优普西螺旋藻智能养殖管理系统软件设计说明书

1、优普西螺旋藻智能养殖管理系统软件设计说明书第一章 绪 论优普西螺旋藻智能养殖管理系统软件架构和功能随着物联网技术迅速发展，基于物联网的设施渔业信息化已经成为设施渔业生产向集约、高产、高效、优质方向发展的重要推动力。物联网利用ZigBee无线网络技术组成无线传感器网络，感知养殖场的水质情况，例如温度、溶解氧浓度、PH值等，将这些数据实时发送至物联网网关。网关将养殖场的环境数据利用3G模块（或GPRS模块）发送至控制中心的服务器，服务器利用专家管理系统依据水产品的生长模型结合人工智能技术向网关发送控制指令，网关依控制指令利用控制箱驱动电机采取动作调节养殖场的水产品的生长环境，从而利于水产品生长。物

2、联网网关留有摄像头接口，能够根据用户需求将生产现场的图片或者视频发至控制中心服务器，服务器上部署软件并接入Internet网络，用户可以利用个人电脑或者手机登录到服务器，查询养殖水域内外环境数据、浏览生产现场图片、观看现场视频，还可以远程控制各种生产设备。当养殖场环境异常时，除了服务器中的专家系统发出指令驱动电机调节环境（如增氧机增加溶解氧），控制中心的告警箱也能够发出声光告警，服务器向相关人员发出告警短信。控制中心内的显示器（或者大屏幕）上能够显示各个传感器的工作状态、读数、现场图片等信息。因此，物联网技术能够实现设施渔业养殖的动态实时监管、数据统计分析、科学决策、预警及风险控制、专家咨询等

3、生产过程的科学化、数字化。1.1 物联网技术发展状况 “物联网”(IOT，Internet of Things)也叫“传感网”，是“传感网”在国际上的通称；它是指物体通过装入各种信息传感设备，比如射频识别(RFID)装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器或其它方式进行连接，然后与互联网或移动通信网络结合起来最终形成一个巨大的智能网络，通过电脑或手机实现对物体的智能化管理。物联网的核心和基础仍然是互联网，它是在互联网基础上的延伸和扩展。然而，物联网将网络连接延伸到任何物体之间，物联网比互联网更为庞大。这些物体通过各种信息传感设备与互联网连接在一起，进行更为复杂的信息交换和通信。因此，物联网的

4、发展目标是：全面感知、可靠传送及智能处理。在物联网中，物品(商品)能够彼此进行“交流”，而无需人的干预。物联网产业链可以细分为标识、感知、处理和信息传送四个环节，每个环节的关键技术分别为RFID、传感器、智能芯片和电信运营商的无线传输网络。终端感知、网络连接及后台运算，是物联网三大关键技术，而终端感知是物联网三大关键技术的基础。物联网可广泛应用于城市公共安全、工业安全生产、环境监控、智能交通、智能家居、公共卫生、健康监测等多个领域，让人们享受到更加安全轻松的生活；正日益成为备受全球社会各界共同关注的热点和焦点。物联网的发展从概念到技术研究、试点实验阶段，已经取得了突破性进展。伴随国家和企业，政

5、策和资金的大力支持，政策、金融、研发机构、人员四大环境的不断增强和投入，物联网将会顺应生产力变革的要求不断发展下去。作为物联网行业关键的参与者，国内三大电信运营商正在积极承接国家战略，充分利用自有优势资源，对既有产品进行挖掘、对新产品进行探索，努力开发物联网产品；同时，发挥运营商产业链职能，参与标准制订、技术研究与产品开发、市场推广，积极推动物联网产品的发展。如今，促进中国物联网发展的政策、产业环境以及支撑其运行的网络基础正在逐渐完善，中国物联网发展已拥有了良好的基础，将进入发展快车道，中国物联网发展前景良好。但同时仍存在成本、技术标准、关键核心技术攻关、成熟商业模式建立等问题，物联网的秋天还

6、需要时日，物联网的发展任重而道远。1.2 国内外物联网水产养殖的技术现状从整体上看，水产养殖是一个由“环境气候水生技术”等多个子系统的时间序列相对分明的复杂系统，各子系统及其因素之间变现为互相交叉的网络联系，单凭人的经验和操作是无法有效准确的掌控这一系统。而目前计算机技术，特别是由人工智能、互联网、传感器技术组合而成的物联网技术发展非常迅猛，成为科技革命的一大主流。可以相信，借助于先进的计算机管理技术建立的辅助水产科学养殖决策系统将会是水产养殖获得更高、更稳的经济效益。2010年8月12日，江苏省宜兴市高塍镇某养殖户，根据蟹塘内水质智能传感器传来的实时监测数据，通过手机及时遥控启动了蟹塘内的增

7、氧泵。专程从北京赶来的中国农业大学信息与电气工程学院博士生导师李道亮教授，详细察看了这套水产养殖环境智能控制系统的运作情况，并给予了充分肯定。2010年3月，在国家农业部、省和无锡市相关部门支持下，宜兴市农林部门联合鹏鹞生态农业有限公司，与中国农业大学合作建立了江苏省首个物联网水产养殖基地。在5户试点农户计1000亩河蟹养殖池内，他们安装了13个水质参数采集点、5个无线控制点、5个GPRS设备，配备了一座小型气象站、设立了一个监控中心。宜兴移动公司还专门架设了3.8公里的电线杆，为该基地接入了专用光纤。水产养殖环境智能监控系统是基于智能传感技术、智能处理技术及智能控制技术等物联网技术开发的，集

8、数据、图像实时采集、无线传输、智能处理和预测预警信息发布、辅助决策等功能于一体的现代化水产养殖支撑系统。示范基地采用的水产养殖环境智能监控系统，可以对蟹塘内的溶解氧、P H值、水温等进行在线监测，及时调节水质，预测各种病情发生，使水产品在最适宜的环境下生长，达到增产、节能、省工、适时用药、减少环境污染等效果。据宜兴市农林部门测算，采用这套系统后，每亩河蟹养殖水面监控成本约400元，每亩增产约10%15%，亩均增效可达1000元左右，且减少了水产养殖对周边水体环境的污染。国外方面，厄瓜多尔有研究把物联网与水产养殖中虾病害早期诊断，通过GIS的统计，分析出虾病害的发展状况、趋势，并做出及时措施，可

9、有效的减少虾病害带来的经济损失。苏格兰有研究利用物联网技术来实时监控鱼虾养殖中对不同地区发散私聊和鱼虾排泄物的污染程度，并得出模型预测，预测模型的校验准确率达到了58.1%。总得来说，目前中国利用物联网技术对农业系统上的信息采集已经去的比较大的进步，但是技术跟国外相比，还是有比较大的差距。1.3 项目项目的项目背景随着人们生活水平的提高，水产品的需求量越来越大，水产养殖的用户越来越多，规模也越来越大，种类也越来越丰富。传统的养殖方式一般是根据观察鱼或虾等浮头情况来判断水中是否缺氧，根据水中的混浊度来判断水中的氨氮等多种成份的含量，根据经验来判断水中的PH值及水温，需要人工来开启增氧设备。然而随

10、着养殖规模的不断扩大，这种传统的养殖方式所出现的问题越来越多：影响水产养殖环境的关键参数就是水温、光照、溶氧，氨氮，硫化物、亚硝酸盐、PH等，这些关键因素既看不见又摸不着很难准确把握，靠经验来判断误差非常之大，再加上养殖规模越来越大，靠这种传统的方式显得越来越力不从心，稍有不慎就会导致重大损失。为此我们需要开发一套人工智能的，方便养殖户操作，实现无人化24小时监控，能够实时查询水产品信息的水产养殖管理系统。物联网水产养殖系统是面向水产养殖集约、高产、高效、生态、安全的发展需求，基于智能传感、无线传感网、通信、智能处理与智能控制等物联网技术开发的，集水质环境参数在线采集、智能组网、无线传输、智能

11、处理、预警信息发布、决策支持、远程与自动控制等功能于一体的首选技术，所以开发这一系统具有很高的经济和使用价值。这一技术能将我国水产养殖业推向世界的新高峰。1.4 项目研究的主要内容本文主要研究面向项目需求的一种可行的解决方案，侧重于物联网系统中应用层的设计和实现，对于物联网的感知层和网络层相关的技术只做简要介绍。针对项目特点，通过C#语言编写的程序来模拟对养殖户水质参数的采集和入库，再利用WEB开发相关知识和技术，将数据库中的养殖户信息和水质参数进行相关的操作和管理。项目结构大体如下：第一章是绪论，给出了项目的背景，物联网水产养殖的技术现状、发展状况，选题的意义以及项目研究任务和主要内容。 第

12、二章主要介绍物联网的整体结构和感知层、网络层中运用到的相关技术进行简要的的介绍。第三章对优普西螺旋藻智能养殖管理系统软件的总体设计及完成功能进行介绍。第四章关于对WEB开发的相关技术和优点行讨论第五章先介绍VS2015开发工具和MYSQL数据库，对水产养殖管理系统进行软件设计，并对其进行仿真。 第二章 物联网的相关技术介绍2.1 物联网概念及介绍物联网原理只是国际电信联盟所提出的一个概念，麻省理工学院的Auto-ID研究中心在1999年提出物联网的概念:利用射频识(Radio Frequency Identification, RFID)与条码等信息传感设备将所有的物品和互联网连接,从而实现智

13、能化的管理与识别。2009年美国在IBM的提议下，正式的把物联网投入国家战略。在2010年的两会期间,物联网被写进了政府的工作报告当中,从而物联网成为五大新兴国家战略产业之一，2010年10月的国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定中,物联网也被列为战略性的新兴产业。所以说物联网成为了继计算机、互联网之后第三次世界信息产业革命。2.1.1 物联网体系架构物联网的基本体系架构(DCM)主要由三层构成：感知层、网络层和应用层。感知层是物联网发展和应用的基础，本层由各种具有感知能力的设备组成，物联网中由本层负责物体的识别和信息采集，实现全面感知的功能。网络层由各种通信网络和互联网融合而成，本层

14、负责将感知到的数据进行分类、汇聚、处理，并能够可靠传输出去。应用层则将物联网技术与各种行业专业技术相结合，为不同的用户提供各种应用，例如智能交通、环境保护、公共安全、平安家居、工业监测、个人健康、军事侦察等如图2-1所示。物联网感知层存在大量的传感器，这些传感器组成许多传感器网络，而传感器网络感知的数据又需要传递到网络层，由网络层的广域网络传送出去。因此，网关在物联网时代将扮演非常重要的角色，利用物联网网关可以实现传感器网络与广域网之间的协议转换，从而实现信息广域互联。在互联网中，网关又称网间连接器或协议转换器，它工作于传输层，用于两个高层协议不同的网络互连。在物联网中，网关主要用于无线传感网

15、与现有通信网络的互联。作为连接传感器网络和传统通信网络的桥梁，物联网网关应具有如下功能：a.多种接入能力：网关需要具备接入多种现有通信网的能力，这些通信网包括：2G/3G/4G移动通信网络、无线局域网、有线网络。因此，网关必须具备相应网络的接口和软硬件的接入能力。b.协议转换能力：物联网中传统网络和传感器网络需要相互交换信息，物联网网关需要在它们之间提供协议转换能力。这种能力不仅包括将不同的感知层协议通过协议适配后，转换为格式统一的数据和控制信令，而且包括在感知层网络和互联网之间进行协议转换，保证数据和控制指令穿透各种网络可靠传输。c.可管理能力：对于任何网络而言，管理能力是必不可少的。特别对

16、通常用于无人值守环境下的无线传感网，管理能力尤为重要。物联网网关需要对无线传感网中的传感节点、路由器等设备进行管理，同时它也需要对网关设备进行管理。前者负责获取传感器节点的标识、状态、属性等，并且实现远程启动、关闭、控制和分析等功能；后者负责网关设备的注册管理、诊断管理、配置管理、升级维护等。图2-1 物联网体系架构示意图2.1.2 物联网感知层感知层所需要的关键技术包括检测技术、中低速无线或有线短距离传输技术等。具体来说，感知层综合了传感器技术、嵌入式计算技术、智能组网技术、无线通信技术、分布式信息处理技术等，能够通过各类集成化的微型传感器的协作实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息。

17、通过嵌入式系统对信息进行处理，并通过随机自组织无线通信网络以多跳中继方式将所感知信息传送到接入层的基站节点和接入网关，最终到达用户终端，从而真正实现“无处不在”的物联网的理念。感知层中涉及的技术包括即传感器技术、物品标识技术（RFID和二维码）以及短距离无线传输技术（ZigBee和蓝牙）等技术。在水产养殖管理系统中物联网的感知层主要用于检测养殖水质环境的检测和监控，利用各种传感器例如：PH值检测仪、水溶氧分析仪、水温测试仪等如图2-2所示。他们是系统的最底层，充当着系统的“感知器官”。图2-2 智能水质传感器图2.1.3 物联网网络层物联网的价值在什么地方？主要在于网，而不在于物。感知只是第一

18、步，但是感知的信息，如果没有一个庞大的网络体系，不能进行管理和整合，那这个网络就没有意义。物联网网络层是在现有网络的基础上建立起来的，它与目前主流的移动通信网、国际互联网、企业内部网、各类专网等网络一样，主要承担着数据传输的功能，特别是当三网融合后，有线电视网也能承担数据传输的功能。在物联网中，要求网络层能够把感知层感知到的数据无障碍、高可靠性、高安全性地进行传送，它解决的是感知层所获得的数据在一定范围内，尤其是远距离地传输问题。同时，物联网网络层将承担比现有网络更大的数据量和面临更高的服务质量要求，所以现有网络尚不能满足物联网的需求，这就意味着物联网需要对现有网络进行融合和扩展，利用新技术以

19、实现更加广泛和高效的互联功能。由于广域通信网络在早期物联网发展中的缺位，早期的物联网应用往往在部署范围、应用领域等诸多方面有所局限，终端之间以及终端与后台软件之间都难以开展协同。随着物联网发展，建立端到端的全局网络将成为必须。由于物联网网络层是建立在Internet和移动通信网等现有网络基础上，除具有目前已经比较成熟的如远距离有线、无线通信技术和网络技术外，为实现“物物相连”的需求，物联网网络层将综合使用IPv6、2G/3G、Wi-Fi等通信技术，实现有线与无线的结合、宽带与窄带的结合、感知网与通信网的结合。同时，网络层中的感知数据管理与处理技术是实现以数据为中心的物联网的核心技术。感知数据管

20、理与处理技术包括物联网数据的存储、查询、分析、挖掘、理解以及基于感知数据决策和行为的技术。水产养殖管理系统的网络层，用来传递从感知层中获取来的信息，为实现远程监控提供了保障。2.1.4 物联网应用层物联网最终目的是要把感知和传输来的信息更好地利用，甚至有学者认为，物联网本身就是一种应用，可见应用在物联网中的地位。本节将介绍物联网架构中处于关键地位的应用层及其关键技术。应用是物联网发展的驱动力和目的。应用层的主要功能是把感知和传输来的信息进行分析和处理，做出正确的控制和决策，实现智能化的管理、应用和服务。这一层解决的是信息处理和人机界面的问题。物联网的应用可分为监控型（物流监控、污染监控），查询

21、型（智能检索、远程抄表），控制性（智能交通、智能家居、路灯控制），扫描型（手机钱包、高速公路不停车收费）等。目前，软件开发、智能控制技术发展迅速，应用层技术将会为用户提供丰富多彩的物联网应用。同时，各种行业和家庭应用的开发将会推动物联网的普及，也给整个物联网产业链带来利润。物联网应用层能够为用户提供丰富多彩的业务体验，然而，如何合理高效地处理从网络层传来的海量数据，并从中提取有效信息，是物联网应用层要解决的一个关键问题。应用层主要运用到M2M技术、用于处理海量数据的云计算技术、人工智能、数据挖掘等相关技术。在管理系统中主要用于分析各种水质参数，充当着系统的“大脑”。2.2 基于Zigbee技术

22、的无线传感器的简介2.2.1 无线传感器网络无线传感器网络是由大量部署在监测区域内的具有感知、计算和无线通信能力的传感器节点通过自组织方式构成的网络。它综合了微电子技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等先进技术,能够根据环境自主完成监测、目标发现、识别与跟踪等任务。作为一种新的信息获取方式和处理模式,无线传感器网络目前已成为国内外备受关注的研究热点,广泛应用于军事、环境监测、医疗监护、工农业以及智能家居等多个领域。2.2.2 Zigbee技术无线传感器网络的无线通信技术种类众多，如Bluetooth、Wi-Fi(IEEE 802.11)、RFID、Ir-DA、Zig

23、bee等等，他们各自有其特点,由于基于ZigBee的无线传感器网络具有功耗低、网络容量大、成本低、覆盖范围广、时延短、动态组网、自动路由等特点,综合比较后在无线传感器网络水质监测系统中选用Zigbee技术。ZigBee(IEEE 802.15.4)技术是基于ZigBee协议的一种短距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术，工作频段分别为214GHz，868MHz(欧洲)及915MHz(美国),均为免执照频段，具有16个扩频通信信道。ZigBee协议是由ZigBee联盟制定的无线通信标准，它以IEEE802.15.4标准定义的物理层及MAC层为基础,并对其进行了扩展，对网络层

24、协议和API进行了标准化,定义了一个灵活、安全的网络层，此外，ZigBee联盟还制定了应用接口层、高层应用规范等。2.2.3 Zigbee技术在系统中的作用无线传感器网络主要作用是对水质监测，是实现水质的综合监测和水污染的早期预警，在监测水域内随机大量部署在水质监测传感器节点，各节点自行协调并迅速组建通信网络，在能量利用率优先考虑原则下进行工作任务划分以获取监测区域信息，并经过多跳后路由到汇聚节点，汇聚节点的处理能力、存储能力和通信能力相对较强，一般通过固定的持续电源供电，它连接ZigBee网络与Internet等外部网络，实现两种协议之间的通信协议转换，监测数据由Internet到达管理节点

25、，用户通过管理节点对传感器网络进行配置和管理，发布监测任务以及收集监测数据。2.3 GPRS无线通信技术概念及简介GPRS即通用分组无线服务技术(General Packet Radio Service)的简称，它是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务。GPRS可说是GSM的延续。GPRS和以往连续在频道传输的方式不同，是以封包(Packet)式来传输，因此使用者所负担的费用是以其传输资料单位计算，并非使用其整个频道，理论上较为便宜。GPRS的传输速率可提升至56甚至114Kbps。水产养殖管理系统中主要利用的就是GPRS作为网络层来传输数据。2.3.1 GPRS相关技术GPRS通用无线分

26、组业务，是一种基于GSM系统的无线分组交换技术，提供端到端的、广域的无线IP连接。通俗地讲，GPRS是一项高速数据处理的技术，方法是以“分组”的形式传送资料到用户手上。虽然GPRS是作为现有GSM网络向第三代移动通信演变的过渡技术，但是它在许多方面都具有显著的优势。目前，香港作为第一个进行GPRS实地测试的地区，已经取得了良好的收效。 由于使用了“分组”的技术，用户上网可以免受断线的痛苦。此外，使用GPRS上网的方法与WAP并不同，用WAP上网就如在家中上网，先拨号连接，而上网后便不能同时使用该电话线，但GPRS就较为优越，下载资料和通话是可以同时进行的。从技术上来说，声音的传送(即通话)继续

27、使用GSM，而数据的传送便可使用GPRS，这样的话，就把移动电话的应用提升到一个更高的层次。而且发展GPRS技术也十分“经济”，因为只须沿用现有的GSM网络来发展即可。GPRS的用途十分广泛，包括通过手机发送及接收电子邮件，在互联网上浏览等。 现在手机上网的口号就是Always Online、IP In Hand，使用了GPRS后，数据实现分组发送和接收，这同时意味着用户总是在线且按流量计费，迅速降低了服务成本。对于继续处在难产状态的中国移动/联通WAP资费政策，如果将CSD (电路交换数据，即通常说的拨号数据，欧亚WAP业务所采用的承载方式)承载改为在GPRS上实现，则意味着由数十人共同来承

28、担原来一人的成本。 而GPRS的最大优势在于：它的数据传输速度不是WAP所能比拟的。目前的GSM移动通信网的传输速度为每秒9.6K字节，GPRS手机在今年年初推出时已达到56Kbps的传输速度，到现在更是达到了115Kbps(此速度是常用56Kmodem理想速率的两倍)。2.3.2 GPRS的网络结构 GPRS网络是基于现有的GSM网络来实现的。在现有的GSM网络中需要增加一些节点，如GGSN（Gateway GPRSSupporting Node，网关GPRS支持节点）和SGSN（Serving GSN，服务GPRS支持节点）。 GSN是GPRS网络中最重要的网络节点。GSN具有移动路由管理

29、功能，它可以连接各种类型的数据网络，并可以连到GPRS寄存器。GSN可以完成移动台和各种数据网络之间的数据传送和格式转换。GSN可以是一种类似于路由器的独立又备，也可以与GSM中的MSC集成在一起。 GSN有两种类型：一种为SGSN（Serving GSN，服务GSN），另一种为GGSN（GatewayGSN，网关GSN），SGSN的主要作用是记录移动台的当前位置信息，并且在移动台和GGSN之间完成移动分组数据的发送和接收。GGSN主要是起网关作用，它可以和多种不同的数据网络连接，如ISDN、PSPDN和LAN等。有的文献中，把GGSN称为GPRS路由器。GGSN可以把GSM网中的GPRS分组

30、数据包进行协议转换，从而可以把这些分组数据包传送到远端的TCP/IP或X.25网络。 2.3.3 GPRS协议模型Um接口是GSM的空中接口。Um接口上的通信协议有5层，自下而上依次为物理层、MAC Mdium AccessControl）层、LLC（Logical Link Control）层、SNDC（Subnetwork DependantConvergence）层和网络层。 Um接口的物理层为射频接口部分，而物理链路层则负责提供空中接口的各种逻辑信道。GSM空中接口的载频带宽为20OkHz，一个载频分为8个物理信道。 如果8个物理信道都分配为传送GPRS数据，则原始数据速率可达200k

31、b/s。考虑前向纠错码的开销，则最终的数据速率可达164kb/s左右。 MAC为媒质接入控制层。MAC的主要作用是定义和分配空中接口的GPRS逻辑信道，使得这些信道能被不同的移动台共享。GPRS的逻辑信道共有3类，分别是公共控制信道、分组业务信道和GPRS广播信道。公共控制信道用来传送数据通信的控制信令，具体又分为寻呼和应答等信道。分组业务信道用来传送分组数据。广播信道则是用来给移动台发送网络信息。 LLC层为逻辑链路控制层。它是一种基于高速数据链路规程HDLC的无线链路协议。LLC层负责在高层SNDC层的SNDC数据单元上形成LLC地址、帧字段，从而生成完整的LLC帧。另外，LLC可以实现一

32、点对多点的寻址和数据帧的重发控制。 BSS中的LLR层是逻辑链路传递层。这一层负责转送MS和SGSN之间的LLC帧。LLR层对于SNDC数据单元来说是透明的，即不负责处理SNDC数据。 SNDC被称为子网依赖结合层。它的主要作用是完成传送数据的分组、打包，确定TCP/IP地址和加密方式。在SNDC层，移动台和SGSN之间传送的数据被分割为一个或多个SNDC数据包单元。SNDC数据包单元生成后被放置到LLC帧内。 网络层的协议目前主要是Phase 1阶段提供的TCP/IP和L25协议。TCP/IP和X.25协议对于传统的GSM网络设备（如BSS和NSS等设备）是透明的。2.3.4 GPRS在系统

33、中的作用GPRS无线传输技术运作在物联网系统中的网络层，连接了感知层和应用层，是在整个系统的神经线，利用其通信方式解决水质检测中的数据传输打到无人值守和无线传输的目的，大大减少了人力资源的浪费。2.4 本章小结本章是对物联网相关技术的介绍，简单介绍了物联网的体系节结构，Zigbee技术和GPRS技术的相关知识。首先使我们对物联网整体结构有个简单的认识，其次对基于Zigbee技术的传感器技术和GPRS无线通信技术，这两个物联网的核心技术重点介绍，为整个系统的后台运作做一个个知识储备。本章节的研究为后续部分打下了基础，是整个项目不可或缺的环节。第三章 水产养殖管理系统的总体设计及其功能3.1 优普

34、西螺旋藻智能养殖管理系统软件的设计流程通过第一章的介绍可以发现，传统的水产养殖技术，都是靠人工管理，大量的人力物力，且生产效率低下，对环境的污染也比较严重，遇到特殊天气，苗种死亡的概率也是相当的高，给养殖户们带来了很大的风险。项目将在本章中详细分析优普西螺旋藻智能养殖管理系统软件的架构和特性，并提出相应的解决方案。 为了保证方案实施的可行性，本章将对系统设计的核心问题和关键技术进行理论分析，重点讨论在物联网的应用层中怎样来实现对养殖户的信息进行管理和查询，并在水质参数超标时做出报警。本系统以物联网的DCM三层架构来建立完整的水产养殖管理系统，每层架构应用最先进的物联网技术，并始终体现 “软件即

35、服务”的思想，并实现效果和设计理念上体现可视化、泛在化、智能化、个性化、一体化的特点。项目的整体架构如图3-1所示。下面介绍一下整个系统的运作流程：首先管理系统在养殖地布置硬件设备：多个水上节点(水质参数采集节点、远程视频采集节点、水质参数调节节点、ZigBee+GPRS无线网关)。在系统运作之初，要对硬件设备进行自检测，查看受否有硬件出现故障，如果发生及时通过GPRS向用户发送短信息。其次通过水质参数采集节点实时采集PH值、水温、水位、溶氧量等水质参数，并通过ZigBee Endpoint上传给无线网关的ZigBee Coor dinator，再由后者经串口送入GPRS传送到TOMCAT服务

36、器。 最后在服务器上的信息管理系统将对数据进行统计、分析、入库，如发现水质参数超出了合适的参数指标，则通过GPRS向用户发出警告，提醒用户是否需要向水质参数调节节点发送控制信息，用户可通过手机、PC、平板电脑或PDA等方式登录浏览器，查看实时的水质信息，确认是否发送控制信息，如果确认则浏览器向服务器发送请求，由服务器通过GPRS向ZigBee网络下发指令到水质参数调节节点。再次检测硬件设备，如果设备正常启动增氧机或PH值调节设备、水泵等，实时调节水质参数。图3-1 项目整体架构图3.2 系统的功能及其特点3.2.1 养殖管理系统功能模块养殖管理系统包括养殖感知信息数据中心、养殖信息智能处理系统

37、、设备监控系统。一、实时数据查询提供感知信息服务。用户可以通过互联网实时查看和监测、主要内容包括所有监测点设备的24小时实时数据、历史数据的图表显示。水质预警信息，水质变化预报；实时监控视频数据等。二、远程设备监控采用web平台，提供远程设备监控，主要包括传感器的数据、运行状态，增氧机等设备的开关及运行状态、手机关联等。用户通过手机发送一个特殊的指令到短信平台，平台根据用户的指令来执行相应的动作，如控制增氧机电磁阀的开关；三、视频监控养殖场视频监控系统主要实现对养殖环境的远程监测管理。现代水产养殖场采用全封闭管理方式，有利于水产品的安全生产，可有效杜绝外界环境对水产品的不利影响，为了方便外界人

38、员观看养殖加工的实时情况，利用视频摄像头的动态可视化特点，将养殖环节予以实时监控。四、自动报警当水质参数超过一定的指标，服务器会会向养殖户发送短信、提醒用户是否、远程控制硬件设备调节水质参数。3.2.2 养殖管理系统特点1、监测功能强：多种水质参数实时监测，比如水溶氧浓度，水温等。2、监测效果好：相比手工监测，自动化监测更及时和准确。3、建设和营运成本低：由于采用移动/联通提供的GPRS/CDMA1X无线通讯网络，只需安装好远程监测终端就可以对养殖水域作24小时不间断的自动监测；不需要布任何通讯线路。前期投资少、见效快，后期升级、维护成本低。日常费用主要是无线通讯费用。4、使用方便：灵活的数据

39、传输与报警选择，可以传送到监测中心或家中；监控软件友好的用户界面，便于长期监测数据分析与决策。3.3 系统布局3.3.1 数据中心数据中心：是整个优普西螺旋藻智能养殖管理系统软件的物理基础，机房建设直接关系到未来数据中心绿色节能方案的有效实施和高效运营平台的充分实现，对整个数据中心架构的科学性与合理性具有决定意义。3.3.2 软件平台软件平台：提供业界优秀的农业物联网管理平台，采用面向高性能计算机的可定制化服务器，应用智能化的计算机测控管理平台，充分实现数据中心资源的统一管理、统一部署、统一监控和统一备份。3.3.3 硬件设备硬件设备：是整个优普西螺旋藻智能养殖管理系统软件的物理基础，选择正确

40、的，性价比高，易于操作的设备，为软件的有效控制提供有力的保障。 3.4 本章小结本章是水产养殖管理系统的总体设计及其功能做一个具体介绍，首先通过流程图介绍一下总体设计的流程，其次对系统的功能及其特点详细说明，最后介绍系统的整体布局。这一章节是整个系统的设计章节，通过这一章节，整个系统的基本框架已经基本搭建成功。第四章 WEB开发的相关技术4.1 C/S模式体系架构随着Internet 网络应用技术的不断发展，信息网络技术突飞猛进，网络应用程序得到了飞速发展。目前网络应用程序的开发主要有两种结构：C/S（Client/Server 客户端/服务器）结构，B/S（Browser/Server浏览器

41、/服务器）结构，他们都是通过TCP/IP 协议实现的网络应用结构。4.1.1 传统的两层C/S 模式传统的 C/S 模式把系统分为客户机和服务器两部分，如图4-1所示。图4-1 传统C/S模式图两层结构应用程序的开发工作主要集中在客户端，客户机程序不但要完成用户交互和数据显示工作，而且还要完成对应用逻辑的处理工作，即用户界面与应用逻辑位于同一开发层次上，使客户端承受着双重任务，从而变“胖”了，而服务器端则任务较轻，成为瘦服务器，从而形成一种“胖客户机/瘦服务器”模式。负荷不均匀使得客户端的管理越来越困难，因为如果系统升级，必须为所有的客户端一一升级。这不仅给应用软件的实现带来了不便，而且软件维

42、护费用也越来越高。这样就带来了两个突出的问题：系统的可伸缩性和安装维护困难，正是这样，使得两层结构应用程序在Internet/Intranet 环境下的实际开发中受到较大限制。为此，人们又提出了三层或多层结构的客户机服务器体系。4.1.2 三层C/S 模式本项目研究的是怎样利用WEB技术来开发这一系统的，WEB开发改善了传统的采用了三层或多层结构的客户机服务器体系。三层结构应用程序的思想是依据应用程序的三种相对独立的逻辑功能，将其分成抽象程度不同而又相对独立的三个部分，分别为客户层、业务逻辑层、数据服务层，如图4-2所示。图4-2 三层C/S模式图其中关键是把业务逻辑单独提取出来，构成了中间层

43、，从而形成真正的分布式应用系统。三层结构的客户层只需关注独立于事务逻辑的与用户交互的界面，而具体事务逻辑的处理由业务逻辑层应用服务器进行封装，它将原先的置于客户层的应用逻辑为所有客户共享。数据服务层不再和每个活动客户保持一个连接，而是若干客户通过相应业务逻辑共享数据服务，从而减少了连接次数，提高了数据服务器的性能和安全性。在三层模式中，大大减轻了客户机的压力，这种结构被称之为“瘦客户机”模式。这种结构中，我们只需随机地增加中间层的服务（应用服务器），即可满足扩充系统的需要。三层C/S 模式相对传统C/S 模式具有可维护性好、系统资源优化、降低数据库服务器的负荷、系统的反应速度快等优点。图4-3

44、 B/S模式B/S 结构把原来在客户机一侧的应用程序模块与显示功能分开，将它放到Web 服务器上单独组成一层，客户机上统一采用易于操作的用户界面浏览器，通过把负荷均衡地分配给了Web 服务器，客户机变得更“瘦”了，从而使系统更具可控性，给系统维护带来极大的方便。将系统的应用程序集中到服务器端，而无需开发客户端程序，服务器上所有应用程序都可以通过Web 浏览器在客户机上执行。在B/S 模式中，用户界面处理、业务功能处理、数据处理这三个子模型相互独立，分别由不同的资源、代码来实现。基于 B/S 结构的远程监控系统是以Web 为通讯平台的监控系统，由于采用浏览器作为统一的客户端，相对于传统的C/S

45、模式，它具有很多优点，如：（1）具有瘦客户端特点；（2）可以跨平台操作；（3）表示层为Web页面，当客户请求的时候从服务器传送客户端，商务逻辑层的定义和数据库的管理都在服务器端完成。这样开发和维护工作就会集中到服务器端，便于系统的维护和升级。三层的B/S体系结构具有许多传统C/S体系结构不具备的优点，用的是基于Internet的Web技术，结合传统控制原理，拓展了传统的监控应用的功能，更适合时代的发展，是技术发展的大势所趋。本章主要介绍了，水产养殖管理系统的软件方案C/S和B/S体系结构的功能和特点，并最终确定本系统选择B/S体系结构。4.2 WEB开发中用到的技术4.2.1 开发语言综述本系

46、统是基于面向对象思想的C#语言中J2EE平台进行编写，J2EE平台具有以下优点1.简化结构：J2EE平台支持简化的、基于组件开发模型，由于J2EE基于C#编程语言和J2SE平台，它提供了编写一次，随处运行的可移植性，遵循J2EE标准的所有服务器都支持该模型。EJB组件使编写应用程序更为简单。尽管EJB体系结构复杂，但应用程序开发人员一般都必再编写访问系统服务的代码，EJB容器会实现系统级的服务，例如，事务、安全性等。另外，J2EE还支持异构环境。基于J2EE的应用程序不依赖任何特定操作系统、中间件或硬件，因此，设计合理的基于J2EE的程序只需开发一次就可以部署到各种平台，这在典型的异构企业算环

47、境中是十分关键的。J2EE标准还允许客户订购与J2EE兼容的第三方的现成组件，把其部署到异构环境中，节省了由自己制订整个方案所需的费用。2. 提高开发效率：由于组件技术的使用，可以按照开发人员的技能对应用程序开发进行分工，并行开发，提供整体开发效率。例如：图形设计师创建JSP模板，商业逻辑由该领域的专家完成，JSP页面和EJB由C#工程师完成，应用程序的装配和部署由团队中其他的成员完成，其中许多工作可以同时进行，有助于加速应用程序的开发。3.可移植性强：除了C#语言固有的可移植性外，EJB体系结构在Bean和支持该Bean的容器之间提供了一套标准化的应用程序编程接口，这使开发人员能够将Bean

48、从一种操作环境移植到另一种操作环境，而无需重新编写其源代码。4.重用性好：由于在EJB模型中，各个软件组件都是严格分离的，因此，可以从现有的软件组件装配出服务器端应用程序，这与从现有的C#Bean可以装配出客户端应用程序一样，使软件能够重用。5.易于维护：基于组件的设计简化了应用程序的维护。由于组件可以被独立地更新和替代，通过更新应用程序中特定的组件，新的功能可以被很容易地增加。6.可伸缩性：企业必须要选择一种服务器端平台，以便满足那些在它们系统上进行商业动作大批新客户。基于J2EE平台的应用程序可被部署到各种操作系统上，例如，可被部署到高端UNIX或其他的大型机系统上。J2EE领域的供应商提

49、供了更为广泛的负载平衡策略，能消除系统中的瓶颈，允许多台服务器集成部署，实现可高度伸缩的系统，满足未来商业应用的需要。7.被广泛接受：主要的IT供应用商都采纳EJB体系结构，不同供应商的产品只要符合EJB体系结构，就都是可互操作的。4.2.2 MySQL数据库的选用MySQL是现在流行的关系数据库中其中的一种，相比其它的数据库管理系统（DBMS）来说，MySQL具有小巧、功能齐全、查询迅捷等优点，关键的是它是免费的，可以在Internet上免费下载到，并可免费使用，对于一般中小型，甚至大型应用都能够胜任MySQL具有以下优点：1、首先是速度。对于MySQL来说,速度是他们追求的主要目标之一，基

50、于这个原因，MySQL在以前的文档中也曾经说过并不准备支持事务和触发器。但是在最新的文档中，我们看到MySQL 4.0.2-alpha已经开始支持事务，而且在MySQL的TODO中，对触发器、约束这样的注定会降低速度的功能也列入了日程。但是，仍然有理由相信，MySQL将有可能一直保持速度的优势。2、MySQL更流行，流行对于一个商业软件来说，也是一个很重要的指标，流行意味着更多的用户，意味着经受了更多的考验，意味着更好的商业支持、意味着更多、更完善的文档资料。3、MySQL更适宜在Windows环境下运行。MySQL作为一个本地的Windows应用程序运行(在NT/Win2000/WinXP下

51、，是一个服务)， 在Windows运行中,MySQL更加的稳定。4、MySQL使用了线程,在不同线程之间的环境转换和访问公用的存储区域显然要比在不同的进程之间要快得多。5、MySQL可以适应24/7运行。在绝大多数情况下，你不需要为MySQL运行任何清除程序。6、MySQL在权限系统上更为完善。MySQL允许你定义一整套的不同的数据级、表级和列级的权限。对于列级的权限。MySQL还允许你指定基于主机的权限。7、由于MySQL 4.0.2-alpha开始支持事务的概念，因此事务对于MySQL不再仅仅成为劣势。相反，因为MySQL保留无事务的表类型。这就为用户提供了更多的选择。 8、MySQL的M

52、ERGE表提供了一个独特管理多个表的方法。4.2.3 A简介A是一种服务器端的C#应用程序，具有独立于平台和协议的特性，可以生成动态的Web页面。 它担当客户请求（Web浏览器或其他HTTP客户程序）与服务器响应（HTTP服务器上的数据库或应用程序）的中间层。 A是位于Web 服务器内部的服务器端的C#应用程序，与传统的从命令行启动的C#应用程序不同，A由Web服务器进行加载，该Web服务器必须包含支持A的C#虚拟机。是在服务器上运行的小程序。这个词是在C# applet的环境中创造的，C# applet是一种当作单独文件跟网页一起发送的小程序，它通常用于在服务器端运行，结果得到为用户进行运算

53、或者根据用户互作用定位图形等服务。服务器上需要一些程序，常常是根据用户输入访问数据库的程序。这些通常是使用公共网关接口（CGI(Common Gateway Interface)）应用程序完成的。然而，在服务器上运行C#，这种程序可使用C#编程语言实现。在通信量大的服务器上，C# 的优点在于它们的执行速度更快于CGI程序。各个用户请求被激活成单个程序中的一个线程，而无需创建单独的进程，这意味着服务器端处理请求的系统开销将明显降低。4.3 本章小结因为本项目是针对物联网的应用层的软件开发，运用的是时下最流行的WEB开发，所以这一章节需要对WEB开发的相关技术做一简单介绍，先介绍了WEB开发和以往

54、软件开发的不同以及它的优势所在，其次介绍了WEB开发中运用到的一些核心技术如MySQL数据库、JSP、TOMACT等。这一章节是为后续系统设计及实现打下基础。第五章 系统的设计与实现程序设计又称编码，是系统生命周期中继详细设计之后的阶段，这个阶段的任务是使用选定的程序设计语言，把经过概要设计和详细设计所得到的以程序设计说明书体现的信息处理过程描述后，转换成能在计算机系统上运行的程序源代码。5.1 VS2015介绍VS2015企业级工作平台（VS2015 Enterprise Workbench ，简称VS2015）是对Eclipse IDE的扩展，利用它我们可以在数据库和J2EE的开发、发布，

55、以及应用程序服务器的整合方面极大的提高工作效率。它是功能丰富的J2EE集成开发环境，包括了完备的编码、调试、测试和发布功能，完整支持HTML, Struts, JSF, CSS, C#script, SQL, Hibernate。在结构上，VS2015的特征可以被分为7类：1. J2EE模型2. WEB开发工具3. EJB开发工具4. 应用程序服务器的连接器5. J2EE项目部署服务6. 数据库服务7. VS2015整合帮助对于以上每一种功能上的类别，在Eclipse中都有相应的功能部件，并通过一系列的插件来实现它们。VS2015结构上的这种模块化，可以让我们在不影响其他模块的情况下，对任一模

56、块进行单独的扩展和升级。简单而言，VS2015是Eclipse的插件，也是一款功能强大的J2EE集成开发环境，支持代码编写、配置、测试以及除错。5.2 数据库设计5.2.1 数据库设计数据库设计是指对于一个给定的应用环境,构造最优的数据库模式,建立数据库及其应用系统,使之能够有效地存储数据,满足各种用户的应用需求(信息要求和处理要求).数据库和设计概述：(1)数据库是信息系统的核心和基础，把信息系统中大量的数据按一定的模型组织起来，提供存储、维护、检索数据的功能，使信息系统可以方便、及时、准确地从数据库中获得所需的信息。(2)数据库是信息系统的各个部分能否紧密地结合在一起以及如何结合的关键所在。(3)数据库设计是信息系统开发和建设的重要组成部分。5.2.2 概念模型设计(E-R图)数据模型是是数据特征的抽象，从抽象层次上描述了系统的静态特征、动态行为和约束条件，为数据库系统的信息表与操作提供一个抽象的框架。描述了数据结构、数据操作及数据约束。E-R模型的基本概念：ER图概念化地构建实体间关系的模型，这使得它们区别于数据库模型图。ER图的理念是：项目所有参与者能理解ER图。ER图由不同实体