基于B/S架構(gòu)的智慧農(nóng)業(yè)大棚管理系統(tǒng)的設(shè)計

　　摘要：農(nóng)業(yè)大棚的種植受到外部環(huán)境變化和農(nóng)作物生長過程緩慢等原因影響，往往需要付出大量的人力。傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大棚安全性差、效率較低，且耗時耗力。因此，農(nóng)業(yè)大棚轉(zhuǎn)向智能化發(fā)展迫在眉睫。如何監(jiān)控農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)農(nóng)作物的生長環(huán)境，并遠程操作大棚內(nèi)的溫度、濕度和光照強度等影響農(nóng)作物生長的環(huán)境因素，對于智慧農(nóng)業(yè)大棚的建設(shè)有至關(guān)重要的意義。本文基于B/S架構(gòu)提出一個智慧農(nóng)業(yè)大棚管理系統(tǒng)的設(shè)計方案，闡述智慧農(nóng)業(yè)大棚的可行性，以期對農(nóng)業(yè)大棚和農(nóng)作物的發(fā)展產(chǎn)生積極作用。

　　關(guān)鍵詞：B/S架構(gòu)；智慧農(nóng)業(yè)；遠程監(jiān)控

　　0引言

　　隨著我國農(nóng)業(yè)的大力發(fā)展，市場對農(nóng)作物的數(shù)量和質(zhì)量要求越來越高。目前，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大棚只能依靠人力來維護，較難實現(xiàn)大棚環(huán)境的自動監(jiān)測和控制，從而出現(xiàn)浪費較多人力物力但大棚的產(chǎn)出效率較低、農(nóng)作物的生長情況無法達到預想水平的現(xiàn)象。在互聯(lián)網(wǎng)科技飛速發(fā)展的背景下，通過互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)，利用軟件體系原理不斷提高智慧大棚的效率和自動化程度，為農(nóng)業(yè)從業(yè)人員減輕負擔，并對智慧農(nóng)業(yè)大棚的發(fā)展和農(nóng)作物的生長情況發(fā)揮積極作用。在此背景下，本文提出的基于B/S架構(gòu)的智慧農(nóng)業(yè)大棚管理系統(tǒng)，充分利用無線傳感器技術(shù)，結(jié)合易操作、可擴展的軟硬件系統(tǒng)，改善傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)大棚的生產(chǎn)技術(shù)。通過傳感器監(jiān)測大棚中農(nóng)作物的生長環(huán)境，以無線通信方式與大棚管理中心聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)用戶在遠程即可對大棚進行監(jiān)測和控制，從而提高智慧農(nóng)業(yè)大棚的工作效率和經(jīng)濟效益。

　　1系統(tǒng)的B/S架構(gòu)設(shè)計

　　1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　智慧農(nóng)業(yè)大棚管理系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計采用B/S架構(gòu)，提高農(nóng)業(yè)從業(yè)人員在農(nóng)業(yè)大棚中的工作效率并減少工作強度，可以實現(xiàn)24h不間斷的監(jiān)控需求，滿足農(nóng)產(chǎn)品對于環(huán)境變化的需求和智慧農(nóng)業(yè)大棚的信息化管理。利用B/S的3層架構(gòu)模式，可以保障系統(tǒng)的可靠性和智慧大棚中農(nóng)作物生長環(huán)境的適宜度。本文提出的基于B/S架構(gòu)的智慧農(nóng)業(yè)大棚管理系統(tǒng)是一個Web應用系統(tǒng)。以B/S的3層架構(gòu)為框架：底層為數(shù)據(jù)層；中間是業(yè)務處理層；最上層為表現(xiàn)層。系統(tǒng)通過瀏覽器顯示給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者。具體架構(gòu)如圖1所示。

　　1.1.1表現(xiàn)層

　　本系統(tǒng)的表現(xiàn)層主要負責用戶界面的顯示與交互，由B/S架構(gòu)系統(tǒng)中的Web瀏覽頁面實現(xiàn)智慧農(nóng)業(yè)大棚管理系統(tǒng)中數(shù)據(jù)或操作的傳入和傳出。表現(xiàn)層接收來自業(yè)務層中數(shù)據(jù)處理的結(jié)果后，通過本層的瀏覽器向用戶展示大棚內(nèi)的監(jiān)控視頻，包括農(nóng)作物生長環(huán)境溫度、光照、氣體濃度和土壤濕度等數(shù)據(jù)，使用戶能夠清楚理解農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)的環(huán)境改變和農(nóng)作物生長情況。同時表現(xiàn)層可以合理接收用戶的操作需求，向業(yè)務處理層發(fā)出調(diào)整影響農(nóng)作物生長的環(huán)境因素的信號。因此，表現(xiàn)層既可掌握大棚的工作狀態(tài)，也可下發(fā)用戶命令。

　　1.1.2業(yè)務處理層

　　業(yè)務處理層采用合適的算法、Hadoop離線緩存的大數(shù)據(jù)以及實時數(shù)據(jù)儲存，處理數(shù)據(jù)并實現(xiàn)功能要求。業(yè)務處理層會與上下層進行交互。用戶通過表現(xiàn)層中的網(wǎng)頁端發(fā)出操作指令，表現(xiàn)層將其傳送到業(yè)務處理層中，業(yè)務處理層可以通過算法調(diào)整大棚內(nèi)溫度、濕度、光照條件等環(huán)境變量，同時準確記錄每次操作，實現(xiàn)決策可量化。業(yè)務處理層可根據(jù)數(shù)據(jù)層中傳送來的大棚中環(huán)境變量，進行分析處理，統(tǒng)計農(nóng)作物生長環(huán)境的變量，判斷是否會對農(nóng)作物生長造成不利影響，通過數(shù)據(jù)處理和自動控制及時規(guī)避農(nóng)作物絕收的風險。系統(tǒng)管理員可對用戶的使用需求在業(yè)務處理層中進行權(quán)限的改變，有利于系統(tǒng)的安全性和大棚智慧化的可靠性。

　　1.1.3數(shù)據(jù)層

　　本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)層是通過無線傳感器收集農(nóng)作物生長環(huán)境的溫度、濕度、pH值、光照條件、二氧化碳濃度及土壤養(yǎng)分等數(shù)據(jù)，利用MySQL關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的操作對該數(shù)據(jù)進行管理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的增加、刪除、查詢、修改等基本功能，并將實現(xiàn)的數(shù)據(jù)交互到上層中進行業(yè)務邏輯的處理和改變。

　　1.2系統(tǒng)目標設(shè)計

　　本文提出的B/S架構(gòu)的農(nóng)業(yè)大棚設(shè)計，可以實現(xiàn)在可靠性較高的情況下的遠程操作，形成農(nóng)作物生長的適宜環(huán)境和健全的智慧農(nóng)業(yè)大棚管理體系。

　　1.2.1方便快捷

　　表現(xiàn)層的客戶端網(wǎng)頁只需安裝瀏覽器就可使用，操作簡單易懂。用戶可以隨時隨地查看蔬菜大棚環(huán)境、查看農(nóng)作物的生長情況，同時還可以在客戶端查看蔬菜大棚溫度、pH值、光照、土壤濕度等影響農(nóng)作物生長的環(huán)境數(shù)據(jù)。

　　1.2.2安全性

　　由于蔬菜大棚中農(nóng)作物的生長情況與所處環(huán)境條件息息相關(guān)，因此大棚管理系統(tǒng)的安全性要求較高。智慧農(nóng)業(yè)大棚管理系統(tǒng)設(shè)計方案通過采用更加安全的算法或其他技術(shù)手段對無線傳感器的硬件、農(nóng)作物及農(nóng)業(yè)大棚各項數(shù)據(jù)進行管理，并對Web服務器和中心數(shù)據(jù)庫進行維護，來保證其安全性。

　　1.2.3可靠性

　　基于B/S架構(gòu)的智慧農(nóng)業(yè)大棚管理系統(tǒng)極大地規(guī)避了由于人為因素導致的潛在風險，避免了由用戶錯誤決策導致對農(nóng)作物生長的不利影響。通過“風險規(guī)避及自動控制”模塊，在用戶疏忽的情況下，能根據(jù)農(nóng)產(chǎn)品的生長態(tài)勢和周圍環(huán)境因素的改變而對大棚環(huán)境自動作出符合農(nóng)作物生長的調(diào)整，保證系統(tǒng)在農(nóng)作物生長過程中的可靠。

　　2系統(tǒng)功能設(shè)計

　　基于B/S架構(gòu)的智慧農(nóng)業(yè)大棚管理系統(tǒng)主要有環(huán)境監(jiān)測、遠程操作、風險規(guī)避及自動控制、系統(tǒng)管理4個功能模塊，系統(tǒng)總體功能如圖2所示。

　　2.1環(huán)境監(jiān)測模塊

　　該模塊主要是監(jiān)控農(nóng)業(yè)大棚的整體情況，并監(jiān)控農(nóng)作物生長態(tài)勢，實時監(jiān)測影響農(nóng)作物生長的環(huán)境因素的變化。根據(jù)用戶需求搭配無線傳感器，實時監(jiān)測空氣溫濕度、光照、風俗、大氣壓力、氣體濃度等數(shù)據(jù)，采集農(nóng)作物土壤溫濕度、溶氧量、pH值等參數(shù)。通過加裝攝像頭對整個蔬菜大棚進行實時監(jiān)控，利用監(jiān)控計算機監(jiān)控整個大棚環(huán)境調(diào)節(jié)過程。通過高清攝像機采集蟲情圖像，遠程查看大棚內(nèi)的蟲情指定防治措施。根據(jù)農(nóng)作物生長的高度和實時傳輸?shù)挠跋癖O(jiān)控農(nóng)作物長勢，實現(xiàn)監(jiān)測信息的動態(tài)顯示。

　　2.2遠程操作模塊

　　該模塊是用戶通過系統(tǒng)對大棚環(huán)境進行改變的具體操作模塊。大棚內(nèi)監(jiān)測信息通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)和信息路由設(shè)備傳送到控制中心，用戶根據(jù)這些監(jiān)測信息作出決策后，通過遠程操作模塊，操作大棚控制端設(shè)備進行環(huán)境的調(diào)整。

　　2.3風險規(guī)避及自動控制模塊

　　該模塊是通過設(shè)定閾值監(jiān)控大棚內(nèi)農(nóng)作物生長環(huán)境的異常情況，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者錯誤決策的情況下及時調(diào)整并自動控制大棚內(nèi)的設(shè)備設(shè)施。系統(tǒng)設(shè)置影響農(nóng)作物生長的各項環(huán)境變量的閾值，一旦超過閾值出現(xiàn)異常，立即報警提醒用戶。在極端條件下，系統(tǒng)可自動控制大棚的設(shè)備設(shè)施，對農(nóng)作物生長條件的各項指標進行合理的改變，從而減少農(nóng)作物的損失和人為或意外帶來的風險。

　　2.4系統(tǒng)管理模塊

　　該模塊主要包括用戶信息管理、行為記錄和權(quán)限管理。通過系統(tǒng)管理員來為用戶進行注冊進入系統(tǒng)并賦予用戶在環(huán)境監(jiān)測、遠程操作等模塊的權(quán)限。系統(tǒng)通過本模塊可以記錄用戶對大棚環(huán)境的調(diào)整信息，有利于規(guī)范用戶的操作習慣。

　　3系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　基于B/S架構(gòu)的智慧農(nóng)業(yè)大棚管理系統(tǒng)的硬件主要包括無線傳感器和控制端設(shè)備。傳感器主要監(jiān)測大棚及土壤的環(huán)境，包括溫度傳感器、光照強度傳感器、土壤溫度傳感器、pH值傳感器、氣體濃度傳感器以及病蟲害災情測報燈等，還包括用于實時傳輸和記錄農(nóng)作物生長的監(jiān)控攝像機?？刂贫嗽O(shè)備是主要用于進行大棚內(nèi)環(huán)境改變的自動化設(shè)備，包括光照燈、土壤濕度控制器、通風系統(tǒng)、給排水設(shè)備以及溫控裝置等。控制端設(shè)備用于對無線傳感器上的數(shù)據(jù)信息進行處理后，用戶或系統(tǒng)下達控制指令，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者對大棚內(nèi)設(shè)備設(shè)施的遠程控制。

　　4?結(jié)?語

　　隨著科技的進步和智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展，如何規(guī)避農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的風險和極端災情，提高農(nóng)業(yè)設(shè)備的自動化水平，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的精細化，已成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域重點研究的課題。本文設(shè)計的基于B/S架構(gòu)的智慧農(nóng)業(yè)大棚管理系統(tǒng)旨在用簡單易懂的操作，在保證安全可靠的前提下，對農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境和農(nóng)作物生長條件進行監(jiān)控和自動化控制，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者提供定量決策，并提出預警系統(tǒng)來規(guī)避人為造成的風險，實現(xiàn)大棚內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化、信息化。

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　　馬金豪

《基于B/S架構(gòu)的智慧農(nóng)業(yè)大棚管理系統(tǒng)的設(shè)計》

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