基于物联网的机场绿化园林植物生长环境参数监测系统

刘璨

（重庆机场集团有限公司 重庆市 401120）

1 引言

机场是所在城市的窗口单位，其绿化环境不仅是影响机场的环境舒适度最直观的因素，更是体现了一座城市的经济、人文等氛围。而且，机场园林绿化建设不仅可以美化环境，改善机场景观，还能能够降低由航空器带来的噪声和空气污染，为机场及周边区域创造一个舒适健康的生活环境。并且，绿化建设更是提升机场影响力，塑造现代城市的重要举措。

绿化植物培育作为中国传统的产业，该如何摆脱植物人工实地检测，且人工实地检测更耗费人力、物力，且获取的数据量有限，此外受主观因素限制，测量结果难免出现误差。此系统实现机场绿化植物的数据信息通过终端如手机、平板形象直观的呈现给用户，研究人员通过终端设备如手机、平板等就能对绿化植物进行远程实时监控，根据数据信息等农情信息做出正确决策，满足精准绿植培育自动化、经济化、准确化的要求。

通过物联网技术，避免传统园林培育数据信息收集的误差，运用无线网络技术与终端设备（如手机、平板等）交互信息以实时监测绿化植物生长环境，研究人员在APP 用户界面可查看参数，如二氧化碳浓度、土壤湿度、温度等参数，根据其数据作出正确的决策。并在终端设备实现用户根据个人爱好，选择相应的模式，如：自动模式和手动模式等，服务器后台也直观简便获得绿化植物环境参数，利用无线网络一键控制绿化植物环境参数等，实现真正的物联网[1-2]。

物联网实现智能监测负责对机场绿化植物监测区域内的空气温湿度、土壤温湿度和光照信息的采集。园林工人不再使用传统的方式观察绿化植物的生长，省时省力，以及提高精度[3]。手机APP利用手机APP 直观简便获得绿化植物环境参数，利用无线网络一键控制绿化植物环境参数等。让园林工人从传统作业模式步入智能化时代。

2 功能设计

本项目旨在设计一个机场绿化植物环境参数检测控制系统，通过分布在绿化植物生长的各个地方ZigBee 传感器节点采集光照强度、二氧化碳浓度、温度、湿度、土壤营养成分等参数，通过ZigBee、Wi-Fi 等技术将数据上传至服务器，服务器经过分析统计比较结果，将json 数据通过ajax 与终端通信，如手机、平板形象直观的呈现给用户，研究人员通过终端设备如手机、平板等就能对机场绿化园林进行远程实时监控，根据数据信息等园情信息做出正确决策，满足精准绿化园林自动化、经济化、准确化的要求[4]。

感知层负责对绿化植物监测区域内的空气温湿度、土壤温湿度和光照信息的采集。各类传感器等终端节点使用ZigBee 网络将数据发送至协调器。通过串口连接Wi-Fi 模块，进行命令的接收和数据的传送。

传输层通过串口连接Wi-Fi 模块，进行命令的接收和数据的传送。Wi-Fi 模块通过socket 连接服务器进行通信，接收服务发送过来的控制指令，并反馈从串口中读取的各种设备的目前数据信息；服务器与终端，实现用json 数据进行通信，采用ajax 通信方式。

控制层用户通过静态网页查询、监测园林农场的各项参数，通过点击静态网页的各个控件向服务器发送指令，服务器向底层发送指令，从而达到控制底层的灌溉、风扇等的打开和关闭。

云实现数据的数据管理、储存和转发，同时使用云实现前端、服务器和底层之间数据和指令的传输。系统概括图1所示。

图1：系统整体功能图

2.1 基于ZigBee、Wi-Fi技术的底层终端节点开发

负责对绿化监测区域内的空气温湿度、土壤温湿度和光照信息的采集。各类传感器等终端节点使用ZigBee 网络将数据发送至协调器。通过串口连接Wi-Fi 模块，进行命令的接收和数据的传送。Wi-Fi 模块通过socket 连接服务器进行通信，接收服务发送过来的控制指令，并反馈从串口中读取的各种设备的目前数据信息。底层终端节点开发中ZigBee 协调是整个ZigBee 通信网络的核心，负责网络的组件、参数的设定、信息管理等[5]。Wi-Fi技术则是以太网的扩展。

ZigBee 核心板使用CC2530 核心板，底板电路自主设计。

光照检测使用光敏电阻，空气温湿度监测使用DHT11 模块，电路图如图 2所示。

图2：光和温度检测电路图

供电采用USB 或电池供电的方式，电路图如图3所示。

图3：供电电路

2.2 基于Java、JavaWeb技术的服务器后台开发

智慧绿化云服务器运行于阿里云、百度云等，光伏智慧云服务器主要实现通过Socket 方式与底层硬件设备通信，接受底层传送的数据并解析，存储到数据库中；向底层绿化植物设备发送控制指令，控制设备运行，监测设备运行状态。云服务器通过Http、Ajax与终端客户设备通信，数据形式采用json 格式，可保存终端客户设备传送的各种设置数据、接收控制命令、将服务器数据下发给终端客户设备[6]。服务器中的数据库对数据进行储存。服务器端也开发了后台管理，管理人员也能后台操作，监控绿化园林。

管理人员可通过后台管理系统查看绿化园林数据和管理绿化园林。数据管理，管理人员不仅可通过手机，也可通过后台设置管理绿化园林，设置阀值，当数据超过设定值时，系统自动向用户发送短信，提醒通知用户。设备管理，管理人员也可通过后台对设备切换手动和自动模式。

光照监测，用户可在后台查看当前光照强度和历史光照强度。土壤水分监测，用户可在后台查看当前水分参数和历史水分参数。空气温度监测，用户可在后台查看当前温度和历史温度。液位监测，用户可在后台查看当前液位和历史液位。雨水监测，用户可在后台查看当前雨水和历史雨水。

2.3 终端一体化开发

实时数据界面可自动获取云服务器数据，并显示在该页面上，绿化园林管理人员能清晰查看空气温度、空气湿度、土壤湿度、光照强度、水位高度、雨水检测等实时数据。整体设计清晰简洁，用户使用方便。通过查询，可查看空气温度、空气湿度、土壤湿度、光照强度、水位高度、雨水检测等的实时曲线，实时数据随着时间推移，将实时数据绘制成曲线，让数据的变化趋势一目了然，用户能直观简洁地查看数据。

管理人员可以选择设备不同的模式，手动与自动模式。手动模式下，可选择不同的水泵，对其进行打开和关闭操作。自动模式下，系统自动控制设备。用户界面可实现管理、咨询、警报设置、历史查询、天气等功能。

查看历史数据曲线，选择查询的参数和时间，用曲线直观的展示给用户，方便易懂。警报设置：查看当前参数阈值，以及设置阀值，当数据超过设定值时，系统自动向用户发送短信，提醒通知用户。

添加绿化园林设备，当设备过多，难于手动添加时，用户可通过扫描二维码添加设备，便捷快速，节省时间。管理人员可远程删除绿化园林，从而进行绿化园林管理。

为用户提供密码修改功能，以及手机号码的修改，当用户觉得自己密码不安全和号码改动时可随时进行修改。如图4所示。

图4：密码修改

3 结论

底层监测根据用户所需数据，负责对机场绿化园林监测区域内的空气温湿度、土壤温湿度和光照信息的采集，实时监测绿化植物生长环境参数。服务器一方面实现用json 数据与APP 进行通信，采用ajax 通信方式；另一方面要通过Socket 与Wi-Fi 模块进行作息交互，实现与硬件底层的连接。服务器中的数据库对数据进行储存。整个终端设备的编写使用Html5 语言和CSS。管理人员登录APP 时或服务器后台时，可接收绿化植物生长环境参数，用户界面选择查看温度、湿度、等参数，若某一参数低于或高于标准指标，用户直观清晰的查看，做出相应的正确决策。并且用户可根据个人喜好，切换不同的模式，如：自动模式和手动模式，实现智能监测绿化植物环境，真正的物联网。