基于Android平臺的智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的設(shè)計與實(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平臺的智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的設(shè)計與實(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)計并實(shí)現(xiàn)了一套基于Android平臺的智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)能將通過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)時顯示在Android平臺的智能設(shè)備上；同時，能遠(yuǎn)程或自動控制水泵、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)者基本上都是通過自己的感覺或經(jīng)驗(yàn)來進(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，通過人的感知能力來管理上述環(huán)境參數(shù)，是無法做到準(zhǔn)確性要求的[1-2]。而通過應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)，生產(chǎn)者可以通過傳感器獲得信息進(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)的操作時間。本文主要從軟件的角度，通過聯(lián)想智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)設(shè)備來模擬實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的獲取、展示、預(yù)警和遠(yuǎn)程控制，來實(shí)現(xiàn)智能農(nóng)業(yè)的核心問題之一，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，減少勞動力，減少生產(chǎn)成本。

該基于Android平臺的智能農(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開發(fā)工具，數(shù)據(jù)庫采用Mysql 5.0，輔助開發(fā)工具為Adobe Photoshop CS5等。

1 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計

該系統(tǒng)包括服務(wù)端與客戶端兩個部分。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??；用戶管理模塊包括對用戶基本信息的增、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)的動態(tài)顯示；歷史數(shù)據(jù)查詢包括在一定時間內(nèi)對各個環(huán)境指標(biāo)的數(shù)據(jù)查詢功能；遠(yuǎn)程控制模塊包括對LED光源、風(fēng)扇、水泵和蜂鳴器等的遠(yuǎn)程控制；自動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)備自動開關(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)活動圖

2 基于Android平臺的智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計

數(shù)據(jù)庫是一個軟件系統(tǒng)的重要組成部分，數(shù)據(jù)庫的設(shè)計顯得尤為重要，基于Android平臺智能設(shè)備使用的數(shù)據(jù)庫是SQLite數(shù)據(jù)庫。SQLite數(shù)據(jù)庫是一種輕量級的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，廣泛運(yùn)用于移動設(shè)備中。由于智能設(shè)備存儲容量相對普通PC來說是有限的，因此本系統(tǒng)盡量少存儲信息在數(shù)據(jù)庫中，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)庫中，來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)庫具體設(shè)計如表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)計與實(shí)現(xiàn)

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

用戶注冊、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)時變化，并通過Grid-View控件顯示，如圖5所示。

功能實(shí)現(xiàn)：通過解析智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)服務(wù)端JSON（JavaScript Object Notation）數(shù)據(jù)，將服務(wù)端通過串口所獲取的傳感器數(shù)值顯示到GridView控件的各個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)庫中。超過指定的閥值，該指標(biāo)的數(shù)據(jù)背景圖片會變成黑色，如圖5中CO2濃度異常即顯示黑色圖片，便于用戶發(fā)現(xiàn)并及時處理問題。

圖5 環(huán)境指標(biāo)界面

3.2 歷史查詢界面設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

通過圖6所示的歷史查詢界面，用戶可以對各傳感器的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢功能[5]。在該界面中，選擇對應(yīng)的傳感器，再選擇需要查詢的時間段，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。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，也是方便用戶對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)的觀察和分析。方便用戶對過去的數(shù)據(jù)進(jìn)行了解、分析從而安排接下來的工作。

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Android平臺下較好的圖形報表開發(fā)庫achartengine實(shí)現(xiàn)。具體DEMO及幫助文檔可參見該項(xiàng)目的地址：http：//code.google.com/p/achartengine/。

圖6 歷史查詢界面

3.3 手動控制設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

手動控制即遠(yuǎn)程控制設(shè)計如圖7所示，包括對LED光源、風(fēng)扇、水泵和蜂鳴器等的遠(yuǎn)程控制，達(dá)到通過Android設(shè)備來遠(yuǎn)程操作聯(lián)想智能農(nóng)業(yè)設(shè)備的功能[6]。通過模擬實(shí)現(xiàn)當(dāng)農(nóng)田缺少相關(guān)環(huán)境指標(biāo)時及時的遠(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)端通過解析JSON數(shù)據(jù)，并通過串口對相關(guān)的設(shè)備進(jìn)行操作。操作完成后，服務(wù)端會傳遞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)程操作并及時了解操作是否如期完成。

4.4 系統(tǒng)設(shè)置設(shè)計與實(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。此處介紹自動控制部分功能，自動控制與上文中的手動控制即遠(yuǎn)程控制是相對而言的，當(dāng)在系統(tǒng)設(shè)置為自動控制時，智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)服務(wù)端自動起作用，進(jìn)行相關(guān)的環(huán)境的調(diào)節(jié)功能和開啟相關(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)端通過解析JSON數(shù)據(jù)，將通過串口對相關(guān)的控制器在一定的邏輯下進(jìn)行自動操作。

圖7 手動控制界面

圖8 系統(tǒng)設(shè)置界面

4 結(jié)語

“智能農(nóng)業(yè)”是短短數(shù)年來迅猛發(fā)展起來的一種農(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平臺的智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的開發(fā)能更好地服務(wù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，通過聯(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)計與實(shí)現(xiàn)，用戶可以實(shí)時監(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[J].科技廣場，2011（7）：73-75.

[2]王冬.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實(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，2003，19（4）：7-11.

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

[5]張榮超，沈陽.Android項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)：智能農(nóng)業(yè)移動管理系統(tǒng)開發(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：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平臺的云計算課程實(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，移動互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)，高職教育教學(xué)等。