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

付承彪， 田安紅

(曲靖師范學(xué)院 信息工程學(xué)院，云南 曲靖 655011)

0 引 言

我國(guó)農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)效率與地理環(huán)境息息相關(guān)，如何準(zhǔn)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(guān)鍵[1-3]。隨著Android手機(jī)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(wù)。本文開發(fā)基于Android手機(jī)的智能農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[4-7]，旨在使得粗放型的勞動(dòng)生產(chǎn)方式進(jìn)行轉(zhuǎn)型，采用現(xiàn)代農(nóng)業(yè)方式，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)種植和智能的管理控制。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)增長(zhǎng)主要依賴于自然環(huán)境資源，而現(xiàn)在農(nóng)業(yè)增長(zhǎng)可依賴于信息資源，輔助現(xiàn)代化的信息技術(shù)，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(tái)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(shù)在信息化農(nóng)業(yè)中的方式[8-10]，來(lái)提高農(nóng)業(yè)效率，指導(dǎo)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(qiáng)度、二氧化碳濃度四個(gè)方面進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，得到適宜農(nóng)作物生長(zhǎng)的數(shù)據(jù)，為農(nóng)業(yè)管理者提供有價(jià)值的支撐數(shù)據(jù)。本文開發(fā)的智能農(nóng)業(yè)虛擬平臺(tái)對(duì)進(jìn)一步推廣智能農(nóng)業(yè)有一定的參考價(jià)值。

1 技術(shù)原理

本系統(tǒng)采用的開發(fā)語(yǔ)言為Java[11-14]，關(guān)鍵技術(shù)是布局和數(shù)據(jù)儲(chǔ)存，布局用來(lái)設(shè)計(jì)用戶交互界面，用戶界面的設(shè)計(jì)是否美觀，是否合理直接影響用戶體驗(yàn)，而數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)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(shù)來(lái)設(shè)計(jì)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(guān)，在Android系統(tǒng)中常用的布局有5種，絕對(duì)布局(AbsoluteLayout)、相對(duì)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(shè)計(jì)變得非常靈活，通過(guò)合理使用布局，能夠容易地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜界面的設(shè)計(jì)。同時(shí)，可通過(guò)Jason數(shù)組進(jìn)行解析數(shù)據(jù)的功能，利用JSP(動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)技術(shù))將數(shù)據(jù)顯示網(wǎng)頁(yè)上，再通過(guò)http協(xié)議獲取網(wǎng)頁(yè)上的數(shù)據(jù)。通過(guò)Android 技術(shù)進(jìn)行前臺(tái)開發(fā)，本軟件系統(tǒng)能夠在Android手機(jī)上運(yùn)行，并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作控制。

2 系統(tǒng)的架構(gòu)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基于Android智能手機(jī)的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)[15-18]實(shí)時(shí)展示系統(tǒng)，采用的是分層架構(gòu)的思想?？傮w結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，分為手機(jī)客戶端和服務(wù)器端，采用的是C/S架構(gòu)，服務(wù)器端通過(guò)監(jiān)視器，收集到無(wú)線傳感器采集的信息，并將數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)時(shí)的更新農(nóng)業(yè)基地室內(nèi)情況，以及響應(yīng)手機(jī)客戶端的請(qǐng)求。智能設(shè)備通過(guò)網(wǎng)絡(luò)從服務(wù)器端獲取信息，可由網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)信息查看與農(nóng)業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的遠(yuǎn)程控制，長(zhǎng)期監(jiān)控農(nóng)業(yè)基地農(nóng)業(yè)的生長(zhǎng)狀況，該系統(tǒng)能降低農(nóng)民及農(nóng)業(yè)技術(shù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高農(nóng)業(yè)信息化水平。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

3 總體設(shè)計(jì)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(gè)軟件，分別為Java SDK、Eclipse、Android SDK和ADT，詳細(xì)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(diǎn)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(dòng)，選擇 Eclipse 菜單中的Help-> Install New Software-> 選項(xiàng)卡上的 Available Software，點(diǎn)擊右側(cè)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(gè) Developer Tools 選項(xiàng)后，勾上以后點(diǎn)擊 Next以后 Eclipse 會(huì)自動(dòng)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(gè)點(diǎn)擊 Finish，Eclipse 就會(huì)自動(dòng)下載并安裝Android 插件了，最后會(huì)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(gè)值， 該值指向解壓后的AndroidSDK 目錄下的tools文件夾。

3.2 手機(jī)端的實(shí)現(xiàn)

手機(jī)端的設(shè)計(jì)主要考慮便攜性，設(shè)計(jì)基于Android環(huán)境的APK應(yīng)用，利用java語(yǔ)言在Eclipse環(huán)境下開發(fā)，通過(guò)與服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)的交互，在手機(jī)客戶端，獲取從服務(wù)器傳過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，通過(guò)傳感器將大棚室內(nèi)的相關(guān)信息(比如說(shuō)空氣溫度、濕度、光照、土壤溫度、土壤水分)接收過(guò)來(lái)，通過(guò)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(nèi)這些適合于農(nóng)作物生長(zhǎng)的指標(biāo)的變化，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)查看功能，以便于實(shí)時(shí)監(jiān)控。使用基本的四大組件activity 、service 、Broadcast Receiver、Content Provider來(lái)實(shí)現(xiàn)功能的控制，基本頁(yè)面的繪制使用了絕對(duì)布局、線性布局、相對(duì)布局、單幀布局、表格布局等的互相嵌套，使用組件Intent實(shí)現(xiàn)頁(yè)面邏輯的跳轉(zhuǎn)。

3.3 服務(wù)器端的實(shí)現(xiàn)

服務(wù)器端借助網(wǎng)絡(luò)與無(wú)限傳感器之間相連，實(shí)時(shí)捕捉農(nóng)業(yè)基地的現(xiàn)場(chǎng)信息。同時(shí)將信息保存至數(shù)據(jù)庫(kù)，負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)的分類篩選和綜合分析，完成對(duì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，運(yùn)算處理，及時(shí)更新最新的變化。同時(shí)服務(wù)端程序提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)與移動(dòng)客服端進(jìn)行通信，等待客戶端等各類智能設(shè)備的鏈接請(qǐng)求，如果與Android設(shè)備連接成功后即可開始監(jiān)控室內(nèi)作物的生長(zhǎng)情況。

4 仿真結(jié)果

智能農(nóng)業(yè)虛擬平臺(tái)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(qiáng)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(kù)中的數(shù)據(jù)讀取出來(lái)，并以柱狀圖、折線圖、餅圖的形式顯示在界面上，通過(guò)觀測(cè)這些數(shù)據(jù)的分析結(jié)果，得到農(nóng)作物生長(zhǎng)的數(shù)據(jù)。在該系統(tǒng)中主要是利用 Intent實(shí)現(xiàn)頁(yè)面之間的跳轉(zhuǎn)，在界面上通過(guò)點(diǎn)擊按鈕跳轉(zhuǎn)到下一個(gè)頁(yè)面，以及運(yùn)用 On Click Listener 進(jìn)行設(shè)置按鈕的監(jiān)聽，單擊按鈕時(shí)實(shí)現(xiàn)跳轉(zhuǎn)頁(yè)面。同時(shí)，界面中還有退出、天氣預(yù)報(bào)、歷史數(shù)據(jù)、和設(shè)置按鈕。點(diǎn)擊“退出”后直接退出當(dāng)前界面；點(diǎn)擊“天氣預(yù)報(bào)”可查看部分地區(qū)的天氣狀況；點(diǎn)擊“歷史數(shù)據(jù)”可查看溫度、濕度、光照強(qiáng)度、二氧化碳濃度的歷史數(shù)據(jù)以及圖形顯示；點(diǎn)擊“設(shè)置”可對(duì)各個(gè)閾值進(jìn)行設(shè)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(biāo)表示月份，縱坐標(biāo)表示溫度的高低。通過(guò)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(jì)分析近期溫度變化幅度，最終得出最適宜農(nóng)作物生長(zhǎng)的溫度環(huán)境，提高了對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境的控制，更有利于提高農(nóng)作物的優(yōu)質(zhì)輸出。通過(guò)Chart類和Chart view類實(shí)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(duì)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(shè)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(biāo)表示時(shí)間，縱坐標(biāo)表示土壤濕度。農(nóng)業(yè)管理者可通過(guò)折線圖中土壤濕度數(shù)據(jù)變化情況實(shí)時(shí)控制大棚內(nèi)農(nóng)作物生長(zhǎng)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(biāo)、長(zhǎng)度和刻度長(zhǎng)度，顯示的數(shù)據(jù)和顯示的標(biāo)題。第2步：定義構(gòu)造方法。第3步：activity調(diào)用方法，將數(shù)據(jù)庫(kù)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(guò)餅圖顯示二氧化碳3個(gè)月份所占比例，統(tǒng)計(jì)分析得出最適宜農(nóng)作物生長(zhǎng)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(nèi)農(nóng)作物生長(zhǎng)所需的二氧化碳濃度，從而達(dá)到農(nóng)作物的高效、優(yōu)質(zhì)的輸出。主要步驟如下:第1步：構(gòu)造一個(gè)接口函數(shù)來(lái)獲取當(dāng)前圖標(biāo)的Intent實(shí)例。第2步：構(gòu)造餅圖數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)添加到餅圖上。第3步：獲取一個(gè)餅圖渲染器。

圖5 餅圖

當(dāng)前光照強(qiáng)度的效果如圖6所示。

圖6 光照強(qiáng)度值

5 結(jié) 語(yǔ)

(1) 設(shè)計(jì)了基于物聯(lián)網(wǎng)的智能農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),目的是實(shí)現(xiàn)目標(biāo)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi),影響農(nóng)作物生長(zhǎng)的環(huán)境參數(shù)的實(shí)時(shí)采集。

(2)基于Android開發(fā)，將數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)讀取出來(lái)，并以柱狀圖、折線圖、餅圖的形式顯示在界面上，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析，給出最適宜農(nóng)作物生長(zhǎng)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(jī)上進(jìn)行運(yùn)行并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作控制，從而可以實(shí)時(shí)掌握和控制農(nóng)作物的生長(zhǎng)環(huán)境，提高農(nóng)作物的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)出。

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