农业环境监测系统WebAPP的设计与实现
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摘 要：为了对农作物在生长过程中的风速、大气温度与湿度、PM2.5等气象因子进行实时监测，研发了农业环境监测系统WebAPP。后台管理子系统实现用户、传感器、农业环境数据、通信连接等管理。前端APP实现对监测站的模式设置、现场维护、数据收集、历史数据显示等功能，为农作物生长的动态监测提供数据支撑。
关键词：环境监测;WebAPP;GPRS;蓝牙;人机交互;MCU
中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2020）02-00-04
0 引 言
传统农业环境监测系统普遍采用人工管理，不仅耗费大量时间与人力且出错率较高，具体表现在如下几方面：
（1）采用效率低下的工具收集农作物在生长过程中的环境数据;
（2）采集数据的方式为传统人工收集而非自动收集、统计和分析;
（3）缺乏相关互联网工具和平台对相关数据进行有序地采集和分析，导致对数据的采集具有延迟性。
若采用WebAPP的方式实现监测站的模式设置、现场维护、历史数据显示等一系列功能，便可做到对气象因子的远程监测和实时预警。此外，WebAPP的方式适用于多种复杂的场景，如在智慧农业场合和交通不便利、地形复杂的山区、丘陵等农林场合使用。这种方式能够显著改进和优化传统农业环境监测系统的性能，进而提高其所应用农业环境下农产品的生产效率与农作物品质。
1 系统架构
系统通过数据采集仪将农业环境数据采集到MCU，数据经处理后通过GPRS或蓝牙等通信手段传送至后台服务器。之后向WebAPP提供数据接口进行数据交互。最后后台管理系统对所有监测站采集的数据进行汇总、分析、显示、存储等[1]，从而实现对监测站的模式设置、现场维护、数据收集、历史数据显示等。系统架构如图1所示。
2 WebAPP后台管理系统的设计与实现
后台管理系统基于Windows平台，在浏览器端运行，方便管理员对用户、传感器、农业环境数据进行管理操作与后期的管理和维护[2]。本系统在开发和设计阶段不断进行补充及完善，后期可进行持续开发，为用户提供更好的体验。
2.1 WebAPP后台管理系统的功能设计
后台管理系统包括四个模块，分别为用户管理模块、传感器节点管理模块、农业环境数据管理模块、通信连接模块，具体如图2所示。
2.2 WebAPP后台管理系统的数据库设计
系统的主要实体包括用户、传感器和环境数据，逻辑结构如图3所示。
2.3 WebAPP后台管理系统开发技术
后台管理系统的逻辑功能代码通过Java语言以及编译工具IDEA实现。系统在云平台搭建Tomcat服务器，采用SpringBoot框架与SQL Server关系数据库。
3 WebAPP的设计与实现
3.1 WebAPP的功能设计
WebAPP功能设计如图4所示，主要包括蓝牙通信、GPRS通信、传输与数据处理、数据动态显示、数据库功能等五个模块。
（1）蓝牙通信的主要内容包括与MCU进行数据通信，提示手机打开蓝牙，查找周围的蓝牙并将找到的蓝牙设备显示到设备列表，与设备列表中的蓝牙设备进行配对，配对好的蓝牙设备连接后便可通信。
（2）GPRS通信模块主要负责与后台进行数据交流，提取编辑框输入的服务器端IP及端口号进行Socket连接，启动接收线程接收数据，通信开始后便将数据通过发送线程发送到后台。
（3）传输与数据处理模块主要负责按照制定的协议发送相应的经校验确认无误的数据命令，并按协议分析、存储、处理、显示采集器传来的数据[3]。
（4）数据库负责将采集到的原始数据存储到SD卡，用于查询、备份存储及动态曲线显示。
（5）气象因子动态显示模块主要负责将采集器存储的历史数据进行动态曲线显示，测量参数见表1所列。
3.2 通信功能流程
3.3 WebAPP开发技术
WebAPP主要使用HBuilder和Visual Studio Code编辑软件开发，前端选用HTML/CSS，HTML5/CSS3，Vuejs搭建框架[4]。在本系统平台中，用户通过WebAPP页面经JavaScript等技术向后台发起请求，服务器后台接收请求并进行相关运算，处理结果后传输给手机端进行JavaScript解析，之后返回WebAPP页面[5]。简言之，用户通过浏览器发起请求，服务器接收请求并处理后返回手机端[6]。用户在这一过程中实现了一次完整的数据请求服务。数据请求流程如图6所示。
3.4 APP界面
WebAPP实现了对监测站的模式设置、现场维护、数据收集、历史数据显示等功能。用户可根据实际情况自由设置采集站的工作时间、使用状态等，从而使得数据采集效率和系统续航能力达到平衡[7]。
（1）主界面中选择“菜单”按钮进入蓝牙选择列表，选择对应的蓝牙列表进行连接，进入设置页面后输入服务器IP及端口号以连接服务器，连接成功显示页面如图7所示。
（2）设置页面读取采集器地址。通过相应命令连接采集器，对设备的工作时间、设备初始化等进行远程控制。在传感器设置页面选择相应序号的传感器进行设置并读取采集器端的传感器信息，如图8所示。
（3）在手机端实现了农业环境的远程监测，可提取有效信息进行分析处理，通过曲线图实时更新并动态显示在APP中，部分气象因子动态曲线如图9所示。
4 结 语
本系统主要实现了农业生产过程中对气象因子的实时监测和预警，APP实现了监测站的模式设置、现场维护、数据收集等功能，扩充了用户的自定义操作功能，應用节能设计增加了系统续航能力，相比传统农业环境监测模式显著优化并提高了系统性能与监测效率。 参 考 文 献
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