第 1 章緒論

1.1 研究目的及意義

我國(guó)自古以來便是一個(gè)人口大國(guó)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)一直都是我國(guó)國(guó)民賴以生活的方式[1]。近年來我國(guó)人民生活水平在不斷提高，人們對(duì)高品質(zhì)果蔬、花卉和其他時(shí)節(jié)作物的需要也越來越高。我國(guó)雖地大物博但是可用作的耕地的面積很少，因此在我國(guó)農(nóng)業(yè)上越來越多的使用溫室大棚種植各種反季節(jié)作物[2]。溫室大棚的使用不僅可以擺脫自然氣候?qū)ψ魑锏氖`，提高作物的產(chǎn)量，解決地域、氣候環(huán)境對(duì)作物生長(zhǎng)的制約問題，并且提高水、土壤等緊缺資源的利用率。

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1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

近些年溫室大棚種植技術(shù)在國(guó)外發(fā)展非常迅速[16]。例如以澳大利亞為首的發(fā)達(dá)國(guó)家使用智能監(jiān)控設(shè)備對(duì)溫室內(nèi)的環(huán)境信息進(jìn)行采集，使用自動(dòng)化的管理技術(shù)有效的提高溫室種植能力。但是該國(guó)的溫室大棚使用較為單一的監(jiān)控模式，光強(qiáng)、CO2濃度等環(huán)境參數(shù)的監(jiān)控模塊是獨(dú)立運(yùn)行的，并不能提供高效、穩(wěn)定的一體化溫室大棚環(huán)境信息監(jiān)控系統(tǒng)。美國(guó)在大型溫室種植技術(shù)方向一直處于世界領(lǐng)先位置。全世界最早的溫室大棚自動(dòng)滴灌系統(tǒng)就出現(xiàn)在美國(guó)，并且已經(jīng)問世三十多年，，該系統(tǒng)中應(yīng)用了大量溫度、濕度控制設(shè)備。

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第 2 章系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

2.1 監(jiān)控系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

針對(duì)系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能，確定本系統(tǒng)由上位機(jī)和下位機(jī)兩部分組成。上位機(jī)由服務(wù)器、電腦或手機(jī)終端組成；下位機(jī)由主控處理模塊、ZigBee 無線網(wǎng)絡(luò)模塊、攝像頭模塊、CDMA 無線通信模塊、通風(fēng)控制部分、警報(bào)、風(fēng)機(jī)等幾部分組成。蔬菜大棚內(nèi)的環(huán)境參數(shù)信息通過 ZigBee 發(fā)送給監(jiān)控系統(tǒng)的主控處理模塊，主控處理模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和存儲(chǔ)后，再通過無線通信模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒⻊?wù)器端，然后用戶便可以通過互聯(lián)網(wǎng)或手機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控蔬菜大棚內(nèi)的環(huán)境情況。本蔬菜大棚遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)不但能對(duì)下位機(jī)進(jìn)行單獨(dú)使用，還能通過上位機(jī)對(duì)下位機(jī)實(shí)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控。這樣的設(shè)計(jì)不僅可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對(duì)蔬菜大棚的實(shí)時(shí)監(jiān)控，又可以保證用戶接收實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性、可靠性。

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2.2 上位機(jī)設(shè)計(jì)方案確定

操作系統(tǒng)自誕生起已有 50 年的歷史，現(xiàn)今操作系統(tǒng)的功能越來越強(qiáng)大，性能也得到了很大的提高。本文選用 Linux 操作系統(tǒng)[23]作為上位機(jī)服務(wù)器端的軟件開發(fā)平臺(tái)，主要考慮到以下原因：在多 CPU 的環(huán)境下，Linux 內(nèi)核能夠?qū)崿F(xiàn)多任務(wù)并發(fā)處理；Linux 操作系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、功能強(qiáng)大，不僅實(shí)現(xiàn)了Unix 操作系統(tǒng)的全部功能，還提供了更為豐富的應(yīng)用軟件；Linux 屬于開源的軟件，開發(fā)人員不用支付任何費(fèi)用便可以使用操作系統(tǒng)，用戶甚至可以根據(jù)自身需求對(duì)內(nèi)核進(jìn)行重新編譯來打造滿足用戶需求的操作系統(tǒng)。上位機(jī)服務(wù)器端的蔬菜大棚遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng) APP 選擇 C++語言進(jìn)行編寫，C++語言是在 C 語言的基礎(chǔ)上進(jìn)行開發(fā)的，它是一種面向?qū)ο蟮木幊陶Z言，應(yīng)用十分廣泛�？紤]到蔬菜大棚遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)的高效性和復(fù)雜性，最終確定采用 C++言語進(jìn)行上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件的編寫。

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第 3 章系統(tǒng)硬件部分實(shí)現(xiàn)...............14

3.1 通風(fēng)控制部分電路設(shè)計(jì)...............14

3.2 受主控處理模塊控制的其余相關(guān)電路設(shè)計(jì)...............16

第 4 章系統(tǒng)軟件部分實(shí)現(xiàn)...............22

4.1 高并發(fā)服務(wù)器模型設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)...............22

4.2 下位機(jī)開發(fā)平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)..............29

第 5 章系統(tǒng)測(cè)試................37

5.1 高并發(fā)服務(wù)器模型測(cè)試 ...............37

5.2 監(jiān)控系統(tǒng)整體測(cè)試...............38

第 5 章系統(tǒng)測(cè)試

5.1 高并發(fā)服務(wù)器模型測(cè)試

左側(cè)的為 select+多線程的網(wǎng)絡(luò)模型測(cè)試結(jié)果，右側(cè)的為 epoll+線程池的測(cè)試結(jié)果。從測(cè)試結(jié)果中可以清晰的看到，每個(gè)客戶端在任務(wù)隊(duì)列中的平均等待時(shí)間從傳統(tǒng)服務(wù)器模型的 317ms 降低到了改進(jìn)服務(wù)器模型的 12ms。產(chǎn)生這個(gè)結(jié)果的原因是，傳統(tǒng)的 select+多線程網(wǎng)絡(luò)模型只能支持 1000 左右的并發(fā)數(shù)，當(dāng)并發(fā)量級(jí)達(dá)到萬級(jí)的時(shí)候，就需要操作系統(tǒng)循環(huán)的對(duì)客戶端的數(shù)據(jù)請(qǐng)求進(jìn)行響應(yīng)，這就大大地影響了服務(wù)器的并發(fā)效率。從而可以說明，本文建立的服務(wù)器模型對(duì)處理大量數(shù)據(jù)時(shí)能夠有效的提高服務(wù)器的并發(fā)性能，能夠保證服務(wù)器對(duì)大并發(fā)連接數(shù)的蔬菜大棚采集信息的高性能處理。

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5.2 監(jiān)控系統(tǒng)整體測(cè)試

為保障本文的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)，通過 MFC 類庫設(shè)計(jì)了蔬菜大棚遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng) APP，在對(duì)上位機(jī)高并發(fā)服務(wù)器模型的搭建和下位機(jī)各模塊的調(diào)試后，進(jìn)行了系統(tǒng)整體的功能測(cè)試。進(jìn)入蔬菜大棚遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)后，輸入賬戶信息，點(diǎn)擊“登錄”按鍵，顯示效果如圖 5-2 所示，此時(shí)系統(tǒng)將用戶輸入內(nèi)容與遠(yuǎn)程服務(wù)器存儲(chǔ)信息進(jìn)行比較后返回驗(yàn)證結(jié)果。如果輸入的信息是正確的，則成功進(jìn)入到監(jiān)控系統(tǒng)界面；如果輸入的信息有錯(cuò)誤，則會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)話術(shù)，用戶可根據(jù)話術(shù)重新輸入信息。

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結(jié)論

本文詳細(xì)闡述了大并發(fā)連接數(shù)的蔬菜大棚遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方法，對(duì)各模塊硬件電路和軟件編程進(jìn)行了設(shè)計(jì)與調(diào)試，并對(duì)高并發(fā)服務(wù)器性能做了對(duì)比測(cè)試，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了上、下位機(jī)的通信功能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明系統(tǒng)性能可靠、穩(wěn)定，能高效的處理大并發(fā)連接數(shù)的蔬菜大棚環(huán)境參數(shù)信息數(shù)據(jù)，滿足了設(shè)計(jì)的要求，實(shí)現(xiàn)了對(duì)蔬菜大棚的遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制，提高了系統(tǒng)的執(zhí)行效率，可以很好的應(yīng)用在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)大棚監(jiān)控系統(tǒng)中，會(huì)對(duì)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。本論文主要完成了以下幾個(gè)方面的工作：1.針對(duì)市場(chǎng)上現(xiàn)有蔬菜大棚監(jiān)控系統(tǒng)存在的不足，結(jié)合用戶的需求，確定了系統(tǒng)采用上位機(jī)和下位機(jī)結(jié)合的方法，完成了大并發(fā)連接數(shù)的蔬菜大棚遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)（略）