基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧農(nóng)場監(jiān)測app的設計與實現(xiàn)

王彩萍，吳 燕，李育榮，蔡逸辰

（江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學院 江蘇，鎮(zhèn)江 212400）

1 引言

智慧農(nóng)業(yè)是起源于20 世紀90 年代的精準農(nóng)業(yè)，智慧農(nóng)場融合了移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)等多種技術(shù)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)部署傳感節(jié)點（溫度、濕度、土壤水分、二氧化碳、圖像識別、光照等），通過網(wǎng)絡通信技術(shù)實現(xiàn)遠端監(jiān)控生產(chǎn)，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供精準化種植、可視化管理、智能化決策。基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧農(nóng)場監(jiān)測系統(tǒng)是集物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)等信息化技術(shù)為一體，利用各類傳感器實時感知農(nóng)場內(nèi)部溫度、濕度、光照度等環(huán)境信息，通過預設的閾值，實現(xiàn)通風系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等的聯(lián)動，農(nóng)場內(nèi)部溫濕度、光照度的自動調(diào)節(jié)；同時系統(tǒng)可以實時感知各個關(guān)鍵區(qū)域有人闖入的情況，如果出現(xiàn)有人闖入，系統(tǒng)自動推送報警信息到移動端；可以通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)遠程實時查看農(nóng)場的實時生產(chǎn)作業(yè)情況。

2 系統(tǒng)設計

物聯(lián)網(wǎng)智慧農(nóng)場監(jiān)控系統(tǒng)移動端應用，首先是通過光照傳感器、溫濕度傳感器等接入Zigbee節(jié)點模塊，來采集光照度、溫濕度的數(shù)據(jù)；然后通過接入人體紅外傳感器、排氣扇繼電器等連接ADAM-4150 數(shù)字量采集器，實現(xiàn)人體紅外信息的采集和對排氣扇的開關(guān)控制；照明燈通過接入帶有繼電器的Zigbee 模塊，實現(xiàn)對照明燈的開關(guān)控制；然后ADAM-4150 通過485 總線接入到物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)，各Zigbee節(jié)點通過Zigbee網(wǎng)絡接入到物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)，各Lora 節(jié)點通過Lora 網(wǎng)絡接入到Lora 網(wǎng)關(guān)；然后物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)、Lora網(wǎng)關(guān)通過WIFI網(wǎng)絡接入Internet 連接到部署在公網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)云平臺。最后移動端（手機、平板）與物聯(lián)網(wǎng)云平臺實現(xiàn)接口數(shù)據(jù)交換，從而實現(xiàn)遠程監(jiān)控和管理。具體系統(tǒng)設計圖如圖1下所示。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)智慧農(nóng)場系統(tǒng)設計圖

3 軟件模塊設計

本次軟件系統(tǒng)開發(fā)基于Android studio 平臺，移動終端通過HTTP 協(xié)議調(diào)用服務器端的WebService 來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互，使用人員可以通過客戶端隨時獲取農(nóng)場內(nèi)的各項環(huán)境信息，當農(nóng)場內(nèi)的監(jiān)測數(shù)據(jù)超過設定值時，則web服務器會向手機發(fā)送報警信息推送，同時使用人員可以通過客戶端控制遠程設備，主要功能模塊如圖2所示。

圖2 移動app功能結(jié)構(gòu)圖

3.1 登錄注冊

該模塊提供用戶登錄和注冊功能，用戶在Android studio中創(chuàng)建的登錄及注冊頁面中填寫的信息通過Web-Service 存儲到數(shù)據(jù)庫服務器中或通過WebService 從數(shù)據(jù)庫中獲取數(shù)據(jù)傳到app 后臺程序以此驗證用戶填寫的用戶名或密碼是否正確。

3.2 環(huán)境監(jiān)控

該模塊主要功能是將傳感器采集到的數(shù)據(jù)，通過無線網(wǎng)傳給物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，然后在Android studio 項目中，在app的主頁面監(jiān)控區(qū)域內(nèi)進行傳感器實時數(shù)據(jù)采集與顯示。

3.3 禁入監(jiān)控

該模塊的主要功能是當檢測到農(nóng)場有人活動時，會將警報信息存儲到遠程服務器中，并通過提示信息，跳轉(zhuǎn)到警報數(shù)據(jù)界面，查看具體的警報信息。

3.4 設備控制

要實現(xiàn)系統(tǒng)的自動控制，需要實現(xiàn)在移動app的界面中事先設置好各類傳感器的閾值，例如，溫度閾值設置成25℃，當溫度超過這個閾值時，空調(diào)系統(tǒng)將自動開啟，另外，要實現(xiàn)農(nóng)場內(nèi)的實時監(jiān)控，就要設置好攝像頭的IP地址。

4 系統(tǒng)實現(xiàn)

4.1 登錄注冊

登錄界面包含了本app 的圖標、名稱、賬號密碼輸入框、登錄以及注冊按鈕。用戶如已注冊賬號，則可在輸入框中輸入帳號密碼，然后點擊登錄按鈕，程序會向服務端驗證用戶信息，通過則可進入主界面中。如用戶未注冊賬號，可以通過注冊賬號按鈕進入到注冊賬號界面（見圖3、圖4）。實現(xiàn)步驟如下：（1）創(chuàng)建并部署WebService；（2）在WebServiceHelper 類中添加登陸以及注冊方法；（3）在Android studio中創(chuàng)建登錄注冊界面；（4）創(chuàng)建LoginActivity活動實現(xiàn)登錄功能；（5）創(chuàng)建RegisterActivity 活動實現(xiàn)注冊功能。

圖3 用戶登錄頁面

圖4 用戶注冊頁面

4.2 全局參數(shù)設置

在Android studio中創(chuàng)建全局參數(shù)設置界面，對物聯(lián)網(wǎng)云平臺的IP地址、項目標識，物聯(lián)網(wǎng)云平臺登錄的賬號和密碼，攝像頭IP地址，以及各類傳感器、執(zhí)行器ID等參數(shù)通過SharedPreference 保存到用戶自定義Application 對象（見圖5）。

圖5 全局參數(shù)設置頁面

4.3 環(huán)境監(jiān)測

首先所要完成的任務是對農(nóng)場中的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示和數(shù)據(jù)傳輸。先使用各類傳感器將農(nóng)場中的溫濕度、光照等環(huán)境信息進行采集，通過物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)傳到新大陸物聯(lián)網(wǎng)云平臺。實現(xiàn)步驟如下：（1）鑒于要與物聯(lián)網(wǎng)云平臺實現(xiàn)通信，所以在Android studio 項目中引入第三方平臺jar包；（2）加入網(wǎng)絡訪問權(quán)限；（3）創(chuàng)建Cloud-Helper 幫助類，在CloudHelper 中定義了signIn()、getSensorDate()、getToken()三個方法，使用signIn()登錄到云平臺并通過getSensorDate()獲取傳感器數(shù)據(jù)值，在主界面上實時更新（見圖6）。

圖6 環(huán)境監(jiān)測界面

4.4 禁入監(jiān)控

禁入?yún)^(qū)有人闖入時，移動端app會將警報信息存儲到服務器，這里的數(shù)據(jù)存儲和訪問是通過調(diào)用服務器端WebService 來實現(xiàn)。移動端定時將人體傳感器檢測到的信息發(fā)送至Service 服務端進行保存，當移動端需要查看警報信息時，先發(fā)送請求給服務端，服務端提供警報信息給移動端。要與服務器進行數(shù)據(jù)交互，則首先需要創(chuàng)建WebService 服務，然后創(chuàng)建WebServiceHelper 類，我們希望能夠?qū)崟r監(jiān)測人體數(shù)據(jù)，因此需要更新活動MainActivity中定時器任務，保證數(shù)據(jù)隨時更新，點擊禁入?yún)^(qū)監(jiān)控界面的文本組件，跳轉(zhuǎn)到警報信息界面。警報信息界面如圖7、圖8所示。

圖7 禁入警報界面

圖8 監(jiān)控界面

4.5 設備控制

當智慧農(nóng)場中的溫度、濕度、光照的值不斷變化時，通過物聯(lián)網(wǎng)云平臺從移動終端接收控制指令并將指令發(fā)送給網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)對各執(zhí)行器的開關(guān)控制。前面提到的CloudHelper 類中已經(jīng)包含了signIn()、getSensorData()實現(xiàn)了登錄云平臺、從云平臺獲取傳感器數(shù)據(jù)的方法，我們還要在CloudHelper類中添加onOff()方法用于打開和關(guān)閉執(zhí)行器。為了使實現(xiàn)效果更佳，我們還需在移動端的主頁面中添加Android視圖動畫，從而實現(xiàn)各圖標以動畫的形式來顯示，比如通風控制設備打開后，風扇圖片能夠轉(zhuǎn)

動，空調(diào)控制設備打開后，可以模擬送風動畫，這樣可以給用戶賦予更加直觀的感覺（見圖9）。

圖9 設備控制界面

5 結(jié)束語

移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可以有效推進農(nóng)業(yè)信息化水平的提升,基于移動互聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)的智慧農(nóng)場，，物聯(lián)網(wǎng)移動互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)可以實現(xiàn)對智慧農(nóng)場的精細化、全程化管理，有效實現(xiàn)了溫室大棚對光照、CO：、濕度、溫度等植物生長環(huán)境的監(jiān)測與控制，同時系統(tǒng)采用了Android 開發(fā)中主流的技術(shù)，力求做到用戶界面友好、功能實用、數(shù)據(jù)傳輸及時等特點，切實為溫室大棚種植精細化管控提供典型的解決方案。