农田灌溉远程监控系统设计与实现

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1系统工作原理及设计

1.1系统工作原理

4G作为第四代移动通信技术，较好地改进了3G技术，使信息传输更加快速，能够传输清晰的图像和视频[5]。传统的农田灌溉远程监控系统除了在现场安装摄像头、传感器之外，还需要进行复杂的布线，系统开发成本较高[6]。本系统则引入了4G技术，分为现场数据采集端、服务器端、客户端三个端点，由4G网络进行连接，数据信息通过4G网络实现快速传输。

1.2系统设计

基于4G网络的农田灌溉远程监控系统由现场数据采集端、服务器端、客户端组成，其中现场数据采集端主要通过摄像头、传感器、数据采集模块进行水位信息的采集，然后经过4G网络传输到服务器端。在服务器端有三个模块，分别是：管理模块、储存模块、通讯模块。管理模块负责接收和调度信息，储存模块负责储存信息，通讯模块负责将有效信息经过4G网络传输给客户端。在客户端也有三个模块，分别是：数据解码模块、信息分析模块、远程视频查看模块。数据解码模块负责对数据进行解码，信息分析模块负责分析现场信息，远程视频查看模块负责连接现场的摄像头，实时查看现场水位情况。

2系统实现

2.1现场数据采集端的实现

本系统所要获取的主要数据是农田现场的灌溉水位，在农田四周安装了2个摄像头和4个传感器，摄像头安装在斜对角的两端，传感器则安装在低水位、中水位、偏高水位、高水位的四个点上。摄像头提供现场的实时视频画面，传感器采集水位数据，通过CAN总线传输到数据采集模块，每5分钟汇总一次，利用4G网络传输到服务器端。数据采集模块还通过4G网络与客户端相连，当用户需要查看现场视频情况时，可利用远程视频查看模块验证实时水位。数据采集模块中有XML编码器和MP4编码器，首先由XML编码器将水位数据转化成XML格式，其次由MP4编码器将视频数据转化成MP4格式，方便这两种数据在4G网络中的传输。

2.2服务器端的实现

本系统的控制中心在服务器端，由管理模块、储存模块和通讯模块组成。在这里可以完成数据信息的接收、调度、储存，并通过通讯模块与客户端连接。在管理模块中有XML解码器和MP4解码器，负责对接收到的XML格式的水位数据和MP4格式的视频数据进行解码。首先解码水位数据，若水位信息为低水位或中水位，则继续解码视频数据，然后将水位数据和视频数据传输到储存模块；若水位信息为偏高水位或高水位，则无需解码视频数据，将解码前的水位数据和未解码的视频数据传输到通讯模块。其次由通讯模块通过4G网络与客户端连接，将数据传输到客户端，提醒用户水位情况即将超标，需要派人到现场操作。

2.3客户端的实现

客户端由数据解码模块、信息分析模块、远程视频查看模块组成。在数据解码模块中装有XML解码器和MP4解码器，当接收到服务器端通讯模块传输过来的数据之后，首先由数据解码模块对水位数据和视频数据进行解码，然后由信息分析模块对解码后的数据进行分析，初步确定当前的水位情况。用户还可以通过远程视频查看模块，实时查看农田灌溉现场的水位情况，最终确定水位，并及时派人前往现场处理。客户端分别由安卓APP源码和苹果APP源码编写，可安装在安卓手机和苹果手机上。

3系统测试

本系统的现场数据采集端使用ARM微处理器平台进行开发；服务器端使用JAVA语言进行开发，数据库为MySql数据库；安卓客户端使用JAVAEE语言进行开发，苹果客户端使用ObjC和C语言进行开发。在系统开发的过程中分别测试了现场数据采集端、服务器端、安卓客户端、苹果客户端的相关功能和性能，测试结果如表1所示。并进一步测试系统载荷能力，并发连接数设置为30，即30个客户端同时登陆系统对服务器端造成的负荷压力。从系统的相关功能和性能测试结果可以看出，在用户登陆方面，管理员用户在服务器端成功登陆，普通用户在安卓客户端和苹果客户端成功登陆，说明系统的登陆功能良好。在数据传输方面，现场数据采集端的数据传输速度达到8M/s，服务器端和客户端的数据传输速度达到10M/s，说明4G网络的数据传输速度较快，基本可以满足客户需求。在数据编解码方面，各测试点都能成功编解码，说明系统编解码功能良好。在数据储存方面，服务器端能够成功储存数据。在视频清晰度方面，各测试点的视频数据都保持在高清晰。从系统载荷能力测试结果可看出，当30人同时在线时，服务器端的负荷压力在2.5%以下，说明系统载荷能力良好，而在实际中，同时在线人数通常只有3~5人。

4结论与展望

农田灌溉远程监控系统是农业信息化的重要组成部分之一，尤其对大亩地进行灌溉的时候，往往耗时较长，派专人值守会耗费一定人力，还要考虑到天气恶劣情况。本文开发了一种基于4G网络的农田灌溉远程监控系统，充分利用4G网络传输速度快、稳定性强的优势，成功实现了农田灌溉远程监控的目的。本系统由现场数据采集端、服务器端、客户端组成，根据测试结果，本系统的相关功能和性能良好，有较大的载荷能力。本系统既能精准监控农田灌溉的水位，还能为用户节省一定的时间和人力成本，具备较高的推广价值。如今，在5G技术的快速发展下，浙江、广东、上海等地已进入5G试点阶段，事实证明5G技术拥有更大的优势，数据传输速度远超4G。展望未来，农业灌溉远程监控与5G技术的结合，将进一步提高系统水平，这是今后值得研究的一个方向。

作者：田添 单位：河南建筑职业技术学院