基于Android的蔬菜大棚環境監控及對農服務平臺構建

孫曉梅 ，馬德新，黃金光

(1.青島農業大學動漫與傳媒學院，山東 青島 266109；2.青島農業大學植物醫學學院，山東 青島 266109)

基于Android的蔬菜大棚環境監控及對農服務平臺構建

孫曉梅1，馬德新1，黃金光2

(1.青島農業大學動漫與傳媒學院，山東 青島 266109；2.青島農業大學植物醫學學院，山東 青島 266109)

構建了基于Android移動終端的以“環境監控”、“病情咨詢”、“科技培訓”、“農資超市”和“惠農政策”為主的蔬菜大棚環境監控及農業信息發布及咨詢平臺。系統通過傳感器采集大棚內的土壤濕度以及大棚內外的空氣溫濕度、風速、光照度等環境信息，然后利用移動通信網絡，傳輸傳感器信息至農戶手機，農戶通過Android 手機上的APP軟件隨時監控蔬菜大棚內外的環境信息。通過該平臺，農戶還能獲得專家咨詢、科技培訓、農資信息和惠民政策輸送等服務以避免生產和經營的盲目性。該系統應用方便快捷，具有對農服務的現實意義。

Android；蔬菜大棚；環境監測；對農服務；APP軟件

我國蔬菜大棚目前已形成規模化和產業化，在生產過程中，通過布置、安裝各種傳感器，可以實時監測大棚內外的環境信息，如溫度、濕度、二氧化碳濃度、光照度等，及時調整設置適合農作物生長的環境參數[1，2]，從而進一步提高農產品的產量和品質。同時，在農戶農作過程中，為其實時提供科技、金融、農資、培訓、咨詢等服務，可以使其及時了解行業信息動態，避免生產和經營的盲目性，有利于提高其經濟收益。

隨著移動通信網絡的普及以及智能手機的發展，移動互聯的生活方式給農業帶來了新的生機乃至變革。農戶只需一部手機就可以對農場進行實時遠程監控、在線交流、發布及獲取形式多樣的信息和資訊[3]。我們構建的基于Android移動終端(手機、平板電腦)的蔬菜大棚環境監控及對農服務平臺，利用開發的APP軟件，結合快速的移動通信網絡和手機系統，可以為農戶提供現場式的專家服務，具有便攜、實用、圖文并茂、人機界面友好以及不受時間和空間限制等特點，是一次農業信息化平臺的革新，對指導農業生產、提高農業現代化水平具有重要意義[4]。

1 移動端APP功能結構設計

基于Android移動終端的蔬菜大棚環境監控及對農服務平臺包括環境監控、病情咨詢、科技培訓、農資超市、惠農政策五大主要功能模塊，如圖1所示。“環境監控”模塊可定位到農戶自己的蔬菜大棚，隨時監控農場的生產狀況，并可發送信號控制大棚中的噴滴灌、遮陽、風機、照明等系統各應用子系統的開啟和關閉。“病情咨詢”設有指定作物提問和指定專家提問兩種方式，農戶可以針對生產問題進行提問，專家或其他用戶可以就問題進行解答和參與討論。提問和回復的內容匯總后在首頁顯示，其格式可以是文字，也可以是圖片。該功能模塊可供專家和農戶自由發言、交流和探討，能及時解決農民在生產過程中遇到的問題。“科技培訓”模塊能夠發布科技培訓信息，提供每日農技學習模塊，幫助農戶了解標準農業技術規程和農業生產實用技術。“農資超市”模塊可以提供當下熱賣的農用物資訊息，并可對當前位置進行定位，提供附近的農資店位置及聯系方式。“惠農政策”模塊用以發布有關民生政策、勞動保障、民政優撫、醫療保健、公共衛生、文化娛樂等便民服務信息，并提供農產品市場價格、農產品供求信息、金融政策及招商引資信息等的發布及查詢。

圖1移動端APP功能結構

2 環境監控模塊的開發

基于Android移動終端的蔬菜大棚環境監控模塊基于物聯網架構進行設計，采用Zigbee技術構建無線傳感網絡，具體功能構成如圖2所示。

圖2環境監控系統總體結構

系統通過布置在農業現場的各個無線傳感器采集蔬菜大棚內外的空氣溫濕度、土壤濕度、二氧化碳濃度、光照度等信號，通過協調器完成Zigbee網絡構建及無線數據采集收發，并通過串口將數據傳送至智能網關處理單元，與系統中預設的參數范圍進行比較，若超出安全范圍，則同時發布預警信息。監測數據與預警信息利用Socket通信通過IP網絡與移動終端APP系統完成通信。在移動端，用戶通過點擊智能手機或平板電腦上的功能圖標，通過IP網絡將控制命令傳送至智能網關處理單元，通過I/O端口驅動繼電器工作，實現傳感器采集數據的查詢及蔬菜大棚水泵、遮陽、風機、照明等設備的人工控制和自動控制，云終端服務器利用IP網絡完成數據的收發、處理和存儲。該系統實現了大棚內外環境信息的遠程隨時隨地查看和控制，主要可以實現以下幾個方面功能：

(1)采集農業環境信息。實現土壤溫濕度、空氣溫濕度、光照度、二氧化碳等傳感器的數據采集，用于全方位實時監測農作物的生長環境。

(2)農作物環境監控。系統可以即時完成數據監測，可以根據農作物的環境變化數據，通過移動終端或設定閾值控制溫度系統、光照度系統和灌溉系統，實現農業生長環境的科學調控。

(3)遠程監控功能。所有節點傳感器采集的數據將上傳至云服務平臺，通過移動終端設備實時監測溫室大棚的環境數據，實現農業物聯網的移動端應用。

該系統有效解決了蔬菜大棚種植區域分散、生產人員科技設備應用能力欠缺、傳統有線模式組網困難及操作復雜、監控距離受限、數據采集不科學不準確等問題，打破了對農戶時間和空間上的限制，應用方便快捷[5-7]。

3 移動端APP前端及后臺設計

3.1移動端APP原型界面設計

系統移動端的人機交互界面本著便捷、友好的設計原則，采用簡單、人性化的應用和高級控件完成設計開發，并通過加入一些優秀的開源組件提高用戶體驗[8-10]。

基于Android移動終端的蔬菜大棚環境監控及對農服務平臺通過地理信息技術以地圖形式顯示農場的總體布局，包括大棚作物的分布情況、各個無線傳感器的安裝位置以及各控制設備的安裝位置等。通過點擊區域圖像按鈕，可以調取大棚內外的現場圖像進行查看；點擊傳感器節點按鈕可以查看該傳感器節點的序號，查詢其采集到的溫度、濕度等實時數據；點擊控制設備按鈕可以查看設備的運行狀態，及時調整、發送控制指令驅動設備工作或維護修理，保證整個系統運行通暢；點擊“病情咨詢”按鈕，農戶可以針對生產過程中遇到的問題進行提問和求解，專家或其他用戶可以就問題進行解答和參與討論，提問和回復的內容格式可以是文字，也可以是圖片；點擊“農資超市”按鈕，手機網絡會通過 GPS 自動檢索當前地理位置進行定位和標記，并給出附近的農資超市信息。相關移動端原型界面如圖3所示。

3.2 APP后臺設計

后臺是管理整個APP系統的入口，在開發設計過程中，應充分考慮系統的可擴展性及人機界面的友好性。系統后臺管理主要包括以下功能模塊：

用戶管理：查看、修改、刪除用戶資料及鎖定、解鎖功能。

欄目管理：可以完成欄目的順序調整及新增、刪除。

新聞管理：對新聞進行大類和小類劃分，實現新聞的發布及管理。

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圖3移動端原型界面

留言管理：管理信息反饋及用戶留言，可在線回復，也可使用在線發信功能給于答復。

調查管理：發布、修改調查。

文件管理：管理用戶上傳的圖片及其他文件。

下載中心：可分類增加各種文件如驅動文件和技術文檔等的下載。

友情鏈接：新增、修改友情鏈接。

數據庫：在線表編輯，添加數據表，編輯數據庫，APP管理設置，歷史數據查詢功能，掛接網站等等。APP管理設置主要是設定大棚環境的閾值，歷史數據查詢主要是查閱歷史監控的大棚環境數據。

系統日志：記錄每一步系統操作，以保證系統安全。

4 結論

基于Android的蔬菜大棚環境監控及對農服務平臺能夠將大棚環境圖像、空氣溫濕度、土壤溫濕度、光照度等傳感器信號高效傳輸到手持移動終端設備，實現了監測數據的實時采集、傳輸及基于移動終端的信息回饋控制，同時在系統中增加了便于農戶交流學習和獲取資訊政策等信息的功能模塊，農戶可以不受時空限制隨時隨地查看和管理大棚環境數據及享用便民服務。隨著應用的深入，系統將進一步增加數據的智能分析模塊，以期利用監測到的歷史數據進行數據挖掘，為農戶提供更便捷有效的生產決策服務。

[1] 黃鶯．基于Android系統的蔬菜大棚環境參數監控系統[J]．江蘇農業科學，2014，42(12):423-425．

[2] 韓劍，莫德清．基于Android與GSM的溫室大棚遠程監控系統[J]．江蘇農業科學，2015，43(4):397-399．

[3] 冷偉鋒，馬占鴻．小麥條銹病移動端監測平臺的構建[J]．中國植保導刊，2015，35(5)：46-49．

[4] 韓曙光，張國鳴，羅川林．加快農作物病蟲害監測預警區域站規范化建設構想[J]．中國植保導刊，2015，35(11)：78-79．

[5] 趙繼春，劉世洪，喬珠峰．基于Android的智能溫室環境測控系統研究與實現[J]．江蘇農業科學，2016，44(3)：394-397．

[6] 仇天月，陳旭，馬超，等．基于智能手機的農業物聯網信息采集和發布系統的研究[J]．上海農業學報，2014，30(2)：6-9．

[7] 陳桂鵬，嚴志雁，瞿華香，等．基于Android手機的農業環境信息采集系統設計與實現[J]．廣東農業科學，2014(13)： 178-181．

[8] 屈赟，陶晡，張文靜．基于Android系統手機的蘋果病蟲害專家診斷系統設計[J]．北方園藝，2015(19)：202-205．

[9] 戴建國，賴軍臣．基于圖像規則與Android手機的棉花病蟲害診斷系統[J]．農業機械學報，2015，46(1)：35-44．

[10] 黃沖，劉萬才，張君．馬鈴薯晚疫病物聯網實時監測預警系統平臺開發及應用[J]．中國植保導刊，2015，35(12)：45-48．

EstablishmentofVegetableGreenhouseEnvironmentalMonitoringandAgriculturalServicePlatformBasedonAndroid

Sun Xiaomei1, Ma Dexin1,Huang Jinguang2

(1.AnimationandCommunicationCollege,QingdaoAgriculturalUniversity,Qingdao266109,China;2.CollegeofPhytomedicine,QingdaoAgriculturalUniversity,Qingdao266109,China)

An Android-based mobile platform has established for vegetable greenhouse environmental monitoring and agricultural information release and consultation. The system has the functions including environmental monitoring, disease consultation, scientific training, agricultural supermarket and preferential agricultural policy. The soil humidity, air temperature and humidity, wind speed, light and other environmental information can be collected by sensors in greenhouse and sent to the famers’ mobile phone through mobile communication network. By the APP software in Android phones, farmers can monitor the environmental information inside and outside greenhouse. Moreover, the platform provides expert consulting, science and technology training, agricultural information, preferential agricultural policies for farmers in order to avoid the blindness of production and management. The platform is easy to use with the practical significance to agricultural services.

Android; Vegetable greenhouse; Environmental monitoring; Agricultural service; APP software

S126

A

1001-4942(2017)10-0131-04

10.14083/j.issn.1001-4942.2017.10.028

2016-11-25；

2017-08-26

國家科技基礎條件平臺子項目“林業微生物資源標準化整理”(2005DKA21207-17)；國家重點研發計劃重點專項“黃淮海冬小麥化肥農藥減施技術集成研究與示范”(2017YFD0201705)；青島市民生科技計劃項目“智能化設施園藝技術開發及應用示范”(15-9-2-104-nsh)

孫曉梅(1975—)，女，碩士，副教授，研究方向為生物信息學、新媒體技術在對農服務中的應用。 E-mail：xmsun@qau.edu.cn

黃金光(1973—)，男，博士，教授，研究方向為生物信息學、植物病理學。 E-mail：jghuang@qau.edu.cn