劉曉霞，李 航，商國旭，王 勛，趙東方

（赤峰學(xué)院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

1 引言

“強(qiáng)國必先強(qiáng)農(nóng)，農(nóng)強(qiáng)方能國強(qiáng)”。習(xí)近平總書記在二十大報告中指出，“全面推進(jìn)鄉(xiāng)村振興、加快建設(shè)農(nóng)業(yè)強(qiáng)國，沒有農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化，社會主義現(xiàn)代化就是不全面的[2]?！?/p>

隨著我國農(nóng)業(yè)與通信、計算機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)等多學(xué)科交叉融合，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式逐漸由傳統(tǒng)的粗放式經(jīng)營管理模式向精細(xì)化的智慧農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變。其中，信息感知作為智慧農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)支撐和精準(zhǔn)決策的數(shù)據(jù)保障，變得尤為重要[3]。

土壤墑情監(jiān)測即土壤的濕度監(jiān)測，是農(nóng)田植被生長的重要監(jiān)測因子之一。通過開展土壤墑情監(jiān)測預(yù)報，了解土壤水分狀況，提高土壤監(jiān)測能力和抗旱減災(zāi)能力，為指導(dǎo)農(nóng)民適墑播種、抗旱保墑、高效節(jié)水灌溉提供科學(xué)依據(jù)[4]。目前，人們對土壤墑情預(yù)測不重視，我國的土壤墑情監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)量不足，直接造成了土壤墑情信息的匱乏。漆永前等[5]基于甘肅省土壤墑情現(xiàn)狀，分析了土壤墑情信息采集與遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及功能，介紹了其技術(shù)組成，并提出了該系統(tǒng)的應(yīng)用價值；王麗杰等[6]設(shè)計了一款基于云計算平臺的農(nóng)田土壤墑情信息系統(tǒng)，引入了云計算技術(shù)，構(gòu)建了基于云計算平臺的農(nóng)田土壤墑情信息系統(tǒng)，通過對土壤墑情信息系統(tǒng)的功能需求分析，完成了信息系統(tǒng)總體架構(gòu)的設(shè)計，并對土壤墑情信息處理流程進(jìn)行了優(yōu)化分析；劉代勇等[7]設(shè)計了一套以土壤墑情傳感器作為土壤含水量測量傳感器、以遙測終端機(jī)作為監(jiān)測數(shù)據(jù)自動采集的核心、以GPRS 通信作為數(shù)據(jù)傳輸方式、以太陽能供電作為電源系統(tǒng)的土壤墑情自動測報系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了土壤墑情數(shù)據(jù)的自動采集、傳輸?shù)裙δ堋?/p>

本文使用土壤檢測傳感器隨時監(jiān)測土壤濕度、溫度以及PH 值并且定位到具體的地理位置，通過DTU 定時向數(shù)據(jù)服務(wù)器發(fā)送采樣數(shù)據(jù)，經(jīng)過服務(wù)器處理后存入數(shù)據(jù)庫供前端查詢顯示。建立了一套高效、快速、準(zhǔn)確的土壤墑情自動監(jiān)測系統(tǒng)。工作人員能夠及時地掌握具體的土壤墑情，對于農(nóng)作物播種、預(yù)測產(chǎn)量、科學(xué)指導(dǎo)農(nóng)業(yè)灌溉、提高農(nóng)業(yè)用水效率具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

本系統(tǒng)包含大田農(nóng)業(yè)土壤墑情數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和大田農(nóng)業(yè)土壤墑情數(shù)據(jù)管理應(yīng)用系統(tǒng)兩個子系統(tǒng)。大田農(nóng)業(yè)土壤墑情數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要功能是按照系統(tǒng)預(yù)設(shè)定時采集大田農(nóng)業(yè)土壤墑情的數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)序列化存儲到平臺數(shù)據(jù)庫。大田農(nóng)業(yè)土壤墑情數(shù)據(jù)管理應(yīng)用系統(tǒng)對采集系統(tǒng)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行應(yīng)用和管理。

大田農(nóng)業(yè)土壤墑情數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分為采集端和服務(wù)端兩個部分。采集端由土壤墑情采集傳感器、MQTT 透傳DTU、 電源管理系統(tǒng)等硬件設(shè)備組成。服務(wù)端部署于服務(wù)器上，通過MQTT 協(xié)議[8]識別采集端并實(shí)現(xiàn)與采集端長連接，接收采集端上傳的大田農(nóng)業(yè)土壤墑情數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行格式化存儲到云數(shù)據(jù)庫。大田農(nóng)業(yè)土壤墑情數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)如圖1 所示。

圖1 大田農(nóng)業(yè)土壤墑情數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)示意圖

大田農(nóng)業(yè)土壤墑情數(shù)據(jù)管理應(yīng)用系統(tǒng)包含系統(tǒng)設(shè)置管理和數(shù)據(jù)查看應(yīng)用兩個部分。系統(tǒng)設(shè)置管理包含對系統(tǒng)的設(shè)置，對DTU、采集器的配置等。數(shù)據(jù)查看應(yīng)用部分包含對管理員的管理，對地區(qū)的管理，對地片、地塊/采集點(diǎn)的管理，對采集數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和展示查看部分。

3 大田農(nóng)業(yè)土壤墑情數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

3.1 大田農(nóng)業(yè)土壤墑情數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集端

大田農(nóng)業(yè)土壤墑情數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集端即部署于采集點(diǎn)的硬件系統(tǒng)。每個采集點(diǎn)設(shè)置一套大田農(nóng)業(yè)土壤墑情數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，一個采集系統(tǒng)配置一個DTU 和兩個土壤墑情采集傳感器，分別采集土壤10cm 和20cm 兩個深度的土壤墑情數(shù)據(jù)。此硬件系統(tǒng)可通過土壤墑情采集傳感器采集土壤墑情數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)通過RS485 發(fā)送給DTU，DTU 使用MQTT與服務(wù)端實(shí)現(xiàn)長連接，將采集器采集的數(shù)據(jù)發(fā)布到服務(wù)端實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲。硬件系統(tǒng)實(shí)物圖如圖2 所示。

圖2 大田農(nóng)業(yè)土壤墑情數(shù)據(jù)采集硬件系統(tǒng)實(shí)拍圖

3.1.1 土壤墑情采集傳感器

土壤墑情采集傳感器使用精迅暢通公司的485 型土壤綜合傳感器JXBS-3001-TR，該傳感器適用與測量土壤溫度、水分及土壤PH。經(jīng)與德國原裝高精度傳感器和土壤實(shí)際烘干稱重法標(biāo)定數(shù)據(jù)比較，本傳感器精度高，響應(yīng)快，輸出穩(wěn)定，受土壤含鹽量影響較小，適用于各種土質(zhì)[9]。長期埋入土壤中，耐長期電解，耐腐蝕，抽真空灌封，防水效果好。外觀如圖3 所示，其測量參數(shù)及硬件參數(shù)見表1。

表1 土壤墑情采集傳感器參數(shù)[10]

圖3 土壤墑情采集傳感器

土壤墑情采集傳感器使用前需使用485 傳感器配置工具V3.21 進(jìn)行配置才能與系統(tǒng)進(jìn)行連接。使用485 傳感器配置工具V3.21 進(jìn)行配置傳感器設(shè)備從站號時要注意，一套采集系統(tǒng)連接的兩個土壤墑情采集傳感器必須使用不同的從站號，將兩個采集器的從站號分別設(shè)置為1 和2。從站號1 對應(yīng)10cm 土壤深度，從站號2 對應(yīng)20cm 土壤深度，設(shè)備安裝時也要按照對應(yīng)深度進(jìn)行安裝。土壤墑情采集傳感器通訊協(xié)議如表2 和表3 所示。

表2 土壤PH 值通訊協(xié)議[11]

表3 土壤溫濕度值通訊協(xié)議[12]

通訊時采用十六進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，尾部設(shè)置2 字節(jié)CRC 校驗(yàn)。PH 值數(shù)據(jù)地址為0X06，數(shù)據(jù)長度為1 字節(jié)，獲取PH 值轉(zhuǎn)化為10 進(jìn)制數(shù)據(jù)后需縮小100 倍即可得到當(dāng)前土壤的真實(shí)PH 值。溫濕度數(shù)據(jù)地址為0X12，數(shù)據(jù)長度為2 字節(jié)，前1 字節(jié)為溫度值，獲取溫度值轉(zhuǎn)化為10 進(jìn)制數(shù)據(jù)后需縮小100 倍即可得到當(dāng)前土壤的真實(shí)溫度值（℃）。當(dāng)溫度為零下時將以補(bǔ)碼的形式上傳，收到數(shù)據(jù)后需進(jìn)行轉(zhuǎn)化。后1 字節(jié)為濕度值，獲取濕度值轉(zhuǎn)化為10 進(jìn)制數(shù)據(jù)后需縮小100 倍即可得到當(dāng)前土壤的真實(shí)濕度值（%RH）。土壤墑情采集傳感器采用同步通訊模式，當(dāng)接收到查詢命令后可同步將數(shù)據(jù)返回。極大提升系統(tǒng)實(shí)時效果。

3.1.2 MQTT 透傳DTU

透傳DTU 采用塔石物聯(lián)網(wǎng)提供的TAS-LTE-360 模塊，DTU 支持2G/3G/4G 全網(wǎng)絡(luò)；支持2G/3G/4G 移動、電信、聯(lián)通手機(jī)卡及物聯(lián)網(wǎng)卡；支持4 個獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)連接，均支持TCP、UDP、MQTT 連接；每路連接支持20KB 數(shù)據(jù)緩存，連接異常斷線時可選擇緩存數(shù)據(jù)不丟失。支持注冊包、心跳包功能；支持多種工作模式：短信透傳模式、網(wǎng)絡(luò)透傳模式；支持10 條自定義輪詢指令；支持自定義狀態(tài)上報。TASLTE-360 模塊外形如圖4 所示，TAS-LTE-360 模塊參數(shù)如圖5 所示。

圖4 TAS-LTE-360 模塊

圖5 TAS-LTE-360 模塊參數(shù)

TAS-LTE-360 模塊DTU 是采集系統(tǒng)的通訊模塊，DTU 與服務(wù)器建立MQTT 連接，通過長連接以透傳模式與服務(wù)器通訊。DTU 必須正確配置后才可與服務(wù)器成功連接，成功連接MQTT 后，需訂閱服務(wù)器bwupdate 和bwget 服務(wù)。并通過bwupdate上傳采集數(shù)據(jù)。通過bwget 接收命令。

TAS-LTE-360 模塊DTU 配置使用TAS_GPS_395_V1.0.7 工具進(jìn)行配置[13]，配置方法如下：

（1）配置串口數(shù)據(jù)，波特率：9600；數(shù)據(jù)位：8；停止位：1；校驗(yàn)位：none；配置好后打開串口。

（2）設(shè)置自定義輪詢，輪詢內(nèi)容為兩個傳感器溫濕度和PH 值的查詢語句，共4 條輪詢語句（010 300120002640E，010300060001640B，02030012000 2643D，0203000600016438）。并設(shè)置輪詢時間180S.并開啟輪詢。

（3）設(shè)置通道

工作模式：MQTT 模式；

服務(wù)器IP：39.98.176.36；

端口：10009；

類型：TCP；

（4）單機(jī)進(jìn)入配置狀態(tài)，發(fā)送AT+GSN 獲取設(shè)備IMEI。

（5）設(shè)置MQTT 信息。

MQTT 地址：39.98.176.36

端口：10009；

ClientID:設(shè)備IMEI

使能訂閱：ClientID/bwget

使能推送：ClientID/bwupdate

MQTT 心跳：60

SSL 參數(shù)：不啟用SSL

（6）點(diǎn)擊一鍵配置參數(shù)，配置成功后重啟設(shè)備。

成功配置TAS-LTE-360 模塊DTU 后即可成功連接服務(wù)器并于服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。TASLTE-360 模塊上電后POWER 燈亮起，初始化完成后WORK 燈亮起，DTU 開始工作搜索移動網(wǎng)絡(luò)，搜索到移動網(wǎng)絡(luò)后自動連接，成功連接移動網(wǎng)絡(luò)后NET 燈亮起并向服務(wù)器發(fā)送MQTT 連接請求，與服務(wù)器驗(yàn)證成功建立MQTT 長連接后LINK 燈亮起，LINK 燈亮代表DTU 與服務(wù)器長連接正常連接中，如果LINK 燈滅則代表DTU 與服務(wù)器長連接已經(jīng)斷開。長連接建立后DTU 會向服務(wù)器發(fā)起訂閱請求，服務(wù)器驗(yàn)證成功后訂閱即會成功，并搭建起采集端和服務(wù)器端的透傳通道，DTU 根據(jù)配置定時輪詢傳感器數(shù)據(jù)，傳感器即會同步返回查詢結(jié)果并通過bwupdate 服務(wù)透傳到服務(wù)器。完成數(shù)據(jù)定時采集并上傳服務(wù)器。

TAS-LTE-360 模塊DTU 斷網(wǎng)可自動連接，設(shè)置有硬件看門狗，檢測到通訊錯誤自動重啟重新聯(lián)網(wǎng)。TAS-LTE-360 模塊DTU 聯(lián)網(wǎng)穩(wěn)定，與服務(wù)器程序完美適配。通訊鏈路[10]如圖6 所示。

圖6 通訊鏈路圖示

3.1.3 電源管理系統(tǒng)

電源管理系統(tǒng)由蓄電池、太陽能發(fā)電板、電源控制器、穩(wěn)壓器、電源開關(guān)構(gòu)成。太陽能板采用60w單晶板，電池采用40 安三元鋰電池組，電壓容量12V/40AH, 充放電次數(shù)1500 次以上，工作溫度-40—80℃。太陽直曬4.5-7 小時充滿電池，可連續(xù)供電4-6 天。

電源控制器可穩(wěn)定輸出12V 直流電源，可接16-23V 光伏板充電，帶有電量顯示器?？蓪?shí)現(xiàn)智能充電，輸出斷開停止工作。內(nèi)置短路保護(hù)、開路保護(hù)、過流保護(hù)、過充保護(hù)、過放保護(hù)、反接保護(hù)等多重保護(hù)。電池和控制器內(nèi)置封閉，防水防塵。12V 大電流穩(wěn)壓器，可使用電設(shè)備電壓穩(wěn)定，保護(hù)用電設(shè)備。太陽能發(fā)電系統(tǒng)如圖7 所示。

圖7 太陽能發(fā)電系統(tǒng)

3.2 大田農(nóng)業(yè)土壤墑情數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)服務(wù)端

大田農(nóng)業(yè)土壤墑情數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)服務(wù)端是采用php+swoole 協(xié)程框架開發(fā)的物聯(lián)網(wǎng)平臺，服務(wù)器采用linux 操作系統(tǒng)MYsql 數(shù)據(jù)庫。服務(wù)端采用MQTT TCP 通訊協(xié)議將采集點(diǎn)IOT 設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)。并實(shí)現(xiàn)IOT 設(shè)備接入、訂閱、數(shù)據(jù)交換、斷開等操作。

3.2.1 server.php 服務(wù)

服務(wù)端通過后臺server.php 服務(wù)接收IOT 設(shè)備各類請求，并通過后shell 腳本監(jiān)控服務(wù)始終開啟運(yùn)行。

server.php 服務(wù)開啟客戶端請求連接到服務(wù)器、PING 請求、客戶端正在斷開連接、發(fā)布消息、客戶端訂閱請求、取消訂閱請求等主要IOT 設(shè)備請求處理功能。

部分核心代碼：

$server->on ('receive', function (SwooleServer$server, $fd, $from_id, $data) {

try {

$data = V3::unpack($data);

if (is_array($data) && isset($data['type'])) {

switch ($data['type']) {

case Types::CONNECT: //1 客戶端請求連接到服務(wù)器

// Check protocol_name

if ($data ['protocol_name'] ! ='MQTT') {

$server->close($fd);

return false;

}

if(! isset($data['client_id']) || $data['client_id']==''){

$server->close($fd);

return false;

}

$server->send(

$fd,

V3::pack(

[

'type'=>Types::CONNACK,//

2 連接確認(rèn)

'code'=>0,

'session_present'=>0,

]

)

);

*****

省略

*****

break;

case Types::PINGREQ://12 PING 請求

$server->send ($fd, V3::pack(['type'=> Types::PINGRESP]));//13 PING 響應(yīng)

*****

省略

*****

break;

case Types::DISCONNECT://14 客戶端正在斷開連接

if ($server->exist($fd)) {

$server->close($fd);

}

*****

省略

*****

break;

case Types::PUBLISH://3 發(fā)布消息

if ($data['qos'] === 1) {

$server->send(

$fd,

V3::pack(

[

'type' => Types::PUBACK,//4

公開承認(rèn)

'message_id' => $data['mes

sage_id'] ?? 0,

]

)

);

}

*****

省略

*****

break;

case Types::SUBSCRIBE://8 客戶端訂閱請求

$payload = [];

foreach ($data['topics'] as $k => $qos) {

if (is_numeric($qos) && $qos < 3) {

$payload[] = $qos;

} else {

$payload[] = 0x80;

}

}

$server->send(

$fd,

V3::pack(

[

'type' => Types::SUBACK,//9 訂閱確認(rèn)

'message_id' => $data ['mes

sage_id'] ?? 0,

'codes' => $payload,

]

)

);

*****

省略

*****

break;

case Types::UNSUBSCRIBE://10 取消訂閱

請求

$server->send(

$fd,

V3::pack(

[

'type' => Types::UNSUBACK,//11 取

消訂閱確認(rèn)

'message_id' => $data['message_id']

?? 0,

]

)

);

*****

省略

*****

break;

}

}

}

});

?>

接到IOT 設(shè)備連接到服務(wù)器請求時，首先判斷是否為系統(tǒng)授權(quán)設(shè)備，通訊協(xié)議是否正確，判斷正確后查詢IOT 設(shè)備系統(tǒng)信息并注冊到設(shè)備數(shù)組，返回設(shè)備連接成功。

接到IOT 設(shè)備PING 請求時更新設(shè)備登錄狀態(tài)。返回ping 成功。

接到IOT 設(shè)備客戶端正在斷開連接后注銷系統(tǒng)設(shè)備連接狀態(tài)，刪除設(shè)備連接信息，返回設(shè)備斷開命令。

接到IOT 設(shè)備發(fā)布消息后先解析消息數(shù)據(jù)，對消息進(jìn)行CRC 驗(yàn)證成功后通過$fd 獲取IOT 設(shè)備信息，查找到IOT 設(shè)備信息后根據(jù)訂閱服務(wù)約定的協(xié)議轉(zhuǎn)碼傳輸數(shù)據(jù)內(nèi)的溫濕度/PH 值信息，將數(shù)據(jù)格式化后每30 分鐘存入一組數(shù)據(jù)到云數(shù)據(jù)庫。并返回接收成功命令。

接到IOT 設(shè)備客戶端訂閱請求后判斷設(shè)備合法后進(jìn)行設(shè)備訂閱操作，并返回訂閱成功操作。

接到IOT 設(shè)備取消訂閱請求請求后判斷設(shè)備合法后進(jìn)行設(shè)備取消訂閱操作，并返回取消訂閱成功操作。

server.php 服務(wù)可實(shí)現(xiàn)24 小時不間斷服務(wù)，并支持多線程高并發(fā)的物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，高效實(shí)現(xiàn)IOT 設(shè)備聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。

3.2.2 MYSQL 數(shù)據(jù)庫

數(shù)據(jù)庫是土壤墑情信息采集和遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行不可缺少的。土壤墑情系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲采用MYSQL 數(shù)據(jù)庫，通過php-mysqli 技術(shù)連接，MySQL數(shù)據(jù)庫部署于云服務(wù)器上可以方便各個端同時訪問。

隨著系統(tǒng)不斷運(yùn)行，地塊采集點(diǎn)會不斷增多，同時會產(chǎn)生大量的土壤墑情信息數(shù)據(jù)，為了方便瀏覽并提高數(shù)據(jù)的應(yīng)用程度，我們需要對大量數(shù)據(jù)分類妥善存儲。根據(jù)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)性質(zhì)、重復(fù)率和應(yīng)用特性不同，可將數(shù)據(jù)分為兩大類，一類存儲平臺配置、地塊、采集點(diǎn)、傳感器等的配置空間數(shù)據(jù)庫部分，另一類是存儲采集的土壤濕度、土壤溫度、土壤酸堿度等的土壤墑情數(shù)據(jù)庫部分[11]。

土壤墑情信息采集平臺可以自主運(yùn)行，可以安裝多個數(shù)據(jù)采集器。每個數(shù)據(jù)采集器使用前需對其進(jìn)行配置，再將配置信息存儲到配置空間數(shù)據(jù)庫部分，當(dāng)數(shù)據(jù)采集器開機(jī)聯(lián)網(wǎng)后將自動與土壤墑情信息采集平臺通訊，并將采集的數(shù)據(jù)上傳平臺，存儲于土壤墑情數(shù)據(jù)庫部分。每個數(shù)據(jù)采集器都可以獨(dú)立、自動對不同區(qū)域的土壤墑情進(jìn)行監(jiān)測。數(shù)據(jù)產(chǎn)生后，平臺控制端后臺可以經(jīng)過一定的算法對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計和分析，從而全面掌握土壤墑情信息采集與遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的土壤墑情信息[11]。

4 大田農(nóng)業(yè)土壤墑情數(shù)據(jù)管理應(yīng)用系統(tǒng)

本系統(tǒng)采用B/S 架構(gòu)，使用了MySQL、JavaScript和HTML 及PHP 等技術(shù)，利用云服務(wù)器進(jìn)行研究及開發(fā)，以農(nóng)田土壤墑情數(shù)據(jù)為控制對象，編寫云端（服務(wù)器）和終端（PC 端）的程序。將采集系統(tǒng)采集到的土壤墑情參數(shù)（包括土壤濕度(Vol%)、土壤溫度(℃)和土壤酸堿度參數(shù)（PH）進(jìn)行匯總、處理和分析并以列表、圖形和地圖等形式進(jìn)行顯示，便于云端用戶在不同時間和范圍內(nèi)查看土壤墑情的監(jiān)測數(shù)據(jù)[12]。大田農(nóng)業(yè)土壤墑情數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)登錄界面如圖8 所示。

圖8 大田農(nóng)業(yè)土壤墑情數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)登錄界面

4.1 系統(tǒng)設(shè)置管理

系統(tǒng)設(shè)置主要用于人機(jī)交互界面樣式的管理和對DTU、采集器的配置。系統(tǒng)支持在“系統(tǒng)設(shè)置”板塊中配置系統(tǒng)名稱、logo、 背景及主題顏色等信息，便于使系統(tǒng)人機(jī)交互體驗(yàn)更加友好。

關(guān)于DTU、采集器的配置主要體現(xiàn)在系統(tǒng)“采樣點(diǎn)位” 板塊，需在編輯點(diǎn)位信息時設(shè)置正確的DTUCODE、傳感器數(shù)量及訂閱、推送設(shè)置。采集設(shè)備與采樣點(diǎn)綁定通過添加和修改采樣點(diǎn)內(nèi)的通訊信息進(jìn)行。通訊模塊名稱自定義即可；DTUCODE必須填寫配置DTU 時的ClientID；傳感器數(shù)量配置為2；訂閱和配置DTU 時訂閱的連接相同（ClientID/bwget）；推送和配置DTU 時推送的連接相同（ClientID/bwupdate）；當(dāng)IOT 采集設(shè)備上線后會查詢數(shù)據(jù)庫內(nèi)采樣點(diǎn)信息自動進(jìn)行采集設(shè)備與采樣點(diǎn)綁定，綁定成功后采樣點(diǎn)即可正常查看和接收采樣數(shù)據(jù)。

4.2 數(shù)據(jù)查看和應(yīng)用

關(guān)于數(shù)據(jù)查看和應(yīng)用，系統(tǒng)支持在“賬戶管理”配置不同的管理員賬戶。因采樣大田不止一片，遂應(yīng)首先在“村鎮(zhèn)管理”板塊中設(shè)置數(shù)據(jù)采集目標(biāo)大田的所屬行政村鎮(zhèn)區(qū)劃，在國家行政區(qū)劃省市區(qū)的基礎(chǔ)上可自定義編輯村鎮(zhèn)及下屬村落。采集到土壤墑情數(shù)據(jù)后可以此為條件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計。村鎮(zhèn)管理界面如圖9 所示。

圖9 村鎮(zhèn)管理界面

在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常存在一片面積較大的田地雖然分屬不同村落，但田地相鄰或相近，存在一定共性的情況。所以系統(tǒng)可在“地片管理”板塊中設(shè)置大片采樣地片的面積、采樣深度、地圖定位中心點(diǎn)等信息，如設(shè)置首頁關(guān)注，則可在登錄系統(tǒng)時第一時間查看到此地片土壤墑情圖表。與地片管理相似，在“地塊管理”板塊中除設(shè)置其面積、采樣深度、地圖定位中心點(diǎn)等基礎(chǔ)信息外還可以選擇與已設(shè)地片的相關(guān)從屬關(guān)系。在一個采樣地片（地塊）內(nèi)可配置多個采樣點(diǎn)。采樣點(diǎn)越多，測得數(shù)據(jù)則更有說服力。配置采樣點(diǎn)時除選擇所屬地片、地塊信息外應(yīng)合理選擇采樣點(diǎn)位置，并上傳實(shí)際定位。

開始采樣后，可隨時根據(jù)地片、地塊查看系統(tǒng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，也可直接查看采樣點(diǎn)詳細(xì)數(shù)據(jù)。其中，地塊、地片統(tǒng)計數(shù)據(jù)為平均值，采樣點(diǎn)詳細(xì)數(shù)據(jù)為實(shí)際值。如圖10 所示。

圖10 采樣統(tǒng)計詳細(xì)數(shù)據(jù)

除數(shù)據(jù)統(tǒng)計外，系統(tǒng)登錄首頁可直觀繪制采樣地片、地塊的平均溫度、濕度及酸堿度圖表，還可以通過地圖直接顯示田地所在位置，如圖11 所示。

圖11 采樣地塊地圖顯示

點(diǎn)擊選擇某一具體地片后，可查看該采樣地片的詳細(xì)數(shù)據(jù)，如該地片的10cm 處溫度、 濕度、PH值以及這一段時間的變化曲線，修改圖標(biāo)時間區(qū)間可以繪制同一地片不同季節(jié)的土壤墑情變化情況，如圖12 和圖13 所示。

圖12 采樣點(diǎn)平均溫度、濕度及PH 值

圖13 采樣點(diǎn)位溫度濕度及PH 值變化曲線

5 結(jié)語

基于云平臺的大田農(nóng)業(yè)土壤墑情數(shù)據(jù)采集監(jiān)測系統(tǒng)主要針對農(nóng)田土壤墑情監(jiān)測的需求，可以實(shí)現(xiàn)對土壤的溫度、濕度及PH 值的縱向分梯度實(shí)時監(jiān)測。該系統(tǒng)操作簡單，功能齊全，界面清晰，便于推廣。相關(guān)農(nóng)業(yè)技術(shù)人員可以通過該系統(tǒng)對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理，能夠?yàn)檗r(nóng)作物的生產(chǎn)管理提供有效的數(shù)據(jù)支撐，且為后續(xù)的實(shí)現(xiàn)土壤墑情的智能決策、 自動預(yù)備和自動水肥一體化等功能提供依據(jù)，并且對指導(dǎo)旱作節(jié)水農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、抗旱減災(zāi)、農(nóng)作物的科學(xué)補(bǔ)給用水等具有極其重要意義。