基于云平台的物联网农业大棚监控系统研究

孟祥莲，王嘉鹏，张世龙

(哈尔滨华德学院，哈尔滨 150025)

基于云平台的物联网农业大棚监控系统研究

孟祥莲，王嘉鹏，张世龙

(哈尔滨华德学院，哈尔滨 150025)

基于物联网技术，Hadoop云平台架构技术设计和开发了一种农业大棚智能控制系统。利用STM32F103、ZigBee协调器，云平台，传感器技术等实现农业大棚的土壤温湿度、光线强度、空气温湿度等环境参数的实时监控及执行机构的自动控制，以达到农业大棚自动化、智能化的生产目标，Hadoop云平台架构技术对于提升我国农业生产力，提高农业大棚现代化技术水平具有重要的意义。

云平台；物联网；农业大棚；监控系统

通过对农业大棚农作物采取科学的方法实施监控，能够有效促进农业大棚的种植现代化、产业化与信息化。目前，国内的普遍做法是使用ZigBee无线设备形成一个局域网络，再通过智能网关与互联网通信，终端的节点数据要通过局域网，经过网关之后才能到达外网，这个过程比较复杂，而且开发周期相对较长。因此，设计一个简单的智能控制系统，既具备信息采集控制功能，又具备网络通信功能，成了物联网农业发展的重要方向。

根据农作物的生长特点，本研究系统针对云平台、农业大棚的信息采集、采集数据无线传输等关键技术，开发出一套适合农业发展的Hadoop云平台架构技术，其作用为：将温度湿度、土壤等信息数据经检测后上传到物联网农业大棚监控系统，通过对农业大棚的信息采集、存储、处理，有效控制检测后的农作物、土壤等信息，发挥物联网技术、传感器技术在农业信息采集中的作用，云服务器将采集的大量数据进行实时统计分析，提出合理控制农业大棚的建议，以促进现代化农业的快速发展。

1 系统的硬件设计

本系统采用模块方式设计，主要分为主机模块、传感器节点模块、无线通信模块和控制设备模块。主机模块分为：主控制器(STM32F103)、ZigBee协调器。传感器节点模块采用多个子模块，分别为空气温湿度采集(DHT11)、土壤温湿度采集(DS18B20、LY-69型号器件)、光线强度采集模块(光敏电阻器)以及灌水、通风、照明、取暖控制模块等；无线通信模块主要是ZigBee CC2530建立网络协议。无线通信模块利用CC2530作为各节点CPU，负责数据的接收与发送。系统硬件的总体设计如图1所示。

图1 系统硬件框图Fig.1 System hardware block diagram

目前的STM32系列处理器分为多个系列。系统选用STM32F103型号，是STM32F101的增强型系列，处理器本身带有多个串口，在数据采集时可以向多台PC机发送数据。

本次设计把无线通信分为发送端和接收端两部分。CC2530与CPUSTM32F101接线方式是CC2530的TXD端连接STM32的GPIOA10口、RXD接GPIO9口、GDN与VCC引脚分别与STM32对应引脚相连。严格按照ZigBee802.15.4协议的配置方式接收数据，发射模式与接收模式互相配合，实现无线通信。

2 系统的软件设计

利用Hadoop云平台架构实现一个智能大棚监控系统。在本设计研究中，传感器节点模块负责采集空气温湿度、土壤温湿度、光线强度等环境参数，定期发送给协调器节点；主机模块负责接收传感器节点采集的数据并进行处理，处理后的结果直接发送到云服务器终端，主机根据各节点采集的信息，智能控制照明、灌溉、加热等操作，实现系统的自动化控制。

图2 主程序流程图Fig.2 Main program flow chart

3 云服务器

本系统在配置环境设计时，要存储每个传感器节点采集的数据，由于要进行实时采集，导致数据量非常大，系统采用Hadoop云平台解决对海量数据的处理。Hadoop平台以可靠、高效、可伸缩的方式进行数据处理，可以维护多个工作数据副本，确保针对失败的节点重新分布处理，通过并行处理，加快处理数据的速度，加大其伸缩性。

服务器操作系统选用Linux系统，配置通信I/O口，通过vi编辑器切换到Hadoop中etc下面配置环境变量。在hadoop目录配置环境core-site.xml中指定HDFS的namenode的通信地址；在配置备份时切换到hdfs-site.xml文件中进行编辑，配置HDFS副本的数量，保留备份；在配置环境中需要进行架构设计，在Hadoop中将mapred-site.xml指定yarn上运行。架构配置如图3所示。

图3 架构配置环境图Fig.3 Schematic diagram of the architecture configuration

server端和client端文件的传输使用Python实现，利用Python中的SocketServer模块解决文件的传输。

建立Socket连接的核心代码为:

socket=serverSocket.accept();

socketstart=true;

socket.setSoTimeout(50000);

系统采用云存储模块，对最终处理的数据进行存储、备份。使用云存储服务，可使系统节省成本费用，简化复杂的设置和管理任务，把数据放在云服务器中便于从多处访问数据。云存储框架如图4所示。

图4 云存储框架图Fig.4 Cloud storage frame diagram

4 结语

本系统通过STM32负责接收ZigBee传感器节点采集到的农业大棚的土壤湿度、光照强度、空气温湿度等数据,并把数据存储到服务器上。考虑到目前采集的信息量过大，采用Hadoop云架构技术来搭建服务器，及时对信息存储和数据分析，对采集到的农业大棚信息进行实时显示。

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Researchonmonitoringsystemofagriculturalgreenhousebasedoncloudplatform

MENG Xiang-lian, WANG Jia-peng, ZHANG Shi-long

(Harbin Huade College, Harbin 150025, China)

Based on the Internet of Things technology, Hadoop cloud platform architecture technology has been designed and developed an intelligent control system for agricultural greenhouses. The use of STM32F103, ZigBee coordinator, cloud platform, sensor technology can achieve the agricultural greenhouses soil temperature and humidity, light intensity, air temperature and humidity and other environmental parameters of the real-time monitoring and implementation of automatic control agencies so as to achieve the automation and intelligence of agricultural greenhouses. Hadoop cloud platform architecture technology is of great significance to enhance China’s agricultural productivity and improve the modernization level of agricultural greenhouses.

Cloud platform; Internet of things; Agricultural greenhouses; Monitoring system

TP27

： A

： 1674-8646(2017)15-0072-02

2017-05-25

黑龙江省教育厅科技研究项目资助(12543033)；黑龙江省教育科学规划课题资助(GJB1316029)。

孟祥莲(1980-)，女，硕士，副教授； 王嘉鹏(1983-)，男，硕士，副教授； 张世龙(1976-)，男，硕士，教授。