基于Android平臺的園藝溫室監管系統的設計與實現

朱鴻杰+高會議

摘 要：為了解決個人計算機不能實時、實地對園藝大棚進行監管的限制，通過對Android系統的分析，該文提出了基于Android系統的園藝大棚監管系統。使用Android智能手機，利用無線網絡資源與遠程服務器進行交互，使園藝大棚的管理人員可以遠程實時、實地觀察園藝大棚內的環境信息，并通過對相關設備的控制調控，使花卉處于最佳生長環境。

關鍵詞：Android平臺；園藝溫室；花卉；管理系統

中圖分類號 S625 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2014）16-121-04

近些年來，隨著生活水平的不斷提高，景觀花卉越來越受到人們的青睞，需求量不斷增加，這使得園藝作物在我國農村經濟中的地位和作用日益突出[1-4]?；ɑ艿纳a過程最重要的就是對生長環境的監控，使其處于最佳生長環境。最初采用模擬的組合儀表，采集現場信息并進行指示，20世紀80年代末出現了分布式控制系統，目前基本采用基于計算機數據采集控制技術的多因子綜合調控系統[5-7]。我國設施農業在技術研究、技術裝備以及發展模式等方面與發達國家還有較大的差距。目前，我國設施農業的研究主要在互聯網、傳感網和物聯網技術的支持下，通過傳感器采集作物生長環境中的溫度、濕度、光照強度、CO2濃度等信息，通過傳感網進入互聯網，由個人在計算機上進行控制操作實現精準控制。然而，這種方式存在一定的缺陷，需要人員一直在機房進行觀察和控制[8-11]。為此，本文在分析現有的通過個人計算機來監控溫室環境系統的基礎上，以Android系統為平臺，實現利用智能手機來實現對溫室環境進行監控的系統，從而實現對園藝大棚的遠程化、智能化的監控。

1 Android平臺簡介

Android是一個以Linux為基礎的開源操作系統，主要用于移動設備，由Google和開放手持設備聯盟開發與領導。Android系統最初由Andy Rubin制作，2005年8月被Google收購。2007年11月，Google與84家硬件制造商、軟件制造商及電信運營商組成開放手持設備聯盟，來共同研發改良Android系統，并生產搭載Android的智能型手機[12]。除了開放手持設備聯盟之外，Android還擁有許多全球各地開發者組成的開源社區，來專門負責開發Android應用程序和第三方Android操作系統，以延長和擴展Android的功能和性能[13]。2011年第三季度，根據市場調研公司Gartner的數據顯示，Android操作系統在全球智能手機操作系統中的份額達到了52.5%[14]。

Android的內核基于Linux，除了內核外，則是應用程序層、應用程序框架層、庫和Android運行時。在應用程序層，Android平臺搭載了一系列的應用程序，例如：日歷、瀏覽器、游戲以及其他開發者開發的程序等。應用框架層使得開發人員可以隨意地使用框架的API來實現自己的功能，應用程序框架對組件之間的重用做了簡化。在Android平臺下，任何應用程序都可以發布自己的功能模塊，其他的應用程序依據一定的安全限制就可以無阻礙地訪問這些模塊。Android包括一個核心庫，該庫包含了Android不同組件調用的C/C++庫。Android為每一個應用程度分配一個獨立的基于寄存器的Dalvik虛擬機，Dalvik虛擬機并不直接執行編譯后的Java類文件，而是通過內置的dx工具將其轉換為“.dex”格式后再執行[15]。

2 系統總體設計

2.1 系統功能設計 本文根據無錫市高科技農業示范園內的園藝花卉生產大棚的實際生產情況設計系統的主要功能如下：（1）系統登錄：用于園藝大棚管理員登錄管理系統，避免其他人員利用管理員的手機對園藝大棚進行誤操作。（2）大棚選擇：用于園藝大棚管理員選擇操作的對象。（3）實時信息查詢：主要實現對管理員選擇的大棚的當前棚內空氣溫濕度、土壤溫濕度、CO2濃度以及光照強度等環境信息的查看，系統還提供了各個環境因子的當日數據曲線圖，直觀的顯示環境信息的走勢。（4）設備控制：主要實現對園藝大棚內設置的補光燈、通風扇、遮陽網、抽水泵等設備進行控制，并可以設置是否由系統自動控制。（5）閾值設置：主要實現對各個環境因子參數的上下限的設置，為系統自動控制設備調節園藝大棚內環境提供支持。圖3為該系統功能模塊圖。

2.2 服務器端設計 服務器端采用Java Servlet，Java Servlet是用Java編寫的服務器端程序，其主要功能在于交互式地瀏覽和修改數據。其工作模式為：客戶端發送請求到服務器，服務器啟動并調用Servlet，Servlet根據客戶端請求響應內容并將其傳送給服務器，服務器將響應返回客戶端。

2.3 用戶界面設計 Android用戶界面的每一個獨立元素都是使用源于ViewGroup的各種布局管理器布置到屏幕上的。界面設計主要包括以下3個方面：（1）視圖：所有可視界面元素的基類，所有的用戶界面控件以及布局類都是由View派生而來的。（2）視圖組：視圖類的擴展，可以包含多個視圖。（3）活動：代表顯示給用戶的窗口。一個新活動在剛被創建時是一個空白屏幕，可以把用戶界面放在上面，要設置用戶界面可以調用setContentView，并傳入要顯示的視圖實例活界面布局資源。

3 系統實現

3.1 數據庫構建 花卉園藝大棚監管系統包括5個表，即環境信息表、設備表、用戶表、園藝大棚表和閾值表。采用Microsoft SQL Server 2008作為服務器端數據庫管理系統。環境信息表存儲所有園藝大棚內的各環境因子的不同時間點的值。設備表記錄園藝大棚內的各種調節環境的生產設備的名稱，當前狀態等信息。用戶表記錄能夠登錄花卉園藝大棚監管系統的用戶及密碼，用戶表還記錄了用戶的個人信息以及對園藝大棚的管理權限。園藝大棚表記錄大棚的基本信息，包括大棚所在位置，棚內花卉名稱及負責人等信息。閾值表記錄所有大棚內各環境因子的上下限值。endprint

3.2 關鍵開發技術

3.2.1 Servlet處理客戶端請求 Java Servlet API的類和接口組成2個Java包：Javax.servlet和Javax.servlet.http。Javax.servlet.Servlet接口是所有Java Servlet的基本接口，該接口中的init（）方法用于Servlet實例化，在初始化Servlet之后，調用service（）方法來處理用戶請求并返回響應。HttpServlet類擴展了GenericServlet類，并為Servlet接口提供了面向HTTP協議的實現代碼。當HttpServlet類型的對象接收到出傳遞過來的HTTP請求時，則調用service（）方法。service（）方法判斷HTTP請求消息的方法類型，然后將傳入的請求信息轉發給響應的處理方法[17]。

3.2.2 客戶端顯示曲線圖 AChartEngine是專為Android系統設計的圖形庫，可以用于繪制多種圖標。在使用AChartEngine之前在網上選擇下載合適的版本的jar包。在Eclipse開發環境中通過“configure Build Path”導入jar包，就可以使用AChartEngine提供的各種類。XYMultipleSeriesRenderer類可以設置曲線圖的格式，包括顏色，點和線的形狀等。XYMultipleSeriesDataset類可以保存數據，包括每條曲線的縱橫坐標。

3.3 系統實現 花卉園藝大棚監管系統是利用Eclipse配置Android開發環境，使用Java語言開發的。Eclipse是目前十分流行的Java開發軟件，在其上可以十分方便地下載和安裝Android SDK以及開發所需的ADT。作者已經在Android模擬器和三星I9003手機上進行了測試。系統運行的硬件環境為智能手機，Android操作系統為Android 2.1及以上版本，并要求手機能夠連接無線網絡。

4 結論

本文基于Android操作系統開發了園藝大棚監管系統。該系統通過Android智能手機可以實時查看園藝大棚內的空氣溫濕度、土壤溫濕度、CO2濃度和光照強度等參數，然后用戶可以通過對設備的開關來調節大棚內的環境，使棚內花卉處于最佳生長狀態，從而實現園藝大棚的遠程化、智能化、自動化管理。該系統有效地解決了通過個人計算機不能實時實地進行園藝大棚監控的限制，且隨著智能手機的普及，更有利于基于Android系統的園藝大棚監管的推廣和應用。

參考文獻

[1]朱德蔚，韓振海，王德檳.改革開放中的中國園藝科技[J].中國農業大學學報，2005，10（4）：51-54.

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[9]張艷紅，趙勇. 河北省溫室農業現狀及發展[J].南水北調與水利科技，2007，5（4）：90-93.

[10]周小波.基于物聯網技術的設施農業在線測控系統設計[J].太原科技大學學報，2011，32（3）182-185.

[11]張長利，沈維政.物聯網在農業中的應用[J].東北農業大學學報，2011，42（5）：1-5.

[12]Rob Jackson.Sony Ericsson， HTC Androids Set For Summer 2009[Z].Android Phone Fans，2008，12.

[13]Shankland， Stephen.Google's Android parts ways with Java industry group[Z].CNET News，2007，11.

[14]Gartner Says Sales of Mobile Devices Grew 5.6 Percent in Third Quarter of 2011；Smartphone Sales Increased 42 Percent，2011，11.

[15]吳亞峰，索伊娜.Android核心技術與實例詳解[M].北京：電子工業出版社，2011：20-21.

[16]Reto Meier.Android2 高級編程（第2版）[M].北京：清華大學出版社，2010：13.

[17]陳海山.深入Java Servlet網絡編程[M].北京：清華大學出版社，2002：9-14. （責編：張宏民）endprint

3.2 關鍵開發技術

3.2.1 Servlet處理客戶端請求 Java Servlet API的類和接口組成2個Java包：Javax.servlet和Javax.servlet.http。Javax.servlet.Servlet接口是所有Java Servlet的基本接口，該接口中的init（）方法用于Servlet實例化，在初始化Servlet之后，調用service（）方法來處理用戶請求并返回響應。HttpServlet類擴展了GenericServlet類，并為Servlet接口提供了面向HTTP協議的實現代碼。當HttpServlet類型的對象接收到出傳遞過來的HTTP請求時，則調用service（）方法。service（）方法判斷HTTP請求消息的方法類型，然后將傳入的請求信息轉發給響應的處理方法[17]。

3.2.2 客戶端顯示曲線圖 AChartEngine是專為Android系統設計的圖形庫，可以用于繪制多種圖標。在使用AChartEngine之前在網上選擇下載合適的版本的jar包。在Eclipse開發環境中通過“configure Build Path”導入jar包，就可以使用AChartEngine提供的各種類。XYMultipleSeriesRenderer類可以設置曲線圖的格式，包括顏色，點和線的形狀等。XYMultipleSeriesDataset類可以保存數據，包括每條曲線的縱橫坐標。

3.3 系統實現 花卉園藝大棚監管系統是利用Eclipse配置Android開發環境，使用Java語言開發的。Eclipse是目前十分流行的Java開發軟件，在其上可以十分方便地下載和安裝Android SDK以及開發所需的ADT。作者已經在Android模擬器和三星I9003手機上進行了測試。系統運行的硬件環境為智能手機，Android操作系統為Android 2.1及以上版本，并要求手機能夠連接無線網絡。

4 結論

本文基于Android操作系統開發了園藝大棚監管系統。該系統通過Android智能手機可以實時查看園藝大棚內的空氣溫濕度、土壤溫濕度、CO2濃度和光照強度等參數，然后用戶可以通過對設備的開關來調節大棚內的環境，使棚內花卉處于最佳生長狀態，從而實現園藝大棚的遠程化、智能化、自動化管理。該系統有效地解決了通過個人計算機不能實時實地進行園藝大棚監控的限制，且隨著智能手機的普及，更有利于基于Android系統的園藝大棚監管的推廣和應用。

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3.2 關鍵開發技術

3.2.1 Servlet處理客戶端請求 Java Servlet API的類和接口組成2個Java包：Javax.servlet和Javax.servlet.http。Javax.servlet.Servlet接口是所有Java Servlet的基本接口，該接口中的init（）方法用于Servlet實例化，在初始化Servlet之后，調用service（）方法來處理用戶請求并返回響應。HttpServlet類擴展了GenericServlet類，并為Servlet接口提供了面向HTTP協議的實現代碼。當HttpServlet類型的對象接收到出傳遞過來的HTTP請求時，則調用service（）方法。service（）方法判斷HTTP請求消息的方法類型，然后將傳入的請求信息轉發給響應的處理方法[17]。

3.2.2 客戶端顯示曲線圖 AChartEngine是專為Android系統設計的圖形庫，可以用于繪制多種圖標。在使用AChartEngine之前在網上選擇下載合適的版本的jar包。在Eclipse開發環境中通過“configure Build Path”導入jar包，就可以使用AChartEngine提供的各種類。XYMultipleSeriesRenderer類可以設置曲線圖的格式，包括顏色，點和線的形狀等。XYMultipleSeriesDataset類可以保存數據，包括每條曲線的縱橫坐標。

3.3 系統實現 花卉園藝大棚監管系統是利用Eclipse配置Android開發環境，使用Java語言開發的。Eclipse是目前十分流行的Java開發軟件，在其上可以十分方便地下載和安裝Android SDK以及開發所需的ADT。作者已經在Android模擬器和三星I9003手機上進行了測試。系統運行的硬件環境為智能手機，Android操作系統為Android 2.1及以上版本，并要求手機能夠連接無線網絡。

4 結論

本文基于Android操作系統開發了園藝大棚監管系統。該系統通過Android智能手機可以實時查看園藝大棚內的空氣溫濕度、土壤溫濕度、CO2濃度和光照強度等參數，然后用戶可以通過對設備的開關來調節大棚內的環境，使棚內花卉處于最佳生長狀態，從而實現園藝大棚的遠程化、智能化、自動化管理。該系統有效地解決了通過個人計算機不能實時實地進行園藝大棚監控的限制，且隨著智能手機的普及，更有利于基于Android系統的園藝大棚監管的推廣和應用。

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[12]Rob Jackson.Sony Ericsson， HTC Androids Set For Summer 2009[Z].Android Phone Fans，2008，12.

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[17]陳海山.深入Java Servlet網絡編程[M].北京：清華大學出版社，2002：9-14. （責編：張宏民）endprint