| 标题 | 基于Android的温室监测系统 |
| 范文 | 李小刚等 摘要：针对温室环境参数实时监测的需要，结合无线传感器网络技术和智能手机通信技术，该文提出一种基于Android设备的温室无线监测系统的设计与实施方案。首先介绍无线监测系统的硬件平台，给出了系统的整体结构；在此基础上，开发电脑端软件作为服务器，基于Android SDK2.3开发手机端应用程序，该应用程序模块功能主要包括网络连接、接收数据、解析数据和显示数据等模块，并对各个模块的功能进行详细的分析和设计；最后进行了相关的实验测试。 关键词：Android；无线传感器；智能手机；无线监测系统；实时 中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）14-3402-03 Abstract： For real-time monitoring of environmental parameters in greenhouse needs， combined with wireless sensor network technology and smart phone communication technology， this paper presents a greenhouse Android-based devices wireless monitoring system design and implementation. First introduced a wireless monitoring system hardware platform， given the overall structure of the system； On this basis， the development of the computer as a server-side software based on Android SDK2.3 develop mobile client application， the application module functions include network connection， receive data， parse the data and display data modules， and each module features a detailed analysis and design； Finally， a related experimental tests. Key words： android； wireless sensor； smart phones； wireless monitoring system； real-time 3G网络的普及对于农业设施意味着新的机遇。作为农业设施的代表之一，温室环境监测和控制在国内外都受到了广泛的关注。伴随着无线网络技术的不断发展，温室远程监控的网络化也成为目前的热点。随着Android技术的不断成熟，温室远程移动端监控已是大势所趋。 此研究介绍一种基于Android的温室监测系统，在该系统中Android手机使用Wifi或3G网络，通过TCP/IP协议与服务端链接，实现在Android手机端监测温室环境数据。 1 系统设计 1.1 系统总体设计 该系统是基于Android的温室监测系统，包括基于Android的智能手机终端、PC服务端和无线传感器模块。该系统在相关的硬件平台基础上，将传感器采集到的数据传输并存储在服务器端，再从服务器端将采集到的数据发送给Android手机端，从而实现了手机实时监测温室环境的功能。系统原理如图1所示。 在该系统中，无线多功能路由器连接了内部与外部网络，无线传感器模块与服务端采用动态IP的链接方式，对链接的设备进行IP分配，因此，对于同一个设备，链接网络的IP地址是不确定的，是随机变化的。虚拟服务器地图了端口上外部共有IP对内部私有IP的映射，通过映射，任何设备只要确认端口号，就能实现外网对局域网任意设备链接。这样任何接入该路由的Android手机都能动态获取IP地址，从而实现与服务端的Socket连接。链接成功之后，再用socket对象调用getInputStream（）方法和read（）来实现数据的接收，通过算法解析数据，以容易区别的数据显示出来。 1.2 系统硬件平台 该系统是选用成都感智索蓝科技有限公司的无线传感器为实验平台，该系统采用了一个带有GPRS网关的CC2530型号的Zigbee模块和六个带有温度、湿度和光照的传感器模块组成，采用CC2530芯片增强了传感器的地址识别和数据包处理引擎等性能。该系统中选用佩带GPRS网关的模块，此模块支持无线连接功能。 该系统中配备了GPRS网关模块，用户既可以采用 USB 数据电缆连接到 PC 机，也可以采用 GPRS 无线方式与计算机外网IP连接。温室监测系统的硬件主要包括： 1）传感器节点：采集温室环境中的数据，如温度、湿度和光照； 2）总节点：接收传感器所采集到的数据； 3）GPRS网关：支持GPRS分组方式实现数据传输。 系统硬件如图2所示。 1.3 服务器模块 在此系统中设计了服务器模块，此模块在VS2010工具上用C#语言开发的软件，其中，该软件有处理和存储大量数据的功能，因为Android手机的性能有很大的局限性，在Android手机端去处理温室环境中传输的数据，这样会使软件崩溃，有可使手机一直处于等待状态（Android系统中处理数据时间超过5秒，应用程序就会处于无反应状态，要么等待，要么就是关闭），这样是不可行的；还有，如果将数据存储在手机端，更是不明智的选择，也会使手机的运行速度变慢；采用PC机作为中转站，这样就可以解决上面的两大问题，还可以筛选出偏离了温室环境中正常值的数据，发送到手机终端，提醒用户去处理温室中的环境变化。 该软件模块功能主要有数据接收模块、数据处理模块、网络连接模块、数据存储模块和数据发送模块五个模块。 1）网络连接模块：此模块的功能是实现服务端与无线传感器之间的链接； 2）数据接收模块：该模块是接收无线传感器节点采集到的温室环境数据； 3）数据发送模块：该模块是将接收到的数据发送给手机端； 4）数据处理模块：此模块是将接收到的原始数据通过算法转换，解析为容易读懂的数据； 5）数据存储模块：此模块的功能是用数据库存储原始数据和解析后的数据，方便数据分析。 2 Android客户端设计 基于Android手机的应用程序是通过Android SDK2.3来开发的，系统有网络连接模块、数据接收模块、数据解析模块和数据显示模块四大模块组成，如图3所示。 2.1 网络连接模块 网络连接模块主要是完成手机端与服务端网络连接的功能，通过输入的IP地址和端口实现了客户端与服务端的链接。 在链接服务器之前，首先要判断手机是否处于网络连接状态，在Android中ConnecttivityManager类是监测手机的网络状态。本研究中使用WifiManager来管理我们的wifi连接，通过创建WifiManager类的对象，调用getWifiState（）方法获取当前WiFi的状态，如果WiFi未启用，则创建ProgressDialog提醒用户等待，同时通过使用Thread（线程），调用setWifiEnabled（true）方法打开WiFi功能，再判断此网络是否可用。 在手机网络正常的状态下，当手机启动“连接”界面时，系统会创建一个Thread（线程），它主要负责Socket连接的数据接收处理。该线程被激活后，系统首先会使用new Socket（IP，PORT）语句实例化一个Socket对象，该对象拥有IP地址和端口号两个形参，这两个参数指定了系统连接的目标地址。如果手机端与服务端链接正常，则用创建的Handler类对象调用sendEmptyMessage（LOG_SUCCESS）方法来处理更新界面。 2.2 接收数据与解析模块 为了方便，接收数据和解析数据模块放在一起研究，这俩模块的功能是完成服务端的数据接收功能，并同时解析成容易识别的数据。首先系统用创建的Socket对象调用getInputStream（）方法新建一个InputStream流的对象，再创建一个byte类型的数组msgBuffer变量，用InputStream对象调用read（msgBuffer）方法将数据存入msgBuffer中，在用new String（msgBuffer， "UTF-8"）.trim（）方法将字节型数据转换成字符串数据，然后Handler对象调用sendEmptyMessage（RECEIVE_MSG_SUCCED）方法，启动数据解析方法putDataToNodeList（）。再此方法中通过算法，将数据解析成容易是别的数据，在解析后的数据中可以得到光照、温度、湿度、时间、节点物理地址和节点类型等等多种数据。原始数据解析结果如图4所示。 2.3 数据显示模块 数据显示模块的主要功能是将解析的数据，显示在手机界面中，让用户可读。显示界面是使用ScrollView和LinearLayout两种布局的套用实现的，在布局中添加了15个TextVIew控件，通过创建TextView控件的对象，调用setText（）方法将数据显示在TextView空间中。当点击每条数据时，可以查看详细信息，如是哪个节点、在什么时间传输的数据等等详细信息。如图5所示。 3 结束语 本研究设计的远程监测温室系统，是基于Android手机上的APP应用程序。该程序通过与服务器进行通信连接，来获取温室环境中传感器采集到的数据，从而实现了手机端对温室环境进行监测，同时根据实际接收到的数据具体情况，判断温室环境是否处于农作物生长的最佳状态。本系统测试性能良好，能有效的对农业生产环境进行实时监测。 参考文献： [1] 王小强，欧阳俊，黄宁淋.Zigbee无线传感器网络设计与实现[M].北京：化学工业出版社，2013. [2] 林城. Android 2.3 应用开发实战[M].北京：机械工业出版社，2011. [3] 刘平.Android手机访问服务器的一种数据交互方法[J].西安财经学院学报，2010（9）. [4] 勒建林，刘晓燕.基于Android系统的无线监控系统[J].软件导刊，2011，10（6）：71-72. [5] 刘乃安.无线局域网（WALN）原理、技术与应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2004. [6] 李刚. 疯狂Android讲义[M].北京：电子工业出版社，2011. [7] Andrew S. Tanenbaum，Davi J. Wetherall. 计算机网络[M].北京：清华大学出版社，2012. [8] Stevens W R. TCP/IP详解[M].北京：机械工业出版社，2000. 该软件模块功能主要有数据接收模块、数据处理模块、网络连接模块、数据存储模块和数据发送模块五个模块。 1）网络连接模块：此模块的功能是实现服务端与无线传感器之间的链接； 2）数据接收模块：该模块是接收无线传感器节点采集到的温室环境数据； 3）数据发送模块：该模块是将接收到的数据发送给手机端； 4）数据处理模块：此模块是将接收到的原始数据通过算法转换，解析为容易读懂的数据； 5）数据存储模块：此模块的功能是用数据库存储原始数据和解析后的数据，方便数据分析。 2 Android客户端设计 基于Android手机的应用程序是通过Android SDK2.3来开发的，系统有网络连接模块、数据接收模块、数据解析模块和数据显示模块四大模块组成，如图3所示。 2.1 网络连接模块 网络连接模块主要是完成手机端与服务端网络连接的功能，通过输入的IP地址和端口实现了客户端与服务端的链接。 在链接服务器之前，首先要判断手机是否处于网络连接状态，在Android中ConnecttivityManager类是监测手机的网络状态。本研究中使用WifiManager来管理我们的wifi连接，通过创建WifiManager类的对象，调用getWifiState（）方法获取当前WiFi的状态，如果WiFi未启用，则创建ProgressDialog提醒用户等待，同时通过使用Thread（线程），调用setWifiEnabled（true）方法打开WiFi功能，再判断此网络是否可用。 在手机网络正常的状态下，当手机启动“连接”界面时，系统会创建一个Thread（线程），它主要负责Socket连接的数据接收处理。该线程被激活后，系统首先会使用new Socket（IP，PORT）语句实例化一个Socket对象，该对象拥有IP地址和端口号两个形参，这两个参数指定了系统连接的目标地址。如果手机端与服务端链接正常，则用创建的Handler类对象调用sendEmptyMessage（LOG_SUCCESS）方法来处理更新界面。 2.2 接收数据与解析模块 为了方便，接收数据和解析数据模块放在一起研究，这俩模块的功能是完成服务端的数据接收功能，并同时解析成容易识别的数据。首先系统用创建的Socket对象调用getInputStream（）方法新建一个InputStream流的对象，再创建一个byte类型的数组msgBuffer变量，用InputStream对象调用read（msgBuffer）方法将数据存入msgBuffer中，在用new String（msgBuffer， "UTF-8"）.trim（）方法将字节型数据转换成字符串数据，然后Handler对象调用sendEmptyMessage（RECEIVE_MSG_SUCCED）方法，启动数据解析方法putDataToNodeList（）。再此方法中通过算法，将数据解析成容易是别的数据，在解析后的数据中可以得到光照、温度、湿度、时间、节点物理地址和节点类型等等多种数据。原始数据解析结果如图4所示。 2.3 数据显示模块 数据显示模块的主要功能是将解析的数据，显示在手机界面中，让用户可读。显示界面是使用ScrollView和LinearLayout两种布局的套用实现的，在布局中添加了15个TextVIew控件，通过创建TextView控件的对象，调用setText（）方法将数据显示在TextView空间中。当点击每条数据时，可以查看详细信息，如是哪个节点、在什么时间传输的数据等等详细信息。如图5所示。 3 结束语 本研究设计的远程监测温室系统，是基于Android手机上的APP应用程序。该程序通过与服务器进行通信连接，来获取温室环境中传感器采集到的数据，从而实现了手机端对温室环境进行监测，同时根据实际接收到的数据具体情况，判断温室环境是否处于农作物生长的最佳状态。本系统测试性能良好，能有效的对农业生产环境进行实时监测。 参考文献： [1] 王小强，欧阳俊，黄宁淋.Zigbee无线传感器网络设计与实现[M].北京：化学工业出版社，2013. [2] 林城. Android 2.3 应用开发实战[M].北京：机械工业出版社，2011. [3] 刘平.Android手机访问服务器的一种数据交互方法[J].西安财经学院学报，2010（9）. [4] 勒建林，刘晓燕.基于Android系统的无线监控系统[J].软件导刊，2011，10（6）：71-72. [5] 刘乃安.无线局域网（WALN）原理、技术与应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2004. [6] 李刚. 疯狂Android讲义[M].北京：电子工业出版社，2011. [7] Andrew S. Tanenbaum，Davi J. Wetherall. 计算机网络[M].北京：清华大学出版社，2012. [8] Stevens W R. TCP/IP详解[M].北京：机械工业出版社，2000. 该软件模块功能主要有数据接收模块、数据处理模块、网络连接模块、数据存储模块和数据发送模块五个模块。 1）网络连接模块：此模块的功能是实现服务端与无线传感器之间的链接； 2）数据接收模块：该模块是接收无线传感器节点采集到的温室环境数据； 3）数据发送模块：该模块是将接收到的数据发送给手机端； 4）数据处理模块：此模块是将接收到的原始数据通过算法转换，解析为容易读懂的数据； 5）数据存储模块：此模块的功能是用数据库存储原始数据和解析后的数据，方便数据分析。 2 Android客户端设计 基于Android手机的应用程序是通过Android SDK2.3来开发的，系统有网络连接模块、数据接收模块、数据解析模块和数据显示模块四大模块组成，如图3所示。 2.1 网络连接模块 网络连接模块主要是完成手机端与服务端网络连接的功能，通过输入的IP地址和端口实现了客户端与服务端的链接。 在链接服务器之前，首先要判断手机是否处于网络连接状态，在Android中ConnecttivityManager类是监测手机的网络状态。本研究中使用WifiManager来管理我们的wifi连接，通过创建WifiManager类的对象，调用getWifiState（）方法获取当前WiFi的状态，如果WiFi未启用，则创建ProgressDialog提醒用户等待，同时通过使用Thread（线程），调用setWifiEnabled（true）方法打开WiFi功能，再判断此网络是否可用。 在手机网络正常的状态下，当手机启动“连接”界面时，系统会创建一个Thread（线程），它主要负责Socket连接的数据接收处理。该线程被激活后，系统首先会使用new Socket（IP，PORT）语句实例化一个Socket对象，该对象拥有IP地址和端口号两个形参，这两个参数指定了系统连接的目标地址。如果手机端与服务端链接正常，则用创建的Handler类对象调用sendEmptyMessage（LOG_SUCCESS）方法来处理更新界面。 2.2 接收数据与解析模块 为了方便，接收数据和解析数据模块放在一起研究，这俩模块的功能是完成服务端的数据接收功能，并同时解析成容易识别的数据。首先系统用创建的Socket对象调用getInputStream（）方法新建一个InputStream流的对象，再创建一个byte类型的数组msgBuffer变量，用InputStream对象调用read（msgBuffer）方法将数据存入msgBuffer中，在用new String（msgBuffer， "UTF-8"）.trim（）方法将字节型数据转换成字符串数据，然后Handler对象调用sendEmptyMessage（RECEIVE_MSG_SUCCED）方法，启动数据解析方法putDataToNodeList（）。再此方法中通过算法，将数据解析成容易是别的数据，在解析后的数据中可以得到光照、温度、湿度、时间、节点物理地址和节点类型等等多种数据。原始数据解析结果如图4所示。 2.3 数据显示模块 数据显示模块的主要功能是将解析的数据，显示在手机界面中，让用户可读。显示界面是使用ScrollView和LinearLayout两种布局的套用实现的，在布局中添加了15个TextVIew控件，通过创建TextView控件的对象，调用setText（）方法将数据显示在TextView空间中。当点击每条数据时，可以查看详细信息，如是哪个节点、在什么时间传输的数据等等详细信息。如图5所示。 3 结束语 本研究设计的远程监测温室系统，是基于Android手机上的APP应用程序。该程序通过与服务器进行通信连接，来获取温室环境中传感器采集到的数据，从而实现了手机端对温室环境进行监测，同时根据实际接收到的数据具体情况，判断温室环境是否处于农作物生长的最佳状态。本系统测试性能良好，能有效的对农业生产环境进行实时监测。 参考文献： [1] 王小强，欧阳俊，黄宁淋.Zigbee无线传感器网络设计与实现[M].北京：化学工业出版社，2013. [2] 林城. Android 2.3 应用开发实战[M].北京：机械工业出版社，2011. [3] 刘平.Android手机访问服务器的一种数据交互方法[J].西安财经学院学报，2010（9）. [4] 勒建林，刘晓燕.基于Android系统的无线监控系统[J].软件导刊，2011，10（6）：71-72. [5] 刘乃安.无线局域网（WALN）原理、技术与应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2004. [6] 李刚. 疯狂Android讲义[M].北京：电子工业出版社，2011. [7] Andrew S. Tanenbaum，Davi J. Wetherall. 计算机网络[M].北京：清华大学出版社，2012. [8] Stevens W R. TCP/IP详解[M].北京：机械工业出版社，2000. |
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