基于SSM的大棚环境参数监测系统设计

    樊红娟

    

    

    

    摘 要：大棚温湿度、光照等参数对农作物的产量影响重大，精确掌握大棚中的环境参数显得尤为重要。开发了一套基于SSM的大棚环境参数监测系统，采用STM32F103作为主控制模块，配合温湿度传感器、光照传感器对大棚环境参数进行监测，并通过LoRa传输模块把数据传送至服务器端，服务器端采用流行的Java框架SSM进行开发，实现了对大棚环境参数数据的存储和统计分析。系统测试结果表明，能够采集所需参数，并且误差在合理范围之内，验证了系统的可行性。

    关键词：LoRa;粮情监测;系统;Java

    农作物的生长需要合适温度、湿度、光照等条件，尤其是大棚中的农作物，这些条件对其生长起着决定性的作用。传统的大棚环境参数的监测方式主要是靠经验，或者借助相关仪器进行测量、记录，不仅耗费人力和物力，而且效率低下。随着计算机和物联网技术的不断发展，越来越多的环境参数监测产品被研发出来，并被应用到各个领域[1-3]，例如在智能农业领域中，人们可以根据监测结果人为的控制大棚中农作物的生长环境，提高了产量，增加了收入。本文采用SSM技术，设计了一种大棚环境参数监测系统，该系统能够进行大棚环境参数的实时监测，并把监测数据发送到服务器端，用户可通过手机或PC机进行数据的查看、统计等操作，节省了人力物力，实现了农业大棚管理的智能化。

    1 系统总体框架

    大棚环境参数监测系统共包括四部分：手机端或PC端交互界面、监测终端、服务器端后台管理系统和数据库。

    用户通过手机APP或者PC机上的IE浏览器对系统进行访问，手机APP或者PC机通过互联网连接到有固定IP的服务器，服务器端后台管理系统根据客户端的请求，在数据库中查询响应的数据，并反馈给客户端（手机APP或者PC端浏览器）。服务器端后台管理系统的功能设有用户管理、基础设置、数据监测、数据分析和预警管理等功能[7]。而环境监测终端把监测获取的大棚环境参数通过LoRa模块发给服务器端，服务器端软件负责把环境参数存入数据库。其系统总体框架如图1所示。

    多个监测终端同时向数据库传输数据会产生冲突，所以在设计终端时加入了CSMA/CA机制，可以监听信道的状态，做到延迟避让，避免了冲突。

    2 系统设计

    2.1 硬件部分设计

    环境参数监测终端负责大棚中温湿度、光照等参数的采集，并能够把采集的环境参数实时发送到服务器端。监测终端采用SMT32 F103作为核心控制器，其外设包括8个模块：LoRa模块、报警模块、电源模块、复位电路、时钟电路、JTAG接口、光照监测模块和温湿度监测模块。其结构如图2所示。

    STM32系列控制器具有性能高、成本低、功耗低的特点，非常适合用于嵌入式应用系统的控制器。LoRa技術属于窄带物联网技术，是低功耗广域网的典型技术之一，因其具有传输距离远、功耗低、成本低、灵敏度高和抗干扰能力强等优点，所以非常适合非正常环境中小数据量的远距离传输，在本文中负责把采集终端采集的环境参数发送到服务器。温湿度监测模块采用DHT11数字温湿度传感器，具有响应速度快、抗干扰能力强和性价比高的优点，其湿度精度为±5%RH，量程为20%～90%RH，温度精度为±2℃，量程为0～50℃。光照监测模块采用BH1750FVI，BH1750FVI是一种用于两线式串行总线接口的数字型光强度传感器，可输出对应亮度的数字值。

    电源模块用于给监测终端供电，而报警模块则用于产生报警信号，报警信号是在温湿度数值或者光照数值超出系统设置的阈值时产生，也是由LoRa传输模块传给服务器，而JTAG接口用于从上位机下载程序。

    2.2 软件部分设计

    2.2.1 采用技术

    本系统的前端交互界面采用HTML5技术进行开发，应用了bootstrap框架，该框架具有优秀的响应式布局，能够更好的兼容移动设备，所以手机端和PC端都可以访问该界面。该交互界面不仅操作简单，而且能够自动适应各种品牌、型号的手机和常用的PC端浏览器。

    系统管理后台的开发采用当前流行的Java轻量级框架SSM（SpringMVC+Spring+MyBatis）在系统开发中，对三个框架进行了较好的整合，提高了系统的开发效率和稳定性。

    2.2.2 系统后台管理的功能设计

    本系统的后台管理包括用户管理、基础设置、数据监测、数据分析和预警管理等五大模块，其功能模块结构如图3所示。

    用户管理模块用于管理员对系统用户的管理，根据权限，本系统的用户可以分为两类：管理员用户和一般用户。管理员用户有增加、删除、修改、查询一般用户的权限。

    基础设置模块是对大棚环境参数监测点进行基本设置的模块，主要包括对监测点增加、删除、修改和查询等操作，对监测点温湿度监测模块、光照监测模块的阈值设置等操作。

    数据监测模块是与监测点对接的模块，可进行实时监测，也可进行手动监测，接收监测点发送过来的数据，并把数据存入相应数据库。而数据分析模块是对数据库中的数据进行统计分析，并能生成报表和柱状图。预警管理模块是对监测点发送过来的预警信息进行管理，这些预警信息是指超过设定阈值的温湿度和光照值。

    2.2.3 数据库设计

    本系统采用MySQL数据库作为后台数据库来存储系统数据。根据对大棚调研和需求分析，设计了用户信息表、环境参数表、采集终端信息表、数据信息表、报警信息表等十个数据库表来存储系统的数据。其中采集终端信息表如表1所示。

    3 系统测试

    为了验证本系统的有效性，选用市面上的常用的手持数字测温仪和测湿仪对实验监测点测量温湿度，并与本系统的测温结果进行了对比。对比结果如表2所示。

    4 结语

    本文采用LoRa技术和SSM框架开发了一款大棚环境参数监测系统，系统前端采用HTM5技术，并采用bootstrap框架，后台管理采用SSM框架进行开发，并用MySQL数据库作为后台数据库。环境参数采集节点采用STM32系列芯片作为主控芯片。实验结果表明，本系统能够对大棚温湿度、光照等参数进行监测，并能够把参数存入数据库进行数据分析，达到了预期效果。

    参考文献：

    [1]赵文婧，秦刚，陈忠孝，徐杰.多参数智能滑坡监测系统的设计[J].国外电子测量技术，2019，38（10）：75-78.

    [2]李洪涛，巴兴强.基于嵌入式系统的汽车制动参数采集与监测系统[J].科学技术与工程，2019，19（32）：254-260.

    [3]方鹏，姚克，王松，赵良.煤矿井下定向钻机钻进参数监测系统研制[J].煤炭科学技术，2019，47（12）：124-130.