基于Android手機(jī)的遠(yuǎn)程盆栽澆灌測(cè)控系統(tǒng)研究

劉宇彤

摘 要：針對(duì)因澆灌不及時(shí)所造成盆栽花卉生長(zhǎng)問(wèn)題，提出了一種基于Android手機(jī)的遠(yuǎn)程盆栽澆灌測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。該方案綜合運(yùn)用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)與自動(dòng)化控制、傳感器等技術(shù)，通過(guò)操作手機(jī)程序界面，實(shí)現(xiàn)了傳感器數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示，對(duì)電磁閥啟/停的控制，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)澆灌情況和植物生長(zhǎng)情況視頻信息的實(shí)時(shí)顯示等功能。不受時(shí)間地域限制，用戶可在任何具備網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地方從手機(jī)上獲取數(shù)據(jù)，實(shí)施監(jiān)控，系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)單、安裝方便、實(shí)用的優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：Android ； LabVIEW ； 遠(yuǎn)程； 測(cè)控

中圖分類(lèi)號(hào)：TP272 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.10.007

隨著生活水平的提高，人們喜歡在家中或工作學(xué)習(xí)的場(chǎng)所養(yǎng)植一些盆栽植物，不僅可以美化居住環(huán)境，凈化室內(nèi)空氣，還能增添生活情趣。但人們往往由于工作繁忙、出差、旅游等原因會(huì)有較長(zhǎng)一段時(shí)間無(wú)法對(duì)植物進(jìn)行管理，造成植物生長(zhǎng)出現(xiàn)問(wèn)題，這其中80%以上又是由于不能及時(shí)澆灌而引起的。在網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣的當(dāng)下，通過(guò)人們隨身攜帶的手機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程澆花的實(shí)現(xiàn)，并可觀測(cè)到植物的實(shí)時(shí)狀態(tài)，將能有效解決這一問(wèn)題。

LabVIEW是美國(guó)NI公司研制開(kāi)發(fā)的一種程序開(kāi)發(fā)環(huán)境，是目前應(yīng)用最廣、發(fā)展最快、功能最強(qiáng)的圖形化軟件，應(yīng)用它可以開(kāi)發(fā)主控計(jì)算機(jī)端的遠(yuǎn)程澆灌系統(tǒng)應(yīng)用程序。Data Dashboard是NI公司提供的一個(gè)運(yùn)行在智能手機(jī)上的客戶端應(yīng)用程序，使用它可以建立一個(gè)自定義、便攜的LabVIEW應(yīng)用界面。因此，在Data Dashboard平臺(tái)上開(kāi)發(fā)一種遠(yuǎn)程澆灌系統(tǒng)，通過(guò)人們隨身攜帶的手機(jī)進(jìn)行控制，并可看到植物的實(shí)時(shí)狀態(tài)，將有效解決植物無(wú)人澆灌的問(wèn)題。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要由主控計(jì)算機(jī)、路由器、網(wǎng)絡(luò)攝像頭、數(shù)據(jù)采集/控制卡、直流電源、繼電器、電磁閥、管路、儲(chǔ)水罐、光照度傳感器、澆灌滴頭、土壤溫濕度傳感器和Android手機(jī)等構(gòu)成。數(shù)據(jù)采集/控制卡、直流電源和繼電器構(gòu)成了盆栽澆灌測(cè)控系統(tǒng)的控制單元。土壤溫濕度傳感器、光照度傳感器和電磁閥通過(guò)控制單元與主控計(jì)算機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器的數(shù)據(jù)處理和電磁閥的控制。主控計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)攝像頭分別通過(guò)網(wǎng)線與路由器連接，并通過(guò)WIFI或3G/4G網(wǎng)絡(luò)與Android手機(jī)通信。

主控計(jì)算機(jī)中的LabVIEW應(yīng)用程序通過(guò)控制多功能數(shù)據(jù)采集/控制卡來(lái)實(shí)現(xiàn)傳感器的數(shù)據(jù)采集和開(kāi)關(guān)量輸出，并運(yùn)用LabVIEW軟件的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和發(fā)布網(wǎng)絡(luò)共享變量的功能，在Data Dashboard開(kāi)發(fā)平臺(tái)上開(kāi)發(fā)能應(yīng)用于支持Android系統(tǒng)的智能手機(jī)和平板電腦的盆栽遠(yuǎn)程澆灌測(cè)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)能夠通過(guò)操作手機(jī)程序界面，實(shí)現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示、對(duì)電磁閥的啟/停的控制、對(duì)現(xiàn)場(chǎng)澆水情況和植物生長(zhǎng)情況視頻信息的實(shí)時(shí)顯示等功能。其架構(gòu)圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 數(shù)據(jù)采集/控制的關(guān)鍵技術(shù)

本系統(tǒng)的輸入輸出參數(shù)為：

（1）電磁閥的控制：線圈功率：≤8 W；壓力范圍：0～1.0 MPa；接管口徑：2.5 mm；供電電壓：DC24 V；形式：常閉型。

（2）土壤溫濕度傳感器：供電電壓：DC12～30 V；電流輸出：4～20 mA；量程：水分：0～100%；溫度：-40～80 ℃。

（3）光照度傳感器：供電電壓：DC12～30 V；電流輸出：4～20 mA；量程：0～2萬(wàn)Lux。

為了實(shí)現(xiàn)采集澆灌系統(tǒng)中的土壤溫濕度和光照度傳感器的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，并控制電磁閥啟/停的功能，本系統(tǒng)采用一種帶有2路AI、2路DI、2路DO、兩路計(jì)數(shù)功能的USB 2AD Plus數(shù)據(jù)采集模塊。該模塊依靠電腦USB供電，無(wú)需外部電源，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)模擬量傳感器的數(shù)據(jù)采集和電磁閥數(shù)字量控制等功能。

2.2 視頻監(jiān)控技術(shù)

視頻監(jiān)控采用云臺(tái)球型網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控?cái)z像頭，它與無(wú)線路由器通過(guò)網(wǎng)線連接，并通過(guò)WIFI或3G/4G與Android手機(jī)通訊。主控計(jì)算機(jī)通過(guò)路由器與網(wǎng)絡(luò)攝像頭進(jìn)行通訊，在攝像頭的網(wǎng)絡(luò)配置中將其設(shè)置為與主控計(jì)算機(jī)IP同段的固定IP地址。主控計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)中，在主界面添加WebBrowser-NET控件，通過(guò)訪問(wèn)攝像頭的IP地址，可在主控計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序的主界面中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)澆花現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)視頻存儲(chǔ)、回放、角度調(diào)整、視角控制、調(diào)焦、鏡頭伸縮等功能。

在主控計(jì)算機(jī)上獲取網(wǎng)絡(luò)攝像頭的序列號(hào)，通過(guò)監(jiān)控眼APP可在手機(jī)中實(shí)現(xiàn)對(duì)澆灌過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

3 主控計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)

主控計(jì)算機(jī)的應(yīng)用軟件采用labVIEW系統(tǒng)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，它實(shí)現(xiàn)了土壤溫濕度、光照度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示，電磁閥的手動(dòng)/自動(dòng)控制及運(yùn)行狀態(tài)顯示，實(shí)時(shí)顯示澆花現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行場(chǎng)景和攝像頭的全方位角度變換、參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)查詢等功能。

3.1 程序主體框架

程序主體框架采用事件處理與生產(chǎn)者消費(fèi)者循環(huán)組合程序架構(gòu)，通過(guò)隊(duì)列對(duì)程序中發(fā)生的事件進(jìn)行判斷，主程序采用狀態(tài)機(jī)架構(gòu)，通過(guò)“初始化”后執(zhí)行“采、存、判”程序?！耙曨l”“查詢數(shù)據(jù)”“手動(dòng)控制”“自動(dòng)控制”“退出”則作為生產(chǎn)者的事件子程序運(yùn)行。主框架程序如圖2所示。

3.2 多功能數(shù)據(jù)采集/控制卡的軟件開(kāi)發(fā)

因?yàn)楸鞠到y(tǒng)中含有模擬量輸入、數(shù)字量輸出，所以在軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中對(duì)每一種信號(hào)的測(cè)控都要單獨(dú)考慮。模擬量輸入程序如圖3所示。電磁閥啟/停程序如圖4所示。

4 Android手機(jī)端軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的手機(jī)端軟件在Data Dashboard應(yīng)用程序上開(kāi)發(fā)，通過(guò)拖拽一些輸入控件和顯示控件，將這些控件與LabVIEW應(yīng)用程序中網(wǎng)絡(luò)服務(wù)或者網(wǎng)絡(luò)發(fā)布的共享變量連接起來(lái)就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)，從而快捷地建立一個(gè)自定義、便攜的遠(yuǎn)程澆灌測(cè)控系統(tǒng)操控界面。測(cè)控系統(tǒng)APP界面如圖5所示。具體實(shí)現(xiàn)方法如下：

（1）在主控計(jì)算機(jī)的Windows防火墻上進(jìn)行允許程序的設(shè)置， 將C：Windowssystem32lkads.exe，C：Windowssystem32lktsrv.exe，C：Program FilesNationalInstrumentsSharedTaggertagsrv.exe三個(gè)文件添加為允許訪問(wèn)的程序。

（2）將主控計(jì)算機(jī)LabVIEW應(yīng)用程序中土壤溫濕度、光照度傳感器的數(shù)值設(shè)置為讀取模式的網(wǎng)絡(luò)變量，電磁閥的開(kāi)關(guān)量值設(shè)置為寫(xiě)入模式的網(wǎng)絡(luò)變量。

（3）在Android手機(jī)的Data Dashboard應(yīng)用程序上，通過(guò)連接主控計(jì)算機(jī)的IP地址，添加土壤溫度、土壤濕度、光照度傳感器的數(shù)值網(wǎng)絡(luò)變量，可同步顯示土壤溫濕度、光照度的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)；通過(guò)添加電磁閥的開(kāi)關(guān)量值的網(wǎng)絡(luò)變量，可通過(guò)按鈕操作實(shí)現(xiàn)電磁閥的啟/停。

在主控計(jì)算機(jī)上通過(guò)獲取網(wǎng)絡(luò)攝像頭遠(yuǎn)程序列號(hào)，可實(shí)現(xiàn)在Android手機(jī)監(jiān)控APP上實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行場(chǎng)景和攝像頭的全方位角度變換。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)運(yùn)用LabVIEW系統(tǒng)軟件中網(wǎng)絡(luò)服務(wù)/發(fā)布共享變量的功能，在支持Android系統(tǒng)的Data Dashboard軟件中開(kāi)發(fā)的基于Android手機(jī)的遠(yuǎn)程盆栽澆灌測(cè)控系統(tǒng)，通過(guò)操作手機(jī)，就能利用主控計(jì)算機(jī)程序和數(shù)據(jù)采集/控制卡實(shí)現(xiàn)對(duì)盆栽植物土壤環(huán)境信息的遠(yuǎn)程采集與顯示，并能對(duì)電磁閥的啟/停進(jìn)行控制，對(duì)視頻圖像的實(shí)時(shí)顯示。本系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、功能全、可視化和圖形化操作等特點(diǎn)。

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