基于Web的茶叶物联网远程智能控制系统的设计

2016-03-30邱富军泸州职业技术学院四川泸州646005

福建茶叶 2016年2期

邱富军（泸州职业技术学院，四川泸州646005）

邱富军
（泸州职业技术学院，四川泸州646005）

摘要：物联网的作用之一就是将物与人连接起来，基于Web的茶叶物联网远程智能控制系统的设计，茶农只需通过电脑或手机终端即可浏览图像，让茶园尽收眼底。根据茶叶物联网的监测记录，可以及时分析应对气候异常、土壤生态变化等环境因素，实现自动灌溉、驱虫防病等工作，提高茶叶的质量和产量。

关键词：茶叶物联网；远程智能控制；系统设计

近年来，农业物联网技术的广泛应用，为农业科技创新提供了较强的技术活力。2012年中央一号文件突出强调部署农业科技创新，提出要把推进农业科技创新作为“三农”工作的重点。农业物联网技术改变过去完全依靠经验的落后方式，从而整体而系统地将传统农业打造成自动、智能、高产农业，对调整当前茶叶产业结构，加快农业生产发展方式转变有着重要意义。

1　茶叶物联网概述

物联网的本质是物与物利用相关传感设备，与红外、无线技术或者互联网技术进行充分的绑定，最终达到人对物的智能化管理。所谓茶叶物联网，是指将大量的传感器节点构成监控网络，通过各种传感器采集信息，帮助茶农及时发现问题，并且准确地确定发生问题的位置，这样农业将逐渐地从以人力为中心、依赖于孤立机械的生产模式转向以信息和软件为中心的生产模式，使用各种自动化、智能化和远程控制的生产设备，实现农业增效、农民增收。

在茶叶物联网控制系统的研发阶段，需要对茶叶生长环境的参数进行监测，因为对茶叶的生长造成最大影响的就是空气的温湿度、土壤温湿度、二氧化碳浓度、光照强度等参数。所以，确保远程监控系统的实时性、精准性、可靠性就是Web开发技术的要点。我国关于茶叶物联网智能化尚处于研究阶段，尤其对于茶叶产业的Web远程控制设计还是空白。伴随着我国通信技术与互联网技术的全面发展，探索茶叶物联网的智能化远程控制就具有非常重要的现实意义。

2　茶叶物联网远程智能控制系统的结构设计

茶叶物联网可以实时监控茶园的雨量、光照、土壤养分、病虫害情况等，实现茶叶生长、采摘加工、储存销售、终端销售等各个环节的全程记录。茶农通过这套物联网设备，可以进行土壤检测、自然灾害预警和病虫害防治，对采集的信息可以通过专家会诊，专家在线帮助茶农实现增产、科学化管理，以及精细化制作。茶叶物联网让更多的茶农及时得到农技服务，实现茶园与农技无缝对接，保障茶农能够通过终端设备看到茶叶的全过程种植、采摘加工、仓库传输，销售等一系列信息。茶叶物联网远程智能控制系统直接通过网络实时监控，从种植、采摘、加工等各生产加工环节以及成品茶分拣、包装、物流等全过程，这些数据时时传递、终端备份留存，根据这些数据，实现产品质量可溯源，为产品“从育苗到茶杯”提供了绿色安全通道。

2.1框架说明

茶叶物联网远程智能控制系统的结构由三部分组成，分别为硬件设施、服务器端、Web客户端。其中，硬件设施部分最先通过可移动无线传感网络节点组成多跳通信、自组织智能网络系统，满足于分布式多点采集；然后再利用GPRS网络将第一时间搜集而来的数据输送到服务器端的数据库中；服务器同步对这些数据进行分析与整理，不仅如此，服务器还肩负着远程管理Wed客户端的工作；Web客户端设计取决于B/S架构的Web页面，可以满足广域网的广大用户的访问与管理，同时公布茶叶生长的空气温湿度、土壤温湿度等参数。

远程智能控制系统在设计初期充分权衡了操作人员使用的便捷性，通过互联网的Web页面，让控制系统的应用能够更为灵活，有着十分强大的通用性，这也更加便于后期系统的升级和维护工作。通过Web客户端页面，操作人员能够在带有IE浏览器的电脑上远程操作管理，在使用上极为方便。

2.2数据库设计

众所周知，数据库的功能主要有两方面，一是对实时数据的存储或是读取，二是对数据的历史查询。基于Web的物联网远程监控系统中，数据库位于服务器端，利用接口调用，可达到即时的数据接收与数据存储。茶叶物联网的监测设备是数据库的数据来源，利用传感技术和GPRS网络进行链接，能够将取得的实时数据信息第一时间输送至服务器端进行解析与解决，在服务器对数据进行处理之后，将相应的数据结果存储在数据库中。Web客户端只需要利用浏览器就能够进行即时访问、实时浏览、以及对数据采集模块展开远程控制。Web客户端通过时间模块来分配任务、不间断刷新，利用浏览器向Web服务器输送请求，再将请求转发至数据库，数据库服务器响应请求，把最新的数据呈现于Web页面上。数据库设计中的数据存储主要是采取单节点存储的这个形式，将各个节点采集的数据看作是个体的数据存储在数据库中，操作人员能够立即知道茶叶物联网中各个环境参数，这让监控数据能够更为及时精准。

3　茶叶物联网的Web控制设计

茶叶物联网通过采集设备对茶园环境的温度、湿度、光照、风向等进行检测，再由远程数据传输网络及时发往服务器终端，对茶叶进行实时动态监控管理。在茶园里安装物联网传感器，茶农坐在家里只需通过一部手机或者电脑就可及时地掌握虫害信息，作出最权威的处置。尤其针对茶叶的绿盲蝽虫害，茶叶物联网技术实现了虫害数据采集、处理、分析以及信息终端传递的即时化，只要有虫害发生，茶农当天就可通过Web终端接收到害情的准确情况和处置办法。根据专家评估，如果茶叶物联网技术应用到其他虫害的防治和施肥等生产环节上，每亩平均能增加50%的效益。所以，本文在此探讨茶农接受远程数据的Web终端控制系统的设计过程。

3.1异步Web数据交互

异步JavaScript和XML技术是交互式网页应用的一种开发技术，属于为Web数据交互请求提供支撑的技术，其很大程度上开发了Web浏览器的内在功能，也衍生出了无数的新特性。过去很长一段时间的Web应用是采取同步交互过程，浏览器只要完成某个动作，操作人员皆需要耗费很长的处理时间才可以重复接下来的动作，这主要是因为客户端浏览器需要重新载入所有页面。在远程智能的管理系统中，Web页面在切换到历史数据查询时，一旦采取过去的交互办法，就会在呈现历史数据时产生整个页面刷新，从而导致页面出现抖动，更有甚者会形成加载滞缓，严重影响到视频效果。远程操作采用基于异步的JavaScript和XML技术的形式，可以让用户进行更为流畅的操作体验。

异步JavaScript和XML引擎在客户端浏览器与Web服务器之间，利用客户端JavaScript语言调动XHR对象触发异步JavaScript和XML引擎出现Http请求，不需耗费时间等服务器响应，服务器传回可扩展标记语言格式数据，通过JavaScript语言操作Document Object Model满足于Web页面的动态局部更新。这种技术设计在相当程度上降低了多余的无谓请求和服务器产生的响应负担，不仅如此，也弱化了带宽的耗费，完善了用户体验。

3.2信息交互设计

根据远程智能控制系统的设计，在Web远程监控的基础上，数据信息在茶叶物联网设备与浏览器间的交互主要以两种过程展开。

一是利用服务器端的数据库实施实时通信。以数据库通信为基础是强调客户端与茶叶物联网硬件控制之间以数据库为中间站，远程监控系统发送的命令，会先记录在数据库，客户端定时性对数据库展开查询，一旦发现新的命令就会第一时间实施处理。服务器端收集来自茶叶物联网监测的实时数据，将有关参数传送至数据库中，客户端访问数据库即获得所需信息。这种交互的过程其优势就在于有着很大的开放性，并且实时性也相对更高，只需访问数据库就能够即时获得现场信息。

二是通过Socket编程完成Transmission Control Protocol实时通信。客户端与茶叶物联网是在Socket通信的背景下完成，有着很强的实时性，两者间能够利用服务器端作为中转站展开通信。因为服务器端能够与硬件设备进行通信，因此，远程智能监控系统能够利用Socket将指令传送到服务器端，接着传递到硬件设备，再存储至数据库中。这种通信交互很好的处理了时间滞后的问题，有着较好的实时性。

3.3设备的远程控制模块设计

设备的远程控制属于控制系统设计中无可取代的关键部分，远程控制系统需要全面权衡用户的现实需求，设计手动与自动两种控制办法。其重点在于实施Web客户端和服务器端的通信，客户端输出的指令在指定端口输入服务器端，后者又再传送给控制设备，最终实现远程智能控制的效果。

茶叶物联网按照茶叶种类及其生长情况创设控制参数模型，例如湿度传感器会不间断不定时的搜集湿度数据，一旦所搜集到数据大于参数，控制系统就会提示警告（其形式可采取短信提醒的方式）。在操作人员选择自动灌溉时，硬件设施就会控制水闸自动打开，传感器同步展开监控，操作人员也可通过手动控制完成开关，按照自身的茶叶种植经验选择灌溉时间等。