基于Android平台的园艺温室监管系统的设计与实现

朱鸿杰+高会议

摘 要：为了解决个人计算机不能实时、实地对园艺大棚进行监管的限制，通过对Android系统的分析，该文提出了基于Android系统的园艺大棚监管系统。使用Android智能手机，利用无线网络资源与远程服务器进行交互，使园艺大棚的管理人员可以远程实时、实地观察园艺大棚内的环境信息，并通过对相关设备的控制调控，使花卉处于最佳生长环境。

关键词：Android平台；园艺温室；花卉；管理系统

中图分类号 S625 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2014）16-121-04

近些年来，随着生活水平的不断提高，景观花卉越来越受到人们的青睐，需求量不断增加，这使得园艺作物在我国农村经济中的地位和作用日益突出[1-4]。花卉的生产过程最重要的就是对生长环境的监控，使其处于最佳生长环境。最初采用模拟的组合仪表，采集现场信息并进行指示，20世纪80年代末出现了分布式控制系统，目前基本采用基于计算机数据采集控制技术的多因子综合调控系统[5-7]。我国设施农业在技术研究、技术装备以及发展模式等方面与发达国家还有较大的差距。目前，我国设施农业的研究主要在互联网、传感网和物联网技术的支持下，通过传感器采集作物生长环境中的温度、湿度、光照强度、CO2浓度等信息，通过传感网进入互联网，由个人在计算机上进行控制操作实现精准控制。然而，这种方式存在一定的缺陷，需要人员一直在机房进行观察和控制[8-11]。为此，本文在分析现有的通过个人计算机来监控温室环境系统的基础上，以Android系统为平台，实现利用智能手机来实现对温室环境进行监控的系统，从而实现对园艺大棚的远程化、智能化的监控。

1 Android平台简介

Android是一个以Linux为基础的开源操作系统，主要用于移动设备，由Google和开放手持设备联盟开发与领导。Android系统最初由Andy Rubin制作，2005年8月被Google收购。2007年11月，Google与84家硬件制造商、软件制造商及电信运营商组成开放手持设备联盟，来共同研发改良Android系统，并生产搭载Android的智能型手机[12]。除了开放手持设备联盟之外，Android还拥有许多全球各地开发者组成的开源社区，来专门负责开发Android应用程序和第三方Android操作系统，以延长和扩展Android的功能和性能[13]。2011年第三季度，根据市场调研公司Gartner的数据显示，Android操作系统在全球智能手机操作系统中的份额达到了52.5%[14]。

Android的内核基于Linux，除了内核外，则是应用程序层、应用程序框架层、库和Android运行时。在应用程序层，Android平台搭载了一系列的应用程序，例如：日历、浏览器、游戏以及其他开发者开发的程序等。应用框架层使得开发人员可以随意地使用框架的API来实现自己的功能，应用程序框架对组件之间的重用做了简化。在Android平台下，任何应用程序都可以发布自己的功能模块，其他的应用程序依据一定的安全限制就可以无阻碍地访问这些模块。Android包括一个核心库，该库包含了Android不同组件调用的C/C++库。Android为每一个应用程度分配一个独立的基于寄存器的Dalvik虚拟机，Dalvik虚拟机并不直接执行编译后的Java类文件，而是通过内置的dx工具将其转换为“.dex”格式后再执行[15]。

2 系统总体设计

2.1 系统功能设计 本文根据无锡市高科技农业示范园内的园艺花卉生产大棚的实际生产情况设计系统的主要功能如下：（1）系统登录：用于园艺大棚管理员登录管理系统，避免其他人员利用管理员的手机对园艺大棚进行误操作。（2）大棚选择：用于园艺大棚管理员选择操作的对象。（3）实时信息查询：主要实现对管理员选择的大棚的当前棚内空气温湿度、土壤温湿度、CO2浓度以及光照强度等环境信息的查看，系统还提供了各个环境因子的当日数据曲线图，直观的显示环境信息的走势。（4）设备控制：主要实现对园艺大棚内设置的补光灯、通风扇、遮阳网、抽水泵等设备进行控制，并可以设置是否由系统自动控制。（5）阈值设置：主要实现对各个环境因子参数的上下限的设置，为系统自动控制设备调节园艺大棚内环境提供支持。图3为该系统功能模块图。

2.2 服务器端设计 服务器端采用Java Servlet，Java Servlet是用Java编写的服务器端程序，其主要功能在于交互式地浏览和修改数据。其工作模式为：客户端发送请求到服务器，服务器启动并调用Servlet，Servlet根据客户端请求响应内容并将其传送给服务器，服务器将响应返回客户端。

2.3 用户界面设计 Android用户界面的每一个独立元素都是使用源于ViewGroup的各种布局管理器布置到屏幕上的。界面设计主要包括以下3个方面：（1）视图：所有可视界面元素的基类，所有的用户界面控件以及布局类都是由View派生而来的。（2）视图组：视图类的扩展，可以包含多个视图。（3）活动：代表显示给用户的窗口。一个新活动在刚被创建时是一个空白屏幕，可以把用户界面放在上面，要设置用户界面可以调用setContentView，并传入要显示的视图实例活界面布局资源。

3 系统实现

3.1 数据库构建 花卉园艺大棚监管系统包括5个表，即环境信息表、设备表、用户表、园艺大棚表和阈值表。采用Microsoft SQL Server 2008作为服务器端数据库管理系统。环境信息表存储所有园艺大棚内的各环境因子的不同时间点的值。设备表记录园艺大棚内的各种调节环境的生产设备的名称，当前状态等信息。用户表记录能够登录花卉园艺大棚监管系统的用户及密码，用户表还记录了用户的个人信息以及对园艺大棚的管理权限。园艺大棚表记录大棚的基本信息，包括大棚所在位置，棚内花卉名称及负责人等信息。阈值表记录所有大棚内各环境因子的上下限值。endprint

3.2 关键开发技术

3.2.1 Servlet处理客户端请求 Java Servlet API的类和接口组成2个Java包：Javax.servlet和Javax.servlet.http。Javax.servlet.Servlet接口是所有Java Servlet的基本接口，该接口中的init（）方法用于Servlet实例化，在初始化Servlet之后，调用service（）方法来处理用户请求并返回响应。HttpServlet类扩展了GenericServlet类，并为Servlet接口提供了面向HTTP协议的实现代码。当HttpServlet类型的对象接收到出传递过来的HTTP请求时，则调用service（）方法。service（）方法判断HTTP请求消息的方法类型，然后将传入的请求信息转发给响应的处理方法[17]。

3.2.2 客户端显示曲线图 AChartEngine是专为Android系统设计的图形库，可以用于绘制多种图标。在使用AChartEngine之前在网上选择下载合适的版本的jar包。在Eclipse开发环境中通过“configure Build Path”导入jar包，就可以使用AChartEngine提供的各种类。XYMultipleSeriesRenderer类可以设置曲线图的格式，包括颜色，点和线的形状等。XYMultipleSeriesDataset类可以保存数据，包括每条曲线的纵横坐标。

3.3 系统实现 花卉园艺大棚监管系统是利用Eclipse配置Android开发环境，使用Java语言开发的。Eclipse是目前十分流行的Java开发软件，在其上可以十分方便地下载和安装Android SDK以及开发所需的ADT。作者已经在Android模拟器和三星I9003手机上进行了测试。系统运行的硬件环境为智能手机，Android操作系统为Android 2.1及以上版本，并要求手机能够连接无线网络。

4 结论

本文基于Android操作系统开发了园艺大棚监管系统。该系统通过Android智能手机可以实时查看园艺大棚内的空气温湿度、土壤温湿度、CO2浓度和光照强度等参数，然后用户可以通过对设备的开关来调节大棚内的环境，使棚内花卉处于最佳生长状态，从而实现园艺大棚的远程化、智能化、自动化管理。该系统有效地解决了通过个人计算机不能实时实地进行园艺大棚监控的限制，且随着智能手机的普及，更有利于基于Android系统的园艺大棚监管的推广和应用。

参考文献

[1]朱德蔚，韩振海，王德槟.改革开放中的中国园艺科技[J].中国农业大学学报，2005，10（4）：51-54.

[2]朱仁元，王美仙，魏钰.我国花卉产品出口的现状及发展对策[J].北京林业大学学报（社会科学版），2009，8（2）：66-70.

[3]张福墁.强化科技创新大力提升我国设施园艺现代化水平[J].沈阳农业大学学报，2006，27（3）：261-264.

[4]李天来.论设施园艺在我国农业发展中的战略地位及发展方向[J].华中农业大学学报，2004：1-4.

[5]罗忠岭.美国花卉温室现状及温室环境调节最新进展[J].农业工程学报，1993，9（4）：67-71.

[6]高峰，俞立，卢尚琼，等.国外设施农业的现状及发展趋势[J].浙江林学院学报，2009，26（2）：279-285.

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[8]陈国辉，郭艳玲，宋文龙.温室发展现状及我国温室需要解决的主要问题[J].林业机械与木工设备，2004，32（2）：11-12.

[9]张艳红，赵勇. 河北省温室农业现状及发展[J].南水北调与水利科技，2007，5（4）：90-93.

[10]周小波.基于物联网技术的设施农业在线测控系统设计[J].太原科技大学学报，2011，32（3）182-185.

[11]张长利，沈维政.物联网在农业中的应用[J].东北农业大学学报，2011，42（5）：1-5.

[12]Rob Jackson.Sony Ericsson， HTC Androids Set For Summer 2009[Z].Android Phone Fans，2008，12.

[13]Shankland， Stephen.Google's Android parts ways with Java industry group[Z].CNET News，2007，11.

[14]Gartner Says Sales of Mobile Devices Grew 5.6 Percent in Third Quarter of 2011；Smartphone Sales Increased 42 Percent，2011，11.

[15]吴亚峰，索伊娜.Android核心技术与实例详解[M].北京：电子工业出版社，2011：20-21.

[16]Reto Meier.Android2 高级编程（第2版）[M].北京：清华大学出版社，2010：13.

[17]陈海山.深入Java Servlet网络编程[M].北京：清华大学出版社，2002：9-14. （责编：张宏民）endprint

3.2 关键开发技术

3.2.1 Servlet处理客户端请求 Java Servlet API的类和接口组成2个Java包：Javax.servlet和Javax.servlet.http。Javax.servlet.Servlet接口是所有Java Servlet的基本接口，该接口中的init（）方法用于Servlet实例化，在初始化Servlet之后，调用service（）方法来处理用户请求并返回响应。HttpServlet类扩展了GenericServlet类，并为Servlet接口提供了面向HTTP协议的实现代码。当HttpServlet类型的对象接收到出传递过来的HTTP请求时，则调用service（）方法。service（）方法判断HTTP请求消息的方法类型，然后将传入的请求信息转发给响应的处理方法[17]。

3.2.2 客户端显示曲线图 AChartEngine是专为Android系统设计的图形库，可以用于绘制多种图标。在使用AChartEngine之前在网上选择下载合适的版本的jar包。在Eclipse开发环境中通过“configure Build Path”导入jar包，就可以使用AChartEngine提供的各种类。XYMultipleSeriesRenderer类可以设置曲线图的格式，包括颜色，点和线的形状等。XYMultipleSeriesDataset类可以保存数据，包括每条曲线的纵横坐标。

3.3 系统实现 花卉园艺大棚监管系统是利用Eclipse配置Android开发环境，使用Java语言开发的。Eclipse是目前十分流行的Java开发软件，在其上可以十分方便地下载和安装Android SDK以及开发所需的ADT。作者已经在Android模拟器和三星I9003手机上进行了测试。系统运行的硬件环境为智能手机，Android操作系统为Android 2.1及以上版本，并要求手机能够连接无线网络。

4 结论

本文基于Android操作系统开发了园艺大棚监管系统。该系统通过Android智能手机可以实时查看园艺大棚内的空气温湿度、土壤温湿度、CO2浓度和光照强度等参数，然后用户可以通过对设备的开关来调节大棚内的环境，使棚内花卉处于最佳生长状态，从而实现园艺大棚的远程化、智能化、自动化管理。该系统有效地解决了通过个人计算机不能实时实地进行园艺大棚监控的限制，且随着智能手机的普及，更有利于基于Android系统的园艺大棚监管的推广和应用。

参考文献

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[10]周小波.基于物联网技术的设施农业在线测控系统设计[J].太原科技大学学报，2011，32（3）182-185.

[11]张长利，沈维政.物联网在农业中的应用[J].东北农业大学学报，2011，42（5）：1-5.

[12]Rob Jackson.Sony Ericsson， HTC Androids Set For Summer 2009[Z].Android Phone Fans，2008，12.

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[14]Gartner Says Sales of Mobile Devices Grew 5.6 Percent in Third Quarter of 2011；Smartphone Sales Increased 42 Percent，2011，11.

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[16]Reto Meier.Android2 高级编程（第2版）[M].北京：清华大学出版社，2010：13.

[17]陈海山.深入Java Servlet网络编程[M].北京：清华大学出版社，2002：9-14. （责编：张宏民）endprint

3.2 关键开发技术

3.2.1 Servlet处理客户端请求 Java Servlet API的类和接口组成2个Java包：Javax.servlet和Javax.servlet.http。Javax.servlet.Servlet接口是所有Java Servlet的基本接口，该接口中的init（）方法用于Servlet实例化，在初始化Servlet之后，调用service（）方法来处理用户请求并返回响应。HttpServlet类扩展了GenericServlet类，并为Servlet接口提供了面向HTTP协议的实现代码。当HttpServlet类型的对象接收到出传递过来的HTTP请求时，则调用service（）方法。service（）方法判断HTTP请求消息的方法类型，然后将传入的请求信息转发给响应的处理方法[17]。

3.2.2 客户端显示曲线图 AChartEngine是专为Android系统设计的图形库，可以用于绘制多种图标。在使用AChartEngine之前在网上选择下载合适的版本的jar包。在Eclipse开发环境中通过“configure Build Path”导入jar包，就可以使用AChartEngine提供的各种类。XYMultipleSeriesRenderer类可以设置曲线图的格式，包括颜色，点和线的形状等。XYMultipleSeriesDataset类可以保存数据，包括每条曲线的纵横坐标。

3.3 系统实现 花卉园艺大棚监管系统是利用Eclipse配置Android开发环境，使用Java语言开发的。Eclipse是目前十分流行的Java开发软件，在其上可以十分方便地下载和安装Android SDK以及开发所需的ADT。作者已经在Android模拟器和三星I9003手机上进行了测试。系统运行的硬件环境为智能手机，Android操作系统为Android 2.1及以上版本，并要求手机能够连接无线网络。

4 结论

本文基于Android操作系统开发了园艺大棚监管系统。该系统通过Android智能手机可以实时查看园艺大棚内的空气温湿度、土壤温湿度、CO2浓度和光照强度等参数，然后用户可以通过对设备的开关来调节大棚内的环境，使棚内花卉处于最佳生长状态，从而实现园艺大棚的远程化、智能化、自动化管理。该系统有效地解决了通过个人计算机不能实时实地进行园艺大棚监控的限制，且随着智能手机的普及，更有利于基于Android系统的园艺大棚监管的推广和应用。

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[12]Rob Jackson.Sony Ericsson， HTC Androids Set For Summer 2009[Z].Android Phone Fans，2008，12.

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[16]Reto Meier.Android2 高级编程（第2版）[M].北京：清华大学出版社，2010：13.

[17]陈海山.深入Java Servlet网络编程[M].北京：清华大学出版社，2002：9-14. （责编：张宏民）endprint