基于物联网的智能植物工厂电子商务系统设计

谢佳佳，崔世钢，梁帆

（天津职业技术师范大学天津市信息传感与智能控制重点实验室，天津300222）

基于物联网的智能植物工厂电子商务系统设计

谢佳佳，崔世钢，梁帆

（天津职业技术师范大学天津市信息传感与智能控制重点实验室，天津300222）

为实现对蔬菜生产过程的可溯源性，同时更好地满足人们对蔬菜安全的需求，本文提出一种基于物联网的应用于植物工厂中的电子商务系统。在智能植物工厂的硬件基础上，采用物联网服务器、第三方支付和物流联盟构建新型物联网植物工厂中的电子商务系统。本系统能实现蔬菜生产过程的透明化、可溯源性和私人定制蔬菜，实现对植物工厂中蔬菜的在线定制、在线支付、物流跟踪、实时监控等需求，且可追溯蔬菜生长和运输的全过程。

电子商务系统；物联网；智能植物工厂

随着工农业的快速发展和城市化进程的加快，人们的生活水平得到了极大提高，对高品质生活的要求与日俱增，对绿色安全健康无污染蔬菜的需求愈加迫切。但土地资源锐减且不具有修复性、环境污染严重、生态恶化和人口急剧增长等问题，使人们很难拥有私人的绿色蔬菜种植地。然而，植物工厂可以通过实时调节控制植物工厂中的温度、湿度、CO2浓度、光照强度等环境参数［1］，为蔬菜生长提供最适宜的生长环境。本文在植物工厂的硬件基础上引入物联网技术和电子商务系统，设计了一种基于物联网的智能植物工厂中的电子商务系统［2-3］，并对各部分系统的组成、开发与实现方案进行了设计，通过物联网中的大量传感器和摄像头实时查看定制蔬菜的生长状态、生长环境参数，并进行实时远程视频监控［4-6］，实现了网上定制蔬菜、远程立体种植、蔬菜种植过程的透明化、用户整个购买过程和蔬菜生产过程的可追溯性。

1　系统总体设计

植物工厂的电子商务系统涉及智能植物工厂、物联网服务器、第三方支付、物流联盟、物联网用户5部分，系统总体设计图如图1所示。智能植物工厂由大量独立的封闭式植物生长柜组成，通过Android控制端能实时获取和调节蔬菜生长环境参数，并上传环境参数至物联网服务器［7-8］，同时采集生长柜中蔬菜生长的视频，以供物联网服务器实时视频监控。物联网服务器实时获取Android控制端上传的蔬菜生长环境参数信息，将历史数据存至服务器的数据库中。服务器与Android控制端的视频通信，使用户可以对生长柜进行远程实时视频监控。结合物联网服务器，第三方支付可以帮助用户完成在线支付。物流公司通过物联网服务器，可将蔬菜运送至用户的收货地址，并实时更新服务器上的物流信息。用户可在线定制蔬菜，通过访问物联网服务器获取自己订购蔬菜的生长环境信息、视频信息、物流信息等，实现用户从在线下单到收货全过程的实时性和可追溯性。

图1　系统总体设计

2　系统开发与实现方案

传统蔬菜购买活动在时间和空间上受较大限制，而智能植物工厂电子商务模式打破了传统蔬菜购买活动的时空限制，时间上不受昼夜限制，空间上不受地理位置的约束。植物工厂电子商务系统是基于物联网技术和植物工厂种植技术的新型农业发展模式，植物工厂电子商务流程如图2所示。植物工厂中的植物生长柜包含大量的二氧化碳温湿度一体化传感器模块、光照传感器、温度传感器和摄像头，且植物工厂连入物联网，用户可以实时掌握定制蔬菜的生长状态和生长环境。因此，植物工厂电子商务系统具有全新的时空优势，不仅允许用户下单，由蔬菜培育人员代为种植、收货蔬菜，并运送至用户家中，而且允许用户实时监控蔬菜的长势，在更大程度上满足用户对绿色安全蔬菜的需求以及对蔬菜安全生产过程的掌控。

2.1智能植物工厂

智能植物工厂由大量独立的封闭式智能植物生长柜组成，采用立体式栽培、营养液栽培技术和LED新光能技术，通过智能控制蔬菜生长的环境，使蔬菜生长不受或很少受自然条件制约，这是一种新型绿色农业生产方式。植物工厂底层测控中心包含Android控制端、WiFi模块、调节环境参数执行机构、环境参数采集模块和摄像头模块。Android控制端主要完成多传感器信息采集、反馈、实时显示和存储。Android控制端与WiFi模块相结合，采用WiFi无线通信协议同物联网服务器进行远距离无线通信，实现监听和获取服务器命令以及响应服务器的反馈控制等功能。Android控制端结合摄像头模块，完成植物工厂现场视频和服务器远程视频信息的采集和上传。环境参数执行机构接收Android控制端的控制指令，进而控制LED灯、加热棒、制冷机、加湿器等来调节植物工厂内的温度、湿度、CO2浓度和光照强度以及营养液的温度。环境参数采集模块主要是通过采用二氧化碳温湿度一体化传感器模块、光照传感器和温度传感器实时检测来获得蔬菜的生长环境参数，通过串口传至Android控制端。

图2　智能植物工厂电子商务流程

植物工厂的蔬菜培育人员负责接收用户订单，完成蔬菜播种、蔬菜生长全过程环境参数的设置、蔬菜收获和按照用户下单时选择的收货地址和配送方式发货，并将物流相关信息反馈至物联网服务器。

2.2物联网服务器

物联网服务器采用Tomcat+JSP+servlet+MVC搭建，是Web服务的一种，Web服务发布成功后，它就可以被用户远程登录调用，数据库采用MySQL 6.0。物联网服务器主要完成以下任务：①植物工厂中环境数据监控。②远程视频监控。③环境数据和视频图片数据库操作。物联网服务器数据库在开发过程中，先使用MySQL数据库管理系统建立好数据库和数据表结构，然后在程序中通过Java代码与数据库中的表建立连接，再进行相关的数据库操作。④植物工厂中蔬菜的私人定制。为实现植物工厂电子商务模式，物联网服务器完成了蔬菜信息的显示和监控、在线下单、第三方支付及物流跟踪，使用户可以便捷地定制和购买更加新鲜安全的蔬菜。

2.3第三方支付

在本系统中，第三方支付发挥着重要作用，较好地解决了电子商务中存在的诚信、物流、现金流问题。第三方支付不仅连接银行，提供资金结算、客户服务等，同时连接植物工厂和用户，帮助用户顺利完成支付交易。第三方支付的具体流程为：①用户将实体货币转至第三方支付平台的支付账户中，授权第三方平台将用户账户中的资金转移到第三方平台的账户中进行保管。②用户登录物联网服务器，在线选购蔬菜。③收到贷款后，第三方平台通知植物工厂工作人员根据用户订单进行蔬菜种植。④蔬菜成熟后，植物工厂进行收割和发货。⑤用户收到蔬菜后，确认付款。⑥第三方平台将临时保管的资金划拨到植物工厂账户中。⑦植物工厂可将收到的款项兑换成实体货币。

2.4物流联盟

本系统的物流联盟是指基于智能植物工厂中的电子商务系统、植物工厂的配送部门以及邮政、快递等物流企业形成的一种优势互补、共担风险、共享收益的庞大而有效的物流网络组织，能满足植物工厂用户跨地区、全方位物流服务的要求。植物工厂的物流服务形式主要有2种：一是在植物工厂仓库所在地，采取以植物工厂的配送部门自行配送为主、以快递业支持为辅的形式；二是在其他地区，主要采取邮政和快递相结合的形式，进行蔬菜送达。在蔬菜寄送后，物流单号和实时物流信息将发送至物联网服务器上，用户可实时查看，掌握物流进程。

2.5物联网用户

物联网用户通过物联网与物联网服务器、智能植物工厂、第三方支付和物流公司连接，进行信息流、资金流和物流的交互，主要进行的操作有用户登录、在线购买、在线支付、植物生长实时监控、物流跟踪和收货。用户使用已注册的用户名和登录密码，可在任何一台联网的计算机上登录物联网服务器，根据服务器呈现的蔬菜信息，在线选好所要种植的蔬菜种类和数量，填写收货地址、配送方式和支付方式，并提交订单，之后进行第三方安全支付。用户通过物联网服务器可以查看蔬菜生长的实时环境信息，通过视频监控可以查看蔬菜的生长状态，以便了解掌握蔬菜的长势。用户通过物联网服务器可以查看实时物流信息，并在收到蔬菜后，在物联网服务器上确认收货，完成整个购买活动。

3　结束语

本文设计了一种基于物联网的智能植物工厂电子商务系统。系统采用物联网服务器、第三方支付和物流联盟搭建电子商务平台，实现用户在线私人定制蔬菜。本系统实现了蔬菜种植过程透明化和用户购买种植蔬菜过程可追溯，通过LED新光能技术和营养液栽培方式培育出绿色无污染、生长周期短、优质高产的蔬菜，更好地满足了人们对不同种类高品质绿色安全蔬菜的需求，给人们的日常生活带来了极大的便利，同时也促进了农产品行业电子商务发展的进程。

［1］杨其长，魏灵玲，刘文科，等.植物工厂系统与实践［M］.北京：化学工业出版社，2012.

［2］王崇锦.我国农产品电子商务模式研究［D］.武汉：华中师范大学，2013.

［3］朱仲英.传感网与物联网的进展与趋势［J］.微型电脑应用，2011（1）：1-3.

［4］刘渊，王瑞智，杨泽伦.基于物联网的连栋蔬菜温棚环境监测系统设计［J］.农机化研究，2014（1）：121-126.

［5］张雅楠，杨璐，郑丽敏.基于Android手机的远程视频监控系统的设计［J］.计算机应用，2013，33（S1）：283-286.

［6］彭凤凌，庹先国，王洪辉，等.安卓手机与数据库交互系统的设计与实现［J］.计算机工程与设计，2013，34（11）：3907-3911.

［7］傅仕杰.基于STM32的分布式智能温室控制系统［D］.太原：太原理工大学，2011.

［8］黄培，徐立鸿，王乐达，等.基于GSM/GPRS的温室环境远程监控系统设计［J］.微型机与应用，2012，31（18）：45－50.

Design of e-commerce system in intelligent plant factory based on internet of things

XIE Jia-jia，CUI Shi-gang，LIANG Fan
（Tianjin Key Laboratory of Information Sensing and Intelligent Control，Tianjin University of Technology and Education，Tianjin 300222，China）

An e-commerce system in plant factory based on internet of things has been proposed to realize the trace-ability of vegetables production process and meet people′s demand for safe vegetables.On the basis of the hardware of intelligent plant factory，the e-commerce system is established by internet of things server，the third party payment platform and logistics alliance.The e-commerce system in intelligent plant factories has realized the transparency and trace-ability in vegetables production process，private customization for vegetables，online customization of vegetables in plant factories，online payment，logistics tracking and real-time monitoring for user and trace-ability of vegetable growth and the whole process of transportation.

e-commerce system；internet of things；intelligent plant factory

F913.36；S126

A

2095－0926（2015）04－0026－03

2015-05-28

国家高技术研究发展计划项目（863计划）（2015AA033303，SS2013AA03120）；国家自然科学基金资助项目（61178048）.

谢佳佳（1991—），女，硕士研究生；崔世钢（1963—），男，教授，博士，硕士生导师，研究方向为机器人控制、人工智能等.