基于OneNET 物联网开放平台的智慧农业监测系统设计

刘万元，黄连清，黄方连，宋俊慷

（广西民族师范学院数理与电子信息工程学院，广西崇左532200）

基于OneNET 物联网开放平台设计了一种为智慧农业提供数据监测服务的监测系统。其主要将物联网技术、移动通信技术、传感器技术以及计算机技术等各种先进技术融合，以农业温室为单元，在分析农业温室种植农作物对环境要素需求的基础上，选取光照强度、温度、湿度、二氧化碳浓度等环境数据作为监测对象，对农业温室内前述环境数据进行实时监测，形成以农业生产者为主体，高效、集成的农业温室环境数据监测系统，进而提升农业生产过程控制的智能化，为提高农业温室种植作物产出的品质和产量提供必要的技术保障。系统通过环境数据变送器采集农业温室内各种环境信息（光照强度、温度、湿度、二氧化碳浓度等）[1]，以ModBus-RTU 协议为核心，在OneNET 物联网开放平台上部署产品（服务器）的同时开发监测界面，使用4G-DTU 传输模块完成采集数据远程传输工作。在数据被OneNET 物联网开放平台所部署的产品（服务器）成功接收并存储后，用户可通过个人PC 或智能手机登录在OneNET 物联网开放平台开发的监测界面，实现对农业温室内农业生产环境数据的实时监测。在系统总体方案设计的基础上，从OneNET 物联网开放平台部署，4G 移动通信数据传输模块配置和环境数据变送器设置3个方面进行系统设计过程的介绍。

1 系统总体方案设计

系统所采用集成多种数据传感功能的环境数据变送器实现农业温室内环境数据的采集工作，主要对光照强度、温度、湿度、二氧化碳浓度等农业生产环境数据进行采集；以4G-DTU 传输模块为核心，搭建环境数据变送器和OneNET 物联网开放平台的数据交互通路；在OneNET 物联网开放平台上通过部署产品（服务器）的同时开发监测界面来存储和展示环境数据变送器所采集的农业温室内光照强度、温度、湿度、二氧化碳浓度等环境数据，为农业温室管理者优化农业温室内农作物生产环境数据的设定，从而为提高种植作物产量提供决策依据[2]。图1所示为系统整体方案设计图。

图1 系统整体方案设计图

2 OneNET 物联网开放平台部署

为了存储环境数据变送器所采集上传的农业温室环境数据，需要对OneNET 物联网开放平台进行相应的部署，具体可分为创建产品、添加设备和配置数据流3 个步骤。

图2 接入协议选择

首先，登录OneNET 物联网开放平台进入控制台，在OneNET 产品目录选择“多协议接入”服务，并创建一个用于接收和存储监测数据的产品，由于环境数据变送器是以ModBus-RTU 协议的应答帧格式发送采集数据的，因此在创建多协议接入服务的产品类型时需要选择ModBus 协议接入，如图2 所示。

产品创建成功后点击进入该产品，并打开该产品的设备列表，使用“添加设备”功能为该产品添加设备。添加设备的过程中需要自行按需求输入创建设备的“设备名称”“DTU 序列号”和“DTU 密码”，同时设置“数据保密性”，在此基础上还可以对设备进行功能性描述，并设定设备的位置信息。添加新设备主要配置内容如图3 所示。

图3 添加新设备配置内容

图4 添加采样数据流配置内容

成功添加设备后需要在所添加的设备内部配置数据流，在设备列表的操作栏点击与新添加设备对应的“数据流”选项，进入该设备数据流展示列表，并点击“添加采样数据流”为当前设备添加采样数据流。在进行采样数据流添加时需要对“数据流名称”“采样数据命令”和“数据周期”进行配置。具体配置内容如图4 所示，其中“采样数据命令”的配置要符合ModBus-RTU 询问帧格式，并配合环境数据变送器封有装监测数据的ModBus-RTU 应答帧的类型确定具体参数，数据处理公式可对上传数据进行简单的算术处理。

3 第四代移动通信数据传输模块配置

4G-DTU 传输模块是第四代移动通信数据传输模块的简称，系统中该模块主要实现环境数据变送器和OneNET 物联网开放平台之间的数据桥接工作，系统设计使用了山东有人物联网公司USR-780G2 型4G-DTU 传输模块，保证两者能正常进行数据交互[3]。因此，环境数据变送器和OneNET 物联网开放平台要分别完成它们与4G-DTU 传输模块之间数据通路的搭建。

4G-DTU 传输模块和环境数据变送器之间只需要使用两根线缆将两者的RS485 接口进行连接即可；4G-DTU 传输模块和OneNET 物联网开放平台之间的连接是建立在TCP 长链接的基础上，通过设置登录包和TCP 套接字实现的。在进行配置时需要4G-DTU 传输模块使用RS232 串行通信接口与个人PC 进行连接，在个人PC 上运行专门的配置软件实现对USR-780G2 型4G-DTU 传输模块进行配置，具体配置信息如图5 所示。

登陆包的内容关系到4G-DTU 传输模块是否能正常与OneNET 物联网开放平台所部署的设备实现连接，因此这里对登陆包的具体内容进行说明。依据OneNET 物联网开放平台开发手册，采用ModBus协议进行接入需要对登陆包进行专门的设置，根据之前的产品添加和设备创建信息，本系统的登陆包的具体内容如表1 所示。

4 环境数据变送器

图5 4G-DTU 传输模块配置

表1 OneNET 物联网开放平台ModBus 接入登陆包设置

图6 环境数据变送器配置

环境数据变送器使用山东建大仁科公司生产的多气象要素百叶盒型环境数据变送器，完成农业温室内环境数据的采集工作[4]。在将新环境变送器投入使用之前，也需要对其相关参数进行配置。使用USB/485 转换器将环境数据变送器与个人PC 进行连接，在个人PC 上运行相应的配置软件对其进行配置，具体需要配置的参数如图6 所示。

波特率参数要和4G-DTU 传输模块的波特率参数一致，这样才能保证环境数据变送器和4G-DTU 传输模块之间通过RS485 总线承载Mod-Bus-RTU 协议进行通信[5]。从机地址要和OneNET 物联网开放平台采样数据流中“采样数据命令”的地址参数一致，确保OneNET 物联网开放平台通过其采样数据流下发的数据采集命令能被环境数据变送器正确识别。在此基础上，环境数据变送器以ModBus-RTU 应答帧的形式发送的环境数据能被OneNET 物联网开放平台的采样数据流进行正确存储、展示。

5 系统数据存储与展示

正确完成上述过程后就完成了基于OneNET物联网开放平台的智慧农业监测系统的搭建工作，系统应用可以进入OneNET 物联网开放平台查询已经上传的监测数据。与此同时，可以使用OneNET 物联网开放平台的监测界面开发功能，开发WEB 监测界面实现对历史监测数据的展示工作。OneNET 物联网开放平台所提供的监测界面开发工具以组件拖拽方式进行界面开发，组件可以很容易与后台存储的数据进行连接，实现数据展示的多样化。数据展示界面如图7 所示，系统的使用者可以使用个人PC 或者智能手机通过互联网访问监测界面，实现农业温室内环境数据的实时监测。

图7 数据展示界面