基于WEB的智能温室信息管理系统的设计

刘永华+吴玉娟+熊迎军+张阳

摘要：温室信息管理系统是智能温室环境监控系统的核心。结合智能温室管理的需求分析，采用visualstudio.net平台开发了基于WEB的智能温室信息管理系统。系统共分为用户管理、数据管理、实时信息监测、智能决策、报警显示、控制等功能模块，实现了对温室温度、湿度、光照、CO2浓度等环境参数的自动采集与智能化控制，并能够通过网络终端进行网络监控，减少了劳动管理成本，提高了温室运行效率。系统运行稳定、性能可靠，有一定的推广应用价值。

关键词：智能温室；信息管理系统；WEB；网络

中图分类号：TP273；S126文献标志码：A文章编号：1002-1302（2014）11-0421-03

随着信息技术的发展，物联网等相关技术在现代农业上的应用已日益广泛。基于物联网的智能温室环境监控系统是智能温室的重要组成部分，而智能温室环境监控系统的核心是信息管理系统[1]。笔者结合江苏农博园现代农业馆温室的智能化改造，研发了基于WEB的智能温室信息管理系统，以实现对温室的自动控制和远程网络控制，有利提高温室系统的智能化水平和管理效率。

1智能温室信息管理技术的现状及发展趋势

国外先进的信息技术、智能化控制技术、遥感技术已逐步应用到农业领域，不断推动现代温室的标准化、智能化、网络化和系统化的发展，并且取得了一定的成效[2-6]。韩国、日本、美国和荷兰等国家的温室信息化管理技术处于世界领先地位，至2012年，美国20%耕地、80%大农场从耕地、播种、灌溉、施肥、中耕、田间管理、植物保护、产量预测到收获、保存、管理都已实现生产和管理全过程的数字化、网络化和智能化[7]。

我国温室生产技术从最初的引进吸收到如今的自主开发，技术上取得了长足进步，特别是随着无线传感器网络技术、现代通信技术、人工智能技术、现代网络技术等被应用在现代温室，温室信息管理系统朝着自动化、智能化和网络化方向发展[8]。相关专家研究开发了以Internet为信息交换平台的温室环境控制系统、基于WSN和WEB的温室远程控制系统、基于C/S和B/S混合架构的智能温室信息管理系统等[9-11]。但总体上来说我国智能温室信息管理技术目前还处于初级阶段，生产上成熟应用、性能可靠、性价比高的管理系统软件还不多见。

2智能温室信息管理技术需求分析

江苏农博园是一个集现代农业科研、生产、农业科教于一体的现代农业生产基地，农博园现代农业馆总共由4座现代玻璃温室组成，具有遮阳网、湿帘-风机系统、补光灯、自动喷灌系统、天窗、侧窗等机构，改造前的温室完全依靠人工手动控制，自动化程度低。通过本次智能化改造，将4座玻璃温室进行集中控制、集中管理，从而提高了温室的智能化管理水平，实现随时随地查看、监视、控制温室，实现现代农业馆生产自动化、信息化和智能化。具体控制要求如下：

（1）系统能实时采集温室内温度、湿度、光照强度、CO2浓度、土壤湿度等环境因子；并能对环境信息进行自动存储、实时显示、历史数据查询、环境信息数据导出等功能。

（2）能对温室生产环境进行远程实时视频监视，实时查看温室状况。

（3）系统具有远程网络监控功能，管理者能利用互联网对温室进行信息查询，并可利用互联网对温室执行机构进行远程控制，实现温室环境因子的智能控制。

（4）系统界面友好，便于操作和管理。

（5）为便于客户远程访问管理，系统设立用户登录管理，并对使用者进行权限划分，对不同用户给予数据浏览、查询、修改和参数设定、机构控制等不同权限。

（6）系统性能稳定，可靠性高，能确保长时间不间断、无故障运行。

3基于WEB的系统软件设计

3.1系统软件总体框架

系统软件采用visualstudio.net平台开发，由6大模块组成（图1）：（1）用户管理模块。服务器应用软件和智能传感器网络的用户和管理员权限划分及认证。（2）数据管理模块。负责温室环境信息、空间信息和决策信息等的存储、查询和分析，并能够进行报表打印。（3）实时信息监测模块。能够以曲线和数据的方式显示实时数据、温室场景实况视频、节点拓扑信息以及传感器网络运行状态信息。（4）智能决策模块。基于实时数据和专家系统形成温室管理决策。（5）报警显示模块。可为每个监测信息设置阈值，当实时信息超过阈值时，服务器应用软件能够语音提示管理人员，并将报警信息以短信形式发送给指定用户。（6）控制模块。能够发送远程命令单次或者周期采集指定传感器节点的传感器信息，并且能够通过短信远程控制服务器应用软件、传感器网络的每个节点，并可以控制PLC驱动风机和湿帘等执行机构。

3.2主页面设计

依据项目需求分析，为便于客户远程访问管理，系统需设置登录界面，进行身份验证，并对使用者进行权限划分，对不同用户给予数据浏览、查询、修改和参数设定、机构控制等不同权限。设计Flex主页面布局如图2所示。

3.3用户管理模块

用户管理模块能进行新用户注册和老用户登录后的权限管理，通过设置登录界面，对访问者进行身份验证，获取相应操作权限，并建立用户数据库。

系统管理员权限最高，可管理系统的所有功能模块，并具有设置非管理员权限的权力。一般访客（guest）只能简单浏览系统，能查询当前温室的环境因子信息和温室的实时视频，不能对系统进行设置、控制执行机构。

用户管理界面首先从登录界面读取用户名和密码，使用表单身份认证的方式防止非法用户入侵，在用户表User中进行查询，若该用户存在并且密码正确，则进入主界面，若该用户不存在，则提示转入注册界面。用户管理模块的流程见图3。

3.4数据管理模块

数模管理模块对采集的温室历史数据进行管理，并将采集到的数据保存在数据库中，提供给用户查询、下载和打印。温室数据以曲线和表格2种形式显示，曲线显示将历史数据通过控件绘制在界面上，表格显示则通过表格的形式列出各个采集节点的时间、节点编号、节点所在温室编号和测量数值。通过对数据库内历史数据的分析、处理，直观分析温室气候变化情况，并结合温室作物生长情况，更好地调整作物微环境。数据管理模块流程见图4。endprint

3.5实时信息监测模块

实时信息监测模块，允许用户随时随地查看温室当前的环境信息，包括实时数据、实时视频、传感器节点拓扑信息及虚拟温室，并以曲线或者数据的方式显示各个采集节点的实时数据。虚拟温室通过VisualGraph平台提供的函数和原始基础图形等构建现实温室的虚拟图，模拟现实温室中设备（风机、湿帘、天窗等）的运转情况，实现虚拟温室与现实温室同步运行。

实时信息监测模块采用Flash动画设计温度、湿度、CO2浓度和光照强度等按钮，当鼠标按下按钮时，通过Fluorine网关调用，Net中GetSqlData类的GetRealtimeData方法获取当前数值，并在Flash动画按钮中显示环境参数值和时间。实时信息监测模块的流程见图5。

3.6智能决策模块

智能决策模块主要进行作物生长条件的控制，通过设置温室作物的生长环境参数如温湿度、光照和CO2浓度等使其达到合适范围，进行温室作物的全自动、智能化控制。采集实时参数与设定值进行比较，并通过智能决策系统，调控作物生长环境以达到理想生长状态。智能决策算法在Web应用程序中运行，通过控制模块与中央控制软件的Socket通讯实现智能决策控制。以温度智能决策为例，温度智能决策控制流程见图6。

3.7报警显示模块

报警显示模块提供语音报警或者短信报警2种形式，当某一温室设置的属性值达到报警状态时，系统会通过语音或短信形式向温室管理人员发送温室编号以及温室属性。报警显示模块流程见图7。

3.8控制模块

控制模块包括远程手动控制和自动控制2个功能，需要一定的权限才能进行操作。

手动控制通过点击界面上执行机构按钮来进行对应机构开关操作，按钮采用Flash制作，当机构处于停止状态时Flash图标为灰色静止图标，当机构运行时，Flash图标为彩色动态图标。本系统所用执行机构主要包括风机、天窗、湿帘、遮幕、自动喷灌系统和补光灯，通过执行机构的动作，调控现代农业

馆内温室的温度、湿度、CO2和光照强度等。

自动控制通过当前环境参数（包括温度、湿度和光照强度）与作物适宜环境参数的对比，结合模糊控制理论生成的规则表进行判断，以达到自动控制执行机构的目的。控制模块流程见图8。

4调试运行结果

开发的智能温室管理系统界面见图9。该系统在江苏农博园中的现代农业馆中运行工作2年多时间以来，系统运行稳定、性能可靠，实现了对温室环境温度、湿度、光照、土壤湿度、CO2浓度等数据的全天候自动采集与智能控制，并能通过互联网网络终端进行远程网络监控，提高了温室系统的智能化水平，减少了劳动管理成本，提高了温室管理效率，运行效果达到设计预期。本智能温室管理系统还在周边农业科技示范园区及农业企业进行推广应用，并取得了较好成效。

参考文献：

[1]熊迎军，沈明霞，刘永华，等.混合架构智能温室信息管理系统的设计[J].农业工程学报，2012，28（增刊）：181-185.

[2]刘永华，凌小燕，常春.基于无线传感器网络的温室环境监测系统的研究[J].中国农机化学报，2013，34（6）：249-252.

[3]鞠传香，吴志勇.基于ZigBee技术的温室大棚智能监控系统[J].江苏农业科学，2013，41（12）：405-407.

[4]吴存瑞，奚佳有，邹吉兰.国外设施农业发展趋势[J].农业科技与装备，2010（6）：122-123.

[5]陈大鹏，毛罕平，左志宇.基于Android手机的温室环境远程监控系统设计[J].江苏农业科学，2013，41（9）：375-379.

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[7]高峰，俞立，卢尚琼，等.国外设施农业的现状及发展趋势[J].浙江林学院学报，2009，26（2）：279-285.

[8]刘丽伟.美国农业信息化促进农业经济发展方式转变的路径研究与启示[J].农业经济，2012（7）：40-43.

[9]石永革，许建林，石峰.富客户端技术应用研究与实现[J].计算机工程与设计，2008，29（3）：639-641.

[10]孙忠富，曹洪太，李洪亮，等.基于GPRS和WEB的温室环境信息采集系统的实现[J].农业工程学报，2006，22（6）：131-134.

[11]石军锋，马永昌，陈建.一种基于无线传感网络的温室Web监控系统[J].农机化研究，2009，31（5）：76-79.endprint

3.5实时信息监测模块

实时信息监测模块，允许用户随时随地查看温室当前的环境信息，包括实时数据、实时视频、传感器节点拓扑信息及虚拟温室，并以曲线或者数据的方式显示各个采集节点的实时数据。虚拟温室通过VisualGraph平台提供的函数和原始基础图形等构建现实温室的虚拟图，模拟现实温室中设备（风机、湿帘、天窗等）的运转情况，实现虚拟温室与现实温室同步运行。

实时信息监测模块采用Flash动画设计温度、湿度、CO2浓度和光照强度等按钮，当鼠标按下按钮时，通过Fluorine网关调用，Net中GetSqlData类的GetRealtimeData方法获取当前数值，并在Flash动画按钮中显示环境参数值和时间。实时信息监测模块的流程见图5。

3.6智能决策模块

智能决策模块主要进行作物生长条件的控制，通过设置温室作物的生长环境参数如温湿度、光照和CO2浓度等使其达到合适范围，进行温室作物的全自动、智能化控制。采集实时参数与设定值进行比较，并通过智能决策系统，调控作物生长环境以达到理想生长状态。智能决策算法在Web应用程序中运行，通过控制模块与中央控制软件的Socket通讯实现智能决策控制。以温度智能决策为例，温度智能决策控制流程见图6。

3.7报警显示模块

报警显示模块提供语音报警或者短信报警2种形式，当某一温室设置的属性值达到报警状态时，系统会通过语音或短信形式向温室管理人员发送温室编号以及温室属性。报警显示模块流程见图7。

3.8控制模块

控制模块包括远程手动控制和自动控制2个功能，需要一定的权限才能进行操作。

手动控制通过点击界面上执行机构按钮来进行对应机构开关操作，按钮采用Flash制作，当机构处于停止状态时Flash图标为灰色静止图标，当机构运行时，Flash图标为彩色动态图标。本系统所用执行机构主要包括风机、天窗、湿帘、遮幕、自动喷灌系统和补光灯，通过执行机构的动作，调控现代农业

馆内温室的温度、湿度、CO2和光照强度等。

自动控制通过当前环境参数（包括温度、湿度和光照强度）与作物适宜环境参数的对比，结合模糊控制理论生成的规则表进行判断，以达到自动控制执行机构的目的。控制模块流程见图8。

4调试运行结果

开发的智能温室管理系统界面见图9。该系统在江苏农博园中的现代农业馆中运行工作2年多时间以来，系统运行稳定、性能可靠，实现了对温室环境温度、湿度、光照、土壤湿度、CO2浓度等数据的全天候自动采集与智能控制，并能通过互联网网络终端进行远程网络监控，提高了温室系统的智能化水平，减少了劳动管理成本，提高了温室管理效率，运行效果达到设计预期。本智能温室管理系统还在周边农业科技示范园区及农业企业进行推广应用，并取得了较好成效。

参考文献：

[1]熊迎军，沈明霞，刘永华，等.混合架构智能温室信息管理系统的设计[J].农业工程学报，2012，28（增刊）：181-185.

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[11]石军锋，马永昌，陈建.一种基于无线传感网络的温室Web监控系统[J].农机化研究，2009，31（5）：76-79.endprint

3.5实时信息监测模块

实时信息监测模块，允许用户随时随地查看温室当前的环境信息，包括实时数据、实时视频、传感器节点拓扑信息及虚拟温室，并以曲线或者数据的方式显示各个采集节点的实时数据。虚拟温室通过VisualGraph平台提供的函数和原始基础图形等构建现实温室的虚拟图，模拟现实温室中设备（风机、湿帘、天窗等）的运转情况，实现虚拟温室与现实温室同步运行。

实时信息监测模块采用Flash动画设计温度、湿度、CO2浓度和光照强度等按钮，当鼠标按下按钮时，通过Fluorine网关调用，Net中GetSqlData类的GetRealtimeData方法获取当前数值，并在Flash动画按钮中显示环境参数值和时间。实时信息监测模块的流程见图5。

3.6智能决策模块

智能决策模块主要进行作物生长条件的控制，通过设置温室作物的生长环境参数如温湿度、光照和CO2浓度等使其达到合适范围，进行温室作物的全自动、智能化控制。采集实时参数与设定值进行比较，并通过智能决策系统，调控作物生长环境以达到理想生长状态。智能决策算法在Web应用程序中运行，通过控制模块与中央控制软件的Socket通讯实现智能决策控制。以温度智能决策为例，温度智能决策控制流程见图6。

3.7报警显示模块

报警显示模块提供语音报警或者短信报警2种形式，当某一温室设置的属性值达到报警状态时，系统会通过语音或短信形式向温室管理人员发送温室编号以及温室属性。报警显示模块流程见图7。

3.8控制模块

控制模块包括远程手动控制和自动控制2个功能，需要一定的权限才能进行操作。

手动控制通过点击界面上执行机构按钮来进行对应机构开关操作，按钮采用Flash制作，当机构处于停止状态时Flash图标为灰色静止图标，当机构运行时，Flash图标为彩色动态图标。本系统所用执行机构主要包括风机、天窗、湿帘、遮幕、自动喷灌系统和补光灯，通过执行机构的动作，调控现代农业

馆内温室的温度、湿度、CO2和光照强度等。

自动控制通过当前环境参数（包括温度、湿度和光照强度）与作物适宜环境参数的对比，结合模糊控制理论生成的规则表进行判断，以达到自动控制执行机构的目的。控制模块流程见图8。

4调试运行结果

开发的智能温室管理系统界面见图9。该系统在江苏农博园中的现代农业馆中运行工作2年多时间以来，系统运行稳定、性能可靠，实现了对温室环境温度、湿度、光照、土壤湿度、CO2浓度等数据的全天候自动采集与智能控制，并能通过互联网网络终端进行远程网络监控，提高了温室系统的智能化水平，减少了劳动管理成本，提高了温室管理效率，运行效果达到设计预期。本智能温室管理系统还在周边农业科技示范园区及农业企业进行推广应用，并取得了较好成效。

参考文献：

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