CN107277155A - 一种远程监测管理农作物生长环境平台及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种远程监测管理农作物生长环境平台，所述农作物生长环境平台包括平台网络模块、数据信息采集模块、数据信息读取模块、远程网络控制模块，各模块将农业和物联网技术进行融合，使得农业生产更加“可视化”、“可管理化”，具有以下优点：通过将农业和物联网技术的融合，使得农业生产更加“可视化”、“可管理化”，最终实现全民种植、全民管理、全民收货的美好局面。

Description

一种远程监测管理农作物生长环境平台及其实现方法

技术领域

本发明通过物联网，收集传感器采集到的各类数据信息，并将远程用户操作指令传递给现场控制器，实现终端远程监测控制,为现代农业+互联网的发展提供了一种管理解决方案，属于物联网技术领域。

背景技术

近年来，在全球经济保持平稳增长，互联网技术迅速普及的背景下，物联网技术也在不断的占据着越来越重要的地位。然而强大的技术并没有对我国农村产业的发展带来太多的提升，根本原因在于农村环境的特殊性，使得互联网技术在农村较难发展。党的十六届五中全会提出，建设社会主义新农村是我国现代化进程中的重大历史任务，如何借助强大的互联网，带动农村产业化发展成为我们研究的课题。机械的发展和使用让农民解放了双手，提高劳动效率的同时也增加了农村产业的覆盖面，新的种养殖技术使得农产品减少了受地理位置和气候环境的影响。

发明内容

本装置要解决的问题是针对以上不足，提供一种远程监测管理农作物生长环境平台及其实现方法，实现以下发明目的：通过将农业和物联网技术的融合，使得农业生产更加“可视化”、“可管理化”，最终实现全民种植、全民管理、全民收货的美好局面。

为了解决上述问题，本装置采用以上技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：

本发明提供一种远程监测管理农作物生长环境平台，所述农作物生长环境平台包括平台网络模块、数据信息采集模块、数据信息读取模块、远程网络控制模块，各模块将农业和物联网技术进行融合，使得农业生产更加“可视化”、“可管理化”。

进一步的，所述平台网模块包括局域网部分和互联网部分，局域网部分用于现场环境中各类传感器，互联网部分用于平台服务，数据业务处理，前端用户使用；

所述数据采集信息模块包括单片机，单片机连接有各类传感器，各类传感器与单片机指定引脚相连，单片机还连接有通讯模块，通讯模块连接有网络交换机，网络交换机连接有内网服务器连接有缓存空间和数据库。

进一步的，一种远程监测管理农作物生长环境平台的实现方法包括数据信息读取模块的实现方法，数据信息读取模块的实现方法包括以下步骤：

步骤S101，用户通过手机APP等客户端登陆平台，完成后进入步骤S102；

步骤S102，用户查询平台的数据，完成后进入步骤S103；

步骤S103，平台验证用户的请求权限，完成后进入步骤S104；

步骤S104，用户权限审核通过后，客户端后台服务器经加密传输协议向内网服务器发送数据查询请求，平台接收用户内容查询请求，完成后进入步骤S105。

进一步的，所述数据信息读取模块的实现方法还包括以下步骤：

步骤S105，客户端互联网服务器使用SSL加密协议和带有安全认证的Webservice方式向内网服务器发送数据请求，完成后进入步骤S106；

步骤S106和步骤S107，内网服务器与互联网的通讯过程，采用DMZ区安全保护模式和内网转发协议，保证内网服务器连接到互联网的安全性，完成后进入步骤S108；

步骤S108，内网服务器接收到数据发送请求。

进一步的，所述数据信息读取模块的实现方法还包括以下步骤：

步骤S109，数据分为两类：实时数据和历史数据，根据请求参数查询数据，完成后进入步骤S110和步骤S111；

步骤S110，查询实时数据时，内网服务器直接从内存空间获取相关数据信息，完成后进入步骤S112；

步骤S111，查询历史数据时，内网服务器通过链接数据库查询历史数据，完成后进入步骤S112；

步骤S112，内网服务器将查询到的数据进行整理，完成后进入步骤S113；

步骤S113，对数据按照指定规则进行组装，以Json格式存储，然后对数据进行AES对称加密，加密KEY为互联网服务器和内网服务器程序代码编写时共同约定好，然后将密文进行格式打包。

进一步的，所述数据信息读取模块的实现方法还包括以下步骤：

步骤S114，将整理后的数据通过Webservice协议返回给互联网服务器，完成后进入步骤S115；

步骤S115，互联网服务器接收到的内网服务器的返回数据，完成后进入步骤S116；

步骤S116，对接收到的数据进行同格式解析数据包，完成后进入步骤S117；

步骤S117，对数据的密文进行AES对称解密，完成后进入步骤S118；

步骤S118，对数据进行解析Json格式数据操作，完成后进入步骤S119；

步骤S119，将数据按照前端视图模型显示给用户，完成后继续执行步骤S101。

进一步的，所述实现方法还包括远程网络控制模块的实现方法，远程网络控制模块的实现方法包括以下步骤：

步骤S201，用户通过手机APP等客户端，操作平台界面中的可视化按钮登陆平台，完成后进入步骤S202；

步骤S202，按钮的操作触发平台后端程序运行，并完成后进入步骤S203；

步骤S203，验证用户的权限，经平台权限验证审核通过。

进一步的，所述远程网络控制模块的实现方法还包括以下步骤：

步骤S204，将按钮操作通过映射转换为控制指令，完成后进入步骤S205；

步骤S205，根据需要将相应的指令内容根据执行器所在域做指令转发，指令转发过程中采用与数据采集类相同的加密传输机制。

进一步的，所述远程网络控制模块的实现方法还包括以下步骤：

步骤S206，内网环境与互联网的通讯采用网络地址转换NAT技术实现，完成后进入步骤S207；

步骤S207，每一个分区指定一台内网服务器安装NAT客户端，完成后进入步骤S208；

步骤S208，内网NAT服务器通过编程，实现互联网的控制指令接收和转发功能。

进一步的，所述远程网络控制模块的实现方法还包括以下步骤：

步骤S209，对指令进行解析，完成后进入步骤S210；

步骤S210，网络交换机将指令传给单片机，完成后进入步骤S211；

步骤S211，单片机接收到操作指令后，通过单片机编程，控制链接到单片机上的继电器等设备工作，每个单片机编程时分配不同的内网IP和MAC地址，经无线或有线方式接入局域网中，经交换机、路由器等网络设备注册到局域网络中，并监听指定端口，随时准备接收由NAT服务器转发过来的操作指令，完成指令的执行任务。

本发明所述的远程监测管理农作物生长环境平台及其实现方法，具有以下有益效果：

如果可以通过物联网技术对农作物进行实时监控管理，又可以大大提高农业发展水平，为农业注入一份科技力量。

通过将农业和物联网技术的融合，使得农业生产更加“可视化”、“可管理化”，最终实现全民种植、全民管理、全民收货的美好局面。

下面结合附图和实施例对本装置机型作进一步说明。

附图说明

下面结合附图和实施例对本装置进行详细说明。

附图说明

附图1为本发明实施例中远程监测管理农作物生长环境平台的结构图；

附图2为本发明实施例中远程监测管理农作物生长环境平台中数据采集信息模块流程图；

附图3为本发明实施例中远程监测管理农作物生长环境平台中数据信息读取模块流程图；

附图4为本发明实施例中远程监测管理农作物生长环境平台中远程网络控制模块流程图。

具体实施方式

实施例，如图1至图4所示，一种远程监测管理农作物生长环境平台，包括平台网络模块、数据信息采集模块、数据信息读取模块、远程网络控制模块，各模块将农业和物联网技术进行融合，使得农业生产更加“可视化”、“可管理化”，最终实现全民种植、全民管理、全民收货的局面。

所述一种远程监测管理农作物生长环境平台的实现方法包括数据信息采集模块的实现方法、数据信息读取模块的实现方法、远程网络控制模块的实现方法。

所述平台网模块包括局域网部分和互联网部分。

局域网部分用于现场环境中各类传感器，通过配置子网掩码实现多路由互访，共享局域网络，并可通过IP设置，为每一个单片机指定IP地址，实现局域网内单片机的物理存在。

互联网部分用于平台服务，数据业务处理，前端用户使用等。

局域网部分和互联网部分通过一台双网卡服务器进行链接，采用防火墙限制隔离机制，使得网络传输过程中只传输数据信息，保护局域网内硬件设备。

所述数据采集信息模块包括单片机，单片机连接有温度传感器、光照传感器、湿度传感器、风速传感器、雨量传感器、风向传感器、紫外线传感器、土壤湿度传感器，各类传感器与单片机指定引脚相连，单片机还连接有通讯模块，通讯模块连接有网络交换机，网络交换机连接有内网服务器连接有缓存空间和数据库。

所述数据采集信息模块的实现方法包括以下以下步骤：

步骤1，数据采集终端使用传感器技术进行物理信息采集，所使用到的传感器包含但不仅限于：空气温度、空气湿度、紫外线强度、CO2浓度、风速、风向、降雨量、土壤湿度、PM2.5、光照强度等传感器，涉及到传感器均为目前公知的市售产品；

步骤2，各类传感器将采集到的信息转换为模拟信号或数字信号，传输给单片机；

步骤3，通过对单片机进行编程，使得单片机能够读懂与传感器连接的引脚接收到的数据信息，并对数据信息按照程序进行收集整理，并将信号转换来的数值暂存；

步骤4，借助单片机的网络通讯模块，通过编程语言指导单片机对收集到的传感器数据及单片机自身ID，等信息进行网络封包发送，单片机自身ID即编程时为单片机指定ID，本发明中使用Json格式传输数据；这里采用TCP/IP协议，将数据按照指定格式发送到内网服务器；

步骤5，内网服务器运行通过监听端口，接收到单片机发送来的网络封包；本发明中内网服务器使用Java开发语言进行编程，使用Nginx进行端口监听，使用Apache Tomcat运行Java2EE程序，使用Mysql数据库做数据存储；

步骤6，在对网络封包进行解析时，按照与单片机封包编程逻辑相同的方式进行，并在解析时加入异常捕获方法，防止在解析时出现异常导致整个网络包的解析失败；本例中使用Java语言中的try catch进行异常捕获，对异常数据可修复的情况下进行修复，在不可修复的情况下剔除处理，保证程序平稳运行；

步骤7，解析后得到的数据以编程语言中Map格式（键值对）暂存；为保证数据的实时性和准确性，通过编程语言在内网服务器的内存中开辟出一个空间暂存实时数据，且这个空间中存储的数据以单片机为单元，每次相同ID单片机的数据信息替换之前老旧数据，保证在此空间中每个单片机ID对应的采集数据是最新的；

本发明中使用Map<ID,Map<Key,Value>>方式存储，此方法利用内存的高读写速度，降低了TCP/IP协议的等待时间，最高效率的避免带宽长时间占用。

因实际生产过程中需要每隔固定时间段存储采集到的数据信息，所以本发明中在编程时加入定时器，按照指定存储时间触发实时数据存储工作；具体存储过程如下：①定时器触发数据获取，获取数据直接从上一条介绍中提到的内存空间按照传感器ID进行获取；②将获取到的数据按照数据类型进行分类；③将分类后的数据加入时间戳和单片机ID一并存储到Mysql数据库相关数据表中；④数据定时存储结束。此存储数据方法解决了等待数据采集时间，提高了程序的运行效率，并能够在最大程度上保证存储数据的准确性。

所述数据信息读取模块的实现方法包括以下步骤：

步骤S101，用户通过手机APP等客户端登陆平台，完成后进入步骤S102；

步骤S102，用户查询平台的数据，完成后进入步骤S103；

步骤S103，平台验证用户的请求权限，完成后进入步骤S104；

步骤S104，用户权限审核通过后，客户端后台服务器经加密传输协议向内网服务器发送数据查询请求，平台接收用户内容查询请求，完成后进入步骤S105；

步骤S105，客户端互联网服务器使用SSL加密协议和带有安全认证的Webservice方式向内网服务器发送数据请求，完成后进入步骤S106；

步骤S106和步骤S107，内网服务器与互联网的通讯过程，采用DMZ区安全保护模式和内网转发协议，保证内网服务器连接到互联网的安全性，完成后进入步骤S108；

步骤S108，内网服务器接收到数据发送请求，完成后进入步骤S109；

步骤S109，数据分为两类：实时数据和历史数据，根据请求参数查询数据，完成后进入步骤S110和步骤S111；

步骤S110，查询实时数据时，内网服务器直接从内存空间获取相关数据信息，完成后进入步骤S112；

步骤S111，查询历史数据时，内网服务器通过链接数据库查询历史数据，完成后进入步骤S112；

步骤S112，内网服务器将查询到的数据进行整理，完成后进入步骤S113；

步骤S113，对数据按照指定规则进行组装，以Json格式存储，然后对数据进行AES对称加密，加密KEY为互联网服务器和内网服务器程序代码编写时共同约定好，然后将密文进行格式打包，完成后进入步骤S114；

步骤S114，将整理后的数据通过Webservice协议返回给互联网服务器，完成后进入步骤S115；

步骤S115，互联网服务器接收到的内网服务器的返回数据，完成后进入步骤S116；

步骤S116，对接收到的数据进行同格式解析数据包，完成后进入步骤S117；

步骤S117，对数据的密文进行AES对称解密，完成后进入步骤S118；

步骤S118，对数据进行解析Json格式数据操作，完成后进入步骤S119；

步骤S119，将数据按照前端视图模型显示给用户，完成后继续执行步骤S101。

所述远程网络控制模块的实现方法包括以下步骤：

步骤S201，用户通过手机APP等客户端，操作平台界面中的可视化按钮登陆平台，完成后进入步骤S202；

步骤S202，按钮的操作触发平台后端程序运行，并完成后进入步骤S203；

步骤S203，验证用户的权限，经平台权限验证审核通过，完成后进入步骤S204；

步骤S204，将按钮操作通过映射转换为控制指令，完成后进入步骤S205；

步骤S205，根据需要将相应的指令内容根据执行器所在域做指令转发，指令转发过程中采用与数据采集类相同的加密传输机制，例如，ID为JD003继电器在实际环境中的A区，则需要将指令转发给A区的内网服务器，完成后进入步骤S206；

步骤S206，内网环境与互联网的通讯采用网络地址转换NAT技术实现，完成后进入步骤S207；

步骤S207，每一个分区指定一台内网服务器安装NAT客户端，完成后进入步骤S208；

步骤S208，内网NAT服务器通过编程，实现互联网的控制指令接收和转发功能，完成后进入步骤S209；

步骤S209，对指令进行解析，完成后进入步骤S210；

步骤S210，网络交换机将指令传给单片机，完成后进入步骤S211；

步骤S211，单片机接收到操作指令后，通过单片机编程，控制链接到单片机上的继电器等设备工作，每个单片机编程时分配不同的内网IP和MAC地址，经无线或有线方式接入局域网中，经交换机、路由器等网络设备注册到局域网络中，并监听指定端口，随时准备接收由NAT服务器转发过来的操作指令，完成指令的执行任务。

每台NAT客户端负责接收并转发来自互联网的控制指令到具体IP的单片机，使用NAT技术，能够极大提高控制指令在网络传输过程中的实时性，并能够有效降低互联网带宽资源，使得在较大规模物理范围内实现分区域指令转发，减少单片机与互联网服务器的耦合成本，提升单片机在互联网中的安全性，防止互联网内的恶意控制。

远程网络控制类操作具有其特殊性，需要在互联网中指定局域网地址，通过TCP/IP协议发送指令，通过路由、交换机等设备进行指令转发，由单片机接收指令，并完成电路控制。

所述远程监测管理农作物生长环境平台的工作过程如下：

一、业务流程

（一）平台数据采集业务实现流程：

1、采用各类环境传感器（比如：温度、湿度、紫外线强度、CO2浓度、风速、风向、降雨量、土壤湿度等传感器）技术，通过各类传感器提供的接口，采集数据信息。

2、使用可编程单片机与传感器链接，收集传感器各类信息数据。

3、单片机编程，将采集到的数据通过TCP/IP协议发送到数据接收服务器。

4、数据接收服务器接收数据信息，整理保存。

5、平台前端展示页面，将数据提取出来，通过图表或动画方式展示给用户。

6、用户查看即时数据信息或历史数据信息。

（二）平台硬件控制业务实现流程：

1、用户在平台客户端发出一条对硬件的操作指令。

2、平台接收到用户指令，并将指令转存处理，并发送到现场服务器控制器。

3、现场服务器控制器接收到指令信息，解析指令内容，控制相对应的硬件设备进行工作。

以上所述为本发明最佳实施方式的举例，其中未详细述及的部分均为本领域普通技术人员的公知常识。本发明的保护范围以权利要求的内容为准，任何基于本发明的技术启示而进行的等效变换，也在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种远程监测管理农作物生长环境平台，其特征在于：所述农作物生长环境平台包括平台网络模块、数据信息采集模块、数据信息读取模块、远程网络控制模块，各模块将农业和物联网技术进行融合，使得农业生产更加“可视化”、“可管理化”。

2.如权利要求1所述的一种远程监测管理农作物生长环境平台，其特征在于：所述平台网模块包括局域网部分和互联网部分，局域网部分用于现场环境中各类传感器，互联网部分用于平台服务，数据业务处理，前端用户使用；

所述数据采集信息模块包括单片机，单片机连接有各类传感器，各类传感器与单片机指定引脚相连，单片机还连接有通讯模块，通讯模块连接有网络交换机，网络交换机连接有内网服务器连接有缓存空间和数据库。

3.一种远程监测管理农作物生长环境平台的实现方法，其特征在于：所述实现方法包括数据信息读取模块的实现方法，数据信息读取模块的实现方法包括以下步骤：

步骤S101，用户通过手机APP等客户端登陆平台，完成后进入步骤S102；

步骤S102，用户查询平台的数据，完成后进入步骤S103；

步骤S103，平台验证用户的请求权限，完成后进入步骤S104；

步骤S104，用户权限审核通过后，客户端后台服务器经加密传输协议向内网服务器发送数据查询请求，平台接收用户内容查询请求，完成后进入步骤S105。

4.如权利要求3所述的一种远程监测管理农作物生长环境平台的实现方法，其特征在于：所述数据信息读取模块的实现方法还包括以下步骤：

步骤S105，客户端互联网服务器使用SSL加密协议和带有安全认证的Webservice方式向内网服务器发送数据请求，完成后进入步骤S106；

步骤S106和步骤S107，内网服务器与互联网的通讯过程，采用DMZ区安全保护模式和内网转发协议，保证内网服务器连接到互联网的安全性，完成后进入步骤S108；

步骤S108，内网服务器接收到数据发送请求。

5.如权利要求3所述的一种远程监测管理农作物生长环境平台的实现方法，其特征在于：所述数据信息读取模块的实现方法还包括以下步骤：

步骤S109，数据分为两类：实时数据和历史数据，根据请求参数查询数据，完成后进入步骤S110和步骤S111；

步骤S110，查询实时数据时，内网服务器直接从内存空间获取相关数据信息，完成后进入步骤S112；

步骤S111，查询历史数据时，内网服务器通过链接数据库查询历史数据，完成后进入步骤S112；

步骤S112，内网服务器将查询到的数据进行整理，完成后进入步骤S113；

步骤S113，对数据按照指定规则进行组装，以Json格式存储，然后对数据进行AES对称加密，加密KEY为互联网服务器和内网服务器程序代码编写时共同约定好，然后将密文进行格式打包。

6.如权利要求3所述的一种远程监测管理农作物生长环境平台的实现方法，其特征在于：所述数据信息读取模块的实现方法还包括以下步骤：

步骤S114，将整理后的数据通过Webservice协议返回给互联网服务器，完成后进入步骤S115；

步骤S115，互联网服务器接收到的内网服务器的返回数据，完成后进入步骤S116；

步骤S116，对接收到的数据进行同格式解析数据包，完成后进入步骤S117；

步骤S117，对数据的密文进行AES对称解密，完成后进入步骤S118；

步骤S118，对数据进行解析Json格式数据操作，完成后进入步骤S119；

步骤S119，将数据按照前端视图模型显示给用户，完成后继续执行步骤S101。

7.如权利要求3所述的一种远程监测管理农作物生长环境平台的实现方法，其特征在于：所述实现方法还包括远程网络控制模块的实现方法，远程网络控制模块的实现方法包括以下步骤：

步骤S201，用户通过手机APP等客户端，操作平台界面中的可视化按钮登陆平台，完成后进入步骤S202；

步骤S202，按钮的操作触发平台后端程序运行，并完成后进入步骤S203；

步骤S203，验证用户的权限，经平台权限验证审核通过。

8.如权利要求7所述的一种远程监测管理农作物生长环境平台的实现方法，其特征在于：所述远程网络控制模块的实现方法还包括以下步骤：

步骤S204，将按钮操作通过映射转换为控制指令，完成后进入步骤S205；

步骤S205，根据需要将相应的指令内容根据执行器所在域做指令转发，指令转发过程中采用与数据采集类相同的加密传输机制。

9.如权利要求7所述的一种远程监测管理农作物生长环境平台的实现方法，其特征在于：所述远程网络控制模块的实现方法还包括以下步骤：

步骤S206，内网环境与互联网的通讯采用网络地址转换NAT技术实现，完成后进入步骤S207；

步骤S207，每一个分区指定一台内网服务器安装NAT客户端，完成后进入步骤S208；

步骤S208，内网NAT服务器通过编程，实现互联网的控制指令接收和转发功能。

10.如权利要求7所述的一种远程监测管理农作物生长环境平台的实现方法，其特征在于：所述远程网络控制模块的实现方法还包括以下步骤：

步骤S209，对指令进行解析，完成后进入步骤S210；

步骤S210，网络交换机将指令传给单片机，完成后进入步骤S211；

步骤S211，单片机接收到操作指令后，通过单片机编程，控制链接到单片机上的继电器等设备工作，每个单片机编程时分配不同的内网IP和MAC地址，经无线或有线方式接入局域网中，经交换机、路由器等网络设备注册到局域网络中，并监听指定端口，随时准备接收由NAT服务器转发过来的操作指令，完成指令的执行任务。