基于B/S結(jié)構(gòu)和開(kāi)源yeelink平臺(tái)的智能溫室大棚的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王文科+燕磊

摘 要

基于 B/S結(jié)構(gòu)、開(kāi)源yeelink API進(jìn)行系統(tǒng)構(gòu)建和網(wǎng)頁(yè)發(fā)布，并采用MVC模式構(gòu)建頁(yè)面。實(shí)現(xiàn)了溫室大棚的數(shù)據(jù)可視化、達(dá)到更好的人機(jī)效果和用戶體驗(yàn)的系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠滿足當(dāng)前對(duì)溫室大棚的環(huán)境檢測(cè)和控制的需求。解決了C/S兩層結(jié)構(gòu)存在的可擴(kuò)展性、可維護(hù)性等缺陷，為設(shè)備保障、網(wǎng)站優(yōu)化布局提供了更好的實(shí)現(xiàn)方式。

【關(guān)鍵詞】B/S yeelink 溫室大棚

隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)不管是在研究領(lǐng)域還是實(shí)際的運(yùn)用都取得了很好的成果，但是也存在很多不足：

（1）農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的自組織網(wǎng)絡(luò)部署和信息傳輸技術(shù)還不夠完善，需要加強(qiáng)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)集成平臺(tái)建設(shè)；

（2）由于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)涉及面廣、技術(shù)多，目前針對(duì)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的通信協(xié)議還沒(méi)有統(tǒng)一，各自農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)也是采取自己設(shè)計(jì)的通信協(xié)議，將難以推廣物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)的應(yīng)用。

（3）常用的搭建系統(tǒng)的客戶端 /服務(wù)器結(jié)構(gòu)（ 簡(jiǎn)稱 C /S 結(jié)構(gòu)） 兩層結(jié)構(gòu)存在可擴(kuò)充性、 可維護(hù)性及安全性較差，已較難適應(yīng)信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的需要。本文從第三點(diǎn)的角度考慮來(lái)改善系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

B/S結(jié)構(gòu)（Browser/Server，瀏覽器/服務(wù)器模式），是WEB興起后的一種系統(tǒng)構(gòu)建模式。。B/S結(jié)構(gòu)從根本上來(lái)講是將C/S的兩層模型結(jié)構(gòu)擴(kuò)展為三層，在客戶端和數(shù)據(jù)庫(kù)中間加入了一個(gè)邏輯層，將應(yīng)用程序的業(yè)務(wù)規(guī)則、數(shù)據(jù)訪問(wèn)、合法性校驗(yàn)等工作放到了中間層進(jìn)行處理。

通過(guò)結(jié)合瀏覽器的各種腳本語(yǔ)言和Active X技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn) ，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)、維護(hù)和使用。由于統(tǒng)一了客戶端，所以具有很好的移植性。服務(wù)器端安裝SQL Server、Oracle、MYSQL等數(shù)據(jù)庫(kù)，瀏覽器通過(guò)Web Server同數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行交互。通過(guò)Ajax技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)程序在客戶端電腦上進(jìn)行部分處理，減輕了服務(wù)器端的負(fù)擔(dān)，并增強(qiáng)了交互性和實(shí)時(shí)性 。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 總體設(shè)計(jì)

應(yīng)用以太網(wǎng)模塊將實(shí)時(shí)收集的溫室大棚的環(huán)境信息，如溫度、濕度、光照強(qiáng)度等經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理之后發(fā)送到瀏覽器端，瀏覽器端的核心部分是yeelink平臺(tái)提供的API。管理者通過(guò)瀏覽器端的數(shù)據(jù)來(lái)根據(jù)需要進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。瀏覽器端顯示的數(shù)據(jù)可以幫助管理者對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、整理、融合。系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)方面功能。

1.1.1 溫室大棚環(huán)境信息采集

實(shí)現(xiàn)溫濕度傳感器、光照度傳感器、土壤水分傳感器等傳感器的數(shù)據(jù)采集，用于全方位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)農(nóng)作物的生長(zhǎng)環(huán)境。

1.1.2 溫室大棚環(huán)境控制

將傳感器采集的數(shù)據(jù)通過(guò)以太網(wǎng)模塊傳送到云平臺(tái)后，可以通過(guò)遠(yuǎn)程PC或手機(jī)終端控制實(shí)現(xiàn)，也可以通過(guò)設(shè)定域值來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制?？刂葡到y(tǒng)可以根據(jù)農(nóng)作物的生長(zhǎng)環(huán)境變化控制溫度控制系統(tǒng)、光照度控制系統(tǒng)和灌溉系統(tǒng)，用于全方位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)農(nóng)作物的生長(zhǎng)環(huán)境?？傮w設(shè)計(jì)如圖1所示。

1.2 硬件設(shè)計(jì)

溫室大棚的下位機(jī)采用以AVR為核心的Arduino微處理器。該處理器自身集成了大量的庫(kù)文件用來(lái)擴(kuò)展應(yīng)用，其中就有需要用到的Ethernet庫(kù)，可以非?？旖莸木帉懗绦?。Yeelink云平臺(tái)也提供了大量的與Arduino進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的實(shí)例。數(shù)據(jù)采集選擇DS18B20溫度傳感器、DHT11溫濕度傳感器和BH175FVI光照度傳感器分別完成對(duì)溫度、濕度和光照度的檢測(cè)；將數(shù)據(jù)處理后發(fā)送到控制器中進(jìn)行處理。硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

2 數(shù)據(jù)通信協(xié)議格式

為了實(shí)現(xiàn)客戶端與服務(wù)器端的數(shù)據(jù)通信，以及節(jié)點(diǎn)終端和移動(dòng)終端的信息通信與設(shè)備控

制，本文按照J(rèn)SON格式設(shè)計(jì)一套完整的溫室大棚通信協(xié)議。JSON（ JS 對(duì)象標(biāo)記） 是一種輕量級(jí)的數(shù)據(jù)交換格式。它基于ECMAScript規(guī)范的一個(gè)子集，采用完全獨(dú)立于編程語(yǔ)言的文本格式來(lái)存儲(chǔ)和表示數(shù)據(jù)。簡(jiǎn)潔和清晰的層次結(jié)構(gòu)使得 JSON 成為理想的數(shù)據(jù)交換語(yǔ)言。 易于人閱讀和編寫，同時(shí)也易于機(jī)器解析和生成，并有效地提升網(wǎng)絡(luò)傳輸效率。基本數(shù)據(jù)式：[{"sensor01"：0}，{"sensor02"：202}，{"sensor03"：1}，{"sensor04"：34}]。

3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

整個(gè)軟件操作部分采用模型-視圖-控制器模式（MVC） ，可以方便的支持不同的客戶端類型和個(gè)性化設(shè)置。

基于上述MVC模式，溫室大棚的管理系統(tǒng)借助于yeelink API文檔建立起Web與傳感器之間的數(shù)據(jù)交互，在組成上又可以劃分為：客戶端-Web服務(wù)-應(yīng)用服務(wù)-數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù) ，其中，Web服務(wù)層還可以細(xì)分為表現(xiàn)層、業(yè)務(wù)邏輯層以及數(shù)據(jù)層，在業(yè)務(wù)邏輯層與展現(xiàn)層之間的yeelink 云平臺(tái)相當(dāng)于邏輯控制層的數(shù)據(jù)傳遞中間件，其功能為轉(zhuǎn)發(fā)用戶操作至業(yè)務(wù)邏輯層。Web服務(wù)器負(fù)責(zé)接收瀏覽器用戶的請(qǐng)求，調(diào)用相關(guān)功能模塊進(jìn)行業(yè)務(wù)處理；數(shù)據(jù)服務(wù)器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理，以及響應(yīng)應(yīng)用服務(wù)器的數(shù)據(jù)請(qǐng)求，并發(fā)送相關(guān)的數(shù)據(jù)客戶端為用戶提供交互接口，發(fā)送用戶請(qǐng)求，接收Web間的交互合理分配，具備很強(qiáng)的可擴(kuò)展性和可移植性，使得整個(gè)系統(tǒng)易于維護(hù)。

4 結(jié)論

基于B/S架構(gòu)和開(kāi)源 Yeelink平臺(tái)的智能溫室大棚為用戶提供了良好的交互界面，使其可以直觀地了解和掌握溫室大棚環(huán)境的基本信息。管理者無(wú)須安裝任何客戶端軟件就可以在任何具備瀏覽器的機(jī)器上進(jìn)行業(yè)務(wù)處理，為用戶提供強(qiáng)大的遠(yuǎn)程操作功能。系統(tǒng)采用MVC分層，使系統(tǒng)具有很強(qiáng)的可維護(hù)性和擴(kuò)展性，既能夠滿足當(dāng)前的業(yè)務(wù)需求，又為今后的功能擴(kuò)展留有空間。

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