一 種 智 能 農(nóng) 業(yè) 物 聯(lián) 網(wǎng) 系 統(tǒng) 的 設 計

付承彪， 田安紅

(曲靖師范學院 信息工程學院，云南 曲靖 655011)

0 引 言

我國農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)效率與地理環(huán)境息息相關，如何準確高效的采集農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境所需的信息資源，是現(xiàn)代化信息農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和管理的關鍵[1-3]。隨著Android手機的大力發(fā)展與推廣，為農(nóng)業(yè)的高效生產(chǎn)奠定了信息化服務。本文開發(fā)基于Android手機的智能農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)[4-7]，旨在使得粗放型的勞動生產(chǎn)方式進行轉型，采用現(xiàn)代農(nóng)業(yè)方式，實現(xiàn)精準種植和智能的管理控制。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)增長主要依賴于自然環(huán)境資源，而現(xiàn)在農(nóng)業(yè)增長可依賴于信息資源，輔助現(xiàn)代化的信息技術，使得傳統(tǒng)不可控的農(nóng)業(yè)得到有效的控制。智能農(nóng)業(yè)虛擬平臺系統(tǒng)從農(nóng)業(yè)種植管理的角度出發(fā)，采用物聯(lián)網(wǎng)技術在信息化農(nóng)業(yè)中的方式[8-10]，來提高農(nóng)業(yè)效率，指導農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，改革農(nóng)業(yè)的管理。本系統(tǒng)從溫度、濕度、光照強度、二氧化碳濃度四個方面進行數(shù)據(jù)分析，得到適宜農(nóng)作物生長的數(shù)據(jù)，為農(nóng)業(yè)管理者提供有價值的支撐數(shù)據(jù)。本文開發(fā)的智能農(nóng)業(yè)虛擬平臺對進一步推廣智能農(nóng)業(yè)有一定的參考價值。

1 技術原理

本系統(tǒng)采用的開發(fā)語言為Java[11-14]，關鍵技術是布局和數(shù)據(jù)儲存，布局用來設計用戶交互界面，用戶界面的設計是否美觀，是否合理直接影響用戶體驗，而數(shù)據(jù)存儲技術則記錄了用戶所有的操作數(shù)據(jù)，和用戶所需要提取的數(shù)據(jù)信息。在 Android 中，采用xml 技術來設計軟件的UI(User Interface)，然而在xml中，控件的位置和狀態(tài)與布局息息相關，在Android系統(tǒng)中常用的布局有5種，絕對布局(AbsoluteLayout)、相對布局(RelativeLayout)、線性布局(LinearLayout)、單幀布局(FrameLayout)、表格布局(TableLayout)。鑒于布局間的互相嵌套作用，Android軟件UI的設計變得非常靈活，通過合理使用布局，能夠容易地實現(xiàn)復雜界面的設計。同時，可通過Jason數(shù)組進行解析數(shù)據(jù)的功能，利用JSP(動態(tài)網(wǎng)頁技術)將數(shù)據(jù)顯示網(wǎng)頁上，再通過http協(xié)議獲取網(wǎng)頁上的數(shù)據(jù)。通過Android 技術進行前臺開發(fā)，本軟件系統(tǒng)能夠在Android手機上運行，并實現(xiàn)遠程操作控制。

2 系統(tǒng)的架構

本系統(tǒng)設計的基于Android智能手機的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)[15-18]實時展示系統(tǒng)，采用的是分層架構的思想。總體結構圖如圖1所示，分為手機客戶端和服務器端，采用的是C/S架構，服務器端通過監(jiān)視器，收集到無線傳感器采集的信息，并將數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫，實時的更新農(nóng)業(yè)基地室內情況，以及響應手機客戶端的請求。智能設備通過網(wǎng)絡從服務器端獲取信息，可由網(wǎng)絡實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)信息查看與農(nóng)業(yè)現(xiàn)場的遠程控制，長期監(jiān)控農(nóng)業(yè)基地農(nóng)業(yè)的生長狀況，該系統(tǒng)能降低農(nóng)民及農(nóng)業(yè)技術人員的勞動強度，提高農(nóng)業(yè)信息化水平。

圖1 系統(tǒng)架構圖

3 總體設計思路

3.1 開發(fā)環(huán)境

搭建Android開發(fā)環(huán)境，主要需要4個軟件，分別為Java SDK、Eclipse、Android SDK和ADT，詳細的搭建步驟為:第1步，首先到 http://www.eclipse.org/downloads/網(wǎng)站上下載 Eclipse 集成開發(fā)環(huán)境并且解壓，推薦下載 Java EE 集成版本。接著再去下載SDK，并解壓后安裝，http://java.sun.com/javase/downloads/index.jsp 站點下載,最后在下載 AndroidSDK1.5 后解壓http://dl.google.com/android/android-sdk-windows-1.5_r1.zip。第2步，雙擊 Eclipse 解壓后目錄中的 eclipse.exe 然后啟動，選擇 Eclipse 菜單中的Help-> Install New Software-> 選項卡上的 Available Software，點擊右側的“Add”輸入 http://dl-ssl.google.com/android/eclipse/后確定，然后在“Work with”下拉菜單中選擇剛才輸入的網(wǎng)址。在出現(xiàn)一個 Developer Tools 選項后，勾上以后點擊 Next以后 Eclipse 會自動網(wǎng)上查找 Android 開發(fā)工具插件，然后找到 Android DDMS 和Android Development Tools，選中這兩個點擊 Finish，Eclipse 就會自動下載并安裝Android 插件了，最后會提示重啟 Eclipse。第3步，在Windows7的系統(tǒng)變量中的path變量中添加一個值， 該值指向解壓后的AndroidSDK 目錄下的tools文件夾。

3.2 手機端的實現(xiàn)

手機端的設計主要考慮便攜性，設計基于Android環(huán)境的APK應用，利用java語言在Eclipse環(huán)境下開發(fā)，通過與服務器數(shù)據(jù)庫的交互，在手機客戶端，獲取從服務器傳過來的數(shù)據(jù)，通過傳感器將大棚室內的相關信息(比如說空氣溫度、濕度、光照、土壤溫度、土壤水分)接收過來，通過數(shù)據(jù)的解析，繪制成柱狀圖，餅圖，折線圖等易于直觀的形式，可以清晰的看出室內這些適合于農(nóng)作物生長的指標的變化，實現(xiàn)數(shù)據(jù)查看功能，以便于實時監(jiān)控。使用基本的四大組件activity 、service 、Broadcast Receiver、Content Provider來實現(xiàn)功能的控制，基本頁面的繪制使用了絕對布局、線性布局、相對布局、單幀布局、表格布局等的互相嵌套，使用組件Intent實現(xiàn)頁面邏輯的跳轉。

3.3 服務器端的實現(xiàn)

服務器端借助網(wǎng)絡與無限傳感器之間相連，實時捕捉農(nóng)業(yè)基地的現(xiàn)場信息。同時將信息保存至數(shù)據(jù)庫，負責對數(shù)據(jù)的分類篩選和綜合分析，完成對數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，運算處理，及時更新最新的變化。同時服務端程序提供網(wǎng)絡服務與移動客服端進行通信，等待客戶端等各類智能設備的鏈接請求，如果與Android設備連接成功后即可開始監(jiān)控室內作物的生長情況。

4 仿真結果

智能農(nóng)業(yè)虛擬平臺系統(tǒng)的主界面如圖2所示，主要功能包含溫度數(shù)據(jù)、濕度數(shù)據(jù)、光照強度數(shù)據(jù)、二氧化碳濃度數(shù)據(jù)，基于Android開發(fā)將數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)讀取出來，并以柱狀圖、折線圖、餅圖的形式顯示在界面上，通過觀測這些數(shù)據(jù)的分析結果，得到農(nóng)作物生長的數(shù)據(jù)。在該系統(tǒng)中主要是利用 Intent實現(xiàn)頁面之間的跳轉，在界面上通過點擊按鈕跳轉到下一個頁面，以及運用 On Click Listener 進行設置按鈕的監(jiān)聽，單擊按鈕時實現(xiàn)跳轉頁面。同時，界面中還有退出、天氣預報、歷史數(shù)據(jù)、和設置按鈕。點擊“退出”后直接退出當前界面；點擊“天氣預報”可查看部分地區(qū)的天氣狀況；點擊“歷史數(shù)據(jù)”可查看溫度、濕度、光照強度、二氧化碳濃度的歷史數(shù)據(jù)以及圖形顯示；點擊“設置”可對各個閾值進行設置。

圖2 軟件系統(tǒng)主界面

柱狀圖的效果如圖3所示，該柱狀圖用于顯示歷史溫度數(shù)據(jù)情況，橫坐標表示月份，縱坐標表示溫度的高低。通過柱狀圖所顯示的歷史溫度數(shù)據(jù)，方便農(nóng)業(yè)管理者能夠直觀統(tǒng)計分析近期溫度變化幅度，最終得出最適宜農(nóng)作物生長的溫度環(huán)境，提高了對農(nóng)作物生長環(huán)境的控制，更有利于提高農(nóng)作物的優(yōu)質輸出。通過Chart類和Chart view類實現(xiàn)柱狀圖的繪制，并將數(shù)據(jù)顯示在界面上。主要步驟如下:第1步：繪制x、y軸和x、y軸上的刻度代碼。第2步：在View對象中使用canvas繪制虛線。第3步：使用反鋸齒功能，讓圖形看上去更柔和，啟用反鋸齒功能。第四步：設置柱狀圖的數(shù)據(jù)。

圖3 柱狀圖

折線圖的效果如圖4所示，折線圖的含義：橫坐標表示時間，縱坐標表示土壤濕度。農(nóng)業(yè)管理者可通過折線圖中土壤濕度數(shù)據(jù)變化情況實時控制大棚內農(nóng)作物生長所需的最佳濕度數(shù)據(jù)，更為高效的種植農(nóng)作物，提高種植效益。主要步驟如下:第1步：定義x、y的坐標、長度和刻度長度，顯示的數(shù)據(jù)和顯示的標題。第2步：定義構造方法。第3步：activity調用方法，將數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)添加到折線圖上。

圖4 折線圖

餅圖的效果如圖5所示，通過餅圖顯示二氧化碳3個月份所占比例，統(tǒng)計分析得出最適宜農(nóng)作物生長的二氧化碳濃度，并將數(shù)據(jù)傳送給農(nóng)業(yè)管理者，更有利于控制大棚內農(nóng)作物生長所需的二氧化碳濃度，從而達到農(nóng)作物的高效、優(yōu)質的輸出。主要步驟如下:第1步：構造一個接口函數(shù)來獲取當前圖標的Intent實例。第2步：構造餅圖數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)添加到餅圖上。第3步：獲取一個餅圖渲染器。

圖5 餅圖

當前光照強度的效果如圖6所示。

圖6 光照強度值

5 結 語

(1) 設計了基于物聯(lián)網(wǎng)的智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng),目的是實現(xiàn)目標監(jiān)測區(qū)域內,影響農(nóng)作物生長的環(huán)境參數(shù)的實時采集。

(2)基于Android開發(fā)，將數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)讀取出來，并以柱狀圖、折線圖、餅圖的形式顯示在界面上，對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、分析，給出最適宜農(nóng)作物生長的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳輸給管理人員。

(3) 使得農(nóng)業(yè)管理人員能夠在手機上進行運行并實現(xiàn)遠程操作控制，從而可以實時掌握和控制農(nóng)作物的生長環(huán)境，提高農(nóng)作物的優(yōu)質產(chǎn)出。

[1] 李 慧,劉星橋,李 景,等.基于物聯(lián)網(wǎng)Android平臺的水產(chǎn)養(yǎng)殖遠程監(jiān)控系統(tǒng)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報,2013,29(13):175-181.

[2] 郭 理,秦懷斌,邵明文.基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程智能控制架構研究[J]. 農(nóng)機化研究,2014(8):193-195，201.

[3] 唐 璐,田傳耕,祖茂衡,等. 基于Android的實驗設備遠程控制系統(tǒng)設計[J]. 實驗技術與管理,2015(5):149-152.

[4] 臧賀藏,張 杰,李國強,等.基于Android平臺的智慧農(nóng)田遠程監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)[J]. 河南農(nóng)業(yè)科學,2016(6):153-156.

[5] 楊林楠,郜魯濤,林爾升,等.基于Android系統(tǒng)手機的甜玉米病蟲害智能診斷系統(tǒng)[J].農(nóng)業(yè)工程學報,2012,28(18):163-168.

[6] 孫 恒.智能移動終端的視頻點播系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].實驗室研究與探索,2015(2):132-136.

[7] 趙榮陽,王 斌,姜重然.基于ZigBee的智能農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)研究[J]. 農(nóng)機化研究,2016(6):244-248.

[8] 馬正華,宋 磊,焦竹青,等. 基于無線傳感網(wǎng)的蔬菜工廠智能監(jiān)控系統(tǒng)設計[J].自動化與儀表,2013(11):20-24.

[9] 吳宏森,李建洋. Android水產(chǎn)品營銷系統(tǒng)軟件設計[J]. 實驗室研究與探索,2016(7):149-153.

[10] 胡云冰,鄒 賽,徐 琴.在線式物聯(lián)網(wǎng)水質監(jiān)測系統(tǒng)研發(fā)[J].西南師范大學學報(自然科學版),2014,39(6):64-69.

[11] 任克強,李曉亮,謝 斌. 基于Android的手機導航系統(tǒng)設計與實驗[J]. 實驗技術與管理,2014(5):131-135.

[12] 李雪剛,黃夢醒,朱東海.基于物聯(lián)網(wǎng)技術的遠程農(nóng)田監(jiān)控系統(tǒng)設計[J]. 計算機工程,2012,38(17):20-23.

[13] 趙林靜,陳文文.基于物聯(lián)網(wǎng)和Zigbee技術的圖書館火情監(jiān)控系統(tǒng)設計[J].西南師范大學學報(自然科學版),2013,38(12):158-163.

[14] 梁 帆,董江磊,崔世鋼,等.基于物聯(lián)網(wǎng)智能植物生長柜的軟件系統(tǒng)設計[J].農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究,2015,36(4):716-720.

[15] 倪紅軍. 基于Android平臺的消息推送研究與實現(xiàn)[J]. 實驗室研究與探索,2014(5):96-100.

[16] 劉海龍,宿宏毅,郭浩.基于物聯(lián)網(wǎng)關聯(lián)的光照監(jiān)控與節(jié)水灌溉系統(tǒng)設計[J].現(xiàn)代電子技術,2016,39(20):149-153.

[17] 趙文星,吳至境,劉德力,等.基于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的果園環(huán)境智能監(jiān)測系統(tǒng)設計[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學,2016,44(5):391-394.

[18] 王福平,劉 芳,馮盼盼. 基于Java的農(nóng)田節(jié)水灌溉監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J]. 微型機與應用,2013,32(22):83-84+87.