基于Java的温室远程控制系统的研究
张飞霞;朱亨银
【摘 要】主要介绍了一套温室智能控制系统,利用上下位机的通信将温室环境因子以及设备运行状态传递给数据库,然后通过Java Web的开发,使得身处异地的管理者能够观测,并控制温室的运行状态,从而实现异地办公。%In this paper,a set of intelligent control system for greenhouse was introduced,which transferred the greenhouse environment facotr and the equipiment operation station information to the database and by the developemnt Java Web,the manager at different place could observe and control the greenhouse.
【期刊名称】《农业网络信息》
【年(卷),期】2011(000)008
java技术专家【总页数】3页(P14-16)
【关键词】无线通信;Java;Web;异地办公
【作 者】张飞霞;朱亨银
【作者单位】福建农林大学机电工程学院,福建福州350002;福建农林大学农业工程系,福建福州350002
【正文语种】中 文
【中图分类】S126
智能温室在培养花卉、反季节蔬菜，以及一些经济作物等方面有着广泛的应用。近年来，电子技术和信息技术的飞速发展实现了农业生产与管理的自动化，带来了温室控制与管理技术方面的一场革命，对于农业生产的增产增质增量产生了巨大的经济效益与社会效应。
近年来，国内温室大棚控制系统取得了较快的发展，但普遍居于较低端水平。虽然也有不少单位或个人引进了一些国外的计算机智能控制系统，但昂贵的引进费用、繁琐而又艰难的维护、较低的经济效益成为国内温室智能化发展进程的一大阻碍，实现农业智能化对于大部份农民来说还是可望而不可及。开发低价位、实用型的农业智能计算机系统对于推进我国农业智能化进程具有较为重要的意义，同时也具有很大的市场商机。针对该问题，提
出了一套以单片机为核心的控制系统，通过无线通信方式与上位机进行通信，进而使其与Internet互联，使身处异地的用户也能实时观测控制温室运行状态，为管理者提供信息支持，实现异地办公。
1 总体方案
系统利用以单片机为核心的下位机控制系统，通过无线通信与上位机进行实时通信，再通过网络将温室的气候因子及设备运行状态传送给远程办公人员，使其能够对温室进行管理。整体系统框图如图1所示[1]。
2 控制系统
下位机的设计主要分为硬件系统和软件系统。软硬件的设计都至关重要，只要有某部分设计不合理都会影响整个系统的运行。
2.1 硬件
硬件是整个系统的物理基础，软件的实现依赖于硬件。系统的硬件主要采用单片机为处理
核心，配合无线通信、MAX7219驱动显示电路、键盘电路和红外遥控电路、温湿度和光照度采集电路、时钟模块电路、ISP在线编程等模块构成下位机控制系统。整体框图如图2所示。
2.2 软件
在单片机应用系统设计中，硬件是软件实现的基础，而软件是硬件的灵魂。同样的硬件电路，如果配套不同软件系统，则其系统的性能和可靠性将大不相同。
2.3 抗干扰问题
在实际温室应用中，现场的环境往往是比较恶劣的，如温室中的环境受温度湿度变化、酸碱盐的作用、腐蚀性气体等因素影响，往往会给系统造成许多干扰，导致系统不能正常使用甚至崩溃。因此，是否具有良好的抗干扰能力是衡量单片机系统的重要指标。对于温室环境的各种干扰，必须采取抗干扰措施，否则难以稳定、可靠地运行。抗干扰主要可以从硬件和软件两方面着手[2]。
硬件抗干扰技术能有效抑制干扰源，阻断干扰传输通道，是首选的抗干扰措施。常用的硬
件抗干扰措施包括[3]：滤波技术、去耦技术、屏蔽技术及接地技术。例如，20mA电流环技术可以降低对噪声的敏感程度。本设计是综合各项因素尽可能采用各种抗干扰技术，以求系统能较为稳定可靠地工作。
软件抗干扰具有节省硬件资源、降低成本、提高可靠性和稳定性、功能多样、设计使用灵活等优点。它与硬件手段互补、相辅相成，更能提高系统的可靠性。可以采用软件陷阱、利用冗余指令、设置程序运行监视系统 （WDT）和采用软件滤波等技术进行抗干扰。
3 桌面软件
本设计在NETbeans环境下用Java语言设计出友好的上位机监控界面。上位机实现的功能为通过无线通信获得下位机采集到的数据，并将其保存在Oracle数据库中。同时设置各环节参数的阈值，观看数据曲线，输出控制下位机设备的运行，紧急情况报警。使用Java做桌面软件的优势如下：
（1）跨平台，移植性好[4]；
（2）模块封装完善，扩展性强；
（3）在手机开发领域优势明显，为本项目的扩展提供良好基础；
（4）面向对象，各个模块区分十分方便，独立的Java互相调用就可以实现；
（5）具有较多不错的的IDE，开发便捷；
（6）用来写桌面，盗版的问题基本可以解决；
（7）安全性较好。
4 远程控制的实现
随着网络技术的出现，有效地延伸了信息技术应用领域[1]。基于Web的各类农业信息系统正在成为重要的研发与应用平台。通过采用无线远程的监控技术，可方便地实现移动网络办公、远程管理及应用专家知识的诊断。把农业专家知识与温室的实时远程监控技术相结合，将有效地实现异地智力资源的共享和数据信息的共享。
4.1 系统体系结构
本系统开发采用的Java Web技术，Web应用服务器由Apache和Tomcat来实现。系统在体系结构上采用B/S（Browser/Server）模式，系统服务器端则采用C/S（Client/Server）模式，完成实时数据的采集、
处理、存储等工作，通过Tomcat网络服务器再将信息发布到各客户端。平台选择Windows平台，数据库选择Oracle，基于J2EE平台开发Web工程，开发工具采用Myeclipse和Netbeans等。
4.2 系统功能模块
（1）实时数据显示。在图表上显示实时观测资料，可查看当天某一环境因子的观测数据走势情况，为决策人员的实时决策提供科学依据。
（2）历史资料查询。查看观测站的各种气象因子的观测信息，查询过去某一时间段的某一观测因子的走势情况，并具有数据汇总、分类查询的功能。
（3）专家系统[6]。实现了对温室气候控制、温室作物生长条件、温室成本控制与温室节能控制四个知识库的知识更新。其中：作物生长知识包括白天或黑夜作物生长的温湿度、光
照的警戒点和适宜点；气候控制知识包括部分环境因子控制的先后顺序选择；成本控制知识包括水电价格和各种设备的功率、能耗等；节能控制包括为保护温室设备和异常情况发生的最短开启时间，即设备开启后至少需要运行的时间，使用者可以进行查询也可以进行更改。当用户点击专家控制页面时，系统将当前知识库内容显示在页面中，用户可以在当前基础上更改，最后按知识更新按钮更新知识库。用户如需要查看温室专家系统的所有知识时，按知识下载按钮，系统允许用户下载当前数据库中的知识。
（4）远程操控。用户可以登录网页查看温室各环境因子及温室设备的实时运行状态，如有必要可以直接在网页更改各项参数，Internet将数据传回数据库，从而与下位机进行通信，间接实现对温室的控制，使异地办公成为可能。
5 结束语
本系统在该设计的基础上还有较大的开发空间，未来可以进行手机短信开发，及时将温室的运行状态通过手机短信告知管理者。另外，设计只是基于单一温室设计，未来可以扩展成温室一站式管理，以方便用户管理。
参考文献
[1]Dae-Heon Park,Beom-Jin Kang，Kyung-Ryong Cho,Chang-Sun Shin，Sung-Eon Cho，Jang-Woo Park,Won-Mo Yang.A Study on Greenhouse Automatic Control System Based on Wireless Sensor Network[J].Wireless Pers Commun,(2011)56:117–130.
[2]郑慧珍.东南型温室降温智能控制系统[D].福州:福建农林大学硕士论文,2010,25-26.
[3]王幸之.单片机应用系统抗干扰技术[M].北京:北京航空航天大学出版社.