基于物聯(lián)網(wǎng)的漁業(yè)水質(zhì)參數(shù)多點(diǎn)監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)

李慧等

摘要：提出了一種在Android手機(jī)上實(shí)現(xiàn)的基于物聯(lián)網(wǎng)的智能水質(zhì)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，通信參數(shù)以及報(bào)警閾值參數(shù)保存都采用文本方式，能夠?qū)Χ嗨蛳碌亩嗨|(zhì)參數(shù)（水位、鹽度、pH、流速、溫度、溶氧度）進(jìn)行在線監(jiān)測并自動(dòng)報(bào)警，采用了基于消息通知機(jī)制的Socket網(wǎng)絡(luò)通信方式，具有較強(qiáng)的實(shí)時(shí)性，實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)采用數(shù)據(jù)庫方式進(jìn)行存儲(chǔ)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)對網(wǎng)絡(luò)要求低，具有較高的性價(jià)比。在江蘇省溧陽市長蕩湖試驗(yàn)基地進(jìn)行多次反復(fù)試驗(yàn)調(diào)試，系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)反應(yīng)良好，使用方便，為指導(dǎo)漁業(yè)生產(chǎn)增加漁民收入提供了保證。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；水質(zhì)參數(shù)；閾值；數(shù)據(jù)庫；性價(jià)比

中圖分類號：DF413.4；TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2014）02-0437-04

The Monitoring and Alarming System of Fishery Water Quality Parameter

in Many Water Areas Based on IOT

LI Hui1，2，LIU Xing-qiao1，LI Jing2，NI Wei2

（1.School of Electrical and Information Engineering， Jiangsu University， Zhenjiang 212013， Jiangsu， China；

2.Faculty of Electronic and Electrical Engineering， Huaiyin Institute of Technology， Huaian 223001， Jiangsu， China）

Abstract： Monitoring and alarming the fishery water quality parameter accurately and quickly plays an important role in the fishery production. A design of intelligent water environment monitoring system based on IOT operating on the Android mobile phone was put forward. Communication parameters and alarm threshold parameters are saved in text format. Using the system， many of water quality parameters （water level， salinity， pH， flow rate， temperature， oxygen content） in many water areas can be monitored and automatically alarmed online. The mode of socket network communication based on message notification mechanism was used in the design. The design has strong real-time characteristic， and storages real-time data using the database. The design has low requirement on the network and a high cost effectiveness. After experimenting and debugging in Liyang Changdang lake experiment base of Jiangsu province， the indicators of the system response are good. The syetem is easy for use and can provide guidance for fishery production and increase the income of fishermen.

Key words： internet of things； water quality； threshold； data base； cost effectiveness

漁業(yè)的發(fā)展離不開優(yōu)質(zhì)的水域環(huán)境，隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛?；谖锫?lián)網(wǎng)的漁業(yè)水質(zhì)參數(shù)多點(diǎn)在線監(jiān)測并自動(dòng)報(bào)警為漁業(yè)的大力發(fā)展提供了保障。目前國內(nèi)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)起步較晚，水質(zhì)參數(shù)監(jiān)測多為人工方式，實(shí)時(shí)性較差，操作不方便[1-4]。國外物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展較快，例如在美國、荷蘭等地，水質(zhì)環(huán)境監(jiān)測精度較高，但成本偏高，不能滿足中國目前中小規(guī)模漁業(yè)發(fā)展的需要[5-10]。

基于物聯(lián)網(wǎng)的漁業(yè)水質(zhì)參數(shù)多點(diǎn)監(jiān)測報(bào)警的研究，目前尚未見報(bào)道，本監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在Android手機(jī)上對漁業(yè)多水域水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行在線監(jiān)測，如有參數(shù)超限，本監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)給出報(bào)警提示，提示漁民關(guān)注漁情。系統(tǒng)操作簡單，反應(yīng)靈敏，實(shí)時(shí)性好，為漁民實(shí)時(shí)了解多水域漁情提供了參考。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)由8個(gè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)單元、本地服務(wù)器、遠(yuǎn)程客戶機(jī)以及遠(yuǎn)程手機(jī)用戶客戶機(jī)等幾大模塊組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 無線傳感網(wǎng)絡(luò)單元

1個(gè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)單元主要負(fù)責(zé)采集1個(gè)水域的4個(gè)點(diǎn)的水質(zhì)參數(shù)，每個(gè)點(diǎn)包含6個(gè)參數(shù)（水位、鹽度、pH、流速、溫度、溶氧度），經(jīng)過8051CPU綜合平均處理后通過串行口RS232發(fā)送給現(xiàn)場監(jiān)控計(jì)算機(jī)，上傳到Internet。每個(gè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)單元由4個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)以及一個(gè)中心協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成[11，12]，具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。中心協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)和覆蓋范圍內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)采用能耗最低的星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，處理器采用SOC系統(tǒng)芯片CC2430，系統(tǒng)采用ZigBee協(xié)議。

傳感器節(jié)點(diǎn)由兩部分組成：無線收發(fā)模塊和傳感器模塊[13]。傳感器模塊將采集到的水質(zhì)參數(shù)模擬信號通過信號處理后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，通過無線模塊發(fā)送給中心協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)的無線接收模塊。

中心協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)相比傳感器節(jié)點(diǎn)少了傳感器模塊[14，15]，主要由8051單片機(jī)和ZigBee無線收發(fā)模塊組成。中心協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)首先組建星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，為每個(gè)無線傳感器分配地址，然后向每個(gè)無線傳感器發(fā)送請求數(shù)據(jù)命令，等待接收各個(gè)無線傳感器發(fā)送的參數(shù)信息，平均化處理后通過RS232串行口發(fā)送給計(jì)算機(jī)。

同時(shí)對8個(gè)水域進(jìn)行在線監(jiān)測，對現(xiàn)場計(jì)算機(jī)要求能夠同時(shí)擴(kuò)展8個(gè)串行口。

3 Android手機(jī)客戶機(jī)部分

Android是Google于2007年11月5日宣布的基于Linux平臺(tái)的開源手機(jī)操作系統(tǒng)的名稱，它主要由操作系統(tǒng)、中間件、用戶界面和應(yīng)用軟件等幾部分組成。本設(shè)計(jì)基于Android系統(tǒng)，系統(tǒng)測試采用聯(lián)想A288t手機(jī)，Android2.3.5版本，內(nèi)核2.6.35.7。開發(fā)環(huán)境為AndroidSDK+JAVA JDK6+Eclipse3.5。采用客戶機(jī)/服務(wù)器模式，客戶機(jī)部分采用Android JAVA開發(fā)，利用數(shù)據(jù)庫SQLite實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，調(diào)用Socket控件完成網(wǎng)絡(luò)通信，服務(wù)器部分采用Delphi結(jié)合SQL以及調(diào)用Socket編程實(shí)現(xiàn)。Android客戶機(jī)程序在Eclipse編譯環(huán)境中最終編譯之后打包生成APK文件，設(shè)置Android手機(jī)開發(fā)權(quán)限后在Android手機(jī)上可以直接安裝[16]。

3.1 系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)

系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)采用XML腳本語言來完成[17]，主要由登錄界面、主監(jiān)測報(bào)警界面以及若干水域監(jiān)測界面組成。登錄界面負(fù)責(zé)用戶的登錄，采用數(shù)據(jù)庫管理用戶密碼；主監(jiān)測報(bào)警界面是本系統(tǒng)的主界面，如圖3所示，主要負(fù)責(zé)所有水域水質(zhì)環(huán)境的監(jiān)測和報(bào)警，在該界面上有8組狀態(tài)，每組狀態(tài)用1個(gè)燈泡配合1只標(biāo)簽來表示，如果某個(gè)水域的水質(zhì)超限，燈泡點(diǎn)亮同時(shí)標(biāo)簽提示“報(bào)警”，同時(shí)在每組狀態(tài)下面設(shè)置了“查看”按鈕，點(diǎn)擊后可以自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到具體的某個(gè)水域水質(zhì)監(jiān)測界面；若干水域監(jiān)測界面如圖4所示，主要包含6組水質(zhì)參數(shù)以及4個(gè)控制按鈕。

3.2 系統(tǒng)主工作流程介紹

系統(tǒng)主工作流程如圖5所示。首先初始化系統(tǒng)，讀取初始化文件中的通信參數(shù)信息以及各個(gè)水域報(bào)警閾值信息，然后連接服務(wù)器啟動(dòng)接收1組數(shù)據(jù)，分配給各個(gè)水域供調(diào)用顯示，查詢比較各個(gè)水域的讀取數(shù)據(jù)與閾值進(jìn)行比較，給出報(bào)警提示。

3.3 報(bào)警及通信參數(shù)輸入模塊設(shè)計(jì)

報(bào)警及通信參數(shù)輸入模塊設(shè)計(jì)方法較多，可以采用數(shù)據(jù)庫的方法，也可以采用文件的方法。此處本著設(shè)計(jì)簡單方便考慮，選用第二種文件設(shè)計(jì)方案。將通信參數(shù)和各個(gè)水域的水質(zhì)參數(shù)的報(bào)警閾值以固定的格式存放到初始化文件中，存入SD卡中，格式為TXT文本。用戶在首次執(zhí)行本應(yīng)用程序之前，要在根目錄下打開初始化文件Ini.txt，按照預(yù)定格式修改通信參數(shù)（IP和端口號）以及8個(gè)水域的水質(zhì)參數(shù)（溫度、pH、水位、溶氧度、鹽度、流速）的報(bào)警上下限。Ini.txt文件的數(shù)據(jù)存放格式如下：

IP：XXXX；端口：XXXX；

1#溫度上限：XXXX；1#溫度下限：XXXX；

1# pH上限：XXXX；1# pH下限：XXXX；

1#水位上限：XXXX；1#水位下限：XXXX；

1#溶氧度上限：XXXX；1#溶氧度下限：XXXX；

1#鹽度上限：XXXX；1#鹽度下限：XXXX；

1#流速上限：XXXX；1#流速下限：XXXX；

…

8#溫度上限：XXXX；8#溫度下限：XXXX；

8# pH上限：XXXX；8# pH下限：XXXX；

8#水位上限：XXXX；8#水位下限：XXXX；

8#溶氧度上限：XXXX；8#溶氧度下限：XXXX；

8#鹽度上限：XXXX；8#鹽度下限：XXXX；

8#流速上限：XXXX；8#流速下限：XXXX；

Android系統(tǒng)首先以數(shù)據(jù)流的方式讀取初始化文件中的內(nèi)容，然后進(jìn)行解析，取出有用的數(shù)據(jù)傳給Android的全局變量。具體主要實(shí)現(xiàn)方法如下：

String fileName = “/sdcard/ini.txt”；

//文件路徑

String res =“” ；

Try {

FileInputStream fin = new FileInputStream（fileName）；

Int length = Fin.available（）；

Byte[] buffer = New byte[length]；

Fin.read（buffer）；

Res = EncodingUtils.getString（buffer，

"GB2312"）；

//以數(shù)據(jù)流的方式讀取文本數(shù)據(jù)到res中，采用GB2312編碼方式

然后采用分離函數(shù)split以“：”和“；”為分離點(diǎn)對讀到的數(shù)據(jù)流進(jìn)行分離處理，實(shí)現(xiàn)如下：

String spStr[] = Res.split（“：|；”）；

String ip=SpStr[1]；

//從數(shù)據(jù)流中分離出ip，端口port，

//1#溫度上限Wd_up1，下限Wd_down1 …

String port=SpStr[3]；

String wd_up1=SpStr[5]；

String wd_down1=SpStr[7]；

…

最后在讀寫SD卡文件時(shí)要在配置文件Manifest.xml中申明權(quán)限，否則無法使用。

3.4 數(shù)據(jù)庫模塊設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用Android自帶的SQLite數(shù)據(jù)庫，SQLite數(shù)據(jù)庫具有系統(tǒng)開銷小，檢索效率高的特性，系統(tǒng)中兩處使用到數(shù)據(jù)庫，一處是用戶登錄時(shí)，用來保存用戶名稱和密碼；另外一處是在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，用來保存8個(gè)水域的各個(gè)水質(zhì)參數(shù)信息。Android不自動(dòng)提供數(shù)據(jù)庫。在Android應(yīng)用程序中使用SQLite，必須自己創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫，然后創(chuàng)建表、索引，填充數(shù)據(jù)。因此要?jiǎng)?chuàng)建數(shù)據(jù)庫，然后創(chuàng)建兩個(gè)表，如表1和表2所示。在Android中主要有兩種方法來實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的訪問，一種是Adb shell方式，另一種是通過相關(guān)的Android的Java類來間接地對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行操作。本設(shè)計(jì)主要采用后一種方式，采用抽象類SQLiteOpenHelper來創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫。SQLiteOpenHelper類根據(jù)開發(fā)應(yīng)用程序的需要，封裝了創(chuàng)建和更新數(shù)據(jù)庫使用的邏輯。SQLiteOpenHelper的子類，實(shí)現(xiàn)需要以下方法：

OnCreate（）方法；

//創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫后，對數(shù)據(jù)庫的操作

通過SQLiteDatabase類來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的插入數(shù)據(jù)、刪除數(shù)據(jù)、查詢數(shù)據(jù)、修改數(shù)據(jù)等操作。當(dāng)完成了對數(shù)據(jù)庫的操作后，調(diào)用SQLiteDatabase的Close（ ）方法來釋放掉數(shù)據(jù)庫連接。

3.5 網(wǎng)絡(luò)通信模塊設(shè)計(jì)

系統(tǒng)通信模塊主要采用Socket網(wǎng)絡(luò)通信方式。套接字（Socket）是通信的基石，是支持TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信的基本操作單元。創(chuàng)建Socket連接時(shí)，可以指定使用的傳輸層協(xié)議，Socket支持兩種不同的傳輸層協(xié)議：TCP和UDP協(xié)議。TCP協(xié)議：首先連接接收方，然后發(fā)送數(shù)據(jù)，保證成功率，速度慢；UDP協(xié)議：把數(shù)據(jù)打包成數(shù)據(jù)包，然后直接發(fā)送到對應(yīng)的IP地址，速度快，但是成功率得不到保證，并且數(shù)據(jù)大小有限?？紤]到數(shù)據(jù)安全，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用TCP協(xié)議，為了提高系統(tǒng)的通信效率，Socket接收采用消息機(jī)制接收，保證了響應(yīng)的快速性。

手機(jī)客戶機(jī)首先讀取初始化文件（Ini.txt）中的數(shù)據(jù)流并成功分離出IP地址和通信端口號后，創(chuàng)建套接字Socket向服務(wù)器發(fā)出連接申請，然后一直等待接收服務(wù)器的信息。服務(wù)器接收到客戶機(jī)的連接請求后，獲取該客戶機(jī)的IP地址和端口號，然后定時(shí)向客戶機(jī)發(fā)送8個(gè)水域的水質(zhì)參數(shù)信息。接收數(shù)據(jù)以握手字符AA開始，BB結(jié)束。

具體格式為：AA：1#水域溫度，1#水域pH，1#水域水位，1#水域溶氧度，1#水域鹽度，1#水域流速，…，8#水域溫度，8#水域pH，8#水域水位，8#水域溶氧度，8#水域鹽度，8#水域流速，BB。每個(gè)數(shù)據(jù)占4個(gè)字節(jié)，發(fā)送和接收數(shù)據(jù)都以數(shù)據(jù)流的方式進(jìn)行，對待發(fā)送或者已接收的數(shù)據(jù)采用GB2312編碼方式進(jìn)行編碼轉(zhuǎn)換。在執(zhí)行通信程序時(shí)在配置文件Manifest.xml中要申明權(quán)限。

4 系統(tǒng)試驗(yàn)結(jié)果

利用本系統(tǒng)在江蘇省溧陽市長蕩湖河蟹試驗(yàn)基地30 m×30 m魚塘進(jìn)行試驗(yàn)，實(shí)時(shí)獲取溫度、pH、水位、溶氧度、鹽度、流速信息，保存入數(shù)據(jù)庫，以文本方式進(jìn)行數(shù)據(jù)導(dǎo)出并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析比對。通過數(shù)據(jù)比對可以看出，在24 h內(nèi)，通過本水質(zhì)參數(shù)多點(diǎn)監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)在線獲取多個(gè)水域的溫度、pH、水位、溶氧度、鹽度、流速信息，在參數(shù)指標(biāo)超限的情況下能準(zhǔn)時(shí)報(bào)警提示，達(dá)到了系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)論

通過本監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)長時(shí)間的使用測試表明，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，不死機(jī)，操作界面靈活，控制方便，擺脫了時(shí)間、地域環(huán)境等因素的影響，只要有GPRS網(wǎng)絡(luò)信號就能同時(shí)對多個(gè)水域進(jìn)行在線監(jiān)測并自動(dòng)報(bào)警，對網(wǎng)絡(luò)信號要求低，具有很高的性價(jià)比，在江蘇省高校優(yōu)勢學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目以及江蘇省經(jīng)濟(jì)和信息化委員會(huì)智能農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示范等項(xiàng)目中都得到了廣泛的應(yīng)用，具有很強(qiáng)的推廣和實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉東紅，周建偉，莫凌飛.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在食品及農(nóng)產(chǎn)品中應(yīng)用的研究進(jìn)展[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2012，43（1）：146-152.

[2] 賈保先，謝圣獻(xiàn).物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展關(guān)鍵技術(shù)研究[J].自動(dòng)化儀表，2012，33（3）：35-37.

[3] 冷淑君，徐衛(wèi)紅.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)水資源環(huán)境監(jiān)測仿真研究[J].計(jì)算機(jī)仿真，2012，29（2）：131-134，228.

[4] 柳平增，孟祥偉，田 盼，等.基于物聯(lián)網(wǎng)的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)信息感知系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)工程與科學(xué)，2012，34（3）：137-141.

[5] 李 華，李文秀.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在養(yǎng)殖業(yè)污染監(jiān)測上的應(yīng)用[J].漁業(yè)現(xiàn)代化，2008，35（2）：28-31.

[6] 楊林楠，郜魯濤，林爾升，等.基于Android系統(tǒng)手機(jī)的甜玉米病蟲害智能診斷系統(tǒng)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2012，28（18）：163-168.

[7] GUO B， ZHANG D Q， YU Z W， et al. From the internet of things to embedded intelligence[J]. World Wide Web，2013， 16（4）：399-420.

[8] 江燕良.基于Android智能終端的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2012，38（8）：129-132.

[9] 韓 迪，潘志宏.基于Android移動(dòng)設(shè)備傳感器的體感應(yīng)用[J]. 華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012，40（9）：75-80.

[10] 詹成國，朱 偉，徐 敏.基于Android的測控裝置人機(jī)界面的設(shè)計(jì)與開發(fā)[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2012，32（1）：119-122.

[11] 史 兵，趙德安，劉星橋，等.工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2011，42（9）：191-196.

[12] 宋 文.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007.

[13] 孫玉文，沈明霞，張祥甫，等.基于嵌入式ZigBee技術(shù)的農(nóng)田信息服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2010，41（5）：148-151.

[14] 史 兵，趙德安，劉星橋，等.基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模化水產(chǎn)養(yǎng)殖智能監(jiān)控系統(tǒng)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2011，27（9）：136-140.

[15] 宦 娟，劉星橋，程立強(qiáng)，等.基于ZigBee的水產(chǎn)養(yǎng)殖水環(huán)境無線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].漁業(yè)現(xiàn)代化，2012，39（1）：34-39.

[16] 韓 超，梁 泉.Android系統(tǒng)原理及開發(fā)要點(diǎn)詳解[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.

[17] 尚明華，秦磊磊，王風(fēng)云，等.基于Android智能手機(jī)的小麥生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)信息采集系統(tǒng)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2011，27（5）：178-182.

String wd_down1=SpStr[7]；

…

最后在讀寫SD卡文件時(shí)要在配置文件Manifest.xml中申明權(quán)限，否則無法使用。

3.4 數(shù)據(jù)庫模塊設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用Android自帶的SQLite數(shù)據(jù)庫，SQLite數(shù)據(jù)庫具有系統(tǒng)開銷小，檢索效率高的特性，系統(tǒng)中兩處使用到數(shù)據(jù)庫，一處是用戶登錄時(shí)，用來保存用戶名稱和密碼；另外一處是在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，用來保存8個(gè)水域的各個(gè)水質(zhì)參數(shù)信息。Android不自動(dòng)提供數(shù)據(jù)庫。在Android應(yīng)用程序中使用SQLite，必須自己創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫，然后創(chuàng)建表、索引，填充數(shù)據(jù)。因此要?jiǎng)?chuàng)建數(shù)據(jù)庫，然后創(chuàng)建兩個(gè)表，如表1和表2所示。在Android中主要有兩種方法來實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的訪問，一種是Adb shell方式，另一種是通過相關(guān)的Android的Java類來間接地對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行操作。本設(shè)計(jì)主要采用后一種方式，采用抽象類SQLiteOpenHelper來創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫。SQLiteOpenHelper類根據(jù)開發(fā)應(yīng)用程序的需要，封裝了創(chuàng)建和更新數(shù)據(jù)庫使用的邏輯。SQLiteOpenHelper的子類，實(shí)現(xiàn)需要以下方法：

OnCreate（）方法；

//創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫后，對數(shù)據(jù)庫的操作

通過SQLiteDatabase類來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的插入數(shù)據(jù)、刪除數(shù)據(jù)、查詢數(shù)據(jù)、修改數(shù)據(jù)等操作。當(dāng)完成了對數(shù)據(jù)庫的操作后，調(diào)用SQLiteDatabase的Close（ ）方法來釋放掉數(shù)據(jù)庫連接。

3.5 網(wǎng)絡(luò)通信模塊設(shè)計(jì)

系統(tǒng)通信模塊主要采用Socket網(wǎng)絡(luò)通信方式。套接字（Socket）是通信的基石，是支持TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信的基本操作單元。創(chuàng)建Socket連接時(shí)，可以指定使用的傳輸層協(xié)議，Socket支持兩種不同的傳輸層協(xié)議：TCP和UDP協(xié)議。TCP協(xié)議：首先連接接收方，然后發(fā)送數(shù)據(jù)，保證成功率，速度慢；UDP協(xié)議：把數(shù)據(jù)打包成數(shù)據(jù)包，然后直接發(fā)送到對應(yīng)的IP地址，速度快，但是成功率得不到保證，并且數(shù)據(jù)大小有限?？紤]到數(shù)據(jù)安全，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用TCP協(xié)議，為了提高系統(tǒng)的通信效率，Socket接收采用消息機(jī)制接收，保證了響應(yīng)的快速性。

手機(jī)客戶機(jī)首先讀取初始化文件（Ini.txt）中的數(shù)據(jù)流并成功分離出IP地址和通信端口號后，創(chuàng)建套接字Socket向服務(wù)器發(fā)出連接申請，然后一直等待接收服務(wù)器的信息。服務(wù)器接收到客戶機(jī)的連接請求后，獲取該客戶機(jī)的IP地址和端口號，然后定時(shí)向客戶機(jī)發(fā)送8個(gè)水域的水質(zhì)參數(shù)信息。接收數(shù)據(jù)以握手字符AA開始，BB結(jié)束。

具體格式為：AA：1#水域溫度，1#水域pH，1#水域水位，1#水域溶氧度，1#水域鹽度，1#水域流速，…，8#水域溫度，8#水域pH，8#水域水位，8#水域溶氧度，8#水域鹽度，8#水域流速，BB。每個(gè)數(shù)據(jù)占4個(gè)字節(jié)，發(fā)送和接收數(shù)據(jù)都以數(shù)據(jù)流的方式進(jìn)行，對待發(fā)送或者已接收的數(shù)據(jù)采用GB2312編碼方式進(jìn)行編碼轉(zhuǎn)換。在執(zhí)行通信程序時(shí)在配置文件Manifest.xml中要申明權(quán)限。

4 系統(tǒng)試驗(yàn)結(jié)果

利用本系統(tǒng)在江蘇省溧陽市長蕩湖河蟹試驗(yàn)基地30 m×30 m魚塘進(jìn)行試驗(yàn)，實(shí)時(shí)獲取溫度、pH、水位、溶氧度、鹽度、流速信息，保存入數(shù)據(jù)庫，以文本方式進(jìn)行數(shù)據(jù)導(dǎo)出并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析比對。通過數(shù)據(jù)比對可以看出，在24 h內(nèi)，通過本水質(zhì)參數(shù)多點(diǎn)監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)在線獲取多個(gè)水域的溫度、pH、水位、溶氧度、鹽度、流速信息，在參數(shù)指標(biāo)超限的情況下能準(zhǔn)時(shí)報(bào)警提示，達(dá)到了系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)論

通過本監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)長時(shí)間的使用測試表明，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，不死機(jī)，操作界面靈活，控制方便，擺脫了時(shí)間、地域環(huán)境等因素的影響，只要有GPRS網(wǎng)絡(luò)信號就能同時(shí)對多個(gè)水域進(jìn)行在線監(jiān)測并自動(dòng)報(bào)警，對網(wǎng)絡(luò)信號要求低，具有很高的性價(jià)比，在江蘇省高校優(yōu)勢學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目以及江蘇省經(jīng)濟(jì)和信息化委員會(huì)智能農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示范等項(xiàng)目中都得到了廣泛的應(yīng)用，具有很強(qiáng)的推廣和實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉東紅，周建偉，莫凌飛.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在食品及農(nóng)產(chǎn)品中應(yīng)用的研究進(jìn)展[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2012，43（1）：146-152.

[2] 賈保先，謝圣獻(xiàn).物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展關(guān)鍵技術(shù)研究[J].自動(dòng)化儀表，2012，33（3）：35-37.

[3] 冷淑君，徐衛(wèi)紅.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)水資源環(huán)境監(jiān)測仿真研究[J].計(jì)算機(jī)仿真，2012，29（2）：131-134，228.

[4] 柳平增，孟祥偉，田 盼，等.基于物聯(lián)網(wǎng)的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)信息感知系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)工程與科學(xué)，2012，34（3）：137-141.

[5] 李 華，李文秀.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在養(yǎng)殖業(yè)污染監(jiān)測上的應(yīng)用[J].漁業(yè)現(xiàn)代化，2008，35（2）：28-31.

[6] 楊林楠，郜魯濤，林爾升，等.基于Android系統(tǒng)手機(jī)的甜玉米病蟲害智能診斷系統(tǒng)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2012，28（18）：163-168.

[7] GUO B， ZHANG D Q， YU Z W， et al. From the internet of things to embedded intelligence[J]. World Wide Web，2013， 16（4）：399-420.

[8] 江燕良.基于Android智能終端的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2012，38（8）：129-132.

[9] 韓 迪，潘志宏.基于Android移動(dòng)設(shè)備傳感器的體感應(yīng)用[J]. 華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012，40（9）：75-80.

[10] 詹成國，朱 偉，徐 敏.基于Android的測控裝置人機(jī)界面的設(shè)計(jì)與開發(fā)[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2012，32（1）：119-122.

[11] 史 兵，趙德安，劉星橋，等.工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2011，42（9）：191-196.

[12] 宋 文.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007.

[13] 孫玉文，沈明霞，張祥甫，等.基于嵌入式ZigBee技術(shù)的農(nóng)田信息服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2010，41（5）：148-151.

[14] 史 兵，趙德安，劉星橋，等.基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模化水產(chǎn)養(yǎng)殖智能監(jiān)控系統(tǒng)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2011，27（9）：136-140.

[15] 宦 娟，劉星橋，程立強(qiáng)，等.基于ZigBee的水產(chǎn)養(yǎng)殖水環(huán)境無線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].漁業(yè)現(xiàn)代化，2012，39（1）：34-39.

[16] 韓 超，梁 泉.Android系統(tǒng)原理及開發(fā)要點(diǎn)詳解[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.

[17] 尚明華，秦磊磊，王風(fēng)云，等.基于Android智能手機(jī)的小麥生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)信息采集系統(tǒng)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2011，27（5）：178-182.

String wd_down1=SpStr[7]；

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最后在讀寫SD卡文件時(shí)要在配置文件Manifest.xml中申明權(quán)限，否則無法使用。

3.4 數(shù)據(jù)庫模塊設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用Android自帶的SQLite數(shù)據(jù)庫，SQLite數(shù)據(jù)庫具有系統(tǒng)開銷小，檢索效率高的特性，系統(tǒng)中兩處使用到數(shù)據(jù)庫，一處是用戶登錄時(shí)，用來保存用戶名稱和密碼；另外一處是在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，用來保存8個(gè)水域的各個(gè)水質(zhì)參數(shù)信息。Android不自動(dòng)提供數(shù)據(jù)庫。在Android應(yīng)用程序中使用SQLite，必須自己創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫，然后創(chuàng)建表、索引，填充數(shù)據(jù)。因此要?jiǎng)?chuàng)建數(shù)據(jù)庫，然后創(chuàng)建兩個(gè)表，如表1和表2所示。在Android中主要有兩種方法來實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的訪問，一種是Adb shell方式，另一種是通過相關(guān)的Android的Java類來間接地對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行操作。本設(shè)計(jì)主要采用后一種方式，采用抽象類SQLiteOpenHelper來創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫。SQLiteOpenHelper類根據(jù)開發(fā)應(yīng)用程序的需要，封裝了創(chuàng)建和更新數(shù)據(jù)庫使用的邏輯。SQLiteOpenHelper的子類，實(shí)現(xiàn)需要以下方法：

OnCreate（）方法；

//創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫后，對數(shù)據(jù)庫的操作

通過SQLiteDatabase類來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的插入數(shù)據(jù)、刪除數(shù)據(jù)、查詢數(shù)據(jù)、修改數(shù)據(jù)等操作。當(dāng)完成了對數(shù)據(jù)庫的操作后，調(diào)用SQLiteDatabase的Close（ ）方法來釋放掉數(shù)據(jù)庫連接。

3.5 網(wǎng)絡(luò)通信模塊設(shè)計(jì)

系統(tǒng)通信模塊主要采用Socket網(wǎng)絡(luò)通信方式。套接字（Socket）是通信的基石，是支持TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信的基本操作單元。創(chuàng)建Socket連接時(shí)，可以指定使用的傳輸層協(xié)議，Socket支持兩種不同的傳輸層協(xié)議：TCP和UDP協(xié)議。TCP協(xié)議：首先連接接收方，然后發(fā)送數(shù)據(jù)，保證成功率，速度慢；UDP協(xié)議：把數(shù)據(jù)打包成數(shù)據(jù)包，然后直接發(fā)送到對應(yīng)的IP地址，速度快，但是成功率得不到保證，并且數(shù)據(jù)大小有限?？紤]到數(shù)據(jù)安全，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用TCP協(xié)議，為了提高系統(tǒng)的通信效率，Socket接收采用消息機(jī)制接收，保證了響應(yīng)的快速性。

手機(jī)客戶機(jī)首先讀取初始化文件（Ini.txt）中的數(shù)據(jù)流并成功分離出IP地址和通信端口號后，創(chuàng)建套接字Socket向服務(wù)器發(fā)出連接申請，然后一直等待接收服務(wù)器的信息。服務(wù)器接收到客戶機(jī)的連接請求后，獲取該客戶機(jī)的IP地址和端口號，然后定時(shí)向客戶機(jī)發(fā)送8個(gè)水域的水質(zhì)參數(shù)信息。接收數(shù)據(jù)以握手字符AA開始，BB結(jié)束。

具體格式為：AA：1#水域溫度，1#水域pH，1#水域水位，1#水域溶氧度，1#水域鹽度，1#水域流速，…，8#水域溫度，8#水域pH，8#水域水位，8#水域溶氧度，8#水域鹽度，8#水域流速，BB。每個(gè)數(shù)據(jù)占4個(gè)字節(jié)，發(fā)送和接收數(shù)據(jù)都以數(shù)據(jù)流的方式進(jìn)行，對待發(fā)送或者已接收的數(shù)據(jù)采用GB2312編碼方式進(jìn)行編碼轉(zhuǎn)換。在執(zhí)行通信程序時(shí)在配置文件Manifest.xml中要申明權(quán)限。

4 系統(tǒng)試驗(yàn)結(jié)果

利用本系統(tǒng)在江蘇省溧陽市長蕩湖河蟹試驗(yàn)基地30 m×30 m魚塘進(jìn)行試驗(yàn)，實(shí)時(shí)獲取溫度、pH、水位、溶氧度、鹽度、流速信息，保存入數(shù)據(jù)庫，以文本方式進(jìn)行數(shù)據(jù)導(dǎo)出并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析比對。通過數(shù)據(jù)比對可以看出，在24 h內(nèi)，通過本水質(zhì)參數(shù)多點(diǎn)監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)在線獲取多個(gè)水域的溫度、pH、水位、溶氧度、鹽度、流速信息，在參數(shù)指標(biāo)超限的情況下能準(zhǔn)時(shí)報(bào)警提示，達(dá)到了系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)論

通過本監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)長時(shí)間的使用測試表明，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，不死機(jī)，操作界面靈活，控制方便，擺脫了時(shí)間、地域環(huán)境等因素的影響，只要有GPRS網(wǎng)絡(luò)信號就能同時(shí)對多個(gè)水域進(jìn)行在線監(jiān)測并自動(dòng)報(bào)警，對網(wǎng)絡(luò)信號要求低，具有很高的性價(jià)比，在江蘇省高校優(yōu)勢學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目以及江蘇省經(jīng)濟(jì)和信息化委員會(huì)智能農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示范等項(xiàng)目中都得到了廣泛的應(yīng)用，具有很強(qiáng)的推廣和實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉東紅，周建偉，莫凌飛.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在食品及農(nóng)產(chǎn)品中應(yīng)用的研究進(jìn)展[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2012，43（1）：146-152.

[2] 賈保先，謝圣獻(xiàn).物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展關(guān)鍵技術(shù)研究[J].自動(dòng)化儀表，2012，33（3）：35-37.

[3] 冷淑君，徐衛(wèi)紅.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)水資源環(huán)境監(jiān)測仿真研究[J].計(jì)算機(jī)仿真，2012，29（2）：131-134，228.

[4] 柳平增，孟祥偉，田 盼，等.基于物聯(lián)網(wǎng)的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)信息感知系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)工程與科學(xué)，2012，34（3）：137-141.

[5] 李 華，李文秀.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在養(yǎng)殖業(yè)污染監(jiān)測上的應(yīng)用[J].漁業(yè)現(xiàn)代化，2008，35（2）：28-31.

[6] 楊林楠，郜魯濤，林爾升，等.基于Android系統(tǒng)手機(jī)的甜玉米病蟲害智能診斷系統(tǒng)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2012，28（18）：163-168.

[7] GUO B， ZHANG D Q， YU Z W， et al. From the internet of things to embedded intelligence[J]. World Wide Web，2013， 16（4）：399-420.

[8] 江燕良.基于Android智能終端的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2012，38（8）：129-132.

[9] 韓 迪，潘志宏.基于Android移動(dòng)設(shè)備傳感器的體感應(yīng)用[J]. 華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012，40（9）：75-80.

[10] 詹成國，朱 偉，徐 敏.基于Android的測控裝置人機(jī)界面的設(shè)計(jì)與開發(fā)[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2012，32（1）：119-122.

[11] 史 兵，趙德安，劉星橋，等.工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2011，42（9）：191-196.

[12] 宋 文.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007.

[13] 孫玉文，沈明霞，張祥甫，等.基于嵌入式ZigBee技術(shù)的農(nóng)田信息服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2010，41（5）：148-151.

[14] 史 兵，趙德安，劉星橋，等.基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的規(guī)?；a(chǎn)養(yǎng)殖智能監(jiān)控系統(tǒng)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2011，27（9）：136-140.

[15] 宦 娟，劉星橋，程立強(qiáng)，等.基于ZigBee的水產(chǎn)養(yǎng)殖水環(huán)境無線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].漁業(yè)現(xiàn)代化，2012，39（1）：34-39.

[16] 韓 超，梁 泉.Android系統(tǒng)原理及開發(fā)要點(diǎn)詳解[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.

[17] 尚明華，秦磊磊，王風(fēng)云，等.基于Android智能手機(jī)的小麥生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)信息采集系統(tǒng)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2011，27（5）：178-182.