基于Android平臺的園藝溫室監(jiān)管系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

朱鴻杰+高會議

摘 要：為了解決個人計算機(jī)不能實時、實地對園藝大棚進(jìn)行監(jiān)管的限制，通過對Android系統(tǒng)的分析，該文提出了基于Android系統(tǒng)的園藝大棚監(jiān)管系統(tǒng)。使用Android智能手機(jī)，利用無線網(wǎng)絡(luò)資源與遠(yuǎn)程服務(wù)器進(jìn)行交互，使園藝大棚的管理人員可以遠(yuǎn)程實時、實地觀察園藝大棚內(nèi)的環(huán)境信息，并通過對相關(guān)設(shè)備的控制調(diào)控，使花卉處于最佳生長環(huán)境。

關(guān)鍵詞：Android平臺；園藝溫室；花卉；管理系統(tǒng)

中圖分類號 S625 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-7731（2014）16-121-04

近些年來，隨著生活水平的不斷提高，景觀花卉越來越受到人們的青睞，需求量不斷增加，這使得園藝作物在我國農(nóng)村經(jīng)濟(jì)中的地位和作用日益突出[1-4]?；ɑ艿纳a(chǎn)過程最重要的就是對生長環(huán)境的監(jiān)控，使其處于最佳生長環(huán)境。最初采用模擬的組合儀表，采集現(xiàn)場信息并進(jìn)行指示，20世紀(jì)80年代末出現(xiàn)了分布式控制系統(tǒng)，目前基本采用基于計算機(jī)數(shù)據(jù)采集控制技術(shù)的多因子綜合調(diào)控系統(tǒng)[5-7]。我國設(shè)施農(nóng)業(yè)在技術(shù)研究、技術(shù)裝備以及發(fā)展模式等方面與發(fā)達(dá)國家還有較大的差距。目前，我國設(shè)施農(nóng)業(yè)的研究主要在互聯(lián)網(wǎng)、傳感網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持下，通過傳感器采集作物生長環(huán)境中的溫度、濕度、光照強(qiáng)度、CO2濃度等信息，通過傳感網(wǎng)進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)，由個人在計算機(jī)上進(jìn)行控制操作實現(xiàn)精準(zhǔn)控制。然而，這種方式存在一定的缺陷，需要人員一直在機(jī)房進(jìn)行觀察和控制[8-11]。為此，本文在分析現(xiàn)有的通過個人計算機(jī)來監(jiān)控溫室環(huán)境系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，以Android系統(tǒng)為平臺，實現(xiàn)利用智能手機(jī)來實現(xiàn)對溫室環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控的系統(tǒng)，從而實現(xiàn)對園藝大棚的遠(yuǎn)程化、智能化的監(jiān)控。

1 Android平臺簡介

Android是一個以Linux為基礎(chǔ)的開源操作系統(tǒng)，主要用于移動設(shè)備，由Google和開放手持設(shè)備聯(lián)盟開發(fā)與領(lǐng)導(dǎo)。Android系統(tǒng)最初由Andy Rubin制作，2005年8月被Google收購。2007年11月，Google與84家硬件制造商、軟件制造商及電信運營商組成開放手持設(shè)備聯(lián)盟，來共同研發(fā)改良Android系統(tǒng)，并生產(chǎn)搭載Android的智能型手機(jī)[12]。除了開放手持設(shè)備聯(lián)盟之外，Android還擁有許多全球各地開發(fā)者組成的開源社區(qū)，來專門負(fù)責(zé)開發(fā)Android應(yīng)用程序和第三方Android操作系統(tǒng)，以延長和擴(kuò)展Android的功能和性能[13]。2011年第三季度，根據(jù)市場調(diào)研公司Gartner的數(shù)據(jù)顯示，Android操作系統(tǒng)在全球智能手機(jī)操作系統(tǒng)中的份額達(dá)到了52.5%[14]。

Android的內(nèi)核基于Linux，除了內(nèi)核外，則是應(yīng)用程序?qū)印?yīng)用程序框架層、庫和Android運行時。在應(yīng)用程序?qū)樱珹ndroid平臺搭載了一系列的應(yīng)用程序，例如：日歷、瀏覽器、游戲以及其他開發(fā)者開發(fā)的程序等。應(yīng)用框架層使得開發(fā)人員可以隨意地使用框架的API來實現(xiàn)自己的功能，應(yīng)用程序框架對組件之間的重用做了簡化。在Android平臺下，任何應(yīng)用程序都可以發(fā)布自己的功能模塊，其他的應(yīng)用程序依據(jù)一定的安全限制就可以無阻礙地訪問這些模塊。Android包括一個核心庫，該庫包含了Android不同組件調(diào)用的C/C++庫。Android為每一個應(yīng)用程度分配一個獨立的基于寄存器的Dalvik虛擬機(jī)，Dalvik虛擬機(jī)并不直接執(zhí)行編譯后的Java類文件，而是通過內(nèi)置的dx工具將其轉(zhuǎn)換為“.dex”格式后再執(zhí)行[15]。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計

2.1 系統(tǒng)功能設(shè)計 本文根據(jù)無錫市高科技農(nóng)業(yè)示范園內(nèi)的園藝花卉生產(chǎn)大棚的實際生產(chǎn)情況設(shè)計系統(tǒng)的主要功能如下：（1）系統(tǒng)登錄：用于園藝大棚管理員登錄管理系統(tǒng)，避免其他人員利用管理員的手機(jī)對園藝大棚進(jìn)行誤操作。（2）大棚選擇：用于園藝大棚管理員選擇操作的對象。（3）實時信息查詢：主要實現(xiàn)對管理員選擇的大棚的當(dāng)前棚內(nèi)空氣溫濕度、土壤溫濕度、CO2濃度以及光照強(qiáng)度等環(huán)境信息的查看，系統(tǒng)還提供了各個環(huán)境因子的當(dāng)日數(shù)據(jù)曲線圖，直觀的顯示環(huán)境信息的走勢。（4）設(shè)備控制：主要實現(xiàn)對園藝大棚內(nèi)設(shè)置的補(bǔ)光燈、通風(fēng)扇、遮陽網(wǎng)、抽水泵等設(shè)備進(jìn)行控制，并可以設(shè)置是否由系統(tǒng)自動控制。（5）閾值設(shè)置：主要實現(xiàn)對各個環(huán)境因子參數(shù)的上下限的設(shè)置，為系統(tǒng)自動控制設(shè)備調(diào)節(jié)園藝大棚內(nèi)環(huán)境提供支持。圖3為該系統(tǒng)功能模塊圖。

2.2 服務(wù)器端設(shè)計 服務(wù)器端采用Java Servlet，Java Servlet是用Java編寫的服務(wù)器端程序，其主要功能在于交互式地瀏覽和修改數(shù)據(jù)。其工作模式為：客戶端發(fā)送請求到服務(wù)器，服務(wù)器啟動并調(diào)用Servlet，Servlet根據(jù)客戶端請求響應(yīng)內(nèi)容并將其傳送給服務(wù)器，服務(wù)器將響應(yīng)返回客戶端。

2.3 用戶界面設(shè)計 Android用戶界面的每一個獨立元素都是使用源于ViewGroup的各種布局管理器布置到屏幕上的。界面設(shè)計主要包括以下3個方面：（1）視圖：所有可視界面元素的基類，所有的用戶界面控件以及布局類都是由View派生而來的。（2）視圖組：視圖類的擴(kuò)展，可以包含多個視圖。（3）活動：代表顯示給用戶的窗口。一個新活動在剛被創(chuàng)建時是一個空白屏幕，可以把用戶界面放在上面，要設(shè)置用戶界面可以調(diào)用setContentView，并傳入要顯示的視圖實例活界面布局資源。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

3.1 數(shù)據(jù)庫構(gòu)建 花卉園藝大棚監(jiān)管系統(tǒng)包括5個表，即環(huán)境信息表、設(shè)備表、用戶表、園藝大棚表和閾值表。采用Microsoft SQL Server 2008作為服務(wù)器端數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。環(huán)境信息表存儲所有園藝大棚內(nèi)的各環(huán)境因子的不同時間點的值。設(shè)備表記錄園藝大棚內(nèi)的各種調(diào)節(jié)環(huán)境的生產(chǎn)設(shè)備的名稱，當(dāng)前狀態(tài)等信息。用戶表記錄能夠登錄花卉園藝大棚監(jiān)管系統(tǒng)的用戶及密碼，用戶表還記錄了用戶的個人信息以及對園藝大棚的管理權(quán)限。園藝大棚表記錄大棚的基本信息，包括大棚所在位置，棚內(nèi)花卉名稱及負(fù)責(zé)人等信息。閾值表記錄所有大棚內(nèi)各環(huán)境因子的上下限值。endprint

3.2 關(guān)鍵開發(fā)技術(shù)

3.2.1 Servlet處理客戶端請求 Java Servlet API的類和接口組成2個Java包：Javax.servlet和Javax.servlet.http。Javax.servlet.Servlet接口是所有Java Servlet的基本接口，該接口中的init（）方法用于Servlet實例化，在初始化Servlet之后，調(diào)用service（）方法來處理用戶請求并返回響應(yīng)。HttpServlet類擴(kuò)展了GenericServlet類，并為Servlet接口提供了面向HTTP協(xié)議的實現(xiàn)代碼。當(dāng)HttpServlet類型的對象接收到出傳遞過來的HTTP請求時，則調(diào)用service（）方法。service（）方法判斷HTTP請求消息的方法類型，然后將傳入的請求信息轉(zhuǎn)發(fā)給響應(yīng)的處理方法[17]。

3.2.2 客戶端顯示曲線圖 AChartEngine是專為Android系統(tǒng)設(shè)計的圖形庫，可以用于繪制多種圖標(biāo)。在使用AChartEngine之前在網(wǎng)上選擇下載合適的版本的jar包。在Eclipse開發(fā)環(huán)境中通過“configure Build Path”導(dǎo)入jar包，就可以使用AChartEngine提供的各種類。XYMultipleSeriesRenderer類可以設(shè)置曲線圖的格式，包括顏色，點和線的形狀等。XYMultipleSeriesDataset類可以保存數(shù)據(jù)，包括每條曲線的縱橫坐標(biāo)。

3.3 系統(tǒng)實現(xiàn) 花卉園藝大棚監(jiān)管系統(tǒng)是利用Eclipse配置Android開發(fā)環(huán)境，使用Java語言開發(fā)的。Eclipse是目前十分流行的Java開發(fā)軟件，在其上可以十分方便地下載和安裝Android SDK以及開發(fā)所需的ADT。作者已經(jīng)在Android模擬器和三星I9003手機(jī)上進(jìn)行了測試。系統(tǒng)運行的硬件環(huán)境為智能手機(jī)，Android操作系統(tǒng)為Android 2.1及以上版本，并要求手機(jī)能夠連接無線網(wǎng)絡(luò)。

4 結(jié)論

本文基于Android操作系統(tǒng)開發(fā)了園藝大棚監(jiān)管系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過Android智能手機(jī)可以實時查看園藝大棚內(nèi)的空氣溫濕度、土壤溫濕度、CO2濃度和光照強(qiáng)度等參數(shù)，然后用戶可以通過對設(shè)備的開關(guān)來調(diào)節(jié)大棚內(nèi)的環(huán)境，使棚內(nèi)花卉處于最佳生長狀態(tài)，從而實現(xiàn)園藝大棚的遠(yuǎn)程化、智能化、自動化管理。該系統(tǒng)有效地解決了通過個人計算機(jī)不能實時實地進(jìn)行園藝大棚監(jiān)控的限制，且隨著智能手機(jī)的普及，更有利于基于Android系統(tǒng)的園藝大棚監(jiān)管的推廣和應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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[11]張長利，沈維政.物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2011，42（5）：1-5.

[12]Rob Jackson.Sony Ericsson， HTC Androids Set For Summer 2009[Z].Android Phone Fans，2008，12.

[13]Shankland， Stephen.Google's Android parts ways with Java industry group[Z].CNET News，2007，11.

[14]Gartner Says Sales of Mobile Devices Grew 5.6 Percent in Third Quarter of 2011；Smartphone Sales Increased 42 Percent，2011，11.

[15]吳亞峰，索伊娜.Android核心技術(shù)與實例詳解[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011：20-21.

[16]Reto Meier.Android2 高級編程（第2版）[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010：13.

[17]陳海山.深入Java Servlet網(wǎng)絡(luò)編程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2002：9-14. （責(zé)編：張宏民）endprint

3.2 關(guān)鍵開發(fā)技術(shù)

3.2.1 Servlet處理客戶端請求 Java Servlet API的類和接口組成2個Java包：Javax.servlet和Javax.servlet.http。Javax.servlet.Servlet接口是所有Java Servlet的基本接口，該接口中的init（）方法用于Servlet實例化，在初始化Servlet之后，調(diào)用service（）方法來處理用戶請求并返回響應(yīng)。HttpServlet類擴(kuò)展了GenericServlet類，并為Servlet接口提供了面向HTTP協(xié)議的實現(xiàn)代碼。當(dāng)HttpServlet類型的對象接收到出傳遞過來的HTTP請求時，則調(diào)用service（）方法。service（）方法判斷HTTP請求消息的方法類型，然后將傳入的請求信息轉(zhuǎn)發(fā)給響應(yīng)的處理方法[17]。

3.2.2 客戶端顯示曲線圖 AChartEngine是專為Android系統(tǒng)設(shè)計的圖形庫，可以用于繪制多種圖標(biāo)。在使用AChartEngine之前在網(wǎng)上選擇下載合適的版本的jar包。在Eclipse開發(fā)環(huán)境中通過“configure Build Path”導(dǎo)入jar包，就可以使用AChartEngine提供的各種類。XYMultipleSeriesRenderer類可以設(shè)置曲線圖的格式，包括顏色，點和線的形狀等。XYMultipleSeriesDataset類可以保存數(shù)據(jù)，包括每條曲線的縱橫坐標(biāo)。

3.3 系統(tǒng)實現(xiàn) 花卉園藝大棚監(jiān)管系統(tǒng)是利用Eclipse配置Android開發(fā)環(huán)境，使用Java語言開發(fā)的。Eclipse是目前十分流行的Java開發(fā)軟件，在其上可以十分方便地下載和安裝Android SDK以及開發(fā)所需的ADT。作者已經(jīng)在Android模擬器和三星I9003手機(jī)上進(jìn)行了測試。系統(tǒng)運行的硬件環(huán)境為智能手機(jī)，Android操作系統(tǒng)為Android 2.1及以上版本，并要求手機(jī)能夠連接無線網(wǎng)絡(luò)。

4 結(jié)論

本文基于Android操作系統(tǒng)開發(fā)了園藝大棚監(jiān)管系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過Android智能手機(jī)可以實時查看園藝大棚內(nèi)的空氣溫濕度、土壤溫濕度、CO2濃度和光照強(qiáng)度等參數(shù)，然后用戶可以通過對設(shè)備的開關(guān)來調(diào)節(jié)大棚內(nèi)的環(huán)境，使棚內(nèi)花卉處于最佳生長狀態(tài)，從而實現(xiàn)園藝大棚的遠(yuǎn)程化、智能化、自動化管理。該系統(tǒng)有效地解決了通過個人計算機(jī)不能實時實地進(jìn)行園藝大棚監(jiān)控的限制，且隨著智能手機(jī)的普及，更有利于基于Android系統(tǒng)的園藝大棚監(jiān)管的推廣和應(yīng)用。

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[17]陳海山.深入Java Servlet網(wǎng)絡(luò)編程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2002：9-14. （責(zé)編：張宏民）endprint

3.2 關(guān)鍵開發(fā)技術(shù)

3.2.1 Servlet處理客戶端請求 Java Servlet API的類和接口組成2個Java包：Javax.servlet和Javax.servlet.http。Javax.servlet.Servlet接口是所有Java Servlet的基本接口，該接口中的init（）方法用于Servlet實例化，在初始化Servlet之后，調(diào)用service（）方法來處理用戶請求并返回響應(yīng)。HttpServlet類擴(kuò)展了GenericServlet類，并為Servlet接口提供了面向HTTP協(xié)議的實現(xiàn)代碼。當(dāng)HttpServlet類型的對象接收到出傳遞過來的HTTP請求時，則調(diào)用service（）方法。service（）方法判斷HTTP請求消息的方法類型，然后將傳入的請求信息轉(zhuǎn)發(fā)給響應(yīng)的處理方法[17]。

3.2.2 客戶端顯示曲線圖 AChartEngine是專為Android系統(tǒng)設(shè)計的圖形庫，可以用于繪制多種圖標(biāo)。在使用AChartEngine之前在網(wǎng)上選擇下載合適的版本的jar包。在Eclipse開發(fā)環(huán)境中通過“configure Build Path”導(dǎo)入jar包，就可以使用AChartEngine提供的各種類。XYMultipleSeriesRenderer類可以設(shè)置曲線圖的格式，包括顏色，點和線的形狀等。XYMultipleSeriesDataset類可以保存數(shù)據(jù)，包括每條曲線的縱橫坐標(biāo)。

3.3 系統(tǒng)實現(xiàn) 花卉園藝大棚監(jiān)管系統(tǒng)是利用Eclipse配置Android開發(fā)環(huán)境，使用Java語言開發(fā)的。Eclipse是目前十分流行的Java開發(fā)軟件，在其上可以十分方便地下載和安裝Android SDK以及開發(fā)所需的ADT。作者已經(jīng)在Android模擬器和三星I9003手機(jī)上進(jìn)行了測試。系統(tǒng)運行的硬件環(huán)境為智能手機(jī)，Android操作系統(tǒng)為Android 2.1及以上版本，并要求手機(jī)能夠連接無線網(wǎng)絡(luò)。

4 結(jié)論

本文基于Android操作系統(tǒng)開發(fā)了園藝大棚監(jiān)管系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過Android智能手機(jī)可以實時查看園藝大棚內(nèi)的空氣溫濕度、土壤溫濕度、CO2濃度和光照強(qiáng)度等參數(shù)，然后用戶可以通過對設(shè)備的開關(guān)來調(diào)節(jié)大棚內(nèi)的環(huán)境，使棚內(nèi)花卉處于最佳生長狀態(tài)，從而實現(xiàn)園藝大棚的遠(yuǎn)程化、智能化、自動化管理。該系統(tǒng)有效地解決了通過個人計算機(jī)不能實時實地進(jìn)行園藝大棚監(jiān)控的限制，且隨著智能手機(jī)的普及，更有利于基于Android系統(tǒng)的園藝大棚監(jiān)管的推廣和應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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