移动终端在农业物联网工程中的应用研究*

李 超，杜 旭，陶佳星，谭 旺，郭慷慨，曹文靖

(佳木斯大学信息电子技术学院，黑龙江 佳木斯 154007)

移动终端在农业物联网工程中的应用研究*

李 超，杜 旭，陶佳星，谭 旺，郭慷慨，曹文靖

(佳木斯大学信息电子技术学院，黑龙江 佳木斯 154007)

随着近年来以手机、平板为代表的智能移动终端技术和物联网技术的不断发展，利用移动终端本身的特性，结合良好的农业物联网设计结构，可对农业生产实现快速实时监控，使农业生产变得更加智能化、信息化、便携化，同时还可大大解放生产力，提高生产效率，提高农业生产的灵活性，让农业生产变得智能、方便。

移动终端；农业物联网；远程监控

近年来，随着物联网概念的提出，逐渐受到了各个相关企业，各国的政府机构以及学术界的广泛关注与研究。其主要是因为物联网背后存在的巨大商业价值与科学前景[1]。但从目前物联网发展形式来看还处于初步阶段。实际上物联网这一概念最实质的概念在于两点，一个是通过网络协议的形式进行物与物之间，物与用户之间信息交互。但像移动终端与物的通信只有两种；一种是接触式，就是设备与设备之间通过数据导线进行连接；另一种为非接触式，即通过各种通信协议进行未接触式传播。物联的另一个实质性问题是在于感知。通过无线传感器等进行数据的采集。感知信息是物联的主要的组成部分，也是信息的主要来源。

在被称为信息时代的今天，怎样更实时、快速、准确的获取信息已经成为各个行业的目标追求。只有获取更有效的信息才能合理的规划、协调、管理和控制各方面的资源。而在这方面大众关注的一直在工业方面。在被称为农业大国的中国，其农业智能化方面的研究少之又少。在移动终端功能日益强大的今天，如何让移动终端对农业的信息进行有效的应用，俨然已成为我们关注的问题。

本研究的主要目的是如何把移动终端和农业物联网工程有效的结合使用。使农业的生产、种植、培育以及土壤的温湿度、气候方面进行检测保证农作物生产的效率与质量，解决老百姓的后顾之忧；另外实时的数据对于农作物的生产也将起到很大的促进与改进作用，拉近了人与农业生产方面的距离。通过加强这种动态的管理，最终能实现对农业的资源调配、人力协调、农作物的旱涝、肥料施加等方面的合理准确的管理。

1 移动终端在系统中的应用方案设计

组态软件是工业自动化软件的重要分支，所谓组态就是利用工控软件中提供的工具和方法来完成工程中的某一具体任务的过程。组态软件主要具备以下功能及特征：工业过程动态可视化、数据采集和管理、过程监控与报警、生成报表、为其他企业级程序提供数据、简单的控制、批次处理等本系统就是根据其中的一些进行组建，在整个系统结构中有移动终端、互联网、组态云屏、总线网络、远程控制终端、传感器和被控设备等。在整个系统应用中，移动终端在其中负责人机交互的作用，移动终端通过移动互联网访问组态云屏中的数据库，组态云屏通过工业总线网络访问并控制多个远程控制终端，并将得到的数据存入数据库，远程控制终端负责完成传感器数据的采集和控制被控设备的具体操作[2]。整体框图如图1所示。

整个系统中共分为6层：

1)移动终端层：主要是完成人机交互的作用，提供显示实时数据和系统状态的窗口和控制输入的移动平台。

2)互联网层：提供移动终端到主机服务器的通信的技术平台，在移动终端和主机服务器之间建立可靠的连接路径。

图1 移动终端在系统中的应用方案整体框图

3)主机服务器层：是整个系统的核心层，向上它负责提供移动终端访问的数据库服务，向下完成对总线互连层上的设备进行访问与控制的作用。

4)总线互连层：完成多个设备的访问连接的物理线路，可采用有线连接(如RS485)，也可采用无线连接(如ZigBee)。可通过移植统一的通信协议(如Modbus协议)进行统一有效的通信。

5)控制单元层：完成对传感器数据的采集和对被控制设备的输出，如采集温度传感器数据和对水泵的控制等。

6)传感器和被控设备层：负责完成具体操做的执行机构，如水泵、电磁阀、温度传感器等。

2 移动终端在农业物联网工程中的应用开发

在某农业物联网工程中的“水稻催芽车间远程数据采集”和“采摘园大棚智能控制”两个子项目中，我们采用了移动终端在系统中的设计方案，实现了通过移动终端浏览和控制功能的工程应用。

2.1 水稻催芽车间远程数据采集项目

本系统主要通过结合计算机技术、单片机控制技术、传感器技术和SNWSCADA手机组态技术来实现自动化、智能化、规模化的水稻催芽生产。水稻催芽过程中至关重要的两项因素是温度和水分，因传统的催芽方式不能对这两项因素进行精确的控制，便常常出现种子成活率低、烂种、烧种、稻芽瘦弱和全部死亡等现象，农户因此遭受巨大的经济损失，本系统不仅能对环境因素进行精确的控制，而且能对水稻生产中的各个阶段进行全方位实时监控。

2.1.1 水稻催芽车间远程数据采集系统方案

该套远程数据系统由主机、无线ZigBee网、数据采集终端组成。系统采用高性能的ZigBee组网模块接合Modbus协议[3]，通过工业级RS485实现远距离传输。另外采集使用锂电池供电的采集模块，节省现场布线的烦恼，由接收模块接收数据上传到云屏，系统具体实现过程整体构建如图2所示。

图2 水稻催芽车间远程数据采集整体构建图

2.1.2 水稻催芽车间远程数据采集主机部分

主机服务器及移动终端的界面开发是采用CNWSCADA组态软件开发平台，该开发平台集成单机版组态软件、WEB发布、安卓APP、苹果APP、花生壳穿透等功能，既具备常用组态软件的功能(如Intouch，Wincc，IFIX，组态王，力控等)，更有其特质：自动生成APP、支持互联网穿透、支持3D、支持百度地图、支持万能协议、报警方式多样化(短信、邮件、APP推送报警、微信)。配套软件又分为人机交换版本(CNWHMI_Touch)和网络版本(CNW网络版_PC)两个版本[4]。

使用开发软件开发出的水稻催芽车间远程数据采集界面，如图3所示。

在终端设备上实际应用效果，如图4所示。

2.2 采摘园大棚智能控制项目

采摘园大棚智能控制系统集传感器、自动化控制、通讯、计算等技术于一体，通过用户自定义作物生长所需的适宜环境参数，搭建大棚智能化软硬件平台，实现对大棚中温湿度、光照、CO2浓度等因子的自动监测和控制。

该系统可以模拟基本的生态环境因子，如温湿度、光照、CO2浓度等，以适应不同生物生长繁育的需要，它由智能监控单元组成，按照预设参数，精确的测量大棚的环境、土壤参数等，程序所需的数据都是通过各类传感器实时采集的。

该系统的使用，可以为植物提供一个理想的生长环境，并能起到减轻人的劳动强度、提高设备利用率、改善大棚气候、减少病虫害、增加作物产量等作用。

图3 水稻催芽车间远程数据采集控制开发界面

图4 终端设备上应用界面

2.2.1 采摘园大棚智能控制系统

整个系统主要由四大部分组成：数据采集部分、数据传输部分、数据管理中心部分、移动终端部分[5]。采摘园大棚物联网架构如图5所示。

1) 移动终端层(远程操作中心)：硬件主要包含手机、平板手机、平板电脑、笔记本等终端设备，在设备浏览器上通过设置的服务器IP及端口号进行远程登陆和访问，还可通过P2P的方式实现外网穿透，进行远程操作。软件部分包含CNWSCADA(网络版)组态浏览器和手机APP(TsBrowser)。

2) 数据管理层(云平台/服务器/数据库)：硬件主要包括：工作站电脑、服务器；软件主要包括：数据库软件、采摘大棚智能监控系统软件平台(采用B/S结构，可以支持在广域网进行浏览查看)。

3) 数据传输层(数据通信网络)：采用ZigBee模块传输数据，该模块具备中继路由和终端设备功能，支持有线TTL、RS232、485与无线ZigBee的相互转换，通过无线ZigBee进行组网通信；系统无需布线构建简单、快捷、稳定；ZigBee模块无线组网模式具有：数据传输速率高、信号覆盖范围广、实时性强、安全性高、运行成本低、维护成本低等特点。

图5 采摘园大棚智能控制架构

4) 数据采集层(大棚硬件设备)：远程监控设备：远程监控终端；传感器：温湿度传感器、二氧化碳传感器、光照传感器、土壤湿度传感器；控制设备：水阀、喷灌电磁阀、风机、遮阳幕等。

2.2.2 采摘园大棚智能控制界面(见图6)

图6 采摘园大棚智能控制开发界面

通过以上两个项目可以看出移动终端在农业物联网上的应用价值，体现在灵活性上，可以快速的对农业生产作业情况进行了解，也可以进行快速控制，可以解放大量的生产力，同时增加人们的空余时间来提高生活水平，而且方便管理和监控。

3 结论

本设计是通过建立多个数据采集节点的方式采集所需要的采集信息，由Modbus协议结合RS485实现远距离传输和ZigBee模块进行组网，利用云数据库的强大功能，采用移动终端实现远程访问，达到实时监控的功能。在水稻催芽车间系统和采摘园大棚智能控制两个应用实例中，通过设置相应的IP，实现了移动终端的远程数据的采集和控制。对于农业生产起到了很大的促进作用。另外，该套系统方案在农业领域之外也有较高的应用价值[6]，如智能家居、工业控制等领域。

[1] 崔振山，马春光，李迎涛.物联网感知层的安全威胁与安全技术[J].保密科学技术，2012(11):61-65.

[2] 佚名.回顾与展望——组态软件的发展[J].自动化信息,2008(10):11.

[3] 杨更更.MODBUS软件开发实战指南[M].北京：清华大学出版社，2017.

[4] CNWSCADA(Version6.4.4)User’s Guide [K]，2016.

[5] 彭思翔.物联网技术在智慧校园建设中应用的现状与发展方向研究[J].电子世界，2017(4):91+93.

[6] 郭晨鲜,苏玉.电子信息技术在物联网中的应用与研究[J].电子世界,2016(22):108-109.

Research on the Application of Mobile Terminal in Agricultural IOT

Li Chao, Du Xu, Tao Jiaxing, Tan Wang, Guo Kangkai, Cao Wenjing

(SchoolofInformationandElectronicTechnology，JiamusiUniversity，JiamusiHeilongjiang154007,China)

In recent years, with the continuous development of mobile phone and tablet which as the representative of intelligent terminal technology and networking technology, the characteristics of the mobile terminal itself, combined with the design of good agricultural Internet of things, can achieve rapid real-time monitoring of agricultural production. The agricultural production has become more intelligent, information-based, portable, and can greatly liberate the productive forces, improve the production efficiency, improve the agricultural production flexibility, then make the agricultural production becoming intelligent and convenient.

mobile terminal; agricultural internet of things; remote monitoring

2017-04-20

2016年国家级大学生创新创业训练计划项目(201610222002)

李 超(1991- )，男，河南周口人，本科，研究方向：电子信息与通信。

杜 旭(1973- ),男，高级实验师，研究方向：物联网技术工程应用。

1674- 4578(2017)03- 0081- 04

TN929.5

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