劉璨

（重慶機(jī)場(chǎng)集團(tuán)有限公司 重慶市 401120）

1 引言

機(jī)場(chǎng)是所在城市的窗口單位，其綠化環(huán)境不僅是影響機(jī)場(chǎng)的環(huán)境舒適度最直觀的因素，更是體現(xiàn)了一座城市的經(jīng)濟(jì)、人文等氛圍。而且，機(jī)場(chǎng)園林綠化建設(shè)不僅可以美化環(huán)境，改善機(jī)場(chǎng)景觀，還能能夠降低由航空器帶來(lái)的噪聲和空氣污染，為機(jī)場(chǎng)及周邊區(qū)域創(chuàng)造一個(gè)舒適健康的生活環(huán)境。并且，綠化建設(shè)更是提升機(jī)場(chǎng)影響力，塑造現(xiàn)代城市的重要舉措。

綠化植物培育作為中國(guó)傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)，該如何擺脫植物人工實(shí)地檢測(cè)，且人工實(shí)地檢測(cè)更耗費(fèi)人力、物力，且獲取的數(shù)據(jù)量有限，此外受主觀因素限制，測(cè)量結(jié)果難免出現(xiàn)誤差。此系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)場(chǎng)綠化植物的數(shù)據(jù)信息通過(guò)終端如手機(jī)、平板形象直觀的呈現(xiàn)給用戶(hù)，研究人員通過(guò)終端設(shè)備如手機(jī)、平板等就能對(duì)綠化植物進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控，根據(jù)數(shù)據(jù)信息等農(nóng)情信息做出正確決策，滿(mǎn)足精準(zhǔn)綠植培育自動(dòng)化、經(jīng)濟(jì)化、準(zhǔn)確化的要求。

通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，避免傳統(tǒng)園林培育數(shù)據(jù)信息收集的誤差，運(yùn)用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與終端設(shè)備（如手機(jī)、平板等）交互信息以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)綠化植物生長(zhǎng)環(huán)境，研究人員在APP 用戶(hù)界面可查看參數(shù)，如二氧化碳濃度、土壤濕度、溫度等參數(shù)，根據(jù)其數(shù)據(jù)作出正確的決策。并在終端設(shè)備實(shí)現(xiàn)用戶(hù)根據(jù)個(gè)人愛(ài)好，選擇相應(yīng)的模式，如：自動(dòng)模式和手動(dòng)模式等，服務(wù)器后臺(tái)也直觀簡(jiǎn)便獲得綠化植物環(huán)境參數(shù)，利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)一鍵控制綠化植物環(huán)境參數(shù)等，實(shí)現(xiàn)真正的物聯(lián)網(wǎng)[1-2]。

物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)測(cè)負(fù)責(zé)對(duì)機(jī)場(chǎng)綠化植物監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的空氣溫濕度、土壤溫濕度和光照信息的采集。園林工人不再使用傳統(tǒng)的方式觀察綠化植物的生長(zhǎng)，省時(shí)省力，以及提高精度[3]。手機(jī)APP利用手機(jī)APP 直觀簡(jiǎn)便獲得綠化植物環(huán)境參數(shù)，利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)一鍵控制綠化植物環(huán)境參數(shù)等。讓園林工人從傳統(tǒng)作業(yè)模式步入智能化時(shí)代。

2 功能設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目旨在設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)場(chǎng)綠化植物環(huán)境參數(shù)檢測(cè)控制系統(tǒng)，通過(guò)分布在綠化植物生長(zhǎng)的各個(gè)地方ZigBee 傳感器節(jié)點(diǎn)采集光照強(qiáng)度、二氧化碳濃度、溫度、濕度、土壤營(yíng)養(yǎng)成分等參數(shù)，通過(guò)ZigBee、Wi-Fi 等技術(shù)將數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器，服務(wù)器經(jīng)過(guò)分析統(tǒng)計(jì)比較結(jié)果，將json 數(shù)據(jù)通過(guò)ajax 與終端通信，如手機(jī)、平板形象直觀的呈現(xiàn)給用戶(hù)，研究人員通過(guò)終端設(shè)備如手機(jī)、平板等就能對(duì)機(jī)場(chǎng)綠化園林進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控，根據(jù)數(shù)據(jù)信息等園情信息做出正確決策，滿(mǎn)足精準(zhǔn)綠化園林自動(dòng)化、經(jīng)濟(jì)化、準(zhǔn)確化的要求[4]。

感知層負(fù)責(zé)對(duì)綠化植物監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的空氣溫濕度、土壤溫濕度和光照信息的采集。各類(lèi)傳感器等終端節(jié)點(diǎn)使用ZigBee 網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送至協(xié)調(diào)器。通過(guò)串口連接Wi-Fi 模塊，進(jìn)行命令的接收和數(shù)據(jù)的傳送。

傳輸層通過(guò)串口連接Wi-Fi 模塊，進(jìn)行命令的接收和數(shù)據(jù)的傳送。Wi-Fi 模塊通過(guò)socket 連接服務(wù)器進(jìn)行通信，接收服務(wù)發(fā)送過(guò)來(lái)的控制指令，并反饋從串口中讀取的各種設(shè)備的目前數(shù)據(jù)信息；服務(wù)器與終端，實(shí)現(xiàn)用json 數(shù)據(jù)進(jìn)行通信，采用ajax 通信方式。

控制層用戶(hù)通過(guò)靜態(tài)網(wǎng)頁(yè)查詢(xún)、監(jiān)測(cè)園林農(nóng)場(chǎng)的各項(xiàng)參數(shù)，通過(guò)點(diǎn)擊靜態(tài)網(wǎng)頁(yè)的各個(gè)控件向服務(wù)器發(fā)送指令，服務(wù)器向底層發(fā)送指令，從而達(dá)到控制底層的灌溉、風(fēng)扇等的打開(kāi)和關(guān)閉。

云實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)管理、儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)發(fā)，同時(shí)使用云實(shí)現(xiàn)前端、服務(wù)器和底層之間數(shù)據(jù)和指令的傳輸。系統(tǒng)概括圖1所示。

圖1：系統(tǒng)整體功能圖

2.1 基于ZigBee、Wi-Fi技術(shù)的底層終端節(jié)點(diǎn)開(kāi)發(fā)

負(fù)責(zé)對(duì)綠化監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的空氣溫濕度、土壤溫濕度和光照信息的采集。各類(lèi)傳感器等終端節(jié)點(diǎn)使用ZigBee 網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送至協(xié)調(diào)器。通過(guò)串口連接Wi-Fi 模塊，進(jìn)行命令的接收和數(shù)據(jù)的傳送。Wi-Fi 模塊通過(guò)socket 連接服務(wù)器進(jìn)行通信，接收服務(wù)發(fā)送過(guò)來(lái)的控制指令，并反饋從串口中讀取的各種設(shè)備的目前數(shù)據(jù)信息。底層終端節(jié)點(diǎn)開(kāi)發(fā)中ZigBee 協(xié)調(diào)是整個(gè)ZigBee 通信網(wǎng)絡(luò)的核心，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的組件、參數(shù)的設(shè)定、信息管理等[5]。Wi-Fi技術(shù)則是以太網(wǎng)的擴(kuò)展。

ZigBee 核心板使用CC2530 核心板，底板電路自主設(shè)計(jì)。

光照檢測(cè)使用光敏電阻，空氣溫濕度監(jiān)測(cè)使用DHT11 模塊，電路圖如圖 2所示。

圖2：光和溫度檢測(cè)電路圖

供電采用USB 或電池供電的方式，電路圖如圖3所示。

圖3：供電電路

2.2 基于Java、JavaWeb技術(shù)的服務(wù)器后臺(tái)開(kāi)發(fā)

智慧綠化云服務(wù)器運(yùn)行于阿里云、百度云等，光伏智慧云服務(wù)器主要實(shí)現(xiàn)通過(guò)Socket 方式與底層硬件設(shè)備通信，接受底層傳送的數(shù)據(jù)并解析，存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中；向底層綠化植物設(shè)備發(fā)送控制指令，控制設(shè)備運(yùn)行，監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。云服務(wù)器通過(guò)Http、Ajax與終端客戶(hù)設(shè)備通信，數(shù)據(jù)形式采用json 格式，可保存終端客戶(hù)設(shè)備傳送的各種設(shè)置數(shù)據(jù)、接收控制命令、將服務(wù)器數(shù)據(jù)下發(fā)給終端客戶(hù)設(shè)備[6]。服務(wù)器中的數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存。服務(wù)器端也開(kāi)發(fā)了后臺(tái)管理，管理人員也能后臺(tái)操作，監(jiān)控綠化園林。

管理人員可通過(guò)后臺(tái)管理系統(tǒng)查看綠化園林?jǐn)?shù)據(jù)和管理綠化園林。數(shù)據(jù)管理，管理人員不僅可通過(guò)手機(jī)，也可通過(guò)后臺(tái)設(shè)置管理綠化園林，設(shè)置閥值，當(dāng)數(shù)據(jù)超過(guò)設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)向用戶(hù)發(fā)送短信，提醒通知用戶(hù)。設(shè)備管理，管理人員也可通過(guò)后臺(tái)對(duì)設(shè)備切換手動(dòng)和自動(dòng)模式。

光照監(jiān)測(cè)，用戶(hù)可在后臺(tái)查看當(dāng)前光照強(qiáng)度和歷史光照強(qiáng)度。土壤水分監(jiān)測(cè)，用戶(hù)可在后臺(tái)查看當(dāng)前水分參數(shù)和歷史水分參數(shù)。空氣溫度監(jiān)測(cè)，用戶(hù)可在后臺(tái)查看當(dāng)前溫度和歷史溫度。液位監(jiān)測(cè)，用戶(hù)可在后臺(tái)查看當(dāng)前液位和歷史液位。雨水監(jiān)測(cè)，用戶(hù)可在后臺(tái)查看當(dāng)前雨水和歷史雨水。

2.3 終端一體化開(kāi)發(fā)

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)界面可自動(dòng)獲取云服務(wù)器數(shù)據(jù)，并顯示在該頁(yè)面上，綠化園林管理人員能清晰查看空氣溫度、空氣濕度、土壤濕度、光照強(qiáng)度、水位高度、雨水檢測(cè)等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。整體設(shè)計(jì)清晰簡(jiǎn)潔，用戶(hù)使用方便。通過(guò)查詢(xún)，可查看空氣溫度、空氣濕度、土壤濕度、光照強(qiáng)度、水位高度、雨水檢測(cè)等的實(shí)時(shí)曲線，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)隨著時(shí)間推移，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)繪制成曲線，讓數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)一目了然，用戶(hù)能直觀簡(jiǎn)潔地查看數(shù)據(jù)。

管理人員可以選擇設(shè)備不同的模式，手動(dòng)與自動(dòng)模式。手動(dòng)模式下，可選擇不同的水泵，對(duì)其進(jìn)行打開(kāi)和關(guān)閉操作。自動(dòng)模式下，系統(tǒng)自動(dòng)控制設(shè)備。用戶(hù)界面可實(shí)現(xiàn)管理、咨詢(xún)、警報(bào)設(shè)置、歷史查詢(xún)、天氣等功能。

查看歷史數(shù)據(jù)曲線，選擇查詢(xún)的參數(shù)和時(shí)間，用曲線直觀的展示給用戶(hù)，方便易懂。警報(bào)設(shè)置：查看當(dāng)前參數(shù)閾值，以及設(shè)置閥值，當(dāng)數(shù)據(jù)超過(guò)設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)向用戶(hù)發(fā)送短信，提醒通知用戶(hù)。

添加綠化園林設(shè)備，當(dāng)設(shè)備過(guò)多，難于手動(dòng)添加時(shí)，用戶(hù)可通過(guò)掃描二維碼添加設(shè)備，便捷快速，節(jié)省時(shí)間。管理人員可遠(yuǎn)程刪除綠化園林，從而進(jìn)行綠化園林管理。

為用戶(hù)提供密碼修改功能，以及手機(jī)號(hào)碼的修改，當(dāng)用戶(hù)覺(jué)得自己密碼不安全和號(hào)碼改動(dòng)時(shí)可隨時(shí)進(jìn)行修改。如圖4所示。

圖4：密碼修改

3 結(jié)論

底層監(jiān)測(cè)根據(jù)用戶(hù)所需數(shù)據(jù)，負(fù)責(zé)對(duì)機(jī)場(chǎng)綠化園林監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的空氣溫濕度、土壤溫濕度和光照信息的采集，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)綠化植物生長(zhǎng)環(huán)境參數(shù)。服務(wù)器一方面實(shí)現(xiàn)用json 數(shù)據(jù)與APP 進(jìn)行通信，采用ajax 通信方式；另一方面要通過(guò)Socket 與Wi-Fi 模塊進(jìn)行作息交互，實(shí)現(xiàn)與硬件底層的連接。服務(wù)器中的數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存。整個(gè)終端設(shè)備的編寫(xiě)使用Html5 語(yǔ)言和CSS。管理人員登錄APP 時(shí)或服務(wù)器后臺(tái)時(shí)，可接收綠化植物生長(zhǎng)環(huán)境參數(shù)，用戶(hù)界面選擇查看溫度、濕度、等參數(shù)，若某一參數(shù)低于或高于標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)，用戶(hù)直觀清晰的查看，做出相應(yīng)的正確決策。并且用戶(hù)可根據(jù)個(gè)人喜好，切換不同的模式，如：自動(dòng)模式和手動(dòng)模式，實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)測(cè)綠化植物環(huán)境，真正的物聯(lián)網(wǎng)。