基于Android平台的智能花卉养护系统

陈文杰 赖铭锋 李红莲 邓嘉灏 石润华

摘要：为了解决现今家居、办公花卉的养护难问题，设计一种结合物联网和Android平台的智能花卉环境监测系统。通过传感器网络对花卉土壤湿度、养分、光照和温度参数采集，通过蓝牙模块实时传输到手机app上显示，并且通过服务器的分析，根据不同花卉在不同时间点和季节对环境参数的要求，向用户反馈建议。测试表明，该系统提高了对花卉养护的专业知识的缺乏和缺少时间管理花卉的用户培育花卉的品质。

关键词： 智能花卉；传感器网络；数据分析；Android平台

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-5039（2018）17-0089-03

随着人们生活水平的不断提升，在家居和办公等环境下，花卉养殖对于生活环境的改善都有重要的意义，家居花卉养殖越来越受到人们的喜爱[1]。而非专业人士对于种类繁多的花卉养护工作量极大，很多人因为对花卉养护的专业知识的缺乏和缺少时间管理花卉，导致花卉品质下降或死亡。市场上也随之出现一批为养护花卉设计的土壤参数检测传感器，但对于远程养护不同性质的花卉系统的设计与实现还不成熟。不同品种的植物，不同的季节、不同的时间对水分、养分等参数的需求都不同。通过物联网，本系统利用手机Android app实现了花卉的智能监护。

1 系统功能

智能花卉养护系统分为硬件端和Android端。操作较为简单，界面也美观明了。通过传感器对植物进行监测，利用蓝牙传输至Android端，手机再发送数据到服务器与数据库中的数据进行比对与分析，实现对盆栽植物全方面地远程监测和长时间持续监控数据功能。

硬件端只要用户接通电源，再连接手机蓝牙，及时采集土壤水分、土壤养分、光照、温度，通过蓝牙模块发送至手机Android 端。

Android端，可以实现注册登录，通过蓝牙连接硬件端，實时监测采集数据，实时反馈养护建议，查询植物习性。

2 系统设计

该系统主要由传感器网络、手机Android app、服务器、花卉数据库组成。系统通过传感器网络采集花卉养护较重要的四种环境参数的数据，通过蓝牙模块发送至手机 app端[2]，手机通过GSM等方式传输至服务器，服务器根据现在的时间和手机上传的数据及花卉的种类，利用后台花卉数据库对数据进行分析、记录和向手机反馈结果，手机app会实时显示植物环境参数，以及服务器反馈的养护建议，让用户满足花卉最佳生长条件的目的。

硬件系统依托Arduino平台，软件系统使用JAVA程序开发，后台用数据库MySQL，服务器采用基于MVC模式的查询系统。 用户只需登入APP即可直观地查看实时花卉养护建议。系统设计共分为硬件系统设计、Android端设计、服务器设计、数据库设计。

2.1 硬件系统设计

对于花卉的养护，环境的主要因素有：土壤水分、土壤养分、光照、温度[3]。故传感器网络主要由土壤湿度养分传感器模块、光敏传感器、温度传感器组成。

对于通信模块，如今常利用于物联网中的通信模块主要有WIFI模块、蓝牙模块等，由于本系统面向普通家居用户，所以wifi模块的能耗较大，不适合于便携式的物联网设备。而蓝牙4.0技术是当今物联网短距离通讯中较适合的一种方案[4]。

在此系统中采用DX-BT05 4.0蓝牙模块，采用cc2541芯片，收发没有字节限制。4.0的蓝牙模块具有高速蓝牙和低耗蓝牙的特点，待机功耗仅90uA-400uA，其功耗仅普通的蓝牙设备十分之一，低功耗的特性成为物联网网络通信模块最优先采用的模块，也让用户在日常的使用中不用经常更换电池，更方便用户的日常使用。并且该蓝牙模块兼容性强，Android和ios系统都支持，并且响应速度快，为实时的检测花卉的参数提供条件。

本硬件系统在实现上利用了Arduino平台的电源模块和A/D转换模块，电源模块为4个传感器和蓝牙通信模块提供电源。A/D转换模块将4个传感器采集的数据的模拟信号转换为数字信息，通过串口转发给蓝牙，蓝牙在通过与手机配对连接，蓝牙就能把采集到的花卉数据发送至手机app端。

2.2 Android端设计

Android移动终端给用护提供了诸多便捷，能够更简单的远程实时查看养护花卉的情况，并且能够记录每天的养护数据提供用户查看。

用户可在登录界面进行账号的注册及登陆，在登录后第一使用的用户可对硬件设备进行配对连接，在后续的使用时app可开启蓝牙自动连接硬件设备。之后主显示界面，用户可根据服务器所提供的花卉的种类选择该硬件设备所使用的花卉种类，在之后的使用中也可随时更改。并且根据蓝牙 4.0协议解析硬件设备蓝牙模块传输的数据，对接受的数据实时的显示，并且发送至服务器端查询花卉养护的建议并且实时显示。还可将每日的养护记录存储在服务器，用户在查看花卉养护的记录时，可为其展示花卉各个参数的变化曲线。还提供了各种植物花卉习性养护建议，为用户丰富专业知识。

2.3 服务器设计

本系统的服务器运用的是在linux上tomcat本地服务器。服务器的开发语言为Java，与Android数据交互采用HTTP协议，数据的封装形式为JSON，采用JSON形式封装数据方便了Andnroid端和服务器端对数据解析和使用的方便。通过Request和Reponse进行交互。其中Request：请求头，封装了请求的信息；Response：响应头，封装了响应的信息。

服务器主要功能：（1）对用户登录及注册进行验证。（2）根据数据库服务器花卉种类提供给用户选择。（3）根据Android端实时上传的环境参数，根据现在的时间点与后台的数据库标准环境信息表对比分析，向Android端反馈花卉养护的建议，是否该进行浇水施肥等。（4）据Android端实时上传的环境参数，记录当前时间点的数据，在Android端请求某个时间段的花卉数据时，向Android反馈对应时间段数据库记录的花卉信息。（5）向Android端提供各种植物的习性及养护建议。

2.4 数据库设计

后台数据库服务器采用mysql数据库，关系型数据库。需要设计的数据表有：

用户表：记录能够登陆此系统的账户及密码，以及为其分配的id。

标准环境信息表：存储各种花卉在不同时间所需求土壤水分、土壤养分、温度和湿度参数的合适范围。

设备表：主要记录每个用户可绑定使用的多台设备及其所对应的植物种类

参數表：用于记录不同的设备上传到服务器的每个时间花卉种类及其土壤水分、土壤养分、温度和湿度参数。

3 系统实现

该系统主要实现Android端账号注册、身份验证登陆、采集花卉数据显示、养护记录、养护的建议。由于该系统需要实时为用户提供养护的数据及建议查询，故在硬件系统采集数据发送至Android端，是该系统先开始实现的，为后续Android与服务器端的交互提供了核心的数据来源，服务器根据采集的数据才能反馈花卉养护的建议，从而实现非专业用户对花卉的养护更加的便捷合理。

3.1 硬件系统实现

3.2 Android端实现

在Android Studio上开发了智能花房app，支持Android API 15-25及Android系统4.03版本以上都可使用，测试了Android系统4.03及Android系统7.01都可正常使用该APP，在Android APP使用截图如下所示：

4 小结

面向智能的远程花卉养护系统做到了养分、湿度、光照、温度检测，配合数据库中的数据，可以实现对盆栽植物全方面地远程监测和长时间持续监控数据功能。本智能系统基于手机和蓝牙之间的通信，只需打开手机上的“蓝牙”功能，通过APP端便能连接到本系统并且可以实现对植物当前的各项参数进行实时监测，并通过与数据库端的数据进行比对，以更加优化的方式对植物进行养护，并且可以查询每个时间段花卉各个参数的信息。只需要一个app端的账号即可连接多台设备即花卉使用[5]。手机APP界面简洁清楚，操作简单，交互逻辑清晰，用户体验较好。适合于家居、办公人士，对于花卉的专业的知识不了解，不懂得正确花卉的养护，使用本系统即可更智能更简单的养护自己的花卉健康。

参考文献：

[1] 朱鸿杰， 高会议. 基于Android平台的园艺温室监管系统的设计与实现[J]. 安徽农学通报，2014，20（16）：121-124.

[2] 郑昊，钟志峰，郭昊，等. 基于Arduino/Android的蓝牙通信系统设计[J]. 物联网技术，2012，2（5）：50-51.

[3] 张荣蜀， 张正华， 孙正卫， 等. 基于无线组网的高档花卉智能大棚信息系统的设计[J]. 信息化研究，2013，39（4）：40-43.

[4] 薛万国， 保鹏飞， 张震江， 等. 基于蓝牙4.0构建医疗物联网系统[J]. 中国数字医学，2013，8（2）：2-4，16.

[5] 陆超逸， 石杰元， 王衍庆. 基于STM32和Android的智能花卉护理系统[J]. 电子技术与软件工程，2016（13）：102.