基于食用菌電子商務(wù)的智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng).pdf

中國食用菌 EDIBLE FUNGI OF CHINA Vol 39 No 1 DOI 10 13629 ki 53 1054 2020 01 051 中國食用菌 2020 39 1 178 181 EDIBLE FUNGI OF CHINA CN53 1054 Q ISSN 1003 8310 作者簡介 韓鵬輝 1985 女 碩士 講師 主要從事供應(yīng)鏈 電子商務(wù) 跨境電子商務(wù)方面研究 E mail 976326380 收稿日期 2019 11 04 基于食用菌電子商務(wù)的智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng) 韓鵬輝 河南經(jīng)貿(mào)職業(yè)學(xué)院 河南鄭州 450000 摘要 為了促進食用菌電子商務(wù)的發(fā)展 基于嵌入式Web服務(wù)器開發(fā)設(shè)計了智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng) 表明了系統(tǒng) 軟件設(shè)計方案 主要硬件的選型和網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議的實現(xiàn)方法 介紹了監(jiān)控系統(tǒng)等模塊的主要功能 實現(xiàn)了遠程 客戶端與嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)的信息交互 解決了食用菌電子商務(wù)相關(guān)數(shù)據(jù)的采集 監(jiān)控和管理問題 系統(tǒng)具有運 行穩(wěn)定 數(shù)據(jù)處理實時性強的特點 關(guān)鍵詞 食用菌 電子商務(wù) 物聯(lián)網(wǎng) 嵌入式 監(jiān)控 協(xié)議 中圖分類號 S646 TP391 TN929 5 S126 文獻標志碼 A 文章編號 1003 8310 2020 01 0178 04 The Internet of Things System of Intelligent Agriculture Based on E commerce of Edible Fungi HAN Peng hui Henan Institute of Economics and Trade zhengzhou 450000 China Abstract In order to promote the development of e commerce of edible fungi the Intelligent Agricultural Internet of things sys tem is developed and designed based on Embedded Web server The design scheme of the system software the selection of the main hardware and the realization method of the network communication protocol are given The main functions of monitoring system and other modules are introduced The information interaction between remote client and embedded monitoring system is realized and the problems of data collection monitoring and management of e commerce using bacteria are solved The system has the characteristics of stable operation and real time data processing Key words edible fungi e commerce Internet of things embedded monitoring protocol 隨著互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)在我國的飛速發(fā)展 互聯(lián)網(wǎng)與 農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的融合越來越多 食用菌產(chǎn)業(yè)也順勢而為 從原來的線下銷售轉(zhuǎn)型為線上的電子交易 出現(xiàn)了 許多食用菌電子商務(wù)網(wǎng)站 1 食用菌智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)是將物聯(lián)網(wǎng) 人工 智能 云平臺等先進科技與食用菌產(chǎn)業(yè)相結(jié)合 提 供智能化的食用菌育種 種植氣象環(huán)境監(jiān)測 建立 機電一體化的食用菌生產(chǎn)大棚管理方案 共享食用 菌電子商務(wù) 溯源 產(chǎn)品銷售展示等云端數(shù)據(jù)和信 息 從而形成一整套智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)解決方案 2 其 核心是利用了物聯(lián)網(wǎng)的 物 物相聯(lián) 技術(shù) 將傳感 器 網(wǎng)絡(luò) 計算機等軟硬件技術(shù)進行集成 統(tǒng)一數(shù) 據(jù)和信息的管理及應(yīng)用 實現(xiàn)自動化 智能化地食 用菌信息整合 應(yīng)用先進的物聯(lián)網(wǎng)科技 研究了如何從全產(chǎn)業(yè) 鏈的角度為食用菌的電子商務(wù)服務(wù) 設(shè)計食用菌智 慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng) 以便更好地服務(wù)于食用菌產(chǎn)業(yè) 的發(fā)展 1 智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)整體設(shè)計 根據(jù)食用菌電子商務(wù)的需求 食用菌產(chǎn)業(yè)的智 慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集終端 傳輸網(wǎng)絡(luò) 遠 程客戶端 監(jiān)控系統(tǒng)等組成 幾個主要的功能模塊 均基于嵌入式Web服務(wù)器開展設(shè)計 嵌入式數(shù)據(jù)采 集終端負責(zé)食用菌產(chǎn)業(yè)鏈上的各種數(shù)據(jù)采集 然后 將采集數(shù)據(jù)信息經(jīng)過 Internet 網(wǎng)絡(luò)傳送給遠程客戶 第39卷 第1期 端 監(jiān)控系統(tǒng)負責(zé)監(jiān)測數(shù)據(jù)采集和傳輸過程是否正 常 出現(xiàn)問題及時處理或調(diào)整 系統(tǒng)各組成部分如 圖1所示 由圖1所示 各模塊主要功能如下 數(shù)據(jù)采集終端 在食用菌育種 生產(chǎn)和物流環(huán) 節(jié)的溫度濕度數(shù)據(jù)采集 電子商務(wù)平臺的客戶信息 采集等 這是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的核心 主要通過各種溫 濕度 氣壓傳感器等硬件設(shè)備來完成 再通過傳感 器接口上傳原始數(shù)據(jù) 它是監(jiān)控原始數(shù)據(jù)的來源 3 數(shù)據(jù)采集過程主要有 實時采集 預(yù)處理 存 儲 按照通信協(xié)議規(guī)定 通過嵌入式Web服務(wù)器 將數(shù)據(jù)打包經(jīng)由Internet網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給監(jiān)控系統(tǒng) Internet傳輸網(wǎng)絡(luò) Internet傳輸網(wǎng)絡(luò)主要實現(xiàn)遠 程客戶端和監(jiān)控設(shè)備之間的通信鏈路 是實現(xiàn)Inter net網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)遠程傳輸?shù)幕A(chǔ) 通信采用GPRS DTU 登錄移動網(wǎng)關(guān)GGSN連接遠程客戶端 遠程客戶端 遠程客戶端主要負責(zé)將采集數(shù)據(jù)的 監(jiān)測 接收和匯總 接收監(jiān)控設(shè)備發(fā)來的數(shù)據(jù)信息 并將數(shù)據(jù)存入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫 對數(shù)據(jù)進行匯總 統(tǒng)計和 分析 為智慧農(nóng)業(yè)提供大數(shù)據(jù)支持和輔助決策 監(jiān)控系統(tǒng) 主要通過軟件來完成對整個物聯(lián)網(wǎng) 系統(tǒng)的管理和操作 設(shè)計有系統(tǒng)查詢統(tǒng)計 數(shù)據(jù)資 料管理 大數(shù)據(jù)預(yù)測和自動預(yù)警等功能 2 智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)主要硬件選型 根據(jù)智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)監(jiān)控終端的功能要求 監(jiān)控終端使用深圳市啟點時代科技有限公司的Em best NXP LPC2378 開發(fā)板 該開發(fā)板基于 Philip NXP LPC2378處理器 內(nèi)部資源豐富 接口種類 齊全 非常適合于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng) LPC2378 處理器的嵌入式 ARM7 開發(fā)板使用 ARM7TDMI S核的高性能32位 RSIC微處理器 主 頻高達72MHz 4 片內(nèi)集成4MHz RC晶振 10 100M 以太網(wǎng)帶DMA PLL加強型矢量中斷控制器 接口 有USB2 0全速設(shè)備接口 全功能Modem接口 CAN 2 0B接口 SD MMC記憶卡接口 SPI SSP串行接口 I2S接口和UART等接口 并且有6路10位 ADC 4 個 32 位捕獲 比較時鐘 看門狗時鐘 1 路 10 位 DAC和通用I O 內(nèi)置的PWM模塊支持3相馬達控 制 RTC實時鐘帶后備電池 可以有效延長供電時 間 主芯片功能強大 特提供外圍焊針引線接孔 提 供SD MMC卡驅(qū)動程序 可實現(xiàn)讀寫卡功能 選用南京阿達爾電子科技有限公司生產(chǎn)的 ADR M2310 GPRS Modem調(diào)制解調(diào)器 該產(chǎn)品采用 基于 GSM 網(wǎng)絡(luò)的標準 SIM 大卡 內(nèi)嵌工業(yè)級的 GPRS 模塊 支持標準 DB9 串口接口 支持 DC5 25V多重防護并具有獨立硬件看門狗和故障自檢自 愈功能 選用Hayes公司的調(diào)制解調(diào)器 能夠完全支持 AT控制指令集 5 AT指令集是數(shù)據(jù)正常通信的很必 要控制命令 它包括一組多條設(shè)置命令 例如 設(shè) 置模塊串口通信速率 設(shè)置是否自動登陸網(wǎng)絡(luò) 設(shè) 置當前網(wǎng)絡(luò)注冊情況 設(shè)置IP地址 等 3 智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)軟件設(shè)計 根據(jù)智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的要求 溫 濕度等監(jiān)控數(shù)據(jù)和信息必需通過終端的傳感器實時 返回 因此 對終端傳感器及相關(guān)設(shè)備的實時性要 求比較高 系統(tǒng)采用了 C OS II嵌入式實時操作系 統(tǒng)作為軟件平臺 嵌入式監(jiān)控終端軟件架構(gòu)如圖 2 所示 由圖2所示 整個監(jiān)控終端軟件通過底層的DG 驅(qū)動 鍵盤驅(qū)動 SD卡驅(qū)動 以太網(wǎng)驅(qū)動 UART 驅(qū)動和ADC驅(qū)動等6個驅(qū)動程序來完成底層硬件的 驅(qū)動 通過 C OS II嵌入式實時操作系統(tǒng)的同步處 理機制來實現(xiàn)多任務(wù)處理 并通過任務(wù)間的通信與 圖1 智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)總體框圖 Fig 1 OveralldiagramofintelligentagricultureInternetofthingssystem 圖2 智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)軟件架構(gòu) Fig 2 Software architecture of intelligent agriculture Interne of things system 韓鵬輝 基于食用菌電子商務(wù)的智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng) 179 中國食用菌 EDIBLE FUNGI OF CHINA Vol 39 No 1 同步機制來傳遞數(shù)據(jù)流 有效進行操作系統(tǒng)的時間 管理 提高了整個系統(tǒng)的效率和實時性 從而實現(xiàn) 監(jiān)控系統(tǒng)任務(wù)的實時管理和調(diào)度 而應(yīng)用程序設(shè)計層則包括了各種通信協(xié)議棧和 顯示控制函數(shù) 為客戶端用戶的應(yīng)用程序和底層硬 件驅(qū)動程序提供接口函數(shù) 編寫各種用戶應(yīng)用程序 以滿足不同的系統(tǒng)任務(wù)需求 在智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系 統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)中 主要的系統(tǒng)用戶任務(wù)是 傳感器數(shù) 據(jù)的采集和存儲 數(shù)據(jù)匯總與分析 數(shù)據(jù)的上傳下 載 監(jiān)控調(diào)節(jié)指令和人機交互界面等 要完成這些 任務(wù) 應(yīng)用程序需要編寫相應(yīng)的功能模塊 4 智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議及其 實現(xiàn) 智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)使用的是TCP IP協(xié)議 它 是一種基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議 按照國際標準化組織 ISO 開發(fā)了開放式系統(tǒng)互聯(lián) OSI 參考模型 TCP IP協(xié)議就是其中的一種參考模型 TCP IP沒有 明確區(qū)分接口 服務(wù)和協(xié)議 只有鏈路層 網(wǎng)絡(luò)層 傳輸層 應(yīng)用層4個模型層 鏈路層用于處理與網(wǎng) 絡(luò)傳輸媒介之間的物理接口細節(jié) 網(wǎng)絡(luò)層 也稱互 聯(lián)網(wǎng)層 用于處理分組在網(wǎng)絡(luò)中的活動 傳輸層提 供應(yīng)用程序通信 應(yīng)用層提供處理應(yīng)用程序的超文 本傳輸協(xié)議HTTP 文件傳輸協(xié)議FTP 郵件傳送協(xié) 議SMTP和網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議SNMP等具體的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用 4 1 TCP IP的數(shù)據(jù)封裝和解析 在智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)發(fā)送過程中 處理器按照 TCP IP 協(xié)議的規(guī)定 對數(shù)據(jù)包進行封 裝 使其從最初的應(yīng)用數(shù)據(jù)包變成最后在以太網(wǎng)中 傳輸?shù)囊蕴W(wǎng)幀 數(shù)據(jù)報的封裝過程如圖 3 所示 圖3 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)封裝過程 Fig 3 Data encapsulation process of Internet of things system 由圖3可知 在數(shù)據(jù)包的具體封裝過程中 用 戶數(shù)據(jù)首先加上了用來區(qū)分不同應(yīng)用功能的應(yīng)用層 協(xié)議首部 使之成為應(yīng)用數(shù)據(jù)包 然后再在應(yīng)用數(shù) 據(jù)包的首部加上包括了TCP端口號 序號以及確認 號等標識和控制信息的TCP首部 把應(yīng)用數(shù)據(jù)包變 成 TCP 數(shù)據(jù)包 接下來在 TCP 數(shù)據(jù)包前端加入 IP 首部 IP 首部包含源站 IP 地址 目的站 IP 地址 協(xié)議類型以及服務(wù)類型等信息 最后在IP數(shù)據(jù)包前 面加上以太網(wǎng)幀首部 使數(shù)據(jù)包包括了源端與目的 端的MAC地址 幀類型 校驗碼信息 就完成了數(shù) 據(jù)的封裝工作 使原始數(shù)據(jù)包成為一個完整的以太 網(wǎng)幀 智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的TCP IP數(shù)據(jù)解析過程是 將應(yīng)用數(shù)據(jù)按照TCP IP協(xié)議的規(guī)定進行打包 使之 成為可以在以太網(wǎng)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀的過程稱為數(shù)據(jù) 封裝 數(shù)據(jù)包的解析過程與數(shù)據(jù)封裝過程相反 是 處理器將收到的數(shù)據(jù)幀按照TCP IP協(xié)議的規(guī)定去掉 各層協(xié)議首部 確定數(shù)據(jù)包中具體信息的過程 在TCP IP協(xié)議的實現(xiàn)過程中 最主要的兩項工 作就是數(shù)據(jù)包的封裝和解析 系統(tǒng)中 32 位 ARM 處理器采用查詢的方式 查詢以太網(wǎng)控制器 DM9161A的狀態(tài) 如果以太網(wǎng)控制器接收到新的以 太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀 就將該數(shù)據(jù)幀讀入 一個正確的以太 網(wǎng)數(shù)據(jù)幀 可以是ARP數(shù)據(jù)包 RARP數(shù)據(jù)包和IP 數(shù)據(jù)包3類數(shù)據(jù)包中的一種 在智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中不使用 RARP 協(xié)議 僅對ARP數(shù)據(jù)包和IP數(shù)據(jù)包進行解析 ARP協(xié)議 可以實現(xiàn)主機IP地址與物理地址的動態(tài)綁定 而IP 數(shù)據(jù)包可以解析為 TCP 數(shù)據(jù)包 UDP 數(shù)據(jù)包和 ICMP數(shù)據(jù)包 是實際通信中應(yīng)用最多的數(shù)據(jù)包 4 2 TCP IP協(xié)議的實現(xiàn) 智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)TCP IP協(xié)議采用嵌入式系 統(tǒng)開發(fā)用的TCP IP協(xié)議棧 選用廣州周立功單片機 發(fā)展有限公司的產(chǎn)品 6 ZLG IP產(chǎn)品具有結(jié)構(gòu)層次清 180 第39卷 第1期 楚 可移植性好等特點 由于和 C OS II 實時操作 系統(tǒng)銜接緊密 開發(fā)人員可以在操作系統(tǒng)上自行編寫 TCP IP協(xié)議棧和其他網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議 并根據(jù)需要對 TCP IP協(xié)議進行裁剪 使代碼量大大降低 可以有效 的節(jié)省系統(tǒng)資源 ZLG IP產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)如圖4所示 ZLG IP支持UDP IP ICMP ARP和以太網(wǎng)協(xié) 議等多種協(xié)議 通過自帶的接口函數(shù)Socket API 來 建立應(yīng)用層協(xié)議 首先 通過 Socket API 函數(shù)在 C OS II 操作系統(tǒng)上可以很方便地創(chuàng)建通信鏈接 其次 客戶端的應(yīng)用程序通過Socket API 函數(shù) 也 可以實現(xiàn)對TCP IP協(xié)議棧的操作 完成網(wǎng)絡(luò)傳輸功 能 Socket API函數(shù)的功能參數(shù)如表1所示 更為重要的是 客戶端和Web服務(wù)器之間也可 以通過Socket API函數(shù)實現(xiàn)Internet通信 從而實現(xiàn) 監(jiān)控系統(tǒng)和遠程客戶端的數(shù)據(jù)傳輸和控制 主要的 創(chuàng)建步驟如下 第一 服務(wù)器端和客戶端通過TCP通信SOCK ET 創(chuàng)建套接字 從而綁定本地端口 第二 服務(wù)器端和客戶端通過 bind 本地 IP和端口與套接字進行連接 第三 通過函數(shù)listen 設(shè)置服務(wù)器監(jiān)聽連 接數(shù)的連接數(shù) 第四 客戶端通過connect 函數(shù)與遠程服 務(wù)器連接 連接成功后連接序號并傳遞給服務(wù)器端 并由 Recv 和 Send 函數(shù)根據(jù)連接序號進 行讀寫操作 服務(wù)器端Accept 函數(shù)返回的連接 序號 由 Recv 和 Send 函數(shù)根據(jù)客戶端 傳遞的連接序號進行讀寫操作 第五 服務(wù)器端和客戶端完成讀寫操作后 關(guān) 閉連接并刪除套接字 結(jié)束通信服務(wù) 5 結(jié)論 通過對食用菌智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)所涉及的計 算機軟硬件開發(fā)技術(shù) 網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議的實現(xiàn)等進行 了研究 從技術(shù)角度探討了物聯(lián)網(wǎng)科技如何更好地 服務(wù)于食用菌電子商務(wù)的問題 解決了傳統(tǒng)食用菌 電子商務(wù)信息采集成本高 數(shù)據(jù)傳輸實時性差等問 題 監(jiān)控系統(tǒng)還可以通過Internet網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)和遠程客 戶端的信息交互 后續(xù)系統(tǒng)的智能化升級還需要做 進一步的研究 參考文獻 1 蔡錦發(fā) 電子商務(wù)與食用菌供銷流通 J 食藥用菌 2015 1 1 2 2 謝洪亮 江蘇淮安市洪澤區(qū)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)實踐與發(fā)展探 索 J 農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 2018 17 74 75 3 宋衛(wèi)東 王明友 肖宏儒 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的食用菌生產(chǎn) 智能化測控系統(tǒng) J 中國農(nóng)機化 2012 04 144 146 153 4 蔡杰 楊立新 徐紅星 食用菌菇房物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)組成與設(shè) 備選型分析 J 綠色科技 2017 21 78 80 5 尹光輝 基于ZigBee技術(shù)的食用菌栽培環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的研 究 J 電腦編程技巧與維護 2017 21 75 76 79 6 馬秀飛 基于物聯(lián)網(wǎng)及云計算的智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)研 究 J 河南農(nóng)業(yè) 2018 484 32 56 58 圖4 ZLG IP結(jié)構(gòu)框圖 Fig 4 Structure diagram of ZLG IP 表1 Socket API函數(shù)表 Tab 1 List table of Socket API function 函數(shù)名稱 函數(shù)功能 bind 對已創(chuàng)建的SOCKET綁定本地IP地址和本地端口 socket 創(chuàng)建一個SOCKET listen 設(shè)定TCP服務(wù)器需要監(jiān)聽的連接數(shù) accept 用于TCP服務(wù)器確認客戶機的連接 recv TCP通訊連接建立后 讀取所得到的數(shù)據(jù) send TCP通訊連接建立后 發(fā)送數(shù)據(jù) close 關(guān)斷TCP連接 connect 用于TCP主動連接 一般是TCP客戶端 closesocket 刪除已建立的SOCKET recvfrom 用于UDP通訊時接收數(shù)據(jù) sendto 用于UDP通訊時發(fā)送數(shù)據(jù) 韓鵬輝 基于食用菌電子商務(wù)的智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng) 181