孫曉梅 ，馬德新，黃金光

(1.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)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(duì)農(nóng)服務(wù)平臺(tái)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(dòng)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(dòng)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(tái)。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(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，傳輸傳感器信息至農(nóng)戶手機(jī)，農(nóng)戶通過Android 手機(jī)上的APP軟件隨時(shí)監(jiān)控蔬菜大棚內(nèi)外的環(huán)境信息。通過該平臺(tái)，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(yíng)的盲目性。該系統(tǒng)應(yīng)用方便快捷，具有對(duì)農(nóng)服務(wù)的現(xiàn)實(shí)意義。

Android；蔬菜大棚；環(huán)境監(jiān)測(cè)；對(duì)農(nóng)服務(wù)；APP軟件

我國(guó)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(shí)調(diào)整設(shè)置適合農(nóng)作物生長(zhǎng)的環(huán)境參數(shù)[1，2]，從而進(jìn)一步提高農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和品質(zhì)。同時(shí)，在農(nóng)戶農(nóng)作過程中，為其實(shí)時(shí)提供科技、金融、農(nóng)資、培訓(xùn)、咨詢等服務(wù)，可以使其及時(shí)了解行業(yè)信息動(dòng)態(tài)，避免生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)的盲目性，有利于提高其經(jīng)濟(jì)收益。

隨著移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的普及以及智能手機(jī)的發(fā)展，移動(dòng)互聯(lián)的生活方式給農(nóng)業(yè)帶來了新的生機(jī)乃至變革。農(nóng)戶只需一部手機(jī)就可以對(duì)農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)遠(yuǎn)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(dòng)終端(手機(jī)、平板電腦)的蔬菜大棚環(huán)境監(jiān)控及對(duì)農(nóng)服務(wù)平臺(tái)，利用開發(fā)的APP軟件，結(jié)合快速的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)和手機(jī)系統(tǒng)，可以為農(nóng)戶提供現(xiàn)場(chǎng)式的專家服務(wù)，具有便攜、實(shí)用、圖文并茂、人機(jī)界面友好以及不受時(shí)間和空間限制等特點(diǎn)，是一次農(nóng)業(yè)信息化平臺(tái)的革新，對(duì)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(dòng)端APP功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基于Android移動(dòng)終端的蔬菜大棚環(huán)境監(jiān)控及對(duì)農(nóng)服務(wù)平臺(tái)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?！碍h(huán)境監(jiān)控”模塊可定位到農(nóng)戶自己的蔬菜大棚，隨時(shí)監(jiān)控農(nóng)場(chǎng)的生產(chǎn)狀況，并可發(fā)送信號(hào)控制大棚中的噴滴灌、遮陽(yáng)、風(fēng)機(jī)、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(duì)生產(chǎn)問題進(jìn)行提問，專家或其他用戶可以就問題進(jìn)行解答和參與討論。提問和回復(fù)的內(nèi)容匯總后在首頁(yè)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(shí)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(biāo)準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)規(guī)程和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)用技術(shù)?！稗r(nóng)資超市”模塊可以提供當(dāng)下熱賣的農(nóng)用物資訊息，并可對(duì)當(dāng)前位置進(jìn)行定位，提供附近的農(nóng)資店位置及聯(lián)系方式?！盎蒉r(nóng)政策”模塊用以發(fā)布有關(guān)民生政策、勞動(dòng)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(chǎng)價(jià)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(dòng)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(dòng)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(jìn)行設(shè)計(jì)，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(chǎng)的各個(gè)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(hào)，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(jìn)行比較，若超出安全范圍，則同時(shí)發(fā)布預(yù)警信息。監(jiān)測(cè)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(dòng)終端APP系統(tǒng)完成通信。在移動(dòng)端，用戶通過點(diǎn)擊智能手機(jī)或平板電腦上的功能圖標(biāo)，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(dòng)繼電器工作，實(shí)現(xiàn)傳感器采集數(shù)據(jù)的查詢及蔬菜大棚水泵、遮陽(yáng)、風(fēng)機(jī)、照明等設(shè)備的人工控制和自動(dòng)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(chǔ)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了大棚內(nèi)外環(huán)境信息的遠(yuǎn)程隨時(shí)隨地查看和控制，主要可以實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)方面功能：

(1)采集農(nóng)業(yè)環(huán)境信息。實(shí)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)農(nóng)作物的生長(zhǎng)環(huán)境。

(2)農(nóng)作物環(huán)境監(jiān)控。系統(tǒng)可以即時(shí)完成數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，可以根據(jù)農(nóng)作物的環(huán)境變化數(shù)據(jù)，通過移動(dòng)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(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生長(zhǎng)環(huán)境的科學(xué)調(diào)控。

(3)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。所有節(jié)點(diǎn)傳感器采集的數(shù)據(jù)將上傳至云服務(wù)平臺(tái)，通過移動(dòng)終端設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫室大棚的環(huán)境數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的移動(dòng)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(zhǔn)確等問題，打破了對(duì)農(nóng)戶時(shí)間和空間上的限制，應(yīng)用方便快捷[5-7]。

3 移動(dòng)端APP前端及后臺(tái)設(shè)計(jì)

3.1移動(dòng)端APP原型界面設(shè)計(jì)

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

基于Android移動(dòng)終端的蔬菜大棚環(huán)境監(jiān)控及對(duì)農(nóng)服務(wù)平臺(tái)通過地理信息技術(shù)以地圖形式顯示農(nóng)場(chǎng)的總體布局，包括大棚作物的分布情況、各個(gè)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(diǎn)擊區(qū)域圖像按鈕，可以調(diào)取大棚內(nèi)外的現(xiàn)場(chǎng)圖像進(jìn)行查看；點(diǎn)擊傳感器節(jié)點(diǎn)按鈕可以查看該傳感器節(jié)點(diǎn)的序號(hào)，查詢其采集到的溫度、濕度等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；點(diǎn)擊控制設(shè)備按鈕可以查看設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)調(diào)整、發(fā)送控制指令驅(qū)動(dòng)設(shè)備工作或維護(hù)修理，保證整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行通暢；點(diǎn)擊“病情咨詢”按鈕，農(nóng)戶可以針對(duì)生產(chǎn)過程中遇到的問題進(jìn)行提問和求解，專家或其他用戶可以就問題進(jìn)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(diǎn)擊“農(nóng)資超市”按鈕，手機(jī)網(wǎng)絡(luò)會(huì)通過 GPS 自動(dòng)檢索當(dāng)前地理位置進(jìn)行定位和標(biāo)記，并給出附近的農(nóng)資超市信息。相關(guān)移動(dòng)端原型界面如圖3所示。

3.2 APP后臺(tái)設(shè)計(jì)

后臺(tái)是管理整個(gè)APP系統(tǒng)的入口，在開發(fā)設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)充分考慮系統(tǒng)的可擴(kuò)展性及人機(jī)界面的友好性。系統(tǒng)后臺(tái)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(duì)新聞進(jìn)行大類和小類劃分，實(shí)現(xiàn)新聞的發(fā)布及管理。

a

b

圖3移動(dòng)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(dòng)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(kù)：在線表編輯，添加數(shù)據(jù)表，編輯數(shù)據(jù)庫(kù)，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(duì)農(nóng)服務(wù)平臺(tái)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(hào)高效傳輸?shù)绞殖忠苿?dòng)終端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、傳輸及基于移動(dòng)終端的信息回饋控制，同時(shí)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(shí)空限制隨時(shí)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(jìn)一步增加數(shù)據(jù)的智能分析模塊，以期利用監(jiān)測(cè)到的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)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(yuǎn)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(dòng)端監(jiān)測(cè)平臺(tái)的構(gòu)建[J]．中國(guó)植保導(dǎo)刊，2015，35(5)：46-49．

[4] 韓曙光，張國(guó)鳴，羅川林．加快農(nóng)作物病蟲害監(jiān)測(cè)預(yù)警區(qū)域站規(guī)范化建設(shè)構(gòu)想[J]．中國(guó)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(cè)控系統(tǒng)研究與實(shí)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(jī)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(bào)，2014，30(2)：6-9．

[7] 陳桂鵬，嚴(yán)志雁，瞿華香，等．基于Android手機(jī)的農(nóng)業(yè)環(huán)境信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)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(jī)的蘋果病蟲害專家診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]．北方園藝，2015(19)：202-205．

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

[10] 黃沖，劉萬(wàn)才，張君．馬鈴薯晚疫病物聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)平臺(tái)開發(fā)及應(yīng)用[J]．中國(guó)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(guó)家科技基礎(chǔ)條件平臺(tái)子項(xiàng)目“林業(yè)微生物資源標(biāo)準(zhǔn)化整理”(2005DKA21207-17)；國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃重點(diǎn)專項(xiàng)“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(jì)劃項(xiàng)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?yàn)樯镄畔W(xué)、新媒體技術(shù)在對(duì)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?yàn)樯镄畔W(xué)、植物病理學(xué)。 E-mail：jghuang@qau.edu.cn