基于物联网的农业温室智能监测电气系统

摘要

当前中国农业温室的现代化、智能化、信息化水平仍然不高，对温室内的温度、湿度、光照、二氧化碳浓度等环境状况的掌握方法和效果相当粗放原始，不利于植物生长与温室管理。针对此，本文设计了基于物联网架构的温室环境监测电气系统，实现了农业温室环境参数的实时监控和智能管理。 在分析系统需求与系统数据流后，分别设计了采集控制层、传输层与终端应用层的结构功能。采集控制层构建了以STM32单片机和环境传感器为核心的采集模块及以PLC为核心的电气控制模块，实时采集空气温湿度、土壤温湿度、二氧化碳浓度与光照强度6个环境参数，并对温室环境进行控制，采集节点通过RS-485总线组网，以主从节点方式运行；传输层通过数据传输单元DTU沟通底层与上层设备，以串口通信方式接收采集层的实时数据，以GPRS的通信方式上传数据至应用层服务器；应用层以生产者/消费者模型通过阻塞队列缓冲接收数据，并采用B/S架构设计开发了Web应用，以Bootstrap框架开发功能界面，使系统支持响应式布局以适应不同终端设备，以MySQL为数据库管理系统，以Java语言开发了系统的功能模块，包括实时数据查询，历史数据查询，温室、采集节点、传感器信息管理、WebGIS信息查询、用户登陆与账户管理功能。 经过系统调试与运行测试，本文设计的基于物联网的温室环境监测电气系统满足设计目标。系统运行稳定，实现了温室6个环境参数的全面准确采集，电气控制运行稳定，DTU信号良好，数据传输稳定可靠。系统Web应用功能正常，操作简单，响应式布局的界面同时支持桌面和移动端以及多种浏览器，兼容性良好。

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第一章 绪论

1.1研究背景与意义

1.2国内外研究现状

1.2.1国外研究现状

1.2.2国内研究现状

1.3系统需求分析

1.4监测电气系统架构设计

1.5本文主要研究内容

第二章 温室环境智能监测电气系统设计

2.1监测电气系统硬件结构设计

2.2数据采集模块设计

2.2.1传感器的选型

2.2.2采集节点硬件设计

2.2.3主从采集程序设计

2.3电气控制模块设计

2.4数据传输模块设计

2.4.1 DTU模块

2.4.2 DTU模块配置

2.5本章小结

第三章 温室环境监测数据的传输

3.1温室环境监测电气系统数据流分析

3.2采集数据的传输方式

3.2.1 GPRS技术

3.2.2 TCP协议

3.3采集数据的网络传输程序设计

3.3.1 Socket网络通信

3.3.2基于生产消费模型的Socket网络通信

3.4 MySQL数据库

3.4.1连接数据库

3.4.2 MySQL数据库设计

3.5本章小结

第四章 温室环境监测系统交互功能设计

4.1监测系统交互功能架构设计

4.2监测系统静态网页设计

4.2.1基础网页设计

4.2.2 Bootstrap框架

4.3基于Java EE的动态网站设计

4.4监测系统交互功能设计与实现

4.4.1环境实时数据监测功能

4.4.2环境历史数据展示功能

4.4.3传感器信息管理功能

4.4.4温室管理功能

4.4.5温室WebGIS功能

4.4.6账户登录与权限管理功能

4.5本章小结

第五章 温室环境监测电气系统测试

5.1系统数据采集控制测试

5.2系统软件功能测试

5.3客户端兼容性测试

5.4本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致 谢