基于Android手機的遠程盆栽澆灌測控系統研究

劉宇彤

摘 要：針對因澆灌不及時所造成盆栽花卉生長問題，提出了一種基于Android手機的遠程盆栽澆灌測控系統設計方案。該方案綜合運用現代網絡、計算機與自動化控制、傳感器等技術，通過操作手機程序界面，實現了傳感器數據的實時顯示，對電磁閥啟/停的控制，對現場澆灌情況和植物生長情況視頻信息的實時顯示等功能。不受時間地域限制，用戶可在任何具備網絡覆蓋的地方從手機上獲取數據，實施監控，系統具有操作簡單、安裝方便、實用的優點。

關鍵詞：Android ； LabVIEW ； 遠程； 測控

中圖分類號：TP272 文獻標識碼：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習的場所養植一些盆栽植物，不僅可以美化居住環境，凈化室內空氣，還能增添生活情趣。但人們往往由于工作繁忙、出差、旅游等原因會有較長一段時間無法對植物進行管理，造成植物生長出現問題，這其中80%以上又是由于不能及時澆灌而引起的。在網絡覆蓋范圍廣的當下，通過人們隨身攜帶的手機進行遠程澆花的實現，并可觀測到植物的實時狀態，將能有效解決這一問題。

LabVIEW是美國NI公司研制開發的一種程序開發環境，是目前應用最廣、發展最快、功能最強的圖形化軟件，應用它可以開發主控計算機端的遠程澆灌系統應用程序。Data Dashboard是NI公司提供的一個運行在智能手機上的客戶端應用程序，使用它可以建立一個自定義、便攜的LabVIEW應用界面。因此，在Data Dashboard平臺上開發一種遠程澆灌系統，通過人們隨身攜帶的手機進行控制，并可看到植物的實時狀態，將有效解決植物無人澆灌的問題。

1 系統總體設計

本系統主要由主控計算機、路由器、網絡攝像頭、數據采集/控制卡、直流電源、繼電器、電磁閥、管路、儲水罐、光照度傳感器、澆灌滴頭、土壤溫濕度傳感器和Android手機等構成。數據采集/控制卡、直流電源和繼電器構成了盆栽澆灌測控系統的控制單元。土壤溫濕度傳感器、光照度傳感器和電磁閥通過控制單元與主控計算機連接，實現對傳感器的數據處理和電磁閥的控制。主控計算機和網絡攝像頭分別通過網線與路由器連接，并通過WIFI或3G/4G網絡與Android手機通信。

主控計算機中的LabVIEW應用程序通過控制多功能數據采集/控制卡來實現傳感器的數據采集和開關量輸出，并運用LabVIEW軟件的網絡服務和發布網絡共享變量的功能，在Data Dashboard開發平臺上開發能應用于支持Android系統的智能手機和平板電腦的盆栽遠程澆灌測控系統。本系統能夠通過操作手機程序界面，實現傳感器數據的實時顯示、對電磁閥的啟/停的控制、對現場澆水情況和植物生長情況視頻信息的實時顯示等功能。其架構圖如圖1所示。

2 系統硬件設計

2.1 數據采集/控制的關鍵技術

本系統的輸入輸出參數為：

（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Lux。

為了實現采集澆灌系統中的土壤溫濕度和光照度傳感器的實測數據，并控制電磁閥啟/停的功能，本系統采用一種帶有2路AI、2路DI、2路DO、兩路計數功能的USB 2AD Plus數據采集模塊。該模塊依靠電腦USB供電，無需外部電源，可同時實現模擬量傳感器的數據采集和電磁閥數字量控制等功能。

2.2 視頻監控技術

視頻監控采用云臺球型網絡監控攝像頭，它與無線路由器通過網線連接，并通過WIFI或3G/4G與Android手機通訊。主控計算機通過路由器與網絡攝像頭進行通訊，在攝像頭的網絡配置中將其設置為與主控計算機IP同段的固定IP地址。主控計算機軟件開發中，在主界面添加WebBrowser-NET控件，通過訪問攝像頭的IP地址，可在主控計算機應用程序的主界面中實時監測澆花現場的運行場景，實現視頻存儲、回放、角度調整、視角控制、調焦、鏡頭伸縮等功能。

在主控計算機上獲取網絡攝像頭的序列號，通過監控眼APP可在手機中實現對澆灌過程實時監測。

3 主控計算機軟件設計

主控計算機的應用軟件采用labVIEW系統語言開發，它實現了土壤溫濕度、光照度實測數據的實時顯示，電磁閥的手動/自動控制及運行狀態顯示，實時顯示澆花現場運行場景和攝像頭的全方位角度變換、參數設置、數據存儲、數據查詢等功能。

3.1 程序主體框架

程序主體框架采用事件處理與生產者消費者循環組合程序架構，通過隊列對程序中發生的事件進行判斷，主程序采用狀態機架構，通過“初始化”后執行“采、存、判”程序。“視頻”“查詢數據”“手動控制”“自動控制”“退出”則作為生產者的事件子程序運行。主框架程序如圖2所示。

3.2 多功能數據采集/控制卡的軟件開發

因為本系統中含有模擬量輸入、數字量輸出，所以在軟件開發過程中對每一種信號的測控都要單獨考慮。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手機端軟件設計

本系統的手機端軟件在Data Dashboard應用程序上開發，通過拖拽一些輸入控件和顯示控件，將這些控件與LabVIEW應用程序中網絡服務或者網絡發布的共享變量連接起來就可以進行數據的讀寫，從而快捷地建立一個自定義、便攜的遠程澆灌測控系統操控界面。測控系統APP界面如圖5所示。具體實現方法如下：

（1）在主控計算機的Windows防火墻上進行允許程序的設置， 將C：Windowssystem32lkads.exe，C：Windowssystem32lktsrv.exe，C：Program FilesNationalInstrumentsSharedTaggertagsrv.exe三個文件添加為允許訪問的程序。

（2）將主控計算機LabVIEW應用程序中土壤溫濕度、光照度傳感器的數值設置為讀取模式的網絡變量，電磁閥的開關量值設置為寫入模式的網絡變量。

（3）在Android手機的Data Dashboard應用程序上，通過連接主控計算機的IP地址，添加土壤溫度、土壤濕度、光照度傳感器的數值網絡變量，可同步顯示土壤溫濕度、光照度的實測數據；通過添加電磁閥的開關量值的網絡變量，可通過按鈕操作實現電磁閥的啟/停。

在主控計算機上通過獲取網絡攝像頭遠程序列號，可實現在Android手機監控APP上實時顯示現場運行場景和攝像頭的全方位角度變換。

5 結束語

本文通過運用LabVIEW系統軟件中網絡服務/發布共享變量的功能，在支持Android系統的Data Dashboard軟件中開發的基于Android手機的遠程盆栽澆灌測控系統，通過操作手機，就能利用主控計算機程序和數據采集/控制卡實現對盆栽植物土壤環境信息的遠程采集與顯示，并能對電磁閥的啟/停進行控制，對視頻圖像的實時顯示。本系統具有結構簡單、成本低、功能全、可視化和圖形化操作等特點。

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