摘要：现在农业物联网测控体系数据交流遍及选用依据socket的简略通讯。为处理运用socket通讯发生的数据交流杂乱，体系耦合性大的问题，将Web Services技能运用到linux的嵌入式农业物联网测控中，并给出了测控体系体系结构及软、硬件完结办法。Web Service技能使得嵌入式测控体系有了标准的数据标明格局和数据交流协议，进步了开发功率，便于体系修正、定制，试验结果标明，该体系功用安稳，无线数据搜集与设备操控能到达实践需求，具有较高的实用性。
物联网ZigBee技能以其低本钱、低功耗、高可靠性的特色被广泛运用于农业测控体系中，完结了无线数据搜集和操控。孙玉文等规划了依据嵌入式ZigBee技能的农田信息服务体系，韩华峰等规划了依据ZigBee网络的温室环境长途监控体系等等。虽然我国农业物联网方面的运用有所突破，但仍然存在许多问题。现在农业测控体系中ZigBee测控网络与服务器数据交流一般经过嵌入式设备运用socket通讯，数据被通明的传送至服务器，其数据格局、发送办法、呼应办法等都是自界说的私有协议，上层软件的开发者需求依据私有协议处理数据通讯。依据socket的简略私有协议使得体系耦合性加大、体系灵敏性下降。假如体系内测控的温室类型及数量较多时，数据处理将变得杂乱，体系开发的杂乱性和本钱大大添加。为处理这个问题，将Web Services技能引进到嵌入式测控体系中。Web Services服务不依赖于任何言语和渠道，只需遵从相关协议用户就能够像调用本地服务相同调用该服务，而不用了解底层的通讯细节。
1 体系整体结构
依据Web Services的嵌入式农业物联网测控体系的整体结构如图1所示。
现场设备中的ZigBee传感器网络、视频搜集模块、执行机构操控模块，完结信息搜集和设备操控。linux智能网关层是本体系的要害部分，网关经过ZigBee网络搜集、存储环境数据，操控现场执行机构，并对外供给数据查询、设备操控等web Services接口，数据传输部分运用无线WIFI网桥衔接现场设备与服务器。服务器首要供给数据库服务、事务逻辑办理、用户交互等服务。
2 体系功用模块规划
2.1 ZigBee无线传感网络与无线操控节点
本体系的无线传感网络选用CC2530射频芯片及温湿度、光照、土壤湿度等传感器构成，在ZigBee Pro协议栈的基础上进行运用开发，CC2530结合一个彻底集成的、高功用的RF收发器与一个增强型的8051微处理器，供给101 dB的链路质量，具有较高的灵敏度和杰出的抗干扰性，使得整个无线传感网络具有低本钱、低功耗、网络容量大、采样点安置灵敏的长处。
ZigBee网络由一个和谐器、一个或多路由设备和多个终端设备组成。和谐器是整个网络的中心，担任网络的组成，保护网络的工作，使得各个节点和路由器间彼此通讯，路由器担任数据的中转，终端设备担任搜集传感器数据、操控继外部设备，和谐器经过串口与智能网关相连，通明转发数据。
ZigBee终端节点有两部分组成：中心板和扩展版。中心板上首要由CC2530芯片、必需外部电路、天线等组成，首要完结数据传输以及操控扩展板功用，扩展板首要有三种：模仿量搜集板、数字量搜集板、设备操控板。模仿量搜集版首要由电压、电流搜集电路组成，数字量搜集板首要由RS232、RS485、I2C等数字接口电路组成，设备操控板首要由继电器和PWM接口等组成。依据不同的传感器和操控设备选用不同的扩展版，既添加了ZigBee节点的灵敏性又下降了本钱和杂乱性。
2.2 无线WIFI局域网
在实践生产中温室间隔服务器的间隔较远且散布离散，假如经过双绞线、光纤等有线办法衔接温室中的智能网关和云服务器，不光本钱高、布线不便利、影响农业生产;3G网络带宽窄、受无线信号影响大，流量费十分贵重，不适合传输高清视频。考虑视频服务需求较大带宽和智能网关与服务器的间隔较远，而无线网桥具有装置灵敏、通讯带宽较宽、通讯间隔长(现在无线点对点通讯间隔可达几公里乃至几十公里)等特色，选用无线网桥衔接是较好的组网挑选。
2.3 智能网关
2.3.1 智能网关的硬件结构及操作体系
智能网关的硬件体系首要由ARM处理器构成。本体系的ARM处理器是三星公司的S3C6410微处理器，S3C6410是一款低功率、高性价比、高功用的用于移动电话和通用处理RS%&&&&&%处理器。首要硬件资源及接口包含128M SRAM芯片，256M Nand Flash芯片，一个以太网口、两个USB接口、4个RS232口等其他数字接口。
智能网关上工作经过取舍的linux 3.0.1版别操作体系，以及YAFFS2可读写文件体系，一起载入串口驱动、USBHost驱动(用以支撑U盘、USB WIFI、USB 3G等)、网卡驱动等外设驱动，以支撑运用软件工作。
2.3.2 智能网关Web Services服务
Web Services是本体系的重要组成部分，从表面上看，Web Services服务便是一个Web运用程序，它向外界暴露出一个API接口，用户能够经过编程办法在Internet上调用这些Web Services运用程序。从深层次上看，Web服务是一种新的Web运用程序分支，它们是自包含、自描绘、模块化的运用，能够在网络中被描绘、发布、查找、调用。Web Services依据可扩展的符号言语(XML)音讯交流，其所运用协议都是敞开的标准协议，调用接口愈加标准且与渠道无关;调用办法选用简略目标拜访协议(SOAP)，其界说了其音讯格局，完结实体间的信息交流;运用Web Services描绘言语(WSDL)描绘网络服务及其拜访信息，WSDL描绘了Web Services及其函数、参数和返回值等。
本体系的软件架构如图2：首要有Web Serice接口层、服务笼统层、信息搜集与操控层。
1)Web Services接口层
因为嵌入式体系的核算及存储资源有限，本文运用gSOAP轻量级的开源东西完结Web Serices网络接口。gSOAP编译东西供给了一个SOAP /XML关于C/C++言语的完结，屏蔽了SOAP协议的详细完结细节，体系开发者只需重视详细的逻辑完结即可。gSOAP开发东西首要由gSoap编译器和工作时库组成，gSoap编译器包含WSDL解析器(wsdl2h)、存根和结构编译器(soapcpp2)，WSDL解析器能够把WSDL文件解析成相应的C/C++的头文件(.h)首要用于Web Service客户端开发，存根和结构编译器依据头文件中函数界说生成存根和结构文件首要用于Web Service服务端开发，stdsoap2.c是工作时库文件，编译时有必要包含该文件。本体系中嵌入式网关对外服务，所以只完结服务端程序。开发服端的运用程序的进程如图3所示。
开发服务端程序，用户界说一个C/C++头文件(.h)，这个头文件包含服务函数的称号、输入/输出参数和相应的数据类型声明，声明的函数需求在相应的C/C++文件中完结。该头文件经gSoap编译器编译后，即可生成服务端端结构以及WSDL文件。获取传感器参数和操控设备的头文件如图4所示。
这个头文件界说了Web Service的根本特点：通讯办法、文字编码、命名空间、服务地址、接口参数声明以及两个服务接口函数ns_sen sor、ns_device。
依据图界说的头文件，依照图服务端开发进程体系Web服务的完结程序的首要代码如图5所示。
2)服务笼统层
服务笼统层屏蔽不同传感器和可控设备的细节，为gSoap网络接口层供给支撑，如图6两个接口函数的详细完结办法就归于这一层。传感器数据来历或许来自数据库、其他进程、或许ZigBee网络等等，而完结一个设备动作(如帘幕收展)因为耗时较长需求创立新进程操控多个继电器协同作业。这就需求将笼统的查询和操控指令解析为详细的完结进程，当新增、修正指令时只需修正本层即可。
3)信息搜集与操控层
信息搜集和操控层首要完结详细的数据搜集和操控进程。信息搜集首要指经过ZigBee网络将模仿传感器的电流或电压值转换为数字值或依照通讯协议获取数字传感器的测量值。操控首要指依据笼统层的设备操控指令完结详细设备的操控，如操控ZigBee板某个载继电器的闭合或许经过某个PWM接口操控步进电机工作。当有新的物理设备参加时，只需求修正本层代码即可。
2.4 视频监控
因为通用ARM处理器中心不包含DSP视频处理模块，因而假如经过软件完结视频编码及流化，实践标明一般只能完结较低帧率且较低分辨率的输出，画质较差，简单形成CPU占用率高、体系不安稳。假如参加IPC(网络摄像机)专业处理器会造硬件本钱和软件研制本钱巨大进步。近年来监控产品价格逐步下降，挑选老练安稳的网络摄像机作为视频监控是较好的计划。网络摄像机一般会供给SDK(软件开发包)这使得视频开发便利便利。
2.5 运用层
依据软件工程松耦合分层规划思维和农业生产需求额多样性，本体系中的运用层规划划分力运用服务子层、事务逻辑子层以及用户交互子层。每一层都笼统地界说各自的功用以及对外接口。这样每层都能够运用任何开发言语(如C#，Java等)独登时开发，层与层之间经过一致的接口进行通讯，现在层与层通讯选用了同享数据库数据以及进程间通讯技能，防止体系某一层的改动影响其他层。
3 体系工作与测验
本体系已成功运用于江苏某农业科技演示园内的两座玻璃温室。坐落工作区的服务器间隔温室间隔大于500米，经过无线网桥能够流通的检查高清视频，调查植物成长情况。每个温室内包含DHT21温湿度传感器(单总线)、JTBQ-6光照传感器(电流输出)、S-100H二氧化碳传感器(电压输出)，温室具有侧窗、天窗、保温幕等多种设备需求操控，ZigBee操控节点衔接了24路继电器模块，以完结杂乱的操控进程。
服务器端开发运用.net渠道(开个东西为VS2010和SQLServer2008)的C#言语开发，包含数据办理及操控模块和Web网站，数据办理及操控调用嵌入式网关的Web Service接口完结数据搜集、存储和设备操控，开发时只需引证gSoap生成的WSDL文件VS2010会主动生成相应的类，开发者只需运用这些类而不用了解详细完结进程，在图5头文件中界说的接口在VS2010中生成的类如图6所示。
Web网站完结与用户交互，用户能够登入网站检查数据，操控设备等，经过视频检查植物成长情况。
4 结束语
本文构建了依据嵌入式Web Services的农业物联网测控体系，完结了大规模的农业测控计划。嵌入式网关经过web Services技能将Zigbee无线测控网络与Internet链接起来，使得的底层设备数据获取与设备操控都有相同的标明办法和操作办法，完结了异构网络的互操作，测控网络取得极大的灵敏性，程序规划者都将从杂乱的底层数据处理中摆脱出来，大大下降了开发和保护的难度。
