基于安卓平臺的草莓知識專家教學APP的設(shè)計與實現(xiàn)

蔡國健，張娜，陜娟娟，李明環(huán)

摘要 分析了我國草莓種植業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，并結(jié)合現(xiàn)代高新信息技術(shù)，設(shè)計實現(xiàn)了一款基于安卓平臺的草莓知識專家教學APP。該系統(tǒng)以解決農(nóng)戶實時監(jiān)控草莓大棚生長環(huán)境、有效獲取專家指導、學習草莓種植知識等問題為目的，讓農(nóng)戶能夠科學種植草莓，切實提高農(nóng)戶的經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞 安卓平臺；APP；草莓知識教學

中圖分類號 S-058 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2018）06-0182-04

Design and Implementation of Strawberry Knowledge Expert Teaching APP Based on Android Platform

CAI Guojian，ZHANG Na，SHAN Juanjuan et al （Beijing University of Agriculture，Beijing 102206）

Abstract This paper analyzed the development status of strawberry planting industry in China， combined with modern hightech information technology to design a strawberry knowledge expert teaching APP based on android platform.The system aimed to solve the problems in realtime monitoring of the environment of strawberry greenhouses for farmers， effectively access to expert guidance and knowledge of strawberry cultivation so that farmers can grow strawberries scientifically and effectively improve the economic benefits of farmers.

Key words Android platform；APP；Strawberry knowledge teaching

近年來，我國草莓種植業(yè)發(fā)展異常迅猛，由于其營養(yǎng)價值高、生長周期短，已經(jīng)成為我國各大地區(qū)的主要經(jīng)濟作物之一，并成為農(nóng)民增收、勞動力就業(yè)的重要支柱。草莓原產(chǎn)于南美地區(qū)，現(xiàn)已經(jīng)廣泛栽培于我國四川、山東、河北、安徽等地，遍布大江南北[1]。隨著草莓種植地規(guī)模的逐年擴大，草莓病蟲害種類增加，危害加重[2]。當農(nóng)民遇到病蟲害時，傳統(tǒng)的解決方案主要是依靠其積累的經(jīng)驗、查找相關(guān)文獻資料、詢問懂行的科技人員以及通過搜索引擎來查找所需要的知識。這些方法雖然在一定程度上解決了部分問題，但是對于大部分草莓種植戶來講，這些方法都有不當之處。首先，個人經(jīng)驗不同導致所種的草莓結(jié)果也不同，而新種植戶更難以獲得滿意的收成；其次，查找相關(guān)文獻資料、詢問懂行的科技人員費時費力，在草莓染病時，更有可能因為查找資料而錯過最佳的治療時間導致產(chǎn)量降低等問題；最后，利用搜索引擎搜索需要的知識，對于農(nóng)民而言，也是一件比較困難的事情，還有可能搜到一些偽科學、偽知識，最終適得其反。

農(nóng)民希望通過專業(yè)知識指導自己所種的草莓產(chǎn)量和品質(zhì)有所提升，從而增加經(jīng)濟收入。但是，由于我國農(nóng)業(yè)信息化程度較低，農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施不足，農(nóng)業(yè)信息技術(shù)不完善，不能給予正確的種植、養(yǎng)殖指導，解決農(nóng)作物的生產(chǎn)問題。在這一點上，還需要繼續(xù)探索。利用現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)信息技術(shù)可以讓草莓種植戶以最快速、最簡便、最權(quán)威的方式獲得所需要的知識和專家指導，因而持續(xù)完善我國的農(nóng)業(yè)信息技術(shù)體系是迫在眉睫的任務(wù)。

目前，智能手機大量普及，移動終端相關(guān)技術(shù)水平不斷提高，移動互聯(lián)終端應(yīng)用程序不斷涌現(xiàn)，手機APP依靠其顯著的優(yōu)勢正不斷滲透到人們生活中，農(nóng)業(yè)APP也開始逐漸發(fā)展[3]。運用智能手機APP讓農(nóng)民實時監(jiān)控草莓大棚生長環(huán)境、有效獲取專家指導、學習草莓種植知識是一種行之有效的手段。筆者設(shè)計并實現(xiàn)了一款基于安卓平臺的草莓知識專家教學APP，以解決農(nóng)民種植草莓遇到的問題。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計

草莓知識專家教學系統(tǒng)主要分為三部分，包括傳感器監(jiān)測大棚環(huán)境數(shù)據(jù)采集、專業(yè)知識支持以及手機客戶端APP，系統(tǒng)框架如圖1所示。

1.1 傳感器數(shù)據(jù)采集 草莓生長不僅由其自身生長特性決定，與大棚內(nèi)環(huán)境也息息相關(guān)。影響草莓生長的環(huán)境因子主要有空氣溫濕度、土壤水分溫濕度、光照強度、二氧化碳濃度和蒸騰度等[4]。實時監(jiān)測并調(diào)控大棚內(nèi)各環(huán)境因子變化，對于草莓生長尤為重要。在移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和通訊技術(shù)的高速發(fā)展下，可利用智能手機APP監(jiān)測大棚環(huán)境[5]。

在草莓大棚內(nèi)安裝測量各環(huán)境因子的傳感器，實時監(jiān)測環(huán)境數(shù)據(jù)，使用STM32單片機和2G網(wǎng)絡(luò)模塊將所收集到的環(huán)境數(shù)據(jù)以JSON數(shù)據(jù)包的形式，遵照TCP/IP協(xié)議每隔10 min發(fā)送至遠程服務(wù)器中，由服務(wù)器對數(shù)據(jù)進行處理和儲存以備后續(xù)數(shù)據(jù)分析。同時，在手機客戶端向用戶提供一個查看數(shù)據(jù)的接口，方便草莓種植人員實時監(jiān)測大棚內(nèi)環(huán)境因子變化，從而進一步調(diào)節(jié)大棚內(nèi)各環(huán)境因子，營造一個適合草莓生長的環(huán)境。

1.2 專業(yè)知識支持 專業(yè)知識支持即拍攝草莓種植知識視頻，主要是拍攝草莓整個生長周期，由專家講解草莓在生長過程中可能出現(xiàn)的問題。整個流程為首先由各崗位專家編寫拍攝大綱，包括草莓育種、栽培、病蟲害防治等，并確定每個主題的拍攝時間段，以避免錯過拍攝周期，例如北京地區(qū)草莓苗定植于每年的8月份，所以拍攝草莓苗定植的教學視頻應(yīng)定在8月份。確定拍攝某個草莓知識主題的時間段后，根據(jù)所列大綱進行細化，規(guī)定各分鏡鏡頭、時間軸、講解旁白等，形成一個執(zhí)行腳本，再根據(jù)執(zhí)行腳本進行實際視頻的拍攝、剪輯等工作。最后將制作好的視頻傳給編寫拍攝大綱的專家進行審查，未通過審查的視頻需由專家提出整改意見，重新拍攝。農(nóng)戶可以通過觀看視頻獲得最直接的專家?guī)椭?，從而使自己種植的草莓健康生長[6]。

1.3 手機客戶端APP 草莓知識專家教學APP的設(shè)計與開發(fā)是利用現(xiàn)代信息技術(shù)，在互聯(lián)網(wǎng)的浪潮下，將草莓種植業(yè)推向“互聯(lián)網(wǎng)+”農(nóng)業(yè)方向的重要體現(xiàn)。安卓系統(tǒng)以Linux內(nèi)核為基礎(chǔ)，是一種自由、開放源代碼的操作系統(tǒng)，在智能手機、平板電腦等移動智能設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用[7]。另外，根據(jù)2017年凱度移動通信消費者指數(shù)（Kanter Worldpanel ComTech）的智能手機操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)顯示，安卓市場占有率同比繼續(xù)增長，已占據(jù)智能手機銷量的87.2%。除此之外，安卓系統(tǒng)在平板電腦以及智能電視上都具有較高的支持率與較好的發(fā)展空間[8]。因此，使用優(yōu)勢顯著的安卓平臺作為整個APP設(shè)計開發(fā)的基礎(chǔ)具有很強的可行性、可操作性以及經(jīng)濟可觀性。同時，安卓手機簡單易懂的操作為農(nóng)戶帶來了極大的方便。

農(nóng)戶通過使用草莓知識專家教學APP能夠更加全面、及時地了解大棚內(nèi)環(huán)境變化，利用視頻學習更加專業(yè)的草莓種植知識。草莓知識專家教學APP為農(nóng)戶提供了更加廣泛的交流平臺，使草莓種植和生產(chǎn)更加合理化、科學化以及數(shù)字化。

2 草莓知識專家教學APP設(shè)計

2.1 功能設(shè)計 草莓知識專家教學APP旨在幫助農(nóng)戶解決草莓種植過程中出現(xiàn)的各種問題，為農(nóng)戶提供全面的草莓種植知識，改善草莓的品質(zhì)。根據(jù)對草莓種植戶的調(diào)研分析，確定用戶需求，草莓知識專家教學APP主要包含以下功能模塊：實時監(jiān)測、視頻學習、專家咨詢、發(fā)帖留言、新聞動態(tài)、用戶信息，手機客戶端功能框架如圖2所示。

2.1.1 實時監(jiān)測。實時監(jiān)測大棚內(nèi)的各環(huán)境因子，包括空氣溫濕度、土壤水分溫濕度、光照強度、二氧化碳濃度以及蒸騰度等。方便農(nóng)民隨時查看大棚內(nèi)環(huán)境狀況，合理調(diào)節(jié)各項環(huán)境指標，營造適宜草莓生長的環(huán)境。

2.1.2 視頻學習。草莓種植教學視頻分為草莓品種、栽培形式、育苗技術(shù)、栽培技術(shù)、病蟲害防治五大類，在各類視頻下分解為相應(yīng)各個小類，農(nóng)戶可根據(jù)需要選擇相應(yīng)的視頻進行學習。視頻應(yīng)簡短、精煉、講解通俗易懂，讓農(nóng)戶學習起來得心應(yīng)手。

2.1.3 專家咨詢。專家為農(nóng)戶答疑解惑是農(nóng)技服務(wù)的重要內(nèi)容。農(nóng)戶利用客戶端社區(qū)BBS的功能，通過文字、語音、圖片發(fā)帖的方式進行咨詢，由對應(yīng)的崗位專家定期解答各種問題，使農(nóng)戶與專家“零距離”接觸。

2.1.4 發(fā)帖留言。該客戶端為廣大草莓種植戶提供了廣泛交流的平臺。農(nóng)戶可以將自己遇到的問題、豐富的種植經(jīng)驗以發(fā)帖的形式分享，方便大家學習、討論，獲得更多與草莓種植相關(guān)的信息。

2.1.5 新聞動態(tài)。通過新聞模塊，農(nóng)戶足不出戶就可以了解世界各地關(guān)于草莓的相關(guān)資訊，了解國內(nèi)外草莓種植業(yè)的發(fā)展以及當下使用的新技術(shù)等。

2.1.6 用戶信息。用戶可隨時修改自己的個人信息、登錄密碼，并對自己發(fā)布的咨詢留言進行刪除和修改。另外，該模塊還提供版本更新、更換用戶等功能。

2.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計 MySQL數(shù)據(jù)庫幾乎可以執(zhí)行全部的SQL語言，它是一種多線程、多用戶的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫[9]。它只有100多兆，占用磁盤空間小，安裝、運行方便；寫入數(shù)據(jù)所用時間短，存儲數(shù)據(jù)量大，每個表能夠處理5千多萬條數(shù)據(jù)；源代碼開放，SQL查詢算法更加優(yōu)化；完善的權(quán)限機制，安全性非常好[10]。

采用MySQL進行數(shù)據(jù)庫搭建，共有10張數(shù)據(jù)庫表，其功能如表1所示。

數(shù)據(jù)庫關(guān)系模型定義如下：①Userinfor 用戶信息表（用戶ID、用戶名、密碼、電話）；②Knowinfor 草莓知識數(shù)據(jù)表（知識ID、知識標題、知識內(nèi)容、知識圖片路徑、發(fā)表時間、發(fā)表來源）；③Mesinfor 草莓新聞數(shù)據(jù)表（新聞ID、新聞標題、新聞內(nèi)容、新聞圖片路徑、發(fā)表時間、發(fā)表來源）；④Queinfo 咨詢問題表（問題ID、問題題目、問題內(nèi)容、咨詢用戶、咨詢時間、問題圖片路徑）；⑤Fristansinfor 一級回復表（一級回復ID、問題ID、一級回復內(nèi)容、一級回復圖片路徑、一級回復用戶、一級回復時間、一級回復語音路徑）；⑥Secansinfor 二級回復表（二級回復ID、一級回復ID、二級回復內(nèi)容、二級回復圖片路徑、二級回復用戶、二級回復時間、二級回復語音路徑）；⑦Videofriclassinfor 教學視頻一級分類表（一級分類ID、一級分類名稱）；⑧Videosecclassinfor 教學視頻二級分類表（二級分類ID、二級分類名稱、一級分類ID）；⑨Videothreeclassinfor 教學視頻三級分類表（三級分類ID、三級分類名稱、二級分類ID）；⑩Videoinfor 教學視頻信息表（視頻ID、視頻標題、圖片路徑、視頻路徑、三級分類ID）。

2.3 服務(wù)器設(shè)計 服務(wù)器端采用Java Web的形式進行服務(wù)器的開發(fā)。該服務(wù)器使用了Spring MVC框架搭建，部署在Tomcat 7.0容器中。Spring MVC框架是一個簡單靈活的輕量級MVC框架，將AJAX技術(shù)引入到Spring MVC框架中，使其維護性更強[11]。在服務(wù)器中還使用了基于NIO的MINA技術(shù)，實現(xiàn)監(jiān)測大棚傳感器數(shù)據(jù)實時上傳下載。Apache Mina是一個能夠幫助用戶開發(fā)高性能和高伸縮性網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的框架，它通過Java nio技術(shù)基于TCP/IP和UDP/IP協(xié)議提供了抽象的、事件驅(qū)動的、異步的API[12]。

另外，該服務(wù)器的主要功能還包括對用戶身份的注冊與檢驗，對草莓知識和草莓新聞進行更新、修改和添加，使客戶端訪問草莓種植教學視頻，對用戶咨詢問題和解答問題的增刪改查等。

2.4 終端交互設(shè)計 用戶對APP的接觸始于視覺，基于觸覺，而視覺體驗是超越功能體驗最直接的存在[13]。草莓知識專家教學APP的受眾群體主要是廣大農(nóng)戶，結(jié)合農(nóng)戶自身特點，交互界面設(shè)計簡潔友好，操作流程清晰易懂。用戶視線遵循的是一條流暢的路徑，在界面低端設(shè)置導航欄，使用戶對整個軟件的功能一目了然，無論用戶處于哪個界面當中，都可以通過點擊導航欄中的按鈕來回切換界面、靈活跳轉(zhuǎn)。另外，視覺界面設(shè)計通常涉及的是讓界面呈現(xiàn)特定風格的美學元素的設(shè)計，包括布局、字體、顏色以及其他GUI中的元素[14]。將視覺元素的大小保持一致，采取適當?shù)呐渖桨?，從而形成一個布局清晰的界面，給用戶更加美好的視覺體驗。同時，為了方便農(nóng)戶操作，加入語音輸入的功能，減少用戶直接進行文字輸入。

2.5 傳感器獲取數(shù)據(jù)處理 2G通訊模塊與遠程服務(wù)器通訊正常時，以TCP/IP協(xié)議每隔10 min向服務(wù)器發(fā)送1次數(shù)據(jù)。TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）協(xié)議是一種網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議，有網(wǎng)絡(luò)層的IP協(xié)議和傳輸層的TCP協(xié)議[15]。數(shù)據(jù)包是JSON字符串格式，JSON字符串由鍵值對構(gòu)成，鍵值對之間使用“，”隔開。JSON作為一種輕量級的數(shù)據(jù)傳輸格式，可以在多種語言之間進行交換，且JSON易于閱讀和編碼，又是JavaScript規(guī)范的子集，便于機器解析，減少了解析XML帶來的性能和兼容性的問題[16]。傳感器獲取數(shù)據(jù)處理流程如圖3所示。

2.6 專家咨詢、發(fā)帖留言模塊處理 專家咨詢、發(fā)貼留言功能采用BBS模式，即一方發(fā)帖，其他人回帖的論壇形式。用戶提出問題后可由專家或其他用戶對該問題進行解答，除文字內(nèi)容外，該軟件同時支持每條信息上傳4張圖片。對于該軟件主要服務(wù)的農(nóng)業(yè)人員來說，很多人并不會熟練操作手機、電腦等信息化設(shè)備，要求他們打字錄入想要咨詢的問題不太現(xiàn)實，因此語音功能設(shè)置顯得極其重要。發(fā)送端將語音文件經(jīng)過BASE64壓縮編碼以后傳遞給接收端，接收端會根據(jù)相應(yīng)的解碼方式解析出發(fā)送的語音文件，從而實現(xiàn)語音傳輸?shù)墓δ躘17]。

3 草莓知識專家教學APP實現(xiàn)

草莓知識專家教學APP客戶端使用了面向?qū)ο蟮腏ava語言并在Eclipse平臺上進行開發(fā)。Java語言具有語法簡單、運行效率高、速度快、出錯率低、集成功能強的優(yōu)點，還可阻止其他惡意程序代碼對其攻擊，通過利用自身帶有的機制，保證Java程序代碼具有更高的安全性[18]。另外，Java語言還能在多個線程當中同時并行工作，線程與線程之間不會有任何影響[19]。

Jbuilder（簡單環(huán)境）和Eclipse（強大開發(fā)環(huán)境）是Java的開發(fā)平臺，該系統(tǒng)使用Eclipse開發(fā)環(huán)境作為上位機開發(fā)平臺。在Eclipse環(huán)境中，既能開發(fā)程序，又能進行相關(guān)程序的調(diào)試，在程序調(diào)試期間，可以任意中斷程序，達到早發(fā)現(xiàn)早處理的良好效果[20]。

經(jīng)過對系統(tǒng)反復調(diào)試，系統(tǒng)運行流暢并且穩(wěn)定，實現(xiàn)了農(nóng)戶對草莓大棚環(huán)境狀況的實時監(jiān)測，并且讓農(nóng)戶能夠隨時隨地學習草莓種植知識、與專家進行及時的互動和交流。草莓知識專家教學APP首頁如圖4所示。

4 結(jié)語

在移動互聯(lián)網(wǎng)的浪潮下，設(shè)計基于安卓平臺的草莓知識專家教學APP對于草莓種植業(yè)來說具有重要的應(yīng)用價值。該APP界面交互友好、操作簡單方便，讓農(nóng)戶隨時隨地監(jiān)測大棚內(nèi)部環(huán)境，并提供專家咨詢、用戶交流功能，實現(xiàn)了信息技術(shù)在草莓種植業(yè)上的應(yīng)用，推動了農(nóng)業(yè)信息化的發(fā)展。但該設(shè)計仍存在不足之處，應(yīng)結(jié)合其他領(lǐng)域的APP進行不斷優(yōu)化與完善，比如可增添視頻通訊、網(wǎng)絡(luò)電話等功能，真正做到農(nóng)戶與專家的“零距離”交流。

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