基于安卓平台的草莓知识专家教学APP的设计与实现

蔡国健，张娜，陕娟娟，李明環

摘要 分析了我国草莓种植业的发展现状，并结合现代高新信息技术，设计实现了一款基于安卓平台的草莓知识专家教学APP。该系统以解决农户实时监控草莓大棚生长环境、有效获取专家指导、学习草莓种植知识等问题为目的，让农户能够科学种植草莓，切实提高农户的经济效益。

关键词 安卓平台；APP；草莓知识教学

中图分类号 S-058 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2018）06-0182-04

Design and Implementation of Strawberry Knowledge Expert Teaching APP Based on Android Platform

CAI Guojian，ZHANG Na，SHAN Juanjuan et al （Beijing University of Agriculture，Beijing 102206）

Abstract This paper analyzed the development status of strawberry planting industry in China， combined with modern hightech information technology to design a strawberry knowledge expert teaching APP based on android platform.The system aimed to solve the problems in realtime monitoring of the environment of strawberry greenhouses for farmers， effectively access to expert guidance and knowledge of strawberry cultivation so that farmers can grow strawberries scientifically and effectively improve the economic benefits of farmers.

Key words Android platform；APP；Strawberry knowledge teaching

近年来，我国草莓种植业发展异常迅猛，由于其营养价值高、生长周期短，已经成为我国各大地区的主要经济作物之一，并成为农民增收、劳动力就业的重要支柱。草莓原产于南美地区，现已经广泛栽培于我国四川、山东、河北、安徽等地，遍布大江南北[1]。随着草莓种植地规模的逐年扩大，草莓病虫害种类增加，危害加重[2]。当农民遇到病虫害时，传统的解决方案主要是依靠其积累的经验、查找相关文献资料、询问懂行的科技人员以及通过搜索引擎来查找所需要的知识。这些方法虽然在一定程度上解决了部分问题，但是对于大部分草莓种植户来讲，这些方法都有不当之处。首先，个人经验不同导致所种的草莓结果也不同，而新种植户更难以获得满意的收成；其次，查找相关文献资料、询问懂行的科技人员费时费力，在草莓染病时，更有可能因为查找资料而错过最佳的治疗时间导致产量降低等问题；最后，利用搜索引擎搜索需要的知识，对于农民而言，也是一件比较困难的事情，还有可能搜到一些伪科学、伪知识，最终适得其反。

农民希望通过专业知识指导自己所种的草莓产量和品质有所提升，从而增加经济收入。但是，由于我国农业信息化程度较低，农业基础设施不足，农业信息技术不完善，不能给予正确的种植、养殖指导，解决农作物的生产问题。在这一点上，还需要继续探索。利用现代化农业信息技术可以让草莓种植户以最快速、最简便、最权威的方式获得所需要的知识和专家指导，因而持续完善我国的农业信息技术体系是迫在眉睫的任务。

目前，智能手机大量普及，移动终端相关技术水平不断提高，移动互联终端应用程序不断涌现，手机APP依靠其显著的优势正不断渗透到人们生活中，农业APP也开始逐渐发展[3]。运用智能手机APP让农民实时监控草莓大棚生长环境、有效获取专家指导、学习草莓种植知识是一种行之有效的手段。笔者设计并实现了一款基于安卓平台的草莓知识专家教学APP，以解决农民种植草莓遇到的问题。

1 系统整体设计

草莓知识专家教学系统主要分为三部分，包括传感器监测大棚环境数据采集、专业知识支持以及手机客户端APP，系统框架如图1所示。

1.1 传感器数据采集 草莓生长不仅由其自身生长特性决定，与大棚内环境也息息相关。影响草莓生长的环境因子主要有空气温湿度、土壤水分温湿度、光照强度、二氧化碳浓度和蒸腾度等[4]。实时监测并调控大棚内各环境因子变化，对于草莓生长尤为重要。在移动互联网技术和通讯技术的高速发展下，可利用智能手机APP监测大棚环境[5]。

在草莓大棚内安装测量各环境因子的传感器，实时监测环境数据，使用STM32單片机和2G网络模块将所收集到的环境数据以JSON数据包的形式，遵照TCP/IP协议每隔10 min发送至远程服务器中，由服务器对数据进行处理和储存以备后续数据分析。同时，在手机客户端向用户提供一个查看数据的接口，方便草莓种植人员实时监测大棚内环境因子变化，从而进一步调节大棚内各环境因子，营造一个适合草莓生长的环境。

1.2 专业知识支持 专业知识支持即拍摄草莓种植知识视频，主要是拍摄草莓整个生长周期，由专家讲解草莓在生长过程中可能出现的问题。整个流程为首先由各岗位专家编写拍摄大纲，包括草莓育种、栽培、病虫害防治等，并确定每个主题的拍摄时间段，以避免错过拍摄周期，例如北京地区草莓苗定植于每年的8月份，所以拍摄草莓苗定植的教学视频应定在8月份。确定拍摄某个草莓知识主题的时间段后，根据所列大纲进行细化，规定各分镜镜头、时间轴、讲解旁白等，形成一个执行脚本，再根据执行脚本进行实际视频的拍摄、剪辑等工作。最后将制作好的视频传给编写拍摄大纲的专家进行审查，未通过审查的视频需由专家提出整改意见，重新拍摄。农户可以通过观看视频获得最直接的专家帮助，从而使自己种植的草莓健康生长[6]。

1.3 手机客户端APP 草莓知识专家教学APP的设计与开发是利用现代信息技术，在互联网的浪潮下，将草莓种植业推向“互联网+”农业方向的重要体现。安卓系统以Linux内核为基础，是一种自由、开放源代码的操作系统，在智能手机、平板电脑等移动智能设备中得到广泛应用[7]。另外，根据2017年凯度移动通信消费者指数（Kanter Worldpanel ComTech）的智能手机操作系统数据显示，安卓市场占有率同比继续增长，已占据智能手机销量的87.2%。除此之外，安卓系统在平板电脑以及智能电视上都具有较高的支持率与较好的发展空间[8]。因此，使用优势显著的安卓平台作为整个APP设计开发的基础具有很强的可行性、可操作性以及经济可观性。同时，安卓手机简单易懂的操作为农户带来了极大的方便。

农户通过使用草莓知识专家教学APP能够更加全面、及时地了解大棚内环境变化，利用视频学习更加专业的草莓种植知识。草莓知识专家教学APP为农户提供了更加广泛的交流平台，使草莓种植和生产更加合理化、科学化以及数字化。

2 草莓知识专家教学APP设计

2.1 功能设计 草莓知识专家教学APP旨在帮助农户解决草莓种植过程中出现的各种问题，为农户提供全面的草莓种植知识，改善草莓的品质。根据对草莓种植户的调研分析，确定用户需求，草莓知识专家教学APP主要包含以下功能模块：实时监测、视频学习、专家咨询、发帖留言、新闻动态、用户信息，手机客户端功能框架如图2所示。

2.1.1 实时监测。实时监测大棚内的各环境因子，包括空气温湿度、土壤水分温湿度、光照强度、二氧化碳浓度以及蒸腾度等。方便农民随时查看大棚内环境状况，合理调节各项环境指标，营造适宜草莓生长的环境。

2.1.2 视频学习。草莓种植教学视频分为草莓品种、栽培形式、育苗技术、栽培技术、病虫害防治五大类，在各类视频下分解为相应各个小类，农户可根据需要选择相应的视频进行学习。视频应简短、精炼、讲解通俗易懂，让农户学习起来得心应手。

2.1.3 专家咨询。专家为农户答疑解惑是农技服务的重要内容。农户利用客户端社区BBS的功能，通过文字、语音、图片发帖的方式进行咨询，由对应的岗位专家定期解答各种问题，使农户与专家“零距离”接触。

2.1.4 发帖留言。该客户端为广大草莓种植户提供了广泛交流的平台。农户可以将自己遇到的问题、丰富的种植经验以发帖的形式分享，方便大家学习、讨论，获得更多与草莓种植相关的信息。

2.1.5 新闻动态。通过新闻模块，农户足不出户就可以了解世界各地关于草莓的相关资讯，了解国内外草莓种植业的发展以及当下使用的新技术等。

2.1.6 用户信息。用户可随时修改自己的个人信息、登录密码，并对自己发布的咨询留言进行删除和修改。另外，该模块还提供版本更新、更换用户等功能。

2.2 数据库设计 MySQL数据库几乎可以执行全部的SQL语言，它是一种多线程、多用户的关系型数据库[9]。它只有100多兆，占用磁盘空间小，安装、运行方便；写入数据所用时间短，存储数据量大，每个表能够处理5千多万条数据；源代码开放，SQL查询算法更加优化；完善的权限机制，安全性非常好[10]。

采用MySQL进行数据库搭建，共有10张数据库表，其功能如表1所示。

数据库关系模型定义如下：①Userinfor 用户信息表（用户ID、用户名、密码、电话）；②Knowinfor 草莓知识数据表（知识ID、知识标题、知识内容、知识图片路径、发表时间、发表来源）；③Mesinfor 草莓新闻数据表（新闻ID、新闻标题、新闻内容、新闻图片路径、发表时间、发表来源）；④Queinfo 咨询问题表（问题ID、问题题目、问题内容、咨询用户、咨询时间、问题图片路径）；⑤Fristansinfor 一级回复表（一级回复ID、问题ID、一级回复内容、一级回复图片路径、一级回复用户、一级回复时间、一级回复语音路径）；⑥Secansinfor 二级回复表（二级回复ID、一級回复ID、二级回复内容、二级回复图片路径、二级回复用户、二级回复时间、二级回复语音路径）；⑦Videofriclassinfor 教学视频一级分类表（一级分类ID、一级分类名称）；⑧Videosecclassinfor 教学视频二级分类表（二级分类ID、二级分类名称、一级分类ID）；⑨Videothreeclassinfor 教学视频三级分类表（三级分类ID、三级分类名称、二级分类ID）；⑩Videoinfor 教学视频信息表（视频ID、视频标题、图片路径、视频路径、三级分类ID）。

2.3 服务器设计 服务器端采用Java Web的形式进行服务器的开发。该服务器使用了Spring MVC框架搭建，部署在Tomcat 7.0容器中。Spring MVC框架是一个简单灵活的轻量级MVC框架，将AJAX技术引入到Spring MVC框架中，使其维护性更强[11]。在服务器中还使用了基于NIO的MINA技术，实现监测大棚传感器数据实时上传下载。Apache Mina是一个能够帮助用户开发高性能和高伸缩性网络应用程序的框架，它通过Java nio技术基于TCP/IP和UDP/IP协议提供了抽象的、事件驱动的、异步的API[12]。

另外，该服务器的主要功能还包括对用户身份的注册与检验，对草莓知识和草莓新闻进行更新、修改和添加，使客户端访问草莓种植教学视频，对用户咨询问题和解答问题的增删改查等。

2.4 终端交互设计 用户对APP的接触始于视觉，基于触觉，而视觉体验是超越功能体验最直接的存在[13]。草莓知识专家教学APP的受众群体主要是广大农户，结合农户自身特点，交互界面设计简洁友好，操作流程清晰易懂。用户视线遵循的是一条流畅的路径，在界面低端设置导航栏，使用户对整个软件的功能一目了然，无论用户处于哪个界面当中，都可以通过点击导航栏中的按钮来回切换界面、灵活跳转。另外，视觉界面设计通常涉及的是让界面呈现特定风格的美学元素的设计，包括布局、字体、颜色以及其他GUI中的元素[14]。将视觉元素的大小保持一致，采取适当的配色方案，从而形成一个布局清晰的界面，给用户更加美好的视觉体验。同时，为了方便农户操作，加入语音输入的功能，减少用户直接进行文字输入。

2.5 传感器获取数据处理 2G通讯模块与远程服务器通讯正常时，以TCP/IP协议每隔10 min向服务器发送1次数据。TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）协议是一种网络通讯协议，有网络层的IP协议和传输层的TCP协议[15]。数据包是JSON字符串格式，JSON字符串由键值对构成，键值对之间使用“，”隔开。JSON作为一种轻量级的数据传输格式，可以在多种语言之间进行交换，且JSON易于阅读和编码，又是JavaScript规范的子集，便于机器解析，减少了解析XML带来的性能和兼容性的问题[16]。传感器获取数据处理流程如图3所示。

2.6 专家咨询、发帖留言模块处理 专家咨询、发贴留言功能采用BBS模式，即一方发帖，其他人回帖的论坛形式。用户提出问题后可由专家或其他用户对该问题进行解答，除文字内容外，该软件同时支持每条信息上传4张图片。对于该软件主要服务的农业人员来说，很多人并不会熟练操作手机、电脑等信息化设备，要求他们打字录入想要咨询的问题不太现实，因此语音功能设置显得极其重要。发送端将语音文件经过BASE64压缩编码以后传递给接收端，接收端会根据相应的解码方式解析出发送的语音文件，从而实现语音传输的功能[17]。

3 草莓知识专家教学APP实现

草莓知识专家教学APP客户端使用了面向对象的Java语言并在Eclipse平台上进行开发。Java语言具有语法简单、运行效率高、速度快、出错率低、集成功能强的优点，还可阻止其他恶意程序代码对其攻击，通过利用自身带有的机制，保证Java程序代码具有更高的安全性[18]。另外，Java语言还能在多个线程当中同时并行工作，线程与线程之间不会有任何影响[19]。

Jbuilder（简单环境）和Eclipse（强大开发环境）是Java的开发平台，该系统使用Eclipse开发环境作为上位机开发平台。在Eclipse环境中，既能开发程序，又能进行相关程序的调试，在程序调试期间，可以任意中断程序，达到早发现早处理的良好效果[20]。

经过对系统反复调试，系统运行流畅并且稳定，实现了农户对草莓大棚环境状况的实时监测，并且让农户能够随时随地学习草莓种植知识、与专家进行及时的互动和交流。草莓知识专家教学APP首页如图4所示。

4 结语

在移动互联网的浪潮下，设计基于安卓平台的草莓知识专家教学APP对于草莓种植业来说具有重要的应用价值。该APP界面交互友好、操作简单方便，让农户随时随地监测大棚内部环境，并提供专家咨询、用户交流功能，实现了信息技术在草莓种植业上的应用，推动了农业信息化的发展。但该设计仍存在不足之处，应结合其他领域的APP进行不断优化与完善，比如可增添视频通讯、网络电话等功能，真正做到农户与专家的“零距离”交流。

参考文献

[1] 赵景波，张迪，刘慧敏，等.基于专家知识的草莓种植园区监控系统设计[J].湖北农业科学，2015，54（14）：3526-3533.

[2] 王忠和.草莓主要病虫害综合防治技术[J].果树实用技术与信息，2015（12）：34-38.

[3] 赵璞，朱孟帅，秦波，等.农业APP研究进展及展望[J].农业展望，2016，12（2）：59-64.

[4] 杨春俊，沈朗，赵敏，等.草莓种植中物联网技术的应用分析[J].中国高新技术企业，2016（35）：48-49.

[5] 徐正华.基于Android系统的温室环境监控APP研究与开发[D].洛阳：河南科技大学，2015.

[6] 刘红松.草莓主要病虫害及防治方法[J].现代农业科技，2015（11）：152-153.

[7] 张亦聪.基于安卓平台的掌上校园APP的设计与开发研究[J].信息与电脑（理论版）， 2016（7）：87-88.

[8] 顾紫燕.试论安卓系統的应用及发展方向[J].中国新通信，2016，18（4）：80.

[9] MILOEVIC′ D，PEPIC′ S，SARAEVIC′ M，et al.Weighted MoorePenrose generalized matrix inverse： MySQL vs.Cassandra database storage system[J].Sādhanā，2016，41（8）：837-846.

[10] 李荣国，王见.MySQL数据库在自动测试系统中的应用[J].计算机应用，2011，31（S2）：169-171.

[11] 刘颖，翟开云.基于Spring MVC框架的鲜活农产品供应链交易平台构建[J].物流技术，2016，35（10）：133-137.

[12] 向运.基于Apache Mina的智能家居服务器设计与实现[D].西安：长安大学，2013.

[13] 孙超凡.移动终端交互设计中的视觉美学法则[J].大众文艺，2014（6）：118.

[14] 王征佳.移动终端用户体验交互设计：如何设计出一款用户体验好的手机APP[J].中国金融电脑，2016（9）：49-53.

[15] 陈学泉，关宇东.嵌入式TCP/IP协议单片机技术在网络通信中的应用[J].电子技术应用，2002，28（8）：48-49.

[16] 高静，段会川.JSON数据传输效率研究[J].计算机工程与设计，2011，32（7）：2267-2270.

[17] 黄超琼，王天宝，陈超，等.基于安卓的智慧农业APP设计与实现[J].软件导刊，2015，14（1）：1-3.

[18] 刘明清.Java语言的特点与C++语言的比较[J].信息技术与信息化，2015（11）：151-153.

[19] 马响.基于java语言在web开发的知识探讨[J].信息技术与信息化，2015（11）：169-171.

[20] 高飞.使用JAVA语言开发WEB应用软件的知识探讨[J].电子世界，2012（10）：100-101.