孫曉梅 ，馬德新，黃金光

(1.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)動漫與傳媒學(xué)院，山東 青島 266109；2.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)植物醫(yī)學(xué)學(xué)院，山東 青島 266109)

基于Android的蔬菜大棚環(huán)境監(jiān)控及對農(nóng)服務(wù)平臺構(gòu)建

孫曉梅1，馬德新1，黃金光2

(1.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)動漫與傳媒學(xué)院，山東 青島 266109；2.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)植物醫(yī)學(xué)學(xué)院，山東 青島 266109)

構(gòu)建了基于Android移動終端的以“環(huán)境監(jiān)控”、“病情咨詢”、“科技培訓(xùn)”、“農(nóng)資超市”和“惠農(nóng)政策”為主的蔬菜大棚環(huán)境監(jiān)控及農(nóng)業(yè)信息發(fā)布及咨詢平臺。系統(tǒng)通過傳感器采集大棚內(nèi)的土壤濕度以及大棚內(nèi)外的空氣溫濕度、風(fēng)速、光照度等環(huán)境信息，然后利用移動通信網(wǎng)絡(luò)，傳輸傳感器信息至農(nóng)戶手機，農(nóng)戶通過Android 手機上的APP軟件隨時監(jiān)控蔬菜大棚內(nèi)外的環(huán)境信息。通過該平臺，農(nóng)戶還能獲得專家咨詢、科技培訓(xùn)、農(nóng)資信息和惠民政策輸送等服務(wù)以避免生產(chǎn)和經(jīng)營的盲目性。該系統(tǒng)應(yīng)用方便快捷，具有對農(nóng)服務(wù)的現(xiàn)實意義。

Android；蔬菜大棚；環(huán)境監(jiān)測；對農(nóng)服務(wù)；APP軟件

我國蔬菜大棚目前已形成規(guī)?；彤a(chǎn)業(yè)化，在生產(chǎn)過程中，通過布置、安裝各種傳感器，可以實時監(jiān)測大棚內(nèi)外的環(huán)境信息，如溫度、濕度、二氧化碳濃度、光照度等，及時調(diào)整設(shè)置適合農(nóng)作物生長的環(huán)境參數(shù)[1，2]，從而進一步提高農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和品質(zhì)。同時，在農(nóng)戶農(nóng)作過程中，為其實時提供科技、金融、農(nóng)資、培訓(xùn)、咨詢等服務(wù)，可以使其及時了解行業(yè)信息動態(tài)，避免生產(chǎn)和經(jīng)營的盲目性，有利于提高其經(jīng)濟收益。

隨著移動通信網(wǎng)絡(luò)的普及以及智能手機的發(fā)展，移動互聯(lián)的生活方式給農(nóng)業(yè)帶來了新的生機乃至變革。農(nóng)戶只需一部手機就可以對農(nóng)場進行實時遠程監(jiān)控、在線交流、發(fā)布及獲取形式多樣的信息和資訊[3]。我們構(gòu)建的基于Android移動終端(手機、平板電腦)的蔬菜大棚環(huán)境監(jiān)控及對農(nóng)服務(wù)平臺，利用開發(fā)的APP軟件，結(jié)合快速的移動通信網(wǎng)絡(luò)和手機系統(tǒng)，可以為農(nóng)戶提供現(xiàn)場式的專家服務(wù)，具有便攜、實用、圖文并茂、人機界面友好以及不受時間和空間限制等特點，是一次農(nóng)業(yè)信息化平臺的革新，對指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、提高農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平具有重要意義[4]。

1 移動端APP功能結(jié)構(gòu)設(shè)計

基于Android移動終端的蔬菜大棚環(huán)境監(jiān)控及對農(nóng)服務(wù)平臺包括環(huán)境監(jiān)控、病情咨詢、科技培訓(xùn)、農(nóng)資超市、惠農(nóng)政策五大主要功能模塊，如圖1所示。“環(huán)境監(jiān)控”模塊可定位到農(nóng)戶自己的蔬菜大棚，隨時監(jiān)控農(nóng)場的生產(chǎn)狀況，并可發(fā)送信號控制大棚中的噴滴灌、遮陽、風(fēng)機、照明等系統(tǒng)各應(yīng)用子系統(tǒng)的開啟和關(guān)閉?！安∏樽稍儭痹O(shè)有指定作物提問和指定專家提問兩種方式，農(nóng)戶可以針對生產(chǎn)問題進行提問，專家或其他用戶可以就問題進行解答和參與討論。提問和回復(fù)的內(nèi)容匯總后在首頁顯示，其格式可以是文字，也可以是圖片。該功能模塊可供專家和農(nóng)戶自由發(fā)言、交流和探討，能及時解決農(nóng)民在生產(chǎn)過程中遇到的問題?！翱萍寂嘤?xùn)”模塊能夠發(fā)布科技培訓(xùn)信息，提供每日農(nóng)技學(xué)習(xí)模塊，幫助農(nóng)戶了解標準農(nóng)業(yè)技術(shù)規(guī)程和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實用技術(shù)?！稗r(nóng)資超市”模塊可以提供當下熱賣的農(nóng)用物資訊息，并可對當前位置進行定位，提供附近的農(nóng)資店位置及聯(lián)系方式。“惠農(nóng)政策”模塊用以發(fā)布有關(guān)民生政策、勞動保障、民政優(yōu)撫、醫(yī)療保健、公共衛(wèi)生、文化娛樂等便民服務(wù)信息，并提供農(nóng)產(chǎn)品市場價格、農(nóng)產(chǎn)品供求信息、金融政策及招商引資信息等的發(fā)布及查詢。

圖1移動端APP功能結(jié)構(gòu)

2 環(huán)境監(jiān)控模塊的開發(fā)

基于Android移動終端的蔬菜大棚環(huán)境監(jiān)控模塊基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)進行設(shè)計，采用Zigbee技術(shù)構(gòu)建無線傳感網(wǎng)絡(luò)，具體功能構(gòu)成如圖2所示。

圖2環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)通過布置在農(nóng)業(yè)現(xiàn)場的各個無線傳感器采集蔬菜大棚內(nèi)外的空氣溫濕度、土壤濕度、二氧化碳濃度、光照度等信號，通過協(xié)調(diào)器完成Zigbee網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建及無線數(shù)據(jù)采集收發(fā)，并通過串口將數(shù)據(jù)傳送至智能網(wǎng)關(guān)處理單元，與系統(tǒng)中預(yù)設(shè)的參數(shù)范圍進行比較，若超出安全范圍，則同時發(fā)布預(yù)警信息。監(jiān)測數(shù)據(jù)與預(yù)警信息利用Socket通信通過IP網(wǎng)絡(luò)與移動終端APP系統(tǒng)完成通信。在移動端，用戶通過點擊智能手機或平板電腦上的功能圖標，通過IP網(wǎng)絡(luò)將控制命令傳送至智能網(wǎng)關(guān)處理單元，通過I/O端口驅(qū)動繼電器工作，實現(xiàn)傳感器采集數(shù)據(jù)的查詢及蔬菜大棚水泵、遮陽、風(fēng)機、照明等設(shè)備的人工控制和自動控制，云終端服務(wù)器利用IP網(wǎng)絡(luò)完成數(shù)據(jù)的收發(fā)、處理和存儲。該系統(tǒng)實現(xiàn)了大棚內(nèi)外環(huán)境信息的遠程隨時隨地查看和控制，主要可以實現(xiàn)以下幾個方面功能：

(1)采集農(nóng)業(yè)環(huán)境信息。實現(xiàn)土壤溫濕度、空氣溫濕度、光照度、二氧化碳等傳感器的數(shù)據(jù)采集，用于全方位實時監(jiān)測農(nóng)作物的生長環(huán)境。

(2)農(nóng)作物環(huán)境監(jiān)控。系統(tǒng)可以即時完成數(shù)據(jù)監(jiān)測，可以根據(jù)農(nóng)作物的環(huán)境變化數(shù)據(jù)，通過移動終端或設(shè)定閾值控制溫度系統(tǒng)、光照度系統(tǒng)和灌溉系統(tǒng)，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生長環(huán)境的科學(xué)調(diào)控。

(3)遠程監(jiān)控功能。所有節(jié)點傳感器采集的數(shù)據(jù)將上傳至云服務(wù)平臺，通過移動終端設(shè)備實時監(jiān)測溫室大棚的環(huán)境數(shù)據(jù)，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的移動端應(yīng)用。

該系統(tǒng)有效解決了蔬菜大棚種植區(qū)域分散、生產(chǎn)人員科技設(shè)備應(yīng)用能力欠缺、傳統(tǒng)有線模式組網(wǎng)困難及操作復(fù)雜、監(jiān)控距離受限、數(shù)據(jù)采集不科學(xué)不準確等問題，打破了對農(nóng)戶時間和空間上的限制，應(yīng)用方便快捷[5-7]。

3 移動端APP前端及后臺設(shè)計

3.1移動端APP原型界面設(shè)計

系統(tǒng)移動端的人機交互界面本著便捷、友好的設(shè)計原則，采用簡單、人性化的應(yīng)用和高級控件完成設(shè)計開發(fā)，并通過加入一些優(yōu)秀的開源組件提高用戶體驗[8-10]。

基于Android移動終端的蔬菜大棚環(huán)境監(jiān)控及對農(nóng)服務(wù)平臺通過地理信息技術(shù)以地圖形式顯示農(nóng)場的總體布局，包括大棚作物的分布情況、各個無線傳感器的安裝位置以及各控制設(shè)備的安裝位置等。通過點擊區(qū)域圖像按鈕，可以調(diào)取大棚內(nèi)外的現(xiàn)場圖像進行查看；點擊傳感器節(jié)點按鈕可以查看該傳感器節(jié)點的序號，查詢其采集到的溫度、濕度等實時數(shù)據(jù)；點擊控制設(shè)備按鈕可以查看設(shè)備的運行狀態(tài)，及時調(diào)整、發(fā)送控制指令驅(qū)動設(shè)備工作或維護修理，保證整個系統(tǒng)運行通暢；點擊“病情咨詢”按鈕，農(nóng)戶可以針對生產(chǎn)過程中遇到的問題進行提問和求解，專家或其他用戶可以就問題進行解答和參與討論，提問和回復(fù)的內(nèi)容格式可以是文字，也可以是圖片；點擊“農(nóng)資超市”按鈕，手機網(wǎng)絡(luò)會通過 GPS 自動檢索當前地理位置進行定位和標記，并給出附近的農(nóng)資超市信息。相關(guān)移動端原型界面如圖3所示。

3.2 APP后臺設(shè)計

后臺是管理整個APP系統(tǒng)的入口，在開發(fā)設(shè)計過程中，應(yīng)充分考慮系統(tǒng)的可擴展性及人機界面的友好性。系統(tǒng)后臺管理主要包括以下功能模塊：

用戶管理：查看、修改、刪除用戶資料及鎖定、解鎖功能。

欄目管理：可以完成欄目的順序調(diào)整及新增、刪除。

新聞管理：對新聞進行大類和小類劃分，實現(xiàn)新聞的發(fā)布及管理。

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b

圖3移動端原型界面

留言管理：管理信息反饋及用戶留言，可在線回復(fù)，也可使用在線發(fā)信功能給于答復(fù)。

調(diào)查管理：發(fā)布、修改調(diào)查。

文件管理：管理用戶上傳的圖片及其他文件。

下載中心：可分類增加各種文件如驅(qū)動文件和技術(shù)文檔等的下載。

友情鏈接：新增、修改友情鏈接。

數(shù)據(jù)庫：在線表編輯，添加數(shù)據(jù)表，編輯數(shù)據(jù)庫，APP管理設(shè)置，歷史數(shù)據(jù)查詢功能，掛接網(wǎng)站等等。APP管理設(shè)置主要是設(shè)定大棚環(huán)境的閾值，歷史數(shù)據(jù)查詢主要是查閱歷史監(jiān)控的大棚環(huán)境數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)日志：記錄每一步系統(tǒng)操作，以保證系統(tǒng)安全。

4 結(jié)論

基于Android的蔬菜大棚環(huán)境監(jiān)控及對農(nóng)服務(wù)平臺能夠?qū)⒋笈锃h(huán)境圖像、空氣溫濕度、土壤溫濕度、光照度等傳感器信號高效傳輸?shù)绞殖忠苿咏K端設(shè)備，實現(xiàn)了監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時采集、傳輸及基于移動終端的信息回饋控制，同時在系統(tǒng)中增加了便于農(nóng)戶交流學(xué)習(xí)和獲取資訊政策等信息的功能模塊，農(nóng)戶可以不受時空限制隨時隨地查看和管理大棚環(huán)境數(shù)據(jù)及享用便民服務(wù)。隨著應(yīng)用的深入，系統(tǒng)將進一步增加數(shù)據(jù)的智能分析模塊，以期利用監(jiān)測到的歷史數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)挖掘，為農(nóng)戶提供更便捷有效的生產(chǎn)決策服務(wù)。

[1] 黃鶯．基于Android系統(tǒng)的蔬菜大棚環(huán)境參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)[J]．江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，42(12):423-425．

[2] 韓劍，莫德清．基于Android與GSM的溫室大棚遠程監(jiān)控系統(tǒng)[J]．江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，43(4):397-399．

[3] 冷偉鋒，馬占鴻．小麥條銹病移動端監(jiān)測平臺的構(gòu)建[J]．中國植保導(dǎo)刊，2015，35(5)：46-49．

[4] 韓曙光，張國鳴，羅川林．加快農(nóng)作物病蟲害監(jiān)測預(yù)警區(qū)域站規(guī)范化建設(shè)構(gòu)想[J]．中國植保導(dǎo)刊，2015，35(11)：78-79．

[5] 趙繼春，劉世洪，喬珠峰．基于Android的智能溫室環(huán)境測控系統(tǒng)研究與實現(xiàn)[J]．江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，44(3)：394-397．

[6] 仇天月，陳旭，馬超，等．基于智能手機的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)信息采集和發(fā)布系統(tǒng)的研究[J]．上海農(nóng)業(yè)學(xué)報，2014，30(2)：6-9．

[7] 陳桂鵬，嚴志雁，瞿華香，等．基于Android手機的農(nóng)業(yè)環(huán)境信息采集系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J]．廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014(13)： 178-181．

[8] 屈赟，陶晡，張文靜．基于Android系統(tǒng)手機的蘋果病蟲害專家診斷系統(tǒng)設(shè)計[J]．北方園藝，2015(19)：202-205．

[9] 戴建國，賴軍臣．基于圖像規(guī)則與Android手機的棉花病蟲害診斷系統(tǒng)[J]．農(nóng)業(yè)機械學(xué)報，2015，46(1)：35-44．

[10] 黃沖，劉萬才，張君．馬鈴薯晚疫病物聯(lián)網(wǎng)實時監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)平臺開發(fā)及應(yīng)用[J]．中國植保導(dǎo)刊，2015，35(12)：45-48．

EstablishmentofVegetableGreenhouseEnvironmentalMonitoringandAgriculturalServicePlatformBasedonAndroid

Sun Xiaomei1, Ma Dexin1,Huang Jinguang2

(1.AnimationandCommunicationCollege,QingdaoAgriculturalUniversity,Qingdao266109,China;2.CollegeofPhytomedicine,QingdaoAgriculturalUniversity,Qingdao266109,China)

An Android-based mobile platform has established for vegetable greenhouse environmental monitoring and agricultural information release and consultation. The system has the functions including environmental monitoring, disease consultation, scientific training, agricultural supermarket and preferential agricultural policy. The soil humidity, air temperature and humidity, wind speed, light and other environmental information can be collected by sensors in greenhouse and sent to the famers’ mobile phone through mobile communication network. By the APP software in Android phones, farmers can monitor the environmental information inside and outside greenhouse. Moreover, the platform provides expert consulting, science and technology training, agricultural information, preferential agricultural policies for farmers in order to avoid the blindness of production and management. The platform is easy to use with the practical significance to agricultural services.

Android; Vegetable greenhouse; Environmental monitoring; Agricultural service; APP software

S126

A

1001-4942(2017)10-0131-04

10.14083/j.issn.1001-4942.2017.10.028

2016-11-25；

2017-08-26

國家科技基礎(chǔ)條件平臺子項目“林業(yè)微生物資源標準化整理”(2005DKA21207-17)；國家重點研發(fā)計劃重點專項“黃淮海冬小麥化肥農(nóng)藥減施技術(shù)集成研究與示范”(2017YFD0201705)；青島市民生科技計劃項目“智能化設(shè)施園藝技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用示范”(15-9-2-104-nsh)

孫曉梅(1975—)，女，碩士，副教授，研究方向為生物信息學(xué)、新媒體技術(shù)在對農(nóng)服務(wù)中的應(yīng)用。 E-mail：xmsun@qau.edu.cn

黃金光(1973—)，男，博士，教授，研究方向為生物信息學(xué)、植物病理學(xué)。 E-mail：jghuang@qau.edu.cn