基于安卓平台的温室监测系统

马晓幸 杨华

摘 要：近年来，农业温室大棚种植为提高人们的生活水平带来极大的便利，得到了迅速的推广和应用。但是也出现不少问题，比如种植环境中的温度、湿度、光照度、土壤湿度、CO2浓度等环境因子对作物的生产有很大的影响。传统的人工控制方式难以达到科学合理种植的要求，所以需要一种温室远程监测系统。运用传感器和软件通过移动平台或者电脑平台控制智能温室各项设备的运行，从而对农业生产进行控制，以达到高品质、高产量。本文的温室监测控制系统通过传感器收集温室的各项数据，并传输到云平台上，通过设计配套的基于安卓的手机APP用户可以及时观测温室的各项环境因素，从而对应的调整最有利于作物生长环节因素，实现科学合理的种植。

关键词：温室；监测；安卓；系统

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）19-0038-02

1 温室监测系统整体设计

1.1 温室大棚监测系统介绍

温室大棚监测系统也叫温室大棚检测系统，该系统利用物联网技术，可实时远程获取温室大棚内部的空气温湿度、土壤水分温度、二氧化碳浓度、光照强度及视频图像，通过模型分析，远程或自动控制湿帘风机、喷淋滴灌、内外遮阳、顶窗侧窗、加温补光等设备，保证温室大棚内环境最适宜作物生长，为作物高产、优质、高效、生态、安全创造条件。同时，该系统还可以通过手机、PDA、计算机等信息终端向农户推送实时监测信息、预警信息、农技知识等，实现温室大棚集约化、网络化远程管理，充分发挥物联网技术在设施农业生产中的作用。从而大大提高土地的生产效率，且能够将土地产出率有效提高，将资源的利用率以及劳动生产率予以提高，直接增加了农业的效益、素质以及竞争力。

1.2 系统硬件结构

温室大棚监测系统是将zigbee无线传感网络和GPRS技术结合起来，实现数据的无线传输，并与互联网和移动网络结合起来，从而在pc端和移动手机端实现监测温室的环境因素。云端为手机客户端提供接口，手机客户端将云端的基础数据进行多目标遗传控制算法的处理。将应用层和网络层结合起来实现系统功能，通过PC端和手机端均能和系统云平台的交互。

应用层：为本系统的上层，主要面向系统用户，电脑端从数据采集系统收集到温室信息，手机端从云平台接收大量反应环境的数据，用户可以分别从电脑端和手机端监测到温室的作物生长情况。

网络层：网络层主要由zigbee组网和GPRS技术组成，主要负责数据传输系统。

感知层：主要是进行数据采集，包括大量传感器設备，土壤温湿度传感器，光照传感器，空气温湿度传感器等。主要任务是采集温室的各种环境因素，比如土壤温湿度，空气温湿度，光照，大气压力等等。感知层是这套系统的最底层，连接着网络层。（图1）

1.3 系统设计原理

通过对农业现代化的需求与目前国内外相关领域的现状进行研究与分析，设计一个结合了物联网、云计算、机器学习、遗传算法等技术在现代农业领域应用的融合性温室监控系统。

温室大棚监测控制系统设计中温度采集模块采集空气和土壤的温度以及湿度传感器、感知光强的光照传感器、土壤养分传感器等。这些传感器利用无线传感网络连接如Zigbee或有线连接和物联网智能网关相连接，并将传感器采集到的数据传输至网关，网关把这些数据处理后通过移动通信网络或互联网等广域网络传输到云平台。

设计一个手机APP来实现无论在何时何地都可以从云平台上观察到温室的温度信息。将温室环境的温度、湿度、二氧化碳浓度等多个控制对象视为多目标；将控制品质、控制精度、能源消耗等多个控制效果视为多目标；以上两种目标的交叉形成混合多目标，如将温度、湿度及经济效益等作为控制目标。运用多目标遗传算法来解决需要优化多个目标的控制问题。

1.4 系统主要模块

采用zigbee无线组网技术建立传感网络，分为三个模块，温室环境数据采集模块，电脑端模块，GPRS模块。温室环境数据采集模块：可以采集八路PT100土壤温度传感器输入的信号以及其他传感器采集的数据。电脑端模块：电脑串口接单片机串口1，用来读取温度值。GPRS模块串口接单片机串口3，用来实现单片机控制GPRS模块接收无线发送过来的温度数据到电脑端GPRS模块。温度采集端GPRS模块：温度采集单元接单片机串口1，用来向单元发送命令并读取温度值。GPRS模块串口接单片机串口3，用来实现单片机控制GPRS模块启动无线发送温度数据到电脑端GPRS模块，从而实现各种数据的采集与设备控制。

云端模块：通过无线网，将收集到的温室环境数据发送到云端。

数据展示模块：通过设计的手机APP可以随时随地的观测温室的各种空气温湿度、土壤水分温度、二氧化碳浓度、光照强度及视频图像等。

1.5 系统主要功能

该系统首先可以进行实时数据查看，可以随时随地的观看温室的各项环境因子。手机端则会将这些数据以图表和折线图的形式将一定时间段的环境因子变化展现出来，供用户参考。同时这些数据也会保存并上传到云端平台，进行数据的存储，方便用户对历史数据的回顾。

2 手机客户端设计

2.1 android系统的选用

Android是一个开源的，基于Linux的移动设备操作系统，如智能手机和平板电脑。Android是由谷歌及其他公司带领的开放手机联盟开发的。Android提供了一个统一的应用程序开发方法，这意味着开发人员只需要为Android进行开发，这样他们的应用程序就能够运行在不同搭载Android的移动设备上。

Android手机的应用已经非常普遍，使用人数越来越多，它的开发优势也越来越明显。开放源代码众多开发者及强大的社区，不断增长的市场，国际化的App集成，低廉的开发成本，更高的成功几率，丰富的开发环境。

2.2 可实现的主要功能

2.2.1 同时观测多个温室大棚的环境因素

用户登陆成功后可进入主界面，主界面会显示出不同地点，不同温室和不同设备收集到的各项数据。用户可以根据需要选择自己想要观察的温室环境，也可以观测不同时间的数据信息。（图2）

2.2.2 历史数据展示

历史数据对温室作物的生长周期的一个严密监控，用户可以通过这些数据，及时发现作物成长出现的问题，及时补救。通过调整作物的生长环境，使作物可以处于一个最佳的生长环境。在历史数据的显示界面，本系统设计采用统计图以及折线图的方式来进行历史数据的展现，这类图表能够更加直观的方便用户观察。在屏幕显示的每一页都显示两类环境参数，一类使用柱状图表示，一类使用折线图表示。

3 结语

传统温室中作物的产量质量更依赖于人的辛勤劳动和人的经验，而农户对农作物所需的土壤温湿度、土壤水分、空气温度、空气湿度、光照强度、植物养分含量等参数没有清晰的认识，缺乏系统的科学指导，这就必然导致农业生产效率的底下，作物的质量得不到保障。在温室大棚监测控制系统下温室实现了土壤温湿度等参数的检测和数据存储，并基于采集数据进行分析，为温室的调温、调光、换气、水肥一体化等自动控制提供科学的参考。从而提高农业生产经营效率，增加了农业的效益、素质以及竞争力。

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