基于Android平臺(tái)的智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

殷西祥

（安徽商貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電子信息工程系，安徽 蕪湖 241002）

基于Android平臺(tái)的智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

殷西祥

（安徽商貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電子信息工程系，安徽 蕪湖 241002）

設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套基于Android平臺(tái)的智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)能將通過(guò)傳感器搜集到的土壤溫濕度、CO2濃度等環(huán)境指標(biāo)信息實(shí)時(shí)顯示在Android平臺(tái)的智能設(shè)備上；同時(shí)，能遠(yuǎn)程或自動(dòng)控制水泵、光照、風(fēng)扇等控制器，減少了人工的投入，并能精準(zhǔn)地實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)智能化生產(chǎn)。

Android；智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)；JSON

在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)中，生產(chǎn)者基本上都是通過(guò)自己的感覺(jué)或經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的。例如：澆水、溫度控制等一系列操作，只能算是一種粗放式的管理模式，在這種生產(chǎn)管理方式下，通過(guò)人的感知能力來(lái)管理上述環(huán)境參數(shù)，是無(wú)法做到準(zhǔn)確性要求的[1-2]。而通過(guò)應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)，生產(chǎn)者可以通過(guò)傳感器獲得信息進(jìn)行分析是否進(jìn)行相應(yīng)的操作，能夠較為精確地把握農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的操作時(shí)間。本文主要從軟件的角度，通過(guò)聯(lián)想智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)設(shè)備來(lái)模擬實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的獲取、展示、預(yù)警和遠(yuǎn)程控制，來(lái)實(shí)現(xiàn)智能農(nóng)業(yè)的核心問(wèn)題之一，即農(nóng)業(yè)信息的獲取、展示和處理[3]。能提高生產(chǎn)者的工作效率，減少勞動(dòng)力，減少生產(chǎn)成本。

該基于Android平臺(tái)的智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)分為服務(wù)端和客戶端兩部分組成，服務(wù)端與客戶端通過(guò)http協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，均采用MVC架構(gòu)模式，即“模型-視圖-控制”模式[4]。在配置好jdk-7u79-windows-x64的Win 7環(huán)境下，使用MyEclipse 8.5，Eclipse Release 4.2.0，Android SDK 22.6.2，ADT 22.6.2開(kāi)發(fā)工具，數(shù)據(jù)庫(kù)采用Mysql 5.0，輔助開(kāi)發(fā)工具為Adobe Photoshop CS5等。

1 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)包括服務(wù)端與客戶端兩個(gè)部分。a）服務(wù)端主要功能模塊為傳感器數(shù)據(jù)獲取模塊、數(shù)據(jù)交互模塊（將數(shù)據(jù)傳遞給客戶端）、用戶管理模塊和日志管理模塊等，如圖1所示。其中，數(shù)據(jù)獲取模塊包括對(duì)土壤溫濕度、CO2濃度、光照強(qiáng)度和空氣溫濕度等傳感器數(shù)據(jù)的獲?。挥脩艄芾砟K包括對(duì)用戶基本信息的增、刪、改、查等功能；數(shù)據(jù)交互模塊包括對(duì)獲取到的土壤溫濕度、CO2濃度、光照強(qiáng)度和空氣溫濕度等傳感器數(shù)據(jù)為Android客戶端提供接口；日志管理記錄下用戶在客戶端的操作信息等。b）客戶端主要包括用戶管理模塊、環(huán)境指標(biāo)模塊、歷史數(shù)據(jù)查詢模塊、自動(dòng)控制模塊和遠(yuǎn)程控制模塊等，如圖2所示。其中，環(huán)境指標(biāo)模塊包括從服務(wù)端接口獲取到的土壤溫濕度、CO2濃度、光照強(qiáng)度和空氣溫濕度等傳感器數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)顯示；歷史數(shù)據(jù)查詢包括在一定時(shí)間內(nèi)對(duì)各個(gè)環(huán)境指標(biāo)的數(shù)據(jù)查詢功能；遠(yuǎn)程控制模塊包括對(duì)LED光源、風(fēng)扇、水泵和蜂鳴器等的遠(yuǎn)程控制；自動(dòng)控制模塊是指在一定閥值控制下使聯(lián)想智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)設(shè)備自動(dòng)開(kāi)關(guān)LED光源、風(fēng)扇、水泵和蜂鳴器等設(shè)備。智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)客戶端的活動(dòng)如圖3所示，主要描述了用戶的基本操作。

圖1 智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)服務(wù)端

圖2 智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)客戶端

圖3 系統(tǒng)活動(dòng)圖

2 基于Android平臺(tái)的智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)是一個(gè)軟件系統(tǒng)的重要組成部分，數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)顯得尤為重要，基于Android平臺(tái)智能設(shè)備使用的數(shù)據(jù)庫(kù)是SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)。SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)是一種輕量級(jí)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，廣泛運(yùn)用于移動(dòng)設(shè)備中。由于智能設(shè)備存儲(chǔ)容量相對(duì)普通PC來(lái)說(shuō)是有限的，因此本系統(tǒng)盡量少存儲(chǔ)信息在數(shù)據(jù)庫(kù)中，只將用戶信息和從服務(wù)端獲取到的傳感器的值存放在數(shù)據(jù)庫(kù)中，來(lái)提供客戶端用戶查詢歷史數(shù)據(jù)功能的數(shù)據(jù)獲取。其數(shù)據(jù)模型圖如圖4所示，數(shù)據(jù)庫(kù)具體設(shè)計(jì)如表1、表2所示。

圖4 系統(tǒng)數(shù)據(jù)模型

表1 用戶表(User)

表2 傳感器屬性值表（SensorValue）

3 智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)Android客戶端詳細(xì)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 環(huán)境指標(biāo)界面設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

用戶注冊(cè)、登錄后，在主界面中用戶可以查看環(huán)境指標(biāo)即土壤溫濕度、CO2濃度、光照強(qiáng)度和空氣溫濕度等傳感器數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)變化，并通過(guò)Grid-View控件顯示，如圖5所示。

功能實(shí)現(xiàn)：通過(guò)解析智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)服務(wù)端JSON（JavaScript Object Notation）數(shù)據(jù)，將服務(wù)端通過(guò)串口所獲取的傳感器數(shù)值顯示到GridView控件的各個(gè)Item上。系統(tǒng)每一秒刷新一次數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)環(huán)境指標(biāo)的動(dòng)態(tài)更新，并將所接收到的數(shù)據(jù)持久化到本地SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)中。超過(guò)指定的閥值，該指標(biāo)的數(shù)據(jù)背景圖片會(huì)變成黑色，如圖5中CO2濃度異常即顯示黑色圖片，便于用戶發(fā)現(xiàn)并及時(shí)處理問(wèn)題。

圖5 環(huán)境指標(biāo)界面

3.2 歷史查詢界面設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

通過(guò)圖6所示的歷史查詢界面，用戶可以對(duì)各傳感器的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢功能[5]。在該界面中，選擇對(duì)應(yīng)的傳感器，再選擇需要查詢的時(shí)間段，點(diǎn)擊【查詢】按鈕，該界面可以將滿足條件的數(shù)值以圖表的形式展現(xiàn)出來(lái)。其中不正常的即超出閥值范圍的數(shù)據(jù)圖表中的點(diǎn)為灰色，正常為黑色，也是方便用戶對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)的觀察和分析。方便用戶對(duì)過(guò)去的數(shù)據(jù)進(jìn)行了解、分析從而安排接下來(lái)的工作。

功能實(shí)現(xiàn)：其中傳感器類型和查詢周期可以用Spinner控件實(shí)現(xiàn)，其中數(shù)據(jù)可以配置到Strings.xml文件中。查詢的結(jié)果折線圖的展示部分可以通過(guò)Android平臺(tái)下較好的圖形報(bào)表開(kāi)發(fā)庫(kù)achartengine實(shí)現(xiàn)。具體DEMO及幫助文檔可參見(jiàn)該項(xiàng)目的地址：http：//code.google.com/p/achartengine/。

圖6 歷史查詢界面

3.3 手動(dòng)控制設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

手動(dòng)控制即遠(yuǎn)程控制設(shè)計(jì)如圖7所示，包括對(duì)LED光源、風(fēng)扇、水泵和蜂鳴器等的遠(yuǎn)程控制，達(dá)到通過(guò)Android設(shè)備來(lái)遠(yuǎn)程操作聯(lián)想智能農(nóng)業(yè)設(shè)備的功能[6]。通過(guò)模擬實(shí)現(xiàn)當(dāng)農(nóng)田缺少相關(guān)環(huán)境指標(biāo)時(shí)及時(shí)的遠(yuǎn)程通風(fēng)、補(bǔ)充光照等功能。

功能實(shí)現(xiàn)：點(diǎn)擊圖中所示圖片按鈕可以通過(guò)智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)客戶端傳遞相關(guān)JSON數(shù)據(jù)到服務(wù)端，服務(wù)端通過(guò)解析JSON數(shù)據(jù)，并通過(guò)串口對(duì)相關(guān)的設(shè)備進(jìn)行操作。操作完成后，服務(wù)端會(huì)傳遞JSON數(shù)據(jù)給客戶端，客戶端解析出接收到的數(shù)據(jù)內(nèi)容，彈出相關(guān)提示或切換圖片背景，便于用戶遠(yuǎn)程操作并及時(shí)了解操作是否如期完成。

4.4 系統(tǒng)設(shè)置設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)設(shè)置界面如圖8所示，包括了中英文切換、自動(dòng)控制、閥值設(shè)置、版本信息、聯(lián)系我們等功能。此處介紹自動(dòng)控制部分功能，自動(dòng)控制與上文中的手動(dòng)控制即遠(yuǎn)程控制是相對(duì)而言的，當(dāng)在系統(tǒng)設(shè)置為自動(dòng)控制時(shí)，智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)服務(wù)端自動(dòng)起作用，進(jìn)行相關(guān)的環(huán)境的調(diào)節(jié)功能和開(kāi)啟相關(guān)控制器的功能，使得農(nóng)業(yè)模擬生產(chǎn)環(huán)境處于全托管的狀態(tài)。

功能實(shí)現(xiàn)：通過(guò)智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)客戶端傳遞相關(guān)JSON數(shù)據(jù)到服務(wù)端，服務(wù)端通過(guò)解析JSON數(shù)據(jù)，將通過(guò)串口對(duì)相關(guān)的控制器在一定的邏輯下進(jìn)行自動(dòng)操作。

圖7 手動(dòng)控制界面

圖8 系統(tǒng)設(shè)置界面

4 結(jié)語(yǔ)

“智能農(nóng)業(yè)”是短短數(shù)年來(lái)迅猛發(fā)展起來(lái)的一種農(nóng)業(yè)新模式，憑借當(dāng)前條件已基本成熟的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)獲取工具以及控制設(shè)備，正逐漸得以實(shí)現(xiàn)。文中基于Android平臺(tái)的智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)能更好地服務(wù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，通過(guò)聯(lián)想智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)設(shè)備的模擬，主要完成了智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中服務(wù)端和Android客戶端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，用戶可以實(shí)時(shí)監(jiān)控農(nóng)作物生產(chǎn)環(huán)境，遠(yuǎn)程控制相關(guān)設(shè)備，甚至有其他工作時(shí)用戶可以調(diào)節(jié)相關(guān)閥值使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境實(shí)現(xiàn)自我控制。改變了粗放式的管理模式，在這種生產(chǎn)管理方式下，做到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的準(zhǔn)確性數(shù)據(jù)獲取和顯示，能夠很好的減少農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力和生產(chǎn)成本，提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。

[1]李圣華，肖傳輝.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].科技廣場(chǎng)，2011（7）：73-75.

[2]王冬.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].大連：大連理工大學(xué)，2013.

[3]趙春江，薛緒掌，王秀，等.精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)體系的研究進(jìn)展與展望[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2003，19（4）：7-11.

[4]殷西祥，盛慧君.基于Android平臺(tái)的移動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)[J].新鄉(xiāng)學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，31（12）：34-37.

[5]張榮超，沈陽(yáng).Android項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)：智能農(nóng)業(yè)移動(dòng)管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)[M].大連：東軟電子出版社，2015.

Design and Implementation of Intelligence Agriculture System Based on Android

YIN Xixiɑnɡ

（Department of Electronic Information Engineering，Anhui Business College；Wuhu Anhui 241002，China）

This paper designs and implements an intelligent agriculture system based on Android.Information of CO2concentration，soil temperature and humidity collected by the sensor can be real-time displayed on the Android platform.At the same time，pump，light and fan can be remote or automatic controlled to reduce human-hours，and can accurately realize the intelligent agriculture production.

Android；Intelligence Agriculture System；JSON

TP311

A

1009-8666(2017)04-0038-05

10.16069/j.cnki.51-1610/g4.2017.04.008

［責(zé)任編輯、校對(duì)：王興全］

2016-10-18

安徽省高校自然科學(xué)研究項(xiàng)目“面向移動(dòng)終端的智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)研究”（KJSM201602）；安徽商貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院自然科學(xué)研究項(xiàng)目“基于興趣度的移動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)研究”（2016KYZ07）；安徽省高校自然科學(xué)研究項(xiàng)目“基于edX平臺(tái)的云計(jì)算課程實(shí)訓(xùn)MOOC系統(tǒng)研究”（KJ2015A373）；安徽省教學(xué)質(zhì)量工程項(xiàng)目“軟件技術(shù)專業(yè)綜合改革試點(diǎn)”（2014zy119）。

殷西祥（1984—），男，安徽安慶人。安徽商貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，碩士，研究方向：數(shù)據(jù)挖掘，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)，高職教育教學(xué)等。