２ 上位機監(jiān)控軟件系統(tǒng)的設計 ２．１ ＭＣＧＳ組態(tài)軟件的系統(tǒng)構成 ＭＣＧＳ組態(tài)軟件由 ２個系統(tǒng)組成：組態(tài)環(huán)境和運行環(huán)境。 兩者相互獨立，相互聯(lián)系。在組態(tài)環(huán)境中用戶根據自己的需 求設計組態(tài)工程，主要包括動畫的設計以及相關程序的編寫。 生成的組態(tài)數據庫，也就是擴展名為 ．ｍｃｇ的工程文件，它與 ＭＣＧＳ運行環(huán)境一起構成了用戶應用系統(tǒng)。其中實時數據庫 是整個系統(tǒng)的核心，主要指實時讀取和對象的封裝，就是一個 對象的多個屬性或者動作都集成在數據庫里，它將 ＭＣＧＳ工 程的各個部分連接成一個整體。整個工程里的變量都是定義 在該窗口，這些不同類型和名稱的變量，是數據在進行采集、 處理、控制輸出以及驅動設備時的對象［４］。ＭＣＧＳ軟件系統(tǒng) 構成如圖 ２所示。

２．２ 設備通道的連接設置 在本系統(tǒng)中，上位監(jiān)控層主要連接的外部硬件就是 ２個 傳感器，即土壤溫濕度變送器，溫濕度二氧化碳光照度變送 器，根據傳感器的說明書在設備窗口里設置相關的屬性，按照 設置向導正確設置設備連接通道、對應數據對象等參數，建立 與系統(tǒng)的連接。這樣當主機即上位機發(fā)送查詢指令，從機即變送器就會作出應答，通過 ＲＳ－４８５接口將數據傳遞給上位 機，系統(tǒng)就可以獲取變送器采集的環(huán)境參數，根據相關設定實 現對基地現場的控制。使用 ＭＣＧＳ編寫上位機可以不用編寫 驅動程序，本項目使用的是 ＭｏｄｂｕｓＲＴＵ驅動，因此通道連接 只需配置正確即可。

ＭＣＧＳ提供了國內外常用的工控產品的設備驅動，設備 窗口是 ＭＣＧＳ與外部設備聯(lián)系的樞紐，在該窗口通過構件把 外部硬件設備的環(huán)境參數采集進來，送入到實時數據庫，或者 把實時數據庫里的數據輸出到外部設備［５］。使用時只需從 設備工具箱中找到所要用的硬件設備，按照外部硬件設備的 類型正確設置設備連接通道、對應數據對象等參數，使系統(tǒng)能 夠從外部硬件設備讀取數據進行處理分析從而對基地現場進 行控制［６］。本項目中通過土壤溫濕度變送器、溫濕度二氧化 碳光照度變送器進行現場數據的采集，然后通過 ＲＳ－４８５口 進入上位機。由于 ＭＣＧＳ提供了 ＭｏｄｂｕｓＲＴＵ的驅動，所以 無需再編寫相關的驅動程序。在本項目的監(jiān)控系統(tǒng)中首先 ＭＣＧＳ的設備管理菜單中設置通用串口父設備，然后從設備 工具箱中找到莫迪康 ＭｏｄｂｕｓＲＴＵ并將其掛接在通用串口父 設備上，再按系統(tǒng)的要求進行定義和設置設備的組態(tài)，即可將 現場的環(huán)境參數傳到組態(tài)軟件中進行處理。

２．３ 監(jiān)控界面的設計 ＭＣＧＳ組態(tài)軟件設計的農業(yè)大棚監(jiān)控界面主要包括 ４ 個：實時數據、報警設置、手動設備控制、報警記錄顯示，如圖 ３所示?？筛鶕煌笈锖椭参锷L對環(huán)境參數設置合理的 上下限，實時數據超出設定范圍指示燈就會產生報警提示。 根據報警，不僅可以通過手動對水泵、通風機、升溫設備、卷 簾、噴霧設備、日光燈等設備進行開關操作，而且可以自動控 制相關設備的開啟和閉合，使其生長環(huán)境達到最佳狀態(tài)。

３ 農業(yè)基地數據的遠程傳輸

當基地大棚數量達到一定的規(guī)模后，如何將眾多分散的大棚里面的信息傳至管理中心，是本項目研究的又一個核心 問題。本研究提出利用 ＤＴＵＧＰＲＳ進行遠程通信，將基地現 場的環(huán)境參數、控制狀態(tài)傳遞給管理中心，以便對數據進行分析，并及時有效地進行遠程控制。

３．１ ＧＰＲＳ技術簡介 ＧＰＲＳ是通用分組無線業(yè)務的簡稱，是封包交換數據的 標準技術。ＧＰＲＳ技術是 ＧＳＭ技術的一個升級，投資相對較 少，但是能夠實現全網覆蓋。ＧＰＲＳ在 ＧＳＭ的基礎之上采用 了新的編碼方式，在核心網部分采用了分組交換的方式，使 ＧＰＲＳ的傳輸速率最高可提升至 １１４ｋｂ／ｓ，突破了電路網只能 ６４ｋｂ／ｓ的傳輸速率［７］。ＧＰＲＳ只對 ＧＳＭ的部分無線參數進 行了修改，提高了無線資源的利用率，有利于運營商的網絡優(yōu) 化，提高了 ＧＳＭ網絡的數據通信能力，培養(yǎng)了移動數據業(yè)務 市場。同時 ＧＰＲＳ技術融合了 ＧＳＭ與 ＩＰ技術的精華，既保持 了良好的移動性，同時又具備了 ＩＰ技術的靈活性。ＧＰＲＳ用 戶與外部數據網建立連接的時間比較短，在網絡質量比較好 的情況下，只需要 １～１．２５ｓ。收費方式更為合理與便宜， ＧＰＲＳ用戶所使用的費用是以傳輸單位來計算的，而不是用 整個頻道。因為 ＧＰＲＳ的信道是可以共享的，用戶需要的時 候才會有包產生。ＧＰＲＳ技術還引入了 ＡＰＮ接入點名，便于 實現業(yè)務的全球漫游［８］。

３．２ ＤＴＵ通信原理 ＤＴＵ就是把終端數據通過網口或者串口把數據通過無 線網絡傳遞給服務端，實現 ＴＣＰ／ＩＰ協(xié)議與串口數據流之間 的相互轉換，是數據傳輸單元的簡稱。采用透明傳輸，分為數 據上行和數據下行，可以為不帶 ＴＣＰ／ＩＰ協(xié)議處理能力管理 的設備提供無線通信能力。

數據下行：在信息管理中將控制命令，根據自定義幀格 式，封裝成 ＩＰ包，通過 Ｉｎｔｅｒｎｅｔ／ＧＰＲＳ網絡發(fā)送給 ＤＴＵ，ＤＴＵ 收到這個 ＩＰ包后，通過 ＲＳ－２３２串口，傳遞給 ＭＣＧＳ，ＭＣＧＳ 根據自定義幀格式，還原數據，實現驅動水泵、通風設備等電 機終端的各種狀態(tài)。

數據上行：ＭＣＧＳ通過 ＲＳ－２３２串口發(fā)送狀態(tài)數據，經過 ＤＴＵ后被封裝成 ＩＰ包，通過 ＧＰＲＳ網絡發(fā)送到信息管理中 心；數據中心的軟件會根據自定義的幀格式，將收到的 ＩＰ包 存入數據庫，工作人員可以通過瀏覽器或者客戶端軟件查看 數據，然后對信息進行判斷和決策。

３．３ 如何配置 ＤＴＵ參數 本系統(tǒng)采用的是銘羽電子 ＭＹ１０００ＧＰＲＳＤＴＵ。主要配 置過程如下： （１）ＤＴＵ串口通過串口線與計算機串口相連，打開 ＤＴＵ 配置軟件，在 “計算機串口設置”部分，選擇相應的串口號，如 使用的是 ＵＳＢ轉串口模塊，應在系統(tǒng)的“設備管理器”中查看 安裝驅動后映射的串口號。波特率選擇 ９６００，校驗位 ＮＯＮＥ， 數據位 ８，停止位 １。這些配置好后，則給 ＤＴＵ上電，然后 ５ｓ 內點擊“進入設置”按鈕，向 ＤＴＵ發(fā)送開始設置的串口命令。 （２）接著進入設置狀態(tài)，進入“終端聯(lián)網參數”界面，并自 動查詢出終端當前的一些連網參數。在“接入中心 ＩＰ”處可 以填寫服務器 ＰＣ在公網上的 ＩＰ。 （３）接入中心端口可以保持默認值 １００００不變，中心協(xié) 議選擇 ＴＣＰ協(xié)議，ＧＰＲＳ用戶名和密碼保持不變。ＡＰＮ名稱， 如是聯(lián)通則是 ＵＮＩＮＥＴ，移動則是 ＣＭＮＥＴ。終端編號是 ４個 數字，可自己設置，每臺都不同，可從 ０００１開始編寫。ＳＩＭ卡 號是用戶插入終端的手機卡號。心跳包一般設置為默認的６０，這樣 ＤＴＵ參數便配置完成。 （４）接著配置 ＤＴＵ串口與外部硬件設備參數。選擇“終 端串口”選項，進入設置界面。目前 ＤＴＵ支持的波特率范圍是 １２００～１１５２００，接口校驗方式支持：ＮＯＮＥ（無校驗）、ＯＤＤ（奇校 驗）、ＥＶＥＮ（偶校驗）。支持的數據位是８位，停止位是１位。 （５）如果設置的串口參數為 １１５２００，Ｅ，８，１。則在 ＤＴＵ 未連上中心服務器前還是會保持 ９６００，Ｎ，８，１的參數，只在 登錄中心軟件后才會看到到設置的串口參數。設置成功后， 最后點擊“退出設置”圖標，ＤＴＵ將重新啟動，根據設置好的 參數開始連接中心服務器。 ４ 遠程監(jiān)控層 管理中心由網絡接入設備和工作計算機等組成，用以完 成基地現場環(huán)境參數信息的采集、存儲和顯示，同時實現對基 地視頻遠程手動控制，實現對基地環(huán)境參數的遠程控制。本 系統(tǒng)主要設計的界面如圖 ４所示： （１）設置了歷史報表、報警設置、歷史曲線等選項，點擊 對應的按鈕，就會彈出對應的界面。用戶可以參照相關的界 面顯示，作出合理的判斷。每個界面都可以打印輸出，便于整 理歸檔。（２）對各基地的空氣溫濕度、氨氣濃度、土壤溫濕度、光照 度等參數實時顯示。同時配置了施肥器、通風機、水泵等虛擬裝 置，用戶只需點擊虛擬裝置，便可實現對遠程裝置的開關操作。 （３）信息管理中心可以根據 ２個傳感器傳送的環(huán)境參數， 對相關參數進行設置，實現農業(yè)基地環(huán)境參數的自動控制。

５ 結論本研究所設計的基于 ＭＣＧＳ與 ＤＴＵ的農業(yè)蔬菜基地遠 程監(jiān)控系統(tǒng)已在徐州市的某個蔬菜生產基地應用，使用效果 表明系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，提高了基地的生產監(jiān)控管理水平和經濟 效益。目前 ＤＴＵ和組態(tài)軟件在國內迅速發(fā)展，利用這兩者開 發(fā)的農業(yè)基地監(jiān)控系統(tǒng)，可以顯著提高各個基地的自動化控 制和管理水平，以比較小的投入獲得了一個比較好監(jiān)控與維 護的農業(yè)基地遠程控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有良好的通用性，通 過選用不同的傳感器，更改一些參數設置，就可以應用到不同 的應用場合，如智能家居、車聯(lián)網等。