基于Android的食用菌设施栽培智能测控系统的设计

赵新海，张英亮，李颖，高善辉，黄亮



基于Android的食用菌设施栽培智能测控系统的设计

赵新海1，张英亮1，李颖1，高善辉2，黄亮3，通信作者

（1. 天津农学院 计算机与信息工程学院，天津 300384；2. 天津市亚安科技有限公司，天津 300392；3. 天津农学院 农学与资源环境学院，天津 300384）

为提高食用菌设施栽培的智能化管理水平，本文结合物联网技术与移动互联网技术，以Android移动终端为平台，设计了食用菌设施栽培智能测控系统。该系统能够全天候随时随地查看食用菌的生产状况、菇房内的环境因子数据，控制菇房内执行设备，为食用菌生长创造最优化的生长条件，使食用菌生长发育过程始终处于监督、记录和优良受控状态。

Android；智能测控；设施栽培；食用菌

食用菌是一类有机、营养、保健的绿色食品，食用菌产业已成为中国种植业中的一项重要产业。随着食用菌的食用价值和药用价值日益为人们所了解，国内外的食用菌销售量大幅度增加。同时，作为我国大力倡导的“三色”农业中的白色农业，食用菌种植规模空前扩大，前景广阔，发展空间巨大[1]。食用菌生产的智能化与自动化已成为我国食用菌产业的发展趋势，食用菌栽培环境的智能化控制对于提高单位面积的食用菌产量与质量，提高食用菌生产的经济效益，提升食用菌产业的竞争力非常重要[2]。

近几年来，“互联网＋”概念对人们生活与农业生产的影响与改变越来越深刻。无论是办公自动化、车船飞机的购票，还是农业生产，甚至是现在炙手可热的“共享经济”等，都可以通过计算机或者智能手机在互联网上完成所需操作，给人们带来便利的同时，使生产效率得到了巨大提升。“互联网＋”时代的到来，为传统行业的发展带来了新机遇。利用信息技术、通信技术和互联网平台，传统行业与互联网技术融合，取长补短，相互促进，共同发展。正是在此基础上，本文结合物联网技术与移动互联网技术，以Android移动终端为平台，设计了食用菌设施栽培智能测控系统，对食用菌生长至关重要的温度、湿度、CO2浓度、光照强度进行智能测控，实现食用菌生长最佳环境条件的智能控制，使食用菌生产潜力得到充分发挥，提高食用菌产量和品质，增加经济效益。

1 系统设计

食用菌设施栽培智能测控系统由服务器端与Android客户端APP组成。数据库采用MySQL轻量级关系型数据库，能够快速、灵活地对数据进行操作。

服务器端采用Struts、Spring、Hibernate融合框架（SSH），SSH框架是将Struts2、Spring和Hibernate三个技术融合在一起的一种开源框架，是目前比较流行的一种Web应用程序开发框架[3]。Struts 2以WebWork为核心，采用拦截器的机制来处理用户的请求，这样的设计也使得业务逻辑控制器能够与ServletAPI完全脱离开。服务器端借助Struts实现了大量的用户交互界面与JSP页面的转换业务，提高了开发效率。Spring整合了服务器对数据库的事务处理。对Action、Dao和数据库连接池进行配置[4]。Hibernate实现了对表中数据的持久化处理，利用映射技术直接将表转换成类，并在类中编写对数据库进行处理的SQL语句，方便系统对数据进行操作，减少服务器连接数据库时产生的开销，提高系统运行效率[5]。服务器端采用Maven管理工具中横切的逻辑，这些逻辑来自一组共享的（或者自定义的）插件。基于Maven的系统可以更加方便地在pom.xml中引入依赖，使得开发效率得以提高[6]。

Android是Google开发的基于Linux平台的开源手机操作系统[7]，由于其简洁和开源的特点，使得目前 Android 智能手机的市场占有率非常高[8]。Android客户端APP采用MVC架构基于Android Studio开发。MVC架构使得逻辑、数据、界面显示相分离，并按不同功能分层。HttpURLConnection类连接客户端APP与服务器，二者以JSON数据包的形式通信。界面设计运用多Fragment以及Fragment嵌套技术进行处理，使界面丰富而不臃肿。

2 系统实现

食用菌设施栽培智能测控系统Android客户端APP由身份验证、视频监控、实时数据、数据统计、设备控制、栽培条件6个模块组成，其功能模块图如图1所示。

图1 系统功能模块图

2.1 身份验证

身份验证模块用来对用户的合法性进行验证。

2.2 视频监控

视频监控模块用于查看食用菌菇房内的实时画面。

2.3 实时数据

实时数据模块显示食用菌菇房内4个点位传感器（温度、湿度、CO2浓度、光照强度）采集到的实时环境数据。

2.4 数据统计

数据统计模块将采集到的环境数据（温度、湿度、CO2浓度、光照强度）以实时曲线的方式显示给用户，便于对食用菌菇房内的环境运转情况进行分析并相应地做出改进，提高生产效率。

2.5 设备控制

设备控制模块显示食用菌菇房内执行设备（加湿器、制冷机、送排风、LED灯光、内循环）的当前状态，并使用远程控制功能通过继电器控制设备或模拟输出模块对菇房内的执行设备进行控制操作。

2.6 栽培条件

栽培条件模块显示食用菌菇房内食用菌的栽培条件，栽培条件包括食用菌栽培当天的最高最低温度、最高最低湿度、最高最低CO2浓度、开关灯时长、开关内循环时长，系统服务器将根据此栽培条件智能开启或关闭执行设备，调控菇房内的温度、湿度、CO2浓度、光照强度，实现食用菌生长最佳环境条件的智能控制。

3 实施效果

2017年7月至2017年9月经过两周期智能栽培测试，食用菌设施栽培智能测控系统获取菇房内环境数据（温度、湿度、CO2浓度、光照强度）13 880条，向菇房内执行设备（加湿器、制冷机、送排风、LED灯光、内循环）发出控制指令19 658次，实现了食用菌生长最佳环境条件的智能化控制。图2是客户端APP视频监控界面，图3是客户端APP实时数据界面，图4是客户端APP数据统计界面，图5是客户端APP设备控制界面，图6是客户端APP栽培条件界面。

图2 视频监控界面

图3 实时数据界面

图4 数据统计界面

图5 设备控制界面

图6 栽培条件界面

4 结论

随着食用菌产业的飞速发展，对其生长环境控制系统的智能化需求也越来越高。本文设计的食用菌设施栽培智能测控系统采用SSH框架使得系统具有良好的扩展性、维护性和解耦性，用户使用Android移动设备能够查看食用菌菇房内实时环境数据、食用菌生长画面以及一段时间内环境数据的变化情况，手动开启或关闭菇房内的执行设备。通过两周期的栽培测试，系统运行稳定、可靠。

[1] 郭海玲，刘园园，何涛，等. 基于智能预测算法的食用菌大棚温湿度控制研究[J]. 农业与技术，2017，37（16）：61.

[2] 王明友，宋卫东，肖宏儒，等. 我国食用菌工厂化生产监控技术现状与发展趋势[J]. 农机化研究，2012（8）： 223-226.

[3] 胡浩军，郭玲. 面向安卓系统的电气设备远程协同诊断平台设计[J]. 计算机时代，2018（1）：4-8.

[4] Williams N S. Professional Java for Web Applications：Featuring Websockets，Spring Framework，JPA Hibernate，and Spring Security[M]. Birmingham：Wrox Press，2014.

[5] 李刚. 轻量级Java EE企业应用实战：Struts 2＋Spring3＋Hibernate整合开发[M]. 3版. 北京：电子工业出版社，2012.

[6] 李俊杰. Maven在企业Java软件产品中的应用[J]. 电脑知识与技术，2011，7（7）：1562-1565.

[7] 李慧，刘星桥，李景，等. 基于物联网Android平台的水产养殖远程监控系统[J]. 农业工程学报，2013，29（13）：175-181.

[8] 王宏坡，周红，李金平，等. 基于Android的池塘养殖水质远程监控系统[J]. 天津农学院学报，2017，24（1）：69-74.

责任编辑：张爱婷

The design of intelligent monitoring and controlling system for edible fungi facility cultivation based on Android

ZHAO Xin-hai1, ZHANG Ying-liang1, LI Ying1, GAO Shan-hui2, HUANG Liang3,Corresponding Author

（1. College of Computer and Information Engineering, Tianjin Agricultural University, Tianjin 300384, China; 2. Tianjin Yaan Technology Co., Ltd., Tianjin 300392, China; 3. College of Agronomy and Resources Environment, Tianjin Agricultural University, Tianjin 300384, China）

In order to improve the level of intelligent management of edible fungi facility cultivation, with internet of things and mobile internet technologies, edible fungi facility cultivation intelligent monitoring and controlling system was developed based on Android platform. This system had the ability to exhibit real-time production status of edible fungi and environmental factors in mushroom house, and to control the actuator, thereby providing an optimal growth condition for edible fungi. As a result, the growth of edible fungi was able to be detected, recorded and controlled optimally.

Android; intelligent monitoring and control; facility cultivation; edible fungi

1008-5394（2018）03-0084-03

10.19640/j.cnki.jtau.2018.03.018

TP311.52

A

2018-05-10

天津市科委项目（17ZXBFNC00090）

赵新海（1977-），男，副教授，硕士，主要从事农业物联网与农业信息化相关研究。E-mail：zhaoxinhai@tjau.edu.cn。

黄亮（1983-），男，副教授，硕士，主要从事微生物发酵及食用菌相关研究。E-mail：huangliang@tjau.edu.cn。