边缘计算网关在智慧农业大棚数据采集系统中的应用研究.pdf
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1、SOFTWARE软 件2023第 44 卷 第 7 期2023 年Vol.44,No.7基金项目:2021 年度福建省教育厅中青年教师教育科研项目(JAT210904)作者简介:谢莹(1986),女,福建龙岩人,本科,讲师,研究方向:物联网应用技术、电子信息工程技术。边缘计算网关在智慧农业大棚数据采集系统中的应用研究谢莹(闽西职业技术学院信息工程学院,福建龙岩 364021)摘要:本文介绍边缘计算网关在智慧农业大棚数据采集系统中的应用研究,系统通过 RS485 串口外接监测智慧农业大棚环境数据的传感器,如温湿度传感器、光照传感器等,最终实现数据的远程传输和控制。结果证明,以边缘计算网关为搭建平
2、台,对数据进行就近处理,最终实现与云平台地快速连接,提高数据采集与传输效率,同时具有较好的扩展性。关键词:边缘计算网关;智慧农业;远程控制中图分类号:TP391.44 文献标识码:A DOI:10.3969/j.issn.1003-6970.2023.07.004本文著录格式:谢莹.边缘计算网关在智慧农业大棚数据采集系统中的应用研究J.软件,2023,44(07):018-020+056Application Research of Edge Computing Gateway in Data Acquisition System of Intelligent Agricultural Gre
3、enhouseXIE Ying(School of Information Engineering,Minxi Vocational&Technical College,Longyan Fujian 364021)【Abstract】:This paper introduces the application research of edge computing gateway in the data acquisition system of smart agricultural greenhouse.The system connects sensors for monitoring th
4、e environmental data of smart agricultural greenhouse through RS485 serial port,such as temperature and humidity sensors and illumination sensors,and finally realizes the remote data transmission and control.The results show that the edge computing gateway is used as a platform to process the data n
5、earby,and finally realize the fast connection with the cloud platform,improve the efficiency of data collection and transmission,and have good scalability.【Key words】:edge computing gateway;smart agriculture;remote control基金项目论文0 引言如今,物联网技术正处于快速发展的阶段,但随着设备连接数据量的不断增加,在一定程度上增加了数据处理的负担,因此,推动了边缘计算时代的到来,
6、其部署在设备端的边缘,能够对设备端采集的数据进行本地实时处理,为物联网连接“最后一公里”提供解决方案,最终实现设备的高效连接与管理1,2。而边缘计算网关则是具有边缘计算能力的智能网关,其功能强大,具有“零代码”开发、“拖拽式”可视化编程、“便携式”远程管理等特点,广泛应用在生活的方方面面,如城市环保、交通监控、电力控制、安防监控等物联网行业场景3。本文以智慧农业大棚物联网场景为例,介绍边缘计算网关在智慧农业大棚数据采集系统中的应用研究。1 系统整体方案设计本文基于边缘计算网关搭建智慧农业大棚监测数据采集系统,系统框架如图 1 所示,主要分为以下几个层次:(1)感知层。系统在感知层的工作是搭建智
7、慧农业大棚的外围电路,其用于采集环境信息,如温湿度、光照度等,再对传感器参数进行配置,传感器数据经过一系列打包最终转换成 JSON 格式,以便后续数据上云4。(2)网络层。该层负责数据的传输和通信,边缘计算网关将采集到的传感器数据通过 MQTT 协议上传至云平台,并接受云平台下发的指令5。(3)应用层。主要用于数据的展示、存储及分析,且该层的设计方便管理人19谢莹:边缘计算网关在智慧农业大棚数据采集系统中的应用研究员进行远程管理,及时掌握大棚环境信息。2 边缘计算网关设计本文选用的边缘计算网关为众横智控公司出厂的EG8000mini 型号,其计算能力强,适配多种协议,节点设计功能便捷,符合物联
8、网场景的个性化需求。系统设计的节点流程图如图 2 所示,边缘计算网关主要是对设备端的传感器数据进行配置,如地址码、功能码、起始地址及 RS485 串口等,再对数据进行合并、计算及打包,最终转换为 JSON 格式,并通过 MQTT 协议将数据上传至天翼物联网平台。调试窗口信息如图 3 所示,通过调试窗口信息图可在本地查看传感器数据、Topic 主题、服务质量等信息。sensor_report:msg:Object object payload:humi:69.4,temp:27.1,illuminance:34”_msgid:14296f61ba266ef4 topic:sensor_repor
9、t qos:1 retain:0 图 3 调试窗口信息Fig.3 Debugging window information3 天翼物联网平台设计天翼物联网平台是由电信公司全力推出的物联网平台,其特点为轻量级、较低的物联网项目开发及硬件接入门槛,为满足用户的个性化需求,平台提供多个功能模块,如终端接入、终端管理、应用管理、能力网关、在线开发等。用户可通过该平台快速、灵活构建物联网项目。平台项目的开发主要分为五个步骤:服务开发、设备接入、应用开发、开发联调及发布应用。3.1 业务数据开发设计平台支持多种设备接入协议,如 LWM2M 协议、TCP 协议、MODBUS 协议、MQTT 协议等,而边缘计
10、算网关选为物联网场景中常见的 MQTT 协议,其传输模式为发布/订阅6。以设备端上报数据为例,设备端先进行 MQTT 服务器的连接,再将数据发布到对应的Topic 主题。而当另一设备需要获取该数据时,则应订阅同一个 Topic,服务器则会将该 Topic 发布的消息转发到这一设备,此时,实现了设备之间的通信。用户在创建产品,并成功添加设备后,平台会为每个新设备分配对应的客户端 ID(ClientId)以及特征串(Password),同时,在边缘计算网关的“MQTT-订阅”节点中不仅要对这些参数进行配置,而且还应配置用户名(Username),以及对应 MQTT 服务端地址及端口号,设备才可通过
11、 MQTT 协议成功登录物联网平台,并呈“在线”状态,此时才可通过对应的 Topic 主题实现数据上报、事件上报及指令下发。3.2 物模型设计物模型包含属性、事件及服务,通过物模型的定义,即可定义产品的功能,如产品的功能、用途、提供图 1 系统框架Fig.1 System framework图 2 节点流程图Fig.2 Node flow chart图 4 数据上报物模型功能定义Fig.4 Function definition of data reporting object model温湿度传感器光照度传感器串口边缘计算网关MQTT天翼物联网云平台Web端手机App注入温湿度注入光照度RS
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