大棚作物的監控，對果蔬的種植管理有較好的改進。

關鍵詞：農業大棚;監控系統;大屏監控;環境參數;生長過程

中圖分類號： TP391? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）08-0067-02

Abstract： In view of the low comprehensive utilization rate of the process data of the current intelligent greenhouse system， the planting experience and fruit and vegetable growth process data can not be monitored in real time. It leads to no better control of the growth process of fruits and vegetables environmental data. In this paper， the intelligent large screen monitoring system is used to realize the real-time tracking of greenhouse crop growth process environmental parameters. It has realized the process optimization of greenhouse fruit and vegetable planting environment. Experiments show that this method can effectively improve the greenhouse crop monitoring， and has a good improvement on the planting management of fruits and vegetables.

Key words： agricultural greenhouse; monitoring system; large screen monitoring; environmental parameters; growth process

隨著農業技術的進一步發展，其在大棚方面的應用越來越廣，管理水平越來越高，由于大棚有極好的保溫效果，能使蔬菜提前上市或反季節上市，為種植企業帶來可觀的收益。然而，目前很多大棚還停留在自動化的初級階段，僅僅依靠簡單的控制系統實現大棚的種植環境的穩定，無法實現對不同果蔬對環境的不同要求實現個性化的環境控制[1]。根據這個現象，就需要一個專門的農業智慧大屏監控系統，農業智慧大屏監控系統主要解放了人們的雙手，采用互聯網技術能夠實現遠程實時查看大棚內的各種環境參數和設備的狀態，同時及時發出預警并做出智能決策[2]。

1智慧大棚信息化系統的不足

隨著“互聯網+農業”技術的日益發展，農業的智能化和信息化建設顯得尤為重要。在傳統的農業生產模式中，采用的都是自耕自收的方式，需要消耗大量的人力物力，而且效率低下。而通過農業智慧信息系統的建設，可以實現對大棚的有效監控和管理。

對于集團化的大規模種植，則需要對整個的種植環境和各類參數進行實時監控和管理，引入大屏監控系統是實現高管駕駛艙的重要途徑，以此實現遠程實時查看大棚內的各種環境參數，以及各個設備狀態的信息，超出閾值的數據還能及時高亮來提醒用戶。根據農作物的生長還狀態，開啟或關閉指定的設備。

農業智慧大屏監控系統解放了人們的雙手，不用凡事都親力親為。大棚內的環境參數，例如空氣溫度、空氣濕度、光照強度、CO2濃度、土壤溫度、土壤濕度、PH值、EC值等環境因子對農作物的生長有很大的影響[3]。在監視這些環境因素以及設備的狀態和預警信息等方面，農業智慧大屏監控系統發揮出越來越大的作用[4]。

農業智慧大屏監控系統通過實時監控棚內的空氣溫度、空氣濕度、光照強度、CO2濃度、土壤溫度、土壤濕度、PH值、EC值等環境參數，再根據農作物的生長進行決策[5]，從而開啟或者關閉指定的設備還能做到超出閾值的數據進行及時高亮提醒用戶等。

2 智慧監控系統的設計

在傳統的農業生產中，需要消耗大量的人力物力，而通過農業智慧大屏監控系統可以降低人力消耗，提高生產效率，從而實現科學檢測，科學種植，促進了農業的發展。農業智慧大屏監控系統是根據實際的需要開發的，它的目標非常明確，即通過建立農業智慧大屏監控系統，把農業從傳統的自耕自收，依靠大量人力物力的生產模式轉為依靠現代智能化的生產設備來生產的模式[6]。

系統功能需求整體上分為大棚信息管理和棚內數據管理，其中大棚信息管理包括顯示多個大棚的基本信息，比如名稱，地點，大小，品種，產量，價格，銷量等等功能、棚內數據管理部分包括實時展示與刷新大棚內的環境參數，比如空氣溫度、空氣濕度、光照強度、CO2濃度、土壤溫度、土壤濕度、PH值、EC值等環境參數，還包括超出閾值的數據進行及時高亮提醒用戶，以及大棚內的各個設備，如滴灌水龍頭、棉被、通風、光照、暖氣的設備狀態刷新等功能。

2.1 系統架構

農業智慧大屏監控系統采用JSP + Mysql + Ajax + Echarts開發，首先通過Jdbc鏈接到數據庫，然后獲取到數據庫中的數據。農業智慧大屏監控系統是標準的MVC模式，將整個系統劃分為View層、Controller層、Service層、DAO層四層。整個架構運行流程如圖1所示。

2.2 系統功能模塊設計

構建完善成熟的農業智慧大屏監控系統，主要包括該系統頁面的布局方式以及主題的色彩還有數據庫的設計等方面，在系統的首頁中可以查看大棚的基本信息，例如大棚名稱、大棚地點、大棚品種、大棚產量、大棚面積、品種價格、品種銷量以及棚內的各種環境參數和設備的狀態。存儲在后臺數據庫的信息有大棚基本信息、棚內環境參數數據、預警數據和設備狀態數據等。

所以，農業智慧大屏監控系統包括大棚信息管理功能和棚內數據管理功能，其中，大棚信息管理功能實現以下功能，查看大棚基本信息，比如大棚名稱、大棚地點、大棚面積、大棚品種、大棚產量、品種價格、品種銷量等，如圖2所示。

棚內數據管理功能可以實現以下功能，如實時查看與修改大棚內的各種環境參數、超出閾值的數據進行及時高亮提醒用戶、大棚內的各個設備的狀態刷新。其中棚內數據管理功能如圖3所示。

農業智慧大屏監控系統的E-R模型主要包括：大棚基本信息表（記錄大棚的基本信息）、監控數據類型表（記錄空氣濕度、土壤溫度、土壤水分、光照度、CO2濃度等）、采集數據表（實時記錄的各種參數數據，這是系統查詢的主要業務數據表）、預警信息表（系統中的預警、告警、錯誤信息）、設備狀態表（各種設備的當前狀態）、日志表等如圖4所示。

3 智慧監控系統的實現

本系統研究的是農業智慧大屏監控系統的設計與實現，此系統它基于B/S架構，主要使用的技術有Jsp、Mysql、Ajax、Echarts，使用的軟件為Eclipse。本系統可以查看大棚的基本信息，比如大棚產量，面積，農作物品種，價格，銷量，還能夠實時監控大棚內的環境參數以及設備的狀態信息，超出閾值的數據也能夠及時高亮提醒用戶。

系統中的圖表通過Jdbc鏈接到數據庫，然后獲取到數據庫中記錄的環境數據。之后在servlet中調用一些方法，將其轉換為Echarts可以識別的JSONArray類型。在視圖層里，通過Ajax的同步傳輸的方式，Url為跳轉的Servlet以及指定跳轉的方式為POST，通過執行Servlet的方法來獲取數據。將待可視化的導入Echarts進行初始化，通過調用方法獲取到Ajax中的數據，通過Option的設置進行可視化。

棚內的環境參數以及設備的狀態信息和超出閾值的數據進行及時高亮提醒用戶等功能。大棚內的環境參數有空氣溫度、空氣濕度、光照強度、CO2濃度、土壤溫度、土壤濕度、土壤pH值和土壤EC值等參數環境。如果超出了設定的值，會高亮提醒用戶。系統實時刷新棚內的環境參數，可通過配置參數實現每3秒刷新一次數據，以達到實時監控的目的，參考界面如圖5所示。

4 結束語

通過執行CO2，濕度，光照、土壤溫度和濕度，土壤PH值以及土壤微量元素的含量過程數據的分析和學習，可以獲取到相應的線性回歸結果集。通過對各個環境參數的數學模塊進行多次訓練，最后返回溫室大棚的環境建議和當前環境種植的分數情況。

農業智慧大屏監控系統通過實時采集農業大棚內的空氣溫度、濕度、光照、土壤溫度、土壤水分等環境參數，根據農作物生長需要進行實時智能決策，并自動開啟或者關閉指定的環境調節設備。通過該系統的部署實施，可以為農業生態信息自動監測、對設施進行自動控制和智能化管理提供科學依據和有效手段。實驗證實，該方法能夠有效地提升用戶對大棚環境的實時監控和管理，對智慧農業大棚的信息化建設水平的提升有很大的幫助。

參考文獻：

[1] 張瑋.現代智慧農業設施大棚環境監測系統設計[J].計算機測量與控制，2020，28（8）：135-138.

[2] 周萬禹，胡乃瑞，楊美琪，等.溫室大棚環境監測及控制系統的設計[J].電子測試，2020（5）：45-47.

[3] 吳濤，李里亞.溫室全方位智能調溫系統在智慧農業中的應用[J].江蘇農業科學，2019，47（15）：247-251.

[4] 陳小健，宋振繼.智慧溫室大棚移動端監控軟件設計與實現[J].農業工程，2019，9（5）：31-33.

[5] 鮑忠宇，孫慶波.基于物聯網的農業智慧大棚監控系統的設計[J].中外企業家，2018（33）：146.

[6] 張輝，李艷東，趙麗娜，等.基于無線Mesh網絡的智慧農業大棚監控系統[J].現代電子技術，2016，39（16）：71-74.

【通聯編輯：唐一東】