楊光馬巍陳立蘭范志華牛云鵬楊碩苗錢義
(1.吉林省農業機械研究院，吉林 長春 130022；
2.吉林省天安消防安全檢測有限公司，吉林 長春 130000；
3.吉林工商學院，吉林 長春 130000)
我國作為一個農業生產力雄厚的國家，正處于數字化農經快速發展階段。通過采用傳感技術、無線網絡、云數據存儲、物聯網和人工智能等先進技術手段收集和分析數據，能夠對種植領域包括糧食作物與經濟作物在內的生長狀態進行詳盡的跟蹤和搜集信息。監測生物和環境數據后以此作為參考，為農業生產的各個階段提供科學的建議和指導。數據管理與分析在當前農業經濟體系下異常關鍵，以提供堅實的信息支持。我國已經啟動了相關戰略和計劃，旨在2023年進一步推動并加速實現農業產業的數字化改造。依照《面向2035年的農業智能化發展戰略研究》的指引，我國將持續增強農業智能技術的研究及其實踐應用力度，以期于2035年前基本達成農業全鏈條的數字化轉型，并為構建智能化農業體系奠定堅實的技術基礎。
中國農業數字化的軟件及數據支撐結構主要有感知與執行層面以及運算層面，通過數據采集、軟件分析、數據儲存和處理等工具，形成數據平臺服務，對自然環境、要素投入、市場流通等信息進行智能化的處理、分析以及應用。農業數據服務平臺通過給商家提供解決方案，通過構建農業用戶的種植數據，讓商家為農戶提供有針對性的科學種植方案和技術。在數據平臺服務方面，目前我國已經形成多個規模化的為農業種植提供服務的配套技術和產品。形成了多家數字服務平臺，但各大平臺的運營成本比較高，數據雖然是共享，但由于農業經濟受不同地域的環境影響很大，很多種植數據并沒有針對性。本項目介紹了一種中小規模的溫室聯動大棚數據庫的建立，通過在種植基地建立自己的數據庫，實現了為本地種植企業獨立建立數據庫，通過數據內容及數據分析提供方案，同時也為企業的發展自身獨特農業經濟提供了可能性。
數據庫是某組數據的集合，數據庫中有表，表由列組成。數據庫有動態數據庫和靜態數據庫，本文中的測控參數會變化，所以需要建立動態數據庫。
1.1 數據庫設置參數的存儲
根據聯動溫室大棚種植種類和數量，對溫室大棚的控制參數進行存儲與設定，包括溫室中作物種植種類，溫室溫濕度、光照參數、土壤溫濕度等的控制范圍，是否需要人工單獨控制還是采用智能控制，攝像頭的IP地址、數據采集時間間隔等信息。以上信息需要人工進行輸入后并存儲到數據庫中保存。
1.2 數據庫變量的更新
溫室大棚內有許多控制元素，這些控制單元包括灌溉水泵、各個地塊的灌溉閥門、濕簾水泵、遮光簾的電機正反轉控制、保溫被蓋或不蓋的控制、補光系統的控制，由于以上設備均有自己的工作狀態，在數據庫的運行中需要進行實時記錄和更改，同時要能記錄到最后一次動作的狀態，這樣才能為下一次系統動作提供有效的執行信息。這就要求數據庫必須有以上各個執行機構的動態變量。
1.3 數據庫測量數據的存儲
實現對溫室環境條件的記錄和存儲，參數包括：空氣溫濕度、光照、二氧化碳、大氣壓力、不同地塊的土壤溫濕度、室外的溫濕度、室外的方向和風速。
1.4 數據庫測量數據的查詢
用戶可以通過輸入固定時間來查詢不同地塊作物的生長數據，包括1.3中涉及到的測量數據，監測、分析各區域的環境數據。
在筆記本、臺式機或者工控機中都可以安裝數據庫，其本質是將測量控制系統工作的電腦作為服務器使用。
2.1 安裝MySQL
MySQL是一個應用比較廣泛的小型關系數據庫管理系統[2]，其規模比較小，功能不復雜，速度快、成本低，但是已經能夠滿足多數用戶的需求，其可以在Windows平臺下進行安裝包的安裝，運行安裝目錄下的MySQL，如E：數據庫MySQL驅動MySQL-版本號。安裝10個左右程序，都要100%安裝，如遇到最后2個安裝到30%不動的情況，即為安裝失敗，需要卸載所有MySQL開頭的文件，重新安裝，安裝時提示設定賬戶和密碼。安裝結束，檢查電腦管理界面下的“服務”選項，若發現MySQL57服務已激活便無需擔心；
若服務尚未運行，需打開“運行”窗口，敲入“cmd”以調出命令提示界面，輸入“net start mysql”即可啟動服務。注意，如果在安裝過程中對數據庫的名稱進行了修改，那么啟動服務的命令中的“mysql”應替換為相應的數據庫新名稱。
2.2 安裝MySQL數據庫的ODBC驅動程序(ODBC數據源的建立)
應以管理員身份安裝運行，如，The myodbc-installer executable is located within the bin directory at the following path：E：MySQLdriveMySQL-connector-odbc-win32MySQL-connector-odbc-noinstall-5.3.7-win32.exe。這里需要注意安裝驅動程序的位數應該與Windows系統位數一致。
實現數據庫連接需先設定DSN(DataSource Name數據源名稱)，操作流程：打開“開始”菜單，選擇“設置”，進入“控制面板”，尋找“數據源”項。處于Windows系統的控制面板中，可找到ODBC數據源管理器，點擊進入“ODBC數據源”，這里展示了3類DSN：用戶DSN、系統DSN、文件DSN。本項目使用的是基于MySQL搭建的數據庫，因此在“用戶DSN”頁面中點擊“添加”按鈕，會跳出一個“創建數據源”的窗口。在此步驟中，要選取已部署的MySQL ODBC 5.3 ANSI驅動。選擇“MySQL ODBC 5.3.7 驅動程序”，在新彈出的界面中，請于登錄分頁鍵入數據源詳情；
在數據源名稱一項中錄入“Data Source Name”；
若需要，可在說明欄位填寫DiscrIPtion；
數據源所在服務器的IP地址應記錄在指定位置；
而數據庫登錄用戶名需填寫在用戶名一欄；
相應用戶的登錄密碼則輸入密碼字段；
而數據庫類型欄目則要明確選擇要連接的數據庫系統。設定完畢后，點擊“測試”以驗配置無誤，如測試通過顯示配置成功，點擊“確定”按鈕即可返回至用戶DSN管理界面，如圖1所示。
圖1 數據庫安裝測試成功
2.3 安裝Navicat for MySQL
Navicat是一款流行的多功能數據庫管理工具軟件。其支持多種數據庫，包括MySQL、Oracle、PostgreSQL和SQLite等。Navicat可以執行許多不同的操作，如執行查詢語句、設計和管理數據庫表、導入和導出數據、執行備份和恢復等任務。該軟件可以幫助用戶更輕松地管理各種數據庫。
安裝后的設置，安裝完成后點擊“連接”，選擇數據庫的名字和IP地址、端口、用戶名。輸入初始密碼，因為本項目需要本機作服務器，所以本機IP為localhost，如果想用外網IP，則可以輸入公網IP，點擊“連接測試”，查看是否成功。
在連接中新建數據庫命名為jlau，在jlau上點擊右鍵，字符集選utf8—UTF-8 Unicode，排序規則選utf8z-genersl-ci。在jlau表里點右鍵“運行SQL文件”，把之前建立好的數據庫jlau.sql轉儲并導入進來。導入成功后的信息界面如圖2所示。
圖2 變量參數表
圖3 數據庫的調取程序
圖4 數據庫訪問程序
圖5 數據查詢結果
表格globalpara是全局變量，該表格中保存了以下信息。設置參數信息：室溫上下限、采集數據間隔、攝像頭IP、數據采集卡的串口號、每個地塊的作物名稱。溫室執行機構開關量工作狀態信息：噴灌泵、滴灌泵、濕簾泵、風機、小遮陽1、小遮陽2、保溫被。實時測量值：室外風速、室外風向、室內溫度、室外溫度、室內濕度、室外濕度、室內光照、室外光照、室內空氣濕度、室外空氣濕度、二氧化碳、大氣壓力。表格globarecord按照設定好的數據采集間隔定期保存了采集溫室中實時測量值的保存數據。表格land和para中有代碼和名字的對應關系，表格landpara中記錄各個地塊的實際設定值，表格landrecord記錄各個地塊的環境測量值。
通過MySQL建立一個本機作為服務器的鏈接。實現以下功能：參數設置，根據溫室大棚中種植作物的環境要求設置各項測量控制環境指標要求及參數；
數據采集，可以實時采集數據信息；
數據庫建立；
數據存儲與分析，可以將數據進行存儲，并進行調用；
控制方式，計算機自動控制與人工控制2種方式自由選擇。
3.1 功能介紹
多數先進的編程語言都支持執行數據庫操作，并提供必要的輔助功能。這一能力主要源自操作系統中的數據庫驅動程序，其克服了與數據庫底層通信的復雜性。無論哪種高級編程語言，其實質是利用ODBC、DAO或ADO等技術，通過API接口來進行數據庫操作的。以LabVIEW編程平臺為例，其通過采用ADO技術并對其接口封裝，以簡化了數據庫的訪問過程。
ActiveX數據對象(ADO)是微軟基于OLE DB技術打造的一套高級數據訪問應用程序接口(API)，旨在確保數據訪問層能夠兼顧伸展性。ADO作為一套程序編制架構，其內包涉及了多個構件，包含連接(Connection)、命令(Command)、參數(Parameter)、字段(Field)、記錄集(Recordset)、異常(Error)、屬性(Property)、活動(Event)以及集合(Collection)等。在眾多構件中，以連接(Connection)、命令(Command)、記錄集(Recordset)為3大主要組成部分，參數(Parameters)、字段(Fields)、異常(Errors)、屬性(Properties)組建了4個主要的對象集。ADO的操作過程主要涉及建立數據源鏈接、設定訪問模式、下達命令、結果保存到內存緩存及更新數據庫資料多個環節。ADO的使用特點在于其簡易性、高效率以及對內存和硬盤資源占用較少等利益。
在LabVIEW中操縱數據庫需遵循流程：建立數據庫聯接，該流程起始于利用ADO Connection Create.vi創建Connection對象，繼而透過ADO Connection Open.vi完成對數據庫的接入，ADO Connection Open.vi里的ConnectionString參數指明目標數據庫，此參數依賴于用戶界面中文本框的輸入而定；
撰寫及實施SQL查詢，這涉及到用戶界面的表格輸入字段指定相關表，同時在姓名和年齡的輸入框內填寫相應的列信息，在程序的結構圖區，利用Format Into String拼接SQL查詢指令，并通過連線投遞至ADO Connection Execute.vi執行，用戶還能在界面的Command Text展示區查閱生成的查詢語句；
終止與數據庫的連接，在這一階段，需使用ADO Connection Close.vi關掉Connection對象，然后通過ADO Connection Destroy.vi徹底刪除該對象。
3.2 實例講解
3.2.1 建立全局變量
需要建立全局變量，這些全局變量需要在整個程序中被調用并進行賦值，數據的存儲需要將全局變量組成1個新的數組，再將數組信息依次寫入數據庫。
3.2.2 數據的調取
程序每次啟動運行時需要將數據庫中設定好的參數調出并存入全局變量，這樣才能得到溫室大棚設備狀態的信息，由于數據庫中的信息是以字符串的形式體現，需要對提取的信息進行計算，將某些帶有數字信息的字符串轉換成數值類型。
3.2.3 數據庫的訪問
設置服務器的驅動，服務器的IP，Driver=MySQL ODBC 5.3 ANSI Driver；
server=222.168.61.190；
需要訪問的表格名稱DATABASE=jlau；
訪問的賬號UID=jlau7234；
密碼PWD=qwer1234。具體操作內容為“當代碼penguanbeng”啟動時設置全局變量“globalpara”為“1”，(update globalpara set value=‘1’where code=‘penguanbeng’)這樣就可以更改全局變量的值。
數據查詢的前面板設計了輸入控件，包括起始時間和停止時間，查詢的地塊對象，可實現數據的查詢、保存和退出3個功能。查詢的數據會在屏幕窗口進行顯示，同時可以將查詢的數據進行保存。
數據查詢后臺程序被打包成查詢底層子VI。啟動服務端的執行代碼示例：“連接器=MySQL ODBC 5.3 ANSI 驅動程序；
服務器=當前主機地址；
數據庫名=jlau；
用戶名=jlau7234；
密碼=Aa！‘123123’”。執行地塊選擇、參數和查詢時間命令如下：“select time from landrecord where landcode=‘land1’and paracode=‘dishi1’and time>=‘起始時間’and time<=‘停止時間’”。執行地塊選擇和種植品種命令如下：“select value from landpara where paracode=‘pinzhong’and landcode=‘ land8’”。其他查詢的指令都是通過數據串命令的集合形成。上述命令使用了select語句，對數據進行了檢索，檢索需要提供檢索條件[3]，從上述命令中可見相關條件的選擇。
查詢后數據形成1維數組，1維數組再組成2維數組顯示在程序前面板。
4.1 相關概念
TDMS格式檔案：由NI企業開發的TDMS格式為一種數據管理檔案規范，該規范采用二進制形式記錄信息，因體積輕巧、處理速度迅捷而能有效應對即時數據記錄的需求。
生成TDMS文件同時，也會產生與之相匹配的tdms_index文件，通過此索引文件能夠提高數據檢索速率。如需節省內存空間，亦可選擇不利用tdms_index文件。
4.2 LabVIEW中的TDMS模塊
4.2.1 TDMS打開
打開用于讀寫操作的.tdms格式的文檔，子級虛擬儀器同樣適用于生成新檔案或更新舊檔案。使用TDMS關閉函數可關閉文件的引用。
4.2.2 TDMS載入
按照輸入接口所需的數據類型格式，載入特定的.tdms文件并返回其數據內容。如數據包含縮放信息，VI可自動換算數據。匯總輸入與位移參數作用于提取特定的數據片段。
4.2.3 TDMS關閉
關閉用TDMS打開函數打開的.tdms文件。
現在已經進入了AI的時代，而大數據已經成為了各行各業數字化發展的基石，在農業生產方面更是離不開數字化信息的支持，農業生產需要科學化，農業生產涉及到環境條件的限制，面臨的不確定因素比工業化更多，更難控制，再加上農作物種植科學的要求，生物技術的要求，就更加復雜，種植數據的信息需要采集，統計才能被科學分析和利用。本項目僅在數據采集與存儲調用方面進行了粗淺的研究，目的在于提供一種精準的可定制的數據采集系統，涉及到小型數據庫服務器的設立及采集數據的存儲和調用，在數據共享的時代，數據需要積累和分析。本文以溫室種植為載體闡明了數據庫的建立與操作，該方案也可以用于畜牧業、林業等多個行業生產的數據庫建立。
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