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      基于Android平臺的智能花卉養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)

      2018-09-13 11:22:00陳文杰賴銘鋒李紅蓮鄧嘉灝石潤華
      電腦知識與技術(shù) 2018年17期
      關(guān)鍵詞:Android平臺數(shù)據(jù)分析

      陳文杰 賴銘鋒 李紅蓮 鄧嘉灝 石潤華

      摘要:為了解決現(xiàn)今家居、辦公花卉的養(yǎng)護(hù)難問題,設(shè)計一種結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)和Android平臺的智能花卉環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。通過傳感器網(wǎng)絡(luò)對花卉土壤濕度、養(yǎng)分、光照和溫度參數(shù)采集,通過藍(lán)牙模塊實時傳輸?shù)绞謾C(jī)app上顯示,并且通過服務(wù)器的分析,根據(jù)不同花卉在不同時間點和季節(jié)對環(huán)境參數(shù)的要求,向用戶反饋建議。測試表明,該系統(tǒng)提高了對花卉養(yǎng)護(hù)的專業(yè)知識的缺乏和缺少時間管理花卉的用戶培育花卉的品質(zhì)。

      關(guān)鍵詞: 智能花卉;傳感器網(wǎng)絡(luò);數(shù)據(jù)分析;Android平臺

      中圖分類號:TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1009-5039(2018)17-0089-03

      隨著人們生活水平的不斷提升,在家居和辦公等環(huán)境下,花卉養(yǎng)殖對于生活環(huán)境的改善都有重要的意義,家居花卉養(yǎng)殖越來越受到人們的喜愛[1]。而非專業(yè)人士對于種類繁多的花卉養(yǎng)護(hù)工作量極大,很多人因為對花卉養(yǎng)護(hù)的專業(yè)知識的缺乏和缺少時間管理花卉,導(dǎo)致花卉品質(zhì)下降或死亡。市場上也隨之出現(xiàn)一批為養(yǎng)護(hù)花卉設(shè)計的土壤參數(shù)檢測傳感器,但對于遠(yuǎn)程養(yǎng)護(hù)不同性質(zhì)的花卉系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)還不成熟。不同品種的植物,不同的季節(jié)、不同的時間對水分、養(yǎng)分等參數(shù)的需求都不同。通過物聯(lián)網(wǎng),本系統(tǒng)利用手機(jī)Android app實現(xiàn)了花卉的智能監(jiān)護(hù)。

      1 系統(tǒng)功能

      智能花卉養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)分為硬件端和Android端。操作較為簡單,界面也美觀明了。通過傳感器對植物進(jìn)行監(jiān)測,利用藍(lán)牙傳輸至Android端,手機(jī)再發(fā)送數(shù)據(jù)到服務(wù)器與數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對與分析,實現(xiàn)對盆栽植物全方面地遠(yuǎn)程監(jiān)測和長時間持續(xù)監(jiān)控數(shù)據(jù)功能。

      硬件端只要用戶接通電源,再連接手機(jī)藍(lán)牙,及時采集土壤水分、土壤養(yǎng)分、光照、溫度,通過藍(lán)牙模塊發(fā)送至手機(jī)Android 端。

      Android端,可以實現(xiàn)注冊登錄,通過藍(lán)牙連接硬件端,實時監(jiān)測采集數(shù)據(jù),實時反饋養(yǎng)護(hù)建議,查詢植物習(xí)性。

      2 系統(tǒng)設(shè)計

      該系統(tǒng)主要由傳感器網(wǎng)絡(luò)、手機(jī)Android app、服務(wù)器、花卉數(shù)據(jù)庫組成。系統(tǒng)通過傳感器網(wǎng)絡(luò)采集花卉養(yǎng)護(hù)較重要的四種環(huán)境參數(shù)的數(shù)據(jù),通過藍(lán)牙模塊發(fā)送至手機(jī) app端[2],手機(jī)通過GSM等方式傳輸至服務(wù)器,服務(wù)器根據(jù)現(xiàn)在的時間和手機(jī)上傳的數(shù)據(jù)及花卉的種類,利用后臺花卉數(shù)據(jù)庫對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、記錄和向手機(jī)反饋結(jié)果,手機(jī)app會實時顯示植物環(huán)境參數(shù),以及服務(wù)器反饋的養(yǎng)護(hù)建議,讓用戶滿足花卉最佳生長條件的目的。

      硬件系統(tǒng)依托Arduino平臺,軟件系統(tǒng)使用JAVA程序開發(fā),后臺用數(shù)據(jù)庫MySQL,服務(wù)器采用基于MVC模式的查詢系統(tǒng)。 用戶只需登入APP即可直觀地查看實時花卉養(yǎng)護(hù)建議。系統(tǒng)設(shè)計共分為硬件系統(tǒng)設(shè)計、Android端設(shè)計、服務(wù)器設(shè)計、數(shù)據(jù)庫設(shè)計。

      2.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計

      對于花卉的養(yǎng)護(hù),環(huán)境的主要因素有:土壤水分、土壤養(yǎng)分、光照、溫度[3]。故傳感器網(wǎng)絡(luò)主要由土壤濕度養(yǎng)分傳感器模塊、光敏傳感器、溫度傳感器組成。

      對于通信模塊,如今常利用于物聯(lián)網(wǎng)中的通信模塊主要有WIFI模塊、藍(lán)牙模塊等,由于本系統(tǒng)面向普通家居用戶,所以wifi模塊的能耗較大,不適合于便攜式的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。而藍(lán)牙4.0技術(shù)是當(dāng)今物聯(lián)網(wǎng)短距離通訊中較適合的一種方案[4]。

      在此系統(tǒng)中采用DX-BT05 4.0藍(lán)牙模塊,采用cc2541芯片,收發(fā)沒有字節(jié)限制。4.0的藍(lán)牙模塊具有高速藍(lán)牙和低耗藍(lán)牙的特點,待機(jī)功耗僅90uA-400uA,其功耗僅普通的藍(lán)牙設(shè)備十分之一,低功耗的特性成為物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通信模塊最優(yōu)先采用的模塊,也讓用戶在日常的使用中不用經(jīng)常更換電池,更方便用戶的日常使用。并且該藍(lán)牙模塊兼容性強(qiáng),Android和ios系統(tǒng)都支持,并且響應(yīng)速度快,為實時的檢測花卉的參數(shù)提供條件。

      本硬件系統(tǒng)在實現(xiàn)上利用了Arduino平臺的電源模塊和A/D轉(zhuǎn)換模塊,電源模塊為4個傳感器和藍(lán)牙通信模塊提供電源。A/D轉(zhuǎn)換模塊將4個傳感器采集的數(shù)據(jù)的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息,通過串口轉(zhuǎn)發(fā)給藍(lán)牙,藍(lán)牙在通過與手機(jī)配對連接,藍(lán)牙就能把采集到的花卉數(shù)據(jù)發(fā)送至手機(jī)app端。

      2.2 Android端設(shè)計

      Android移動終端給用護(hù)提供了諸多便捷,能夠更簡單的遠(yuǎn)程實時查看養(yǎng)護(hù)花卉的情況,并且能夠記錄每天的養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)提供用戶查看。

      用戶可在登錄界面進(jìn)行賬號的注冊及登陸,在登錄后第一使用的用戶可對硬件設(shè)備進(jìn)行配對連接,在后續(xù)的使用時app可開啟藍(lán)牙自動連接硬件設(shè)備。之后主顯示界面,用戶可根據(jù)服務(wù)器所提供的花卉的種類選擇該硬件設(shè)備所使用的花卉種類,在之后的使用中也可隨時更改。并且根據(jù)藍(lán)牙 4.0協(xié)議解析硬件設(shè)備藍(lán)牙模塊傳輸?shù)臄?shù)據(jù),對接受的數(shù)據(jù)實時的顯示,并且發(fā)送至服務(wù)器端查詢花卉養(yǎng)護(hù)的建議并且實時顯示。還可將每日的養(yǎng)護(hù)記錄存儲在服務(wù)器,用戶在查看花卉養(yǎng)護(hù)的記錄時,可為其展示花卉各個參數(shù)的變化曲線。還提供了各種植物花卉習(xí)性養(yǎng)護(hù)建議,為用戶豐富專業(yè)知識。

      2.3 服務(wù)器設(shè)計

      本系統(tǒng)的服務(wù)器運用的是在linux上tomcat本地服務(wù)器。服務(wù)器的開發(fā)語言為Java,與Android數(shù)據(jù)交互采用HTTP協(xié)議,數(shù)據(jù)的封裝形式為JSON,采用JSON形式封裝數(shù)據(jù)方便了Andnroid端和服務(wù)器端對數(shù)據(jù)解析和使用的方便。通過Request和Reponse進(jìn)行交互。其中Request:請求頭,封裝了請求的信息;Response:響應(yīng)頭,封裝了響應(yīng)的信息。

      服務(wù)器主要功能:(1)對用戶登錄及注冊進(jìn)行驗證。(2)根據(jù)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器花卉種類提供給用戶選擇。(3)根據(jù)Android端實時上傳的環(huán)境參數(shù),根據(jù)現(xiàn)在的時間點與后臺的數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境信息表對比分析,向Android端反饋花卉養(yǎng)護(hù)的建議,是否該進(jìn)行澆水施肥等。(4)據(jù)Android端實時上傳的環(huán)境參數(shù),記錄當(dāng)前時間點的數(shù)據(jù),在Android端請求某個時間段的花卉數(shù)據(jù)時,向Android反饋對應(yīng)時間段數(shù)據(jù)庫記錄的花卉信息。(5)向Android端提供各種植物的習(xí)性及養(yǎng)護(hù)建議。

      2.4 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

      后臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器采用mysql數(shù)據(jù)庫,關(guān)系型數(shù)據(jù)庫。需要設(shè)計的數(shù)據(jù)表有:

      用戶表:記錄能夠登陸此系統(tǒng)的賬戶及密碼,以及為其分配的id。

      標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境信息表:存儲各種花卉在不同時間所需求土壤水分、土壤養(yǎng)分、溫度和濕度參數(shù)的合適范圍。

      設(shè)備表:主要記錄每個用戶可綁定使用的多臺設(shè)備及其所對應(yīng)的植物種類

      參數(shù)表:用于記錄不同的設(shè)備上傳到服務(wù)器的每個時間花卉種類及其土壤水分、土壤養(yǎng)分、溫度和濕度參數(shù)。

      3 系統(tǒng)實現(xiàn)

      該系統(tǒng)主要實現(xiàn)Android端賬號注冊、身份驗證登陸、采集花卉數(shù)據(jù)顯示、養(yǎng)護(hù)記錄、養(yǎng)護(hù)的建議。由于該系統(tǒng)需要實時為用戶提供養(yǎng)護(hù)的數(shù)據(jù)及建議查詢,故在硬件系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)發(fā)送至Android端,是該系統(tǒng)先開始實現(xiàn)的,為后續(xù)Android與服務(wù)器端的交互提供了核心的數(shù)據(jù)來源,服務(wù)器根據(jù)采集的數(shù)據(jù)才能反饋花卉養(yǎng)護(hù)的建議,從而實現(xiàn)非專業(yè)用戶對花卉的養(yǎng)護(hù)更加的便捷合理。

      3.1 硬件系統(tǒng)實現(xiàn)

      3.2 Android端實現(xiàn)

      在Android Studio上開發(fā)了智能花房app,支持Android API 15-25及Android系統(tǒng)4.03版本以上都可使用,測試了Android系統(tǒng)4.03及Android系統(tǒng)7.01都可正常使用該APP,在Android APP使用截圖如下所示:

      4 小結(jié)

      面向智能的遠(yuǎn)程花卉養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)做到了養(yǎng)分、濕度、光照、溫度檢測,配合數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù),可以實現(xiàn)對盆栽植物全方面地遠(yuǎn)程監(jiān)測和長時間持續(xù)監(jiān)控數(shù)據(jù)功能。本智能系統(tǒng)基于手機(jī)和藍(lán)牙之間的通信,只需打開手機(jī)上的“藍(lán)牙”功能,通過APP端便能連接到本系統(tǒng)并且可以實現(xiàn)對植物當(dāng)前的各項參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)測,并通過與數(shù)據(jù)庫端的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對,以更加優(yōu)化的方式對植物進(jìn)行養(yǎng)護(hù),并且可以查詢每個時間段花卉各個參數(shù)的信息。只需要一個app端的賬號即可連接多臺設(shè)備即花卉使用[5]。手機(jī)APP界面簡潔清楚,操作簡單,交互邏輯清晰,用戶體驗較好。適合于家居、辦公人士,對于花卉的專業(yè)的知識不了解,不懂得正確花卉的養(yǎng)護(hù),使用本系統(tǒng)即可更智能更簡單的養(yǎng)護(hù)自己的花卉健康。

      參考文獻(xiàn):

      [1] 朱鴻杰, 高會議. 基于Android平臺的園藝溫室監(jiān)管系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 安徽農(nóng)學(xué)通報,2014,20(16):121-124.

      [2] 鄭昊,鐘志峰,郭昊,等. 基于Arduino/Android的藍(lán)牙通信系統(tǒng)設(shè)計[J]. 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),2012,2(5):50-51.

      [3] 張榮蜀, 張正華, 孫正衛(wèi), 等. 基于無線組網(wǎng)的高檔花卉智能大棚信息系統(tǒng)的設(shè)計[J]. 信息化研究,2013,39(4):40-43.

      [4] 薛萬國, 保鵬飛, 張震江, 等. 基于藍(lán)牙4.0構(gòu)建醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)[J]. 中國數(shù)字醫(yī)學(xué),2013,8(2):2-4,16.

      [5] 陸超逸, 石杰元, 王衍慶. 基于STM32和Android的智能花卉護(hù)理系統(tǒng)[J]. 電子技術(shù)與軟件工程,2016(13):102.

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