1、 毕业设计基于物联网的农田环境监控系统的设计与研究院 、 部： 计算机与信息科学学院 学生姓名： 指导教师： 职称 专 业： 计算机科学与技术 班 级： 计科 完成时间： I摘 要物联网所凝聚的就是当今互联网理念思想发展的更高层次的分化与融合，以物联网技术为平台基点的农田监控系统就是将当前物联网最新技术以及相关理念应用于农业，集中展现了物联网拓展的包容性以及农业信息化、智能化发展的大趋向，是从根本上提高农产品附加值，拓展农业发展的利器与策略，是一项惠及“三农” ，服务“三农”的科技型产业课题，对我国现阶段已甚至更长远发展有着深远影响，所以该课题的设计与实现具有非常重要的现实意义。系统基于当前的
2、物联网技术，结合农业温室作物培植技术，设计并实现了物联网农田环境监控，为种植户实现一个作物生长数据实时监控并提供相关技术与数据上的支持。本文建立实现路由+服务器模式，以服务器为核心模块，灵活搭建一个较为完善的数据监控系统。整个系统分为三个模块：服务器模块，数据采集模块，应用层模块。系统软硬件模块化功能划分，使得软硬件具有较高的分离度，对于后期维护与升级组网都很方便。整个系统是通过传感器将基本的监控数据利用 ZigBee 技术传送到局域网服务器，服务器对传感网络收集的数据进行容错筛选，再存储。管理者通过移动终端向服务器发出请求命令，服务器收到请求解析并做出相应的反应，从而达到对系统环境状况的实时
3、监察调度。在服务器端将采用 Cortex-A9 芯片，数据采集模块采用的是芯片 Cortex-M0，应用层是移动终端通过访问本地路由器建立与通信。整个系统模块灵活的度高，拓展性较强，实施性上可行度高，能够满足低敏感度数据的实时传输，较好的实现中小型数据监控。关键词 物联网；传感网络；现代农业；生产决策IIABSTRACTNowadays, the Internet of Things envidents that differentiation and fusion in the Internet. The Farmland Monitoring System based in the tec
4、hnology of the Internet of things adaptes latest technology and related concepts and concentratlly the expresses development trendency of informatization and intelligent in agriculture. This is a fundamentally improve the value of agricultural products, expanding tool and strategy for agricultural d
5、evelopment, This is a fundamentally improve the value of agricultural products, expanding tool and strategy for agricultural development, and also is a technological industry challenges of benefitting or serviceing for three problems about countryside,agriculture and farmers, there has been even mor
6、e profound impact on long-term development At Present in China. So the design and implementation of the subject has a very important practical significance.The system based on the technology of the Internet of things, combining with the technology of the greenhouse crop cultivation, discusseingi and
7、 realizing the networking farmland environment monitoring, for farmers to achieve a real-time crop growth monitoring and support in data and relevant technology .There using the mode of routing + server and selecting the server as the core module flexibly to build a more perfect monitoring system of
8、 data; This paper in order to establish a research platform of small-scale agricultural production environment monitoring .The whole design is divided into three modules: the server module, data acquisition module, application layer module. The system is divisioned by functional module in software a
9、nd hardware , that the software and hardware with high isolation, so is very convenient for maintenance and upgrading of network.The whole system using ZigBee technology to transfers the basic monitoring data that from the sensor to the local area network router. The manager sends a request to the s
10、erver through the mobile terminal, and the server receives the request to make the corresponding response, so that to achieve the real-time monitoring and scheduling. In the server side will use Cortex-A9 chip, the data acquisition module uses the chip Cortex-M0, the application layer is the mobile
11、terminal through the access to the local router and communication.At the same time, the system is highly flexible in modules, and strong in Expanding, the implementation of feasible, to meet the low sensitivity data and real-time transmission, can better realize monitoring in the small data,also the
12、 whole system is very high on practicality .Key words epc network; sensor network; modern agriculture; production decisionIII目 录第 1 章 引 言 .11.1 课题背景和意义 .11.2 国内外研究现状 .11.3 论文组织结构 .2第 2 章 系统分析 .42.1 环境监控思路分析 .42.2 环境监控解决方案 .5第 3 章 硬件环境的搭建 .73.1 硬件环境组成结构图 .73.2 服务器端环境搭建 .73.2.1 开发与调试工具包安装 .73.2.2 开发板调
13、试与开发环境配置 .83.3 数据采集端环境配置 .133.3.1 硬件资源概览 .133.3.2 模块芯片的选择 .143.3.3 开发与调试工具包安装 .15第 4 章 软件设计 .164.1 服务器端的软件设计 .164.1.1 Linux 内核移植 .164.1.2 SQLite 数据库 .174.1.3 Json 文件的格式实现 .174.1.4 服务器端的通信协议的设置 .184.2 数据采集端软件设计 .204.2.1 总体设计概述 .204.2.2 数据采集端 M0 与服务器端 A9 通信协议设置 .214.3 Android 客户端软件设计 .22第 5 章 系统测试 .25
14、5.1 服务器 A9 模块的数据接/发调试的相关过程展示 .255.2 数据采集 M0 模块的调试 .295.3 客户端测试展示 .31IV第 6 章 总结 .336.1 总结 .336.2 展望 .33参考文献 .34致 谢 .361第 1 章 引 言1.1 课题背景和意义物联网是当今新一代信息技术的核心，作为后互联网时代具有产业性潜力的技术，它的定义也是随着技术的不断深入发展而被一次次定义。物联网是个泛概念，它是多学科、多领域的集合体，它集中体现了后互联网时代的技术方向，同样是人类更高层次发展的切入口。从单纯的知识概念上讲，这是一个入门很高的学科领域，它所体现的就是当今互联网理念思想发展的
15、更高层次的分化与融合。从市场与技术的纵向上看，物联网实现的是更高生活品质的宜人化的服务层次，它所蕴含的产业价值也定不会逊色于电商时代。物联网概念的提出其实是很早的，但是受制于现实技术等因素，它的发展也总是很缓慢，物联网展现的是多领域的融合。从这个角度讲，它的的发展同样是一个面的概念，反而是单个因素成为磕绊发展的短板。物联网不是中国首次提出的，却是在当前背景下发展最为全面的，而从实际的角度上讲，先驱意味着前行，意味着时间与金钱上无限的投入。但是，从长远角度上讲，这些投入都是必须的也是值得的。2009 年美国白宫，肯定了在基于物联网基础提出的“智慧地球”概念，并在全球经济下行压力极大的情况下，大手
16、笔的投入智慧地球。对于高科技美国人历来是唯快不破，并牢牢把握科技的上游，这也体现了物联网背后的政治与科技的角逐。1.2 国内外研究现状物联网从本世纪出的首次提出到今天，它的应用已经渗入了我们生活的方方面面。从饭不离手的智能手机到疯狂惊叫的 VR 设备，再到强大的“大狗”机器人，无不体现嵌入式在现代生活元素中的身影。从国内外更广的视角来看，在农业上物联网技术的应用也在不断的深入。就农业生态环境监测领域来讲，法国、美国和日本等一些国家运用监控卫星网络加地面监控站来构建全国性或者全区域性的先进农业生态环境监测网络，借助先进的传感网络、稳定可靠的信息传输网络以及相关互联网搭建技术来建立区域性农业智能化
17、、信息化的大数据平台，真正实现对农业生态环境的全自动检测与预报，从宏观上保证农业生态环境的可持续发展，并指导农业现代化种植与发展。在农业生产精细管理领域，美国、澳大利亚、法国等传统的农畜牧业比较强大的西方国家建立了完善的指导机制平台，并形成了广泛的实用性极强的控制系统。在物联网农业的发展我国其实也是奋起直追，在相关领域也有着不错的成2绩，现阶段我们在北京、上海、江苏等地方建立起了很多农业示范园，同时各地也在 积极推进物联网农业的优质项目，并且这些项目的到了较好的回应，在保证农民增收的基础上，对于粮食供给和食品安全领域的助推也是显而易见的。在全国性的环境监控方面的发展上我们同样有我们自己的比较成
18、功的实用案例。但是我们总体层次上相较之国外的发展，还是存在着很多的问题。物联网农业遍地开花的局面并没有产生，传统小田农业结构的弱化甚至是破碎较为严重。换言之，我们的传统的耕作与管理模式都在弱化。国家从 2003 年就在不断的加大农业生产上的补助与扶持，从国家政策层面上来讲，我国已经在农业发展上出台了多个国家级文件。但是，从全局纵向上看，我国的传统农业的发展也仅仅是负重式的发展，整体的发展速度在区域上是存在巨大差异的，并且这种差异在进一步扩大。物联网农业的成熟应用主要集中在农畜牧业发展比较强大的西方国家，这不是偶然却存在着必然。农业的发展是一个循序渐进的过程，它集中体现了一个国家在民生方面的积累
19、与沉淀。对于中国这样一个传统的农业大国来说，农业发展是的不平衡性不是一个政策一揽子文件就能解决的，它背后体现的是市场与价值还有实际人文的选择与转变，这就意味着农业的不平衡性将是长期的。一时的大手笔绝对不是解决的方法，一味的放置偏颇更是不可取，在技术与资金上的积极引导才是正道，国家层面的示范建设是标杆，企业及个人的投入是补充，主体与局部的结合才是物联网农业在中国当前的实际技术与地理环境上的真正选择。1.3 论文组织结构本文面向建立的是小型化的农业生产环节的环境监控的研究平台。主要是对中、近距离数据传输与监控，建立一个核心在局域网的小型农田监控系统。整个设计分为三个模块：服务器模块，数据采集模块，
20、应用层模块。在服务器端将采用 Cortex-A9 芯片，数据采集模块采用的是芯片 Cortex-M0，应用层是移动终端通过访问本地路由器建立与通信。在 M0 模块将实现光照监控子模块，温度监控子模块。还有简单的模拟开关灯子模块，模拟开关风扇子模块。在服务器 A9 端实现数据的处理存储，同时是通过有线与本地路由器进行连接，服务器 A9 与 M0 模块是通过 ZigBee 模块进行通信的。用户可以通过平板电脑、手机等移动终端与路由器通过无线通信，从而访问服务器。针对现实学习需求与知识技能的储备，本文仅仅是有选择有裁剪的模拟实现了环境检测的简单框架。第 1 章 引言 分析课题的实际意义与整体的研究现
21、状。3第 2 章 系统分析 简要介绍了智能家居实现监控的基本逻辑框架与思路。因为物联网农业监控与智能家居在起点与数据处理阶段同宗同源，同时详细说明本设计的框架。第 3 章 硬件环境的搭建 对整个系统的模块细分并说明各自的功能与实现逻辑以及硬件部分详细设计。第 4 章 软件设计 为整个系统软件部分详细设计。第 5 章 系统测试 这里是单元测试以及系统综合验收测试。第 6 章 总结 本章节指出该系统的特色与反思以及对物联网农业的展望。4第 2 章 系统分析2.1 环境监控思路分析在这里，我们首先介绍了当前物联网下的智能家居系统的框架模型和解决方案的基本实现。物联网农业是基于物联网发展而来的，是物联
22、网应用向农业的触及，但是从当前的大环境上来讲，物联网在农畜牧业的发展也仅仅停留在大田示范园的阶段，而物联网在适宜人居环境的应用、推广与投入是比较成功也是比较大的。这种现象其实很好找到原因。作为一个商业性的发展，利益驱动才是根本，很明显投资物联网农业在成本上与市场回报上周期都是很长的，而研发成本以及硬件成本是很高的，而做出的产品在市场的普及上又是未知的，利益小风险大，所以说这个领域的成熟的参考是较少的。但是智能家居与物联网农业在模块化的数据采集与数据的传输阶段又是相通的，我们基于“用已知去探求未知，化抽象为具体”的解决思想，从当前智能家居的模式与问题解决方案来找到灵感，打趣的说我们是站在巨人的肩
23、膀上看待物联网农业前景的。坦率的讲，在智能家居领域的产品竞争早已不是单个产品再或者单个系列的小打小闹，在竞争的背后是对这个行业甚至是对互联网+时代的技术与市场的把控与行业标准的抢占。当前，无论是实力强大的互联网企业还是传统的电商大鳄，更甚是刚步行业的微小型公司，他们都在利用自己的优势打造自己关于物联网智能家居的理解和对未来高品质家居生活的阐释。通俗的讲，这些企业关注点和抢占的先机就是智能家居的控制入口。任何一个标准化的产品都是从竟态下的考验最终在市场与利润的现实驱动因素下走向标准，今天的物联网产业正处于竟态下，都在把握市场与价值的切合点上起舞，不同的性质的企业对这个舞蹈的欣赏又是各不相同的。智
24、能硬件企业：手机+智能小部件模式。毫不夸张的说在嵌入式产品中的发展中，各大手机厂商绝对可以称得上主要力量。从智能手机的门被打开的那一刻，疙瘩手机更是层出不穷，做情怀产品的时代几乎是一夜间就消失殆尽了。同时在智能家居的领域这些厂商也是拼劲十足。主要代表的就是小米和华为的智能家居战略。他们的思路就是在路由器上做文章，将自家的路由器作为智能家居战略的入口和推广平台，并且配置相关系列的智能配件来自我组装一个可供自己选择且适合自己的口味的智能家居环境，同时将自己的平台做有限的开放，将更多的开发接口提供出来，为个人的意愿发展提供现有微小平台。对于手机制造厂家来说轻车熟路更易于成功，所要解决的问题主要是“点
25、”的定位，5而不完全受制于一个完整的平台约束，扩展性很强，在网络接入和产品控制上，变得更容易。互联网企业：用解决方案来做云上的智能家居。谈及对当前科技的把控，互联网大公司绝对是最为敏感的，对于做服务的互联网大佬们，利润的驱动绝对是至上的，从这几年 BAT 一系列的收购行为以及对 P2P 与 O2O 平台的大手笔的投入便可看出。对于智能家居，他们也有着自己对未来宜人家居的品质生活的定位与看待。百度通过搭建硬件平台并推出了自家的云服务；腾讯则是以微信为自己的突破口；阿里则借助阿里云操作系统作为自家智能家居平台的入口。当我们静下心去细细想下这些互联网公司的选择的突破口，我们会发现他们最大的优势是其巨
26、大的流量、用户数据、附带的系列软件等，结合当前的云存储与云计算，为智能家居的提供一个顶层设计也是一种完美的拟合。但是到目前为止也仅仅是百度做出了点成效。在早期的智能家居探索的产品是很多的，但是收益甚微，那一轮的家居热情就此虎头蛇尾的结束了。对于智能家居的家居元素的理解的深度还是不够透彻，由此可见当前市场上充斥着以小米模式喷涌的智能小产品，但是主流价值产品却是不足。不得不说主流产品布局的智能家居是一个整体框架的必然需要。传统家电企业：产业联盟式入口模式。不得不说最早嗅到物联网下智能家居发展的是传统的家电厂家。物联网本身就是一个技术驱动的产业，很显然凭借传统电商的营销老路子是走不通的，曾经大批家电
27、企业在轰轰烈烈的进军 PC产业的教训是痛在他们心里的。现实的状况是，在专业性技术和推广策略的限制下传统家电企业在智能家居领域的单打独干显得很无力。当物联网的浪潮真正全面袭来的时候，主流的家电公司纷纷选择他们所熟悉的方式家电联盟，去融入并打造他们世界观下的智能家居。比如海尔的 U-home 系统为平台，凭借 E 家佳联盟标准达到了多产品的兼容。传统家电企业对家用电子设备是真正理解，凭借自己在家电行业内的威望，组建一个企业联盟进而建立搭建一个统一化、标准化的开放平台，以此来把控智能家居的入口也不失为一个上上策。2.2 环境监控解决方案这里我主要关注的是小米家的解决模式。在手机+智能单品的模式下，小米绝对是独树一帜的前行者，小米的产品的营销模式虽广受诟病，但是小米产品还算是成功的。回看以智能手机为核心的等一批便携式的智能硬件的发展轨迹，4 年来，有的企业倒了，有的市场在不断萎缩。小米在壮大中，正如小米的技术总监孙鹏说的，智能家居的思路想法谁都有，能做出使用的产品在说。在小米的智能家居设计理念中，路由器是数据处理的核心，智能插座等小部件是入口。各种米系列的产品通过无线或者有线链接到路由器，通过无线或
