基于安卓的智慧農(nóng)業(yè)APP設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

黃超瓊　王天寶　陳超等

摘要：農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)逐步向科技化、便利化、高效化方向發(fā)展。分析了智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的現(xiàn)狀和需求，結(jié)合移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一款基于Android的智慧農(nóng)業(yè)平臺(tái)客戶端，以解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中農(nóng)民即時(shí)獲取專家指導(dǎo)、實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)條件、高效管理生產(chǎn)過程、科學(xué)控制生產(chǎn)成本等難題，為各級(jí)職能部門掌握與指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供便利。

關(guān)鍵詞：智慧農(nóng)業(yè)；移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)；Android

DOIDOI：10.11907/rjdk.143551

中圖分類號(hào)：TP302

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)文章編號(hào)：16727800（2015）001000103

作者簡(jiǎn)介作者簡(jiǎn)介：黃超瓊（1990-），女，四川綿陽人，成都信息工程學(xué)院通信工程學(xué)院碩士研究生，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信；王天寶（1967-），男，四川劍閣人，碩士，成都信息工程學(xué)院通信工程學(xué)院教授、碩士研究生導(dǎo)師，研究方向?yàn)闊o線通信技術(shù)與應(yīng)用、嵌入式系統(tǒng)與片上系統(tǒng)設(shè)計(jì)、通信集成電路設(shè)計(jì)、智能傳感器及傳感網(wǎng)；陳超（1779-），男，湖北武漢人，成都信息工程學(xué)院通信工程學(xué)院副教授，研究方向?yàn)橐苿?dòng)互聯(lián)網(wǎng)開發(fā)、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)；張利（1989-），女，四川瀘州人，成都信息工程學(xué)院通信工程學(xué)院碩士研究生，研究方向?yàn)闊o線通信技術(shù)與應(yīng)用。

0 引言

糧食是關(guān)系國(guó)計(jì)民生的重要商品，是關(guān)系經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)穩(wěn)定和國(guó)家自立的基礎(chǔ)，保障國(guó)家糧食安全是治國(guó)安邦的頭等大事[1]。作為農(nóng)業(yè)大國(guó)，利用有限資源，大力發(fā)展農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)，提高糧食產(chǎn)量至關(guān)重要。隨著科技的不斷進(jìn)步，“智慧農(nóng)業(yè)”逐漸進(jìn)入人們的視野。所謂“智慧農(nóng)業(yè)”，就是充分應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)成果，集成計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、音視頻技術(shù)、3S技術(shù)、無線通信技術(shù)及專家智慧與知識(shí)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可視化遠(yuǎn)程診斷、遠(yuǎn)程控制、災(zāi)變預(yù)警等智能管理。

目前我國(guó)智慧農(nóng)業(yè)實(shí)現(xiàn)了對(duì)農(nóng)業(yè)大棚各項(xiàng)生產(chǎn)指標(biāo)的監(jiān)控，在一定程度上促進(jìn)了農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。然而這些平臺(tái)傳遞給農(nóng)戶的信息單一化、碎片化，不能為農(nóng)戶提供有力的指導(dǎo)，氣象部門提供的氣象信息也未能結(jié)合農(nóng)戶特定農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行生產(chǎn)提示和幫助，在一定程度上使智慧農(nóng)業(yè)的作用大打折扣。

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)近幾年得到了快速發(fā)展，運(yùn)用智能手機(jī)實(shí)時(shí)獲取農(nóng)業(yè)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和各項(xiàng)指導(dǎo)信息對(duì)智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。目前廣泛流行的智能手機(jī)操作系統(tǒng)主要包括IOS、Android、Windows Phone、黑莓等，其中IOS和Android幾乎各占半壁江山。本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一款基于Android的智慧農(nóng)業(yè)平臺(tái)客戶端。

1 系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

智慧農(nóng)業(yè)平臺(tái)由硬件實(shí)施和軟件控制兩部分組成。硬件由各種傳感器和大棚組成，主要負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)大棚的各種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，如溫度、濕度等。軟件部分主要負(fù)責(zé)處理各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)，反饋和控制傳感器的動(dòng)作，同時(shí)為農(nóng)戶提供生產(chǎn)信息提示、生產(chǎn)操作記錄以及即時(shí)通訊功能，系統(tǒng)框架如圖1所示。其中服務(wù)器1為傳感器數(shù)據(jù)收集與控制服務(wù)器，主要負(fù)責(zé)接收和處理各個(gè)傳感器傳來的數(shù)據(jù)，并將傳感器數(shù)據(jù)存到數(shù)據(jù)庫1；服務(wù)器2是智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)各個(gè)業(yè)務(wù)邏輯服務(wù)器，以Spring+Stuts2為框架進(jìn)行開發(fā)，業(yè)務(wù)邏輯服務(wù)器負(fù)責(zé)處理客戶端的各種業(yè)務(wù)邏輯，避免用戶直接操作數(shù)據(jù)庫2，保證用戶數(shù)據(jù)的安全性；即時(shí)通訊功能以O(shè)penfire為服務(wù)器，客戶端采用Asmack包實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)庫1主要用于存儲(chǔ)用戶即時(shí)聊天信息。

2 服務(wù)器設(shè)計(jì)

服務(wù)器端采用Stuts2+Spirng+Mybatis框架進(jìn)行開發(fā)。采用此框架具有開發(fā)周期短、功能可靠的優(yōu)點(diǎn)。本文側(cè)重于Android客戶端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，因此服務(wù)器相關(guān)部分不是本文研究的重點(diǎn)。

3 客戶端設(shè)計(jì)

3.1 功能設(shè)計(jì)

智慧農(nóng)業(yè)的關(guān)鍵在于使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和管理智慧化、便利化、科學(xué)化、高效化，為農(nóng)民提供各種與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相關(guān)的信息。根據(jù)智慧農(nóng)業(yè)需求，本客戶端框架如圖2所示，主要包含以下功能模塊：氣象信息、生產(chǎn)線、實(shí)時(shí)監(jiān)控、專家咨詢、農(nóng)業(yè)討論、用戶信息以及系統(tǒng)設(shè)置[25]。

（1）氣象信息：氣象信息直接關(guān)系到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理，為用戶提供實(shí)時(shí)氣象信息以及相應(yīng)的災(zāi)害預(yù)警和生產(chǎn)提示，為農(nóng)戶生活生產(chǎn)提供幫助。

（2）生產(chǎn)線：農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是一個(gè)漫長(zhǎng)的過程，生產(chǎn)線為農(nóng)戶提供操作記錄以及資金消費(fèi)記錄，幫助農(nóng)戶把握生產(chǎn)過程，了解并控制生產(chǎn)成本。

（3）實(shí)時(shí)監(jiān)控：實(shí)時(shí)顯示大棚內(nèi)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相關(guān)的各項(xiàng)生產(chǎn)指標(biāo)，如溫度、濕度等；適時(shí)提醒農(nóng)戶處理危險(xiǎn)狀態(tài)的大棚，農(nóng)戶可以直接打開或關(guān)閉大棚相應(yīng)操作。

（4）專家咨詢：專家咨詢是為農(nóng)服務(wù)的重要部分。農(nóng)民在生產(chǎn)中遇到的各項(xiàng)問題可以直接通過語音、圖片、文字的方式向?qū)＜易稍儯@得專家的實(shí)時(shí)指導(dǎo)，以解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的各項(xiàng)問題。

（5）農(nóng)業(yè)討論：有經(jīng)驗(yàn)的農(nóng)戶可以將自己的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)在平臺(tái)上分享，也可以提出某方面的問題供大家一起討論，獲得與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相關(guān)的重要信息。

（6）用戶信息：為用戶提供管理入口，通過此模塊更改信息、查看關(guān)注好友、發(fā)表文章等。

（7）系統(tǒng)設(shè)置：提供系統(tǒng)版本更新、分享功能、更改用戶等。

3.2 角色控制

系統(tǒng)涉及的用戶分為：普通農(nóng)戶、農(nóng)業(yè)專業(yè)戶、農(nóng)業(yè)各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)、農(nóng)業(yè)專家、氣象人員。不同用戶具有不同的權(quán)限，登陸平臺(tái)后看到的信息也不盡相同，角色權(quán)限如表1所示。

3.3 網(wǎng)絡(luò)模塊

整個(gè)設(shè)計(jì)中數(shù)據(jù)的獲取都源于遠(yuǎn)程服務(wù)器，因此網(wǎng)絡(luò)模塊是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)考慮的部分。

聯(lián)網(wǎng)操作耗時(shí)，尤其是數(shù)據(jù)量過大的時(shí)候，網(wǎng)絡(luò)操作如果位于主線程中將阻塞界面，甚至出現(xiàn)“系統(tǒng)無響應(yīng)”錯(cuò)誤。為了使界面運(yùn)行流暢，需要為聯(lián)網(wǎng)操作另開線程或者采用異步獲取。本設(shè)計(jì)中選擇異步HTTP，即AsyncHttp，在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求時(shí)通過進(jìn)度條給用戶提供聯(lián)網(wǎng)提示，網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求完畢再更改界面顯示，以解決網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求造成的界面阻塞問題。

網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求另一問題是耗流量。一個(gè)優(yōu)秀的程序設(shè)計(jì)應(yīng)該既能使界面流暢、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，又能節(jié)省用戶流量?；诖丝紤]，單純利用網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求獲取數(shù)據(jù)的方式是不可行的。結(jié)合Android的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式（SharePreference、Sqlite、File等），本設(shè)計(jì)采用Android自身的數(shù)據(jù)庫Sqlite來實(shí)現(xiàn)本地?cái)?shù)據(jù)庫與服務(wù)器數(shù)據(jù)庫的同步，達(dá)到節(jié)省流量、界面流暢的目的，本地?cái)?shù)據(jù)庫與服務(wù)器數(shù)據(jù)庫同步原理如圖3所示。

3.4 界面設(shè)計(jì)

良好的界面設(shè)計(jì)能為平臺(tái)贏得更多的用戶，也是軟件設(shè)計(jì)成功的直觀體現(xiàn)[6]。本軟件的受眾群體主要是廣大農(nóng)戶，考慮農(nóng)戶自身的特點(diǎn)，界面的主題采用了比較簡(jiǎn)約的設(shè)計(jì)風(fēng)格，同時(shí)減少用戶直接進(jìn)行文字輸入，加入了語音、圖片功能，以方便用戶操作。

界面整體風(fēng)格采用時(shí)下比較流行的側(cè)滑菜單（SlidingMenu）和滑動(dòng)頁面（ViewPager）相結(jié)合的方式。側(cè)滑菜單使軟件的整個(gè)功能列表一目了然，無論當(dāng)前頁面處于哪一功能，都可以直接點(diǎn)擊菜單上的打開按鈕，界面跳轉(zhuǎn)靈活自如?；瑒?dòng)頁面的方式與用戶翻書的習(xí)慣一致，直接滑動(dòng)屏幕就能實(shí)現(xiàn)界面的更換，操作簡(jiǎn)便。

3.5 數(shù)據(jù)處理模塊

在網(wǎng)絡(luò)操作中，服務(wù)器返回的數(shù)據(jù)格式一般采用XML解析和JSON解析方式。XML文件龐大、格式復(fù)雜、傳輸帶寬寬但是其格式統(tǒng)一、符合標(biāo)準(zhǔn)，與其它系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程交互、數(shù)據(jù)共享容易。通常用DOM（整個(gè)讀入內(nèi)存解析）和SAX（逐行讀入內(nèi)存，可以隨時(shí)終止解析）進(jìn)行解析，是比較普遍的一種解析方式[7]。JSON格式簡(jiǎn)單、占用帶寬小，直接通過鍵值解析數(shù)據(jù)。對(duì)于數(shù)據(jù)較少的解析一般采用JSON解析，對(duì)于大規(guī)模數(shù)據(jù)一般采用XML解析。本設(shè)計(jì)所涉及的數(shù)據(jù)量相對(duì)較小，格式簡(jiǎn)單，因此選擇JSON格式進(jìn)行解析。

圖3 網(wǎng)絡(luò)模塊數(shù)據(jù)同步機(jī)制

3.6 聊天模塊

專家咨詢模塊是一個(gè)即時(shí)通訊模塊，用戶需要通過它實(shí)現(xiàn)與專家的實(shí)時(shí)交流。XMPP是一種跨平臺(tái)的及時(shí)通訊協(xié)議，其發(fā)展與應(yīng)用已經(jīng)相對(duì)穩(wěn)定，因此本設(shè)計(jì)采用XMPP通信協(xié)議。服務(wù)器采用現(xiàn)成的Openfire為服務(wù)器[5]，客戶端采用基于XMPP協(xié)議的Asmack包，直接調(diào)用其中的API接口實(shí)現(xiàn)好友添加、文字、圖片的傳輸。對(duì)于農(nóng)民來說很多人不會(huì)打字、讀字，因此語音功能顯得尤其重要。本設(shè)計(jì)中語音傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)原理為：發(fā)送端將語音文件經(jīng)過BASE64進(jìn)行壓縮編碼以后傳遞給接收端，接收端再根據(jù)相應(yīng)的解碼方式解析出發(fā)送的語音文件，從而實(shí)現(xiàn)語音的傳遞功能。

4 客戶端實(shí)現(xiàn)

客戶端實(shí)現(xiàn)采用Java語言，在Eclipse上進(jìn)行開發(fā)。經(jīng)過分析與測(cè)試，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定流暢，實(shí)現(xiàn)了服務(wù)器與客戶端的數(shù)據(jù)同步，并在一定程度上降低了用戶流量的使用，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)戶對(duì)各個(gè)大棚生產(chǎn)條件的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)以及控制。同時(shí)，為農(nóng)業(yè)專家及領(lǐng)導(dǎo)提供了廣大農(nóng)戶的實(shí)時(shí)生產(chǎn)情況，提高了農(nóng)業(yè)管理效率。

5 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的客戶端，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)戶對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的監(jiān)管、生產(chǎn)操作與生產(chǎn)成本的管理與控制，同時(shí)提供了專家咨詢輔導(dǎo)功能，為智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供了思路以及解決方案。本系統(tǒng)還需要實(shí)現(xiàn)視頻傳輸功能，實(shí)現(xiàn)用戶與專家實(shí)時(shí)、“面對(duì)面”的交互。

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