北方民族大学
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硕士学位论文开题报告书
报 告 人： *** 专 业： 电路与系统 研究方向： 计算机控制系统 导 师： 教授 论文题目：基于Web的智能灌溉系统监控中心 的设计与实现 系 所： 电气信息工程学院 填表时间： 2014―06―12
北方民族大学研究生处制
毕 业 论 文 开 题 报 告
1．本课题的研究目的与意义 一、课题简介 农业是我国国民经济的基础，但是灌溉用水非常低的利用率，阻碍了农业的发展。因此，发展节水灌溉技术对于我国农业的发展具有重要意义。随着网络技术的迅速发展，Web技术被引入到传统的工控领域中。设计和开发一套基于Web的可靠性高且易于维护的智能灌溉监控系统已逐步成为时下工业领域的重要发展方向和研究热点。 本文结合宁夏引黄灌区田间节水智能灌溉模型与方法研究项目，开展基于Web的农田智能灌溉监控系统的设计。本论文实现的灌溉监控系统是集控制与管理于一体的智能灌溉监控系统，系统利用Web技术来实现的灌溉监控系统，不仅可以实现对农田作物以及设备数据的实时监控，使用户可以通过网络登录监控系统对田间的灌溉进行控制；系统还具有收费管理功能，通过对灌溉时间的精确计算实现合理的水费计收，系统数据库的设计采用SQL Server 2008数据库，提供Excel格式导出各个用户的灌溉用水量数据和农田环境监测的历史数据等，不仅实现了农田的智能化管理，还大大提高了灌溉用水的利用率。 本文首先对智能灌溉的国内外研究状况及最新动态做了比较深入的研究，并且对课题的研究目的与意义、研究内容进行了概述。其次对系统的总体方案和采用的关键技术做了简单的介绍，本系统采用B/S结构实现Web程序开发，并在此基础上运用了Struts和Hibernate等成熟稳定的框架技术。然后，按照软件开发的一般过程，进行了系统各模块需求分析和系统性能需求分析。最后，对本系统各功能模块和数据库进行了详细设计和实现，展示了不同权限的用户访问系统的各功能模块的界面。其中，针对各模块关键功能部分的实现进行了详细分析并给出了部分实现代码。 2．与选题相关的国内外研究状况及最新动态 目前，我国农业发展面临的主要问题是农业资源不足和农业资源利用率低的双重矛盾。Web技术在农业中的应用改变了粗放的农业经营管理方式，大大提高了资源利用率和劳动生产率。农业领域中物联网的应用并不是没有基础，在农村通信和信息化建设中取得的成果为其奠定了通信和信息网络资源的基础，在四川省 都江堰灌溉区运行的监控系统，该系统的开发环境以计算机网络和数据库为基础，水位自动测报系统负责采集水位数据，通过对水位数据的分析处理得出决策信息。然后将信息由中心站向灌区各监测站发送，最终使水资源实现最优分配。下位机采用PLC 2
来检测和控制阀门的开关。但是该系统最大的缺点是实时采集数据只能在在线状态下运行，并且下位机不具有存储历史数据和计算用水量的功能。位于欧阳海灌区的配水管理遥测系统，系统的通讯网络采用无线数传电台技术，监控中心平台采用DOS操作系统，采用C语言 编程开发 实现操作界面。在红旗渠灌溉区的自动化管理系统中，下位机采用的是单片机以及可扩展存储器部件，可现场和远程控制阀门，记录水位和流量；中心监控系统采用Windoes3.2操作系统，能够实现远程开关阀门、水位统计和报表打印，但是只能实现阀门的开关操作，不能按照调节目标值让下位机自动调节阀门，同时自动化管理系统的操作系统以及它的软件界面不能满足用户的需求。熊迎军(2012)针对物联网型智能温室的信息管理需求，设计开发了智能温室信息管理系统，该系统将客户端/服务器 和浏览器 /服务器混合架构。系统分别由温棚内部管理系统、数据库系统和温室远程管理系统3个子系统构成。 国内其他灌区在智能灌溉方面还比较落伍，比如控制的实时性和灌溉信息管理方面，灌溉系统只能实现对一个排灌站、配罐头或阀门的控制，并且控制系统与灌溉管理系统的数据采集 功能需要通过 存储介质来实现。综合分析以上的几个灌溉控制系统的例子，它们的共同特点是都能够实现 水位的远程检测和 对阀门的远程控制，但都没有涉及到对灌溉用水的精确计算、水费收取问题，这是广大用户最关注的问题。 国外的灌溉监控系统具有比较高的智能控制程度，尤其在运行和管理方面。在美国、日本、荷兰、西班牙和以色列等农业机械化和自动化程度较高的国家中，有很多有价值的灌溉控制技术适宜在我国农业灌溉改革过程中参考。美国加利福尼亚州的调水工程由水资源部统一管理运行，该工程的控制系统于1964至1974年安装，可通过计算机对17座泵站和电厂，71座节制阀门组的198个阀门和其他各种设备、设施实行远程监控，包括通信、监控、检测和调度。由计算机系统、CRT系统、调度控制台、模拟屏和通信系统组成的中央监控系统包括主控制站和遥控终端单元。其中主控制站由2台高级计算机组成，用于联机控制和数据的分析处理。美国Campbell Scientific公司的PC208W远程监控系统中，系统下位机硬件设备以单片机为核心，具有水位的远程监测、阀门的自动控制等功能，但是由于单一的控制方式和移植能力差的上位机软件系统，该系统只能在Windows95系统下使用。在利用无线传感器网络技术来感知信息和处理数据技术方面，为实现高效率的管理无线网络资源和多个传感器数据信息融合技术，Fukatsu (2006,2011)提出无线网络分布的各节点与Internet网络的连接引入智能体(Agent)技术，并开发了基于WEB的农田信息监控管理系统。 在当今生活中无处不存在信息化的作用，人们对信息化的需求不断扩大。在这种大形势下，农业监测技术和设备的发展方向以电子化的监测仪器、自动化的测试方法、网络化的数据传输发3
展已成为必然的趋势。在这种大环境下，中国农业科学院与北京农林科学院在农业监控系统下做了相应的研究及开发工作，研制了相关的灌溉设施。虽然现有的控制器也能满足部分需求，但是控制系统都是需要远距离布线，十分麻烦，对日后的维护也十分不利。 3．本课题的基本内容 本文设计的基于物联网的智能灌溉监控系统主要是为了实现对农田作物环境参数的远程监测以及相关控制参数的设置，利用互联网通过通用浏览器远程登录智能监控中心系统，实现对农作物的远程监测和控制。管理员不必亲临现场就可以查看传感器采集的数据，监控现场设备的运行状态以及各项参数的配置，将偏远的、相对分散的农田统一起来管理。本文研究的主要内容总结为有以下几个方面： 1、分析比较B/S架构和传统的C/S架构的优缺点，提出一种更能满足需求的架构模式来实现智能监控中心系统的解决方案。 2、运用JAVA语言、JSP及Struts框架和Hibernate框架技术在Myeclipse平台下架构远距离监控的Web网站，完成灌溉系统显示页面的编写以及后台处理程序的编程，实现对农田环境参数的远程监测、灌溉决策信息的生成和水费管理。 3、使用Tomcat服务器作为网络服务器;采用功能强大的SQL Sercer数据库，建立监控系统的数据库系统。应用程序和数据库都放在服务器上，客户端只需有通用浏览器，无论在哪里，只要能上网就能访问服务器，实现远距离监控。 根据上位机系统需求，监控中心可划分为普通用户和管理员两大部分，下面分别介绍其操作下的主要功能模块。 普通用户部分分别包括用户信息编辑、农田信息查询、数据查询、缴费消费记录查询和手动灌溉这五项内容。 用户信息编辑农田信息查询数据查询普通用户缴费消费记录查询手动灌溉管理 系统管理员登陆监控系统后有以下权限：农户、农田信息的增、删、改、查功能，设备/传感4
器信息、类别的管理，田间监测数据的查询，灌溉权限的设置、查询，系统参数信息的录入、修改等。 信息录入信息修改信息删除数据查询显示信息管理设备/传感器管理类别管理系统管理员灌溉权限管理农作物信息管理系统参数设置生长阶段参数设置农户、农田管理 4．本课题的重点和难点 一、重点 （1） 根据智能灌溉系统的需求分析，设计并实现了智能灌溉监控中心网上实时监控和管理功能。继而可以将各农户的信息、农田的信息、灌溉系统的各种设备和水费进行统一管理，实现灌溉智能化、数据实时性和灌水量精确化的网络化管理，提高水资源的利用率。 （2）合理设计数据库，使系统的数据处理和存储更加有效； 二、难点 （1）数据库的设计与实现； （2）系统业务逻辑层的设计实现； （3）监控中心系统数据的处理与显示。 5