| 标题 | 基于物联网的植物智能养护系统的设计与实现 |
| 范文 | 郭杰 摘要：传统植物养护需要耗费大量人力，费时费力。随着物联网的发展和Android智能手机的普及，基于Wifi的土壤温度、湿度、光照传感器、监控摄像头、智能插座价格低廉，使用方便，该文通过阐述系统的总体设计、运行流程、软件功能实现。提出了通过okhttp框架获取第三方传感器数据的方法，萤石云平台获取监控视频的步骤，以及利用智能插座实现远程控制的方法，给出了一种植物养护的低成本综合解决方案。 关键词：物联网；传感器；Android；Okhttp 中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）27-0096-03 Design and Implementation of Plant Intelligent Maintenance System Based on Internet of Things GUO Jie （School of electronic and information engineering， Nanjing Communications Institute of Technology， Nanjing 211188， China） Abstract： Traditional plant maintenance requires a lot of manpower and is time consuming and labor intensive. With the development of the Internet of Things and the popularity of Android smartphones， Wifi-based soil temperature， humidity， illumination sensors， surveillance cameras， and smart sockets are inexpensive and easy to use. This article describes the overall design， operation flow， and software functions of the system. The method of obtaining third-party sensor data through okhttp framework， the steps of obtaining monitoring video by fluorite cloud platform， and the method of remote control using smart socket are presented， and a low-cost comprehensive solution for plant maintenance is given. Key words： Internet of Things； sensor； Android； Okhttp 1 背景 随着智能手机和物联网的普及，植物种植养护逐步向智能化、无线联网化方向发展，土壤温湿度、光照传感器配备Wifi通讯模组，可以将实时采集的数据上传到云端服务器中，通过智能手机、平板电脑等移动互联网智能终端设备远程实时获取数据，随时随地掌握植物生长数据，为植物的灌溉、补光提供科学数据，切实减轻种植负担。 2 系统设计 2.1 总体设计 系统由四大模块组成，包括：植物支架系统、辅助种植养护系统、图像和数据采集系统、软件控制系统。植物支架系统由上层植物、中层控制设备、下部储水层组成。辅助种植养护系统包括：LED补光灯、水泵、皮管喷淋头、控制器。图像和数据采集系统包括：土壤温湿度传感器、光照传感器、监控摄像头、路由器、云平台服务器。传感器和摄像头通过Wifi无线网络与路由器连接，接入互联网，经过配置数据自动上传保存在第三方服务器中。软件控制系统包括Android手机客户端软件和Web服务器网站系统，Android手机App通过调用第三方开发的数据接口获取远程服务器中存储的传感器数据和监控视频，Web服务器网站提供植物库，用户交流系统。系统总体设计如图1所示： 2.2 系统流程 在植物支架中设置土壤温湿度传感器、光照传感器、监控摄像头，将采集到的传感器数据由变送器发送到Wifi路由器，通过互联网传递到指定的Web服务器中，图像视频信息采集后经过Wifi路由器上传到指定的Web服务器中。软件控制系统调用第三方接口获取服务器中保存的传感器数据和视频数据，根据设置的环境阈值和植物习性信息，在植物土壤干燥时启动远程控制软件，开启Wifi智能插座开关，启动水泵进行灌溉。在植物光照不足时启动红光LED灯进行补光。系统运行流程如图2所示： 3 系统实现 3.1 软件功能 Android手机客户端包括用户信息、植物养护操作、植物信息、互动百科四个模块，具体功能见图3。 用戶信息包括：个人信息、修改密码、植物环境数据的阈值设置，登录、注册等功能。 植物养护操作包括：统计查询传感器环境数据、在线监控远程摄像头上传的视频信息、种植控制远程启动智能插座控制程序。根据设置的阈值信息，低于最小值，高于最大值时发出环境报警信息。通过种植选型查看植物的生长习性和种植方式，在种植交流中可以查看种植的相关经验文章。 植物信息包括：根据实际生长的植物新增植物，查看植物列表，查看该植物的温度、湿度、光照数据，查看植物名称、种类、习性等信息。 互动百科包括：种植的种类、种植文章优选、植物搭配信息、植物图片分享信息。 服务器端部署在MoPaaS服务器中，运行环境是Tomcat和MySQL数据库。通过后台管理页面发布植物种类、种植文章、互动交流等内容信息供手机端访问。 3.2 界面设计 系统客户端采用Android Fine开源框架，主界面上方为功能按钮，单击按钮切换至相应的六大功能页面，具体设计如图4所示： 3.3 关键技术实现 3.3.1 获取传感器数据 考虑系统的实用性和较低的成本，硬件传感器选择了市场中能够量产且技术成熟的厂商产品，配备具有Wifi模组的变送器，将数据发送给无线路由器，再上传到开放的Web服务器中，根据二次开发接口，在手机端程序中进行调用，获取温度、湿度和光照数据。 以获取传感器设备历史数据接口为例，采用Get方式提交Http请求， 请求格式如下： http：// + IP + ： + PORT + /Device/getDevHisData？devKey=xxx& beginTime=xxxxxxxxxxxx&endTime;=xxxxxxxxxxxx&userID;=xxx&userPassword;=xxx 参数说明： IP 为-Key 软件主机的IP地址，例如：192.168.2.44； PORT为-Key软件主机的端口号：9001； devKey为特定设备的唯一ID； beginTime为数据的起始时间，时间格式为12位分别对应年月日时分，如201605280806； endTime为数据的结束时间，时间格式为12位分别对应年月日时分，如201605281506； userID的值为用户帐号，userPassword的值为用户密码。 应答格式： {"HisData"： [ { "DataID"： "2261072"， "TempValue"： "23.2"， "HumiValue"： "42.3"， "LngValue"： "0.0"， "LatValue"： "0.0"， "TimeValue"： "2016-05-28 07：27：59"}， {"DataID"： "2261193"， "TempValue"： "23.2"， "HumiValue"： "42.3"， "LngValue"： "0.0"， "LatValue"： "0.0"， "TimeValue"： "2016-05-28 07：30：02"}]} 应答参数说明：字符串为Json格式，整体上是一个Json对象，对象的值是一个对象数组。 HisData：只是一个对象名，用于解析对象值，无具体意义； DataID：历史数据的唯一ID； TempValue：模拟量一的值； HumiValue：模拟量二的值； LngValue：历史数据纬度值； LatValue：历史数据经度值； TimeValue：历史数据保存的时间点。[1] Android 客户端应用程序编写独立的HttpClient类，利用Okhttp框架的异步方法enqueue方法调用开放接口，在enqueue方法的回调方法中使用Handler将返回的JSON数据发送给主线程。在APP应用程序中进行JSON数据解析，并通过MPAndroidChart图形框架以折线图的方式动态展示温度、湿度、光照数据，实现效果如图5所示。 软件提供实时环境数据查询和历史环境数据查询。实时环境数据查询时，采用了Android Service解决方案，编写独立的实时获取环境信息服务类，在该类中利用定时器Timer和定时任务TimerTask，根据设置的时间间隔定时发出Http请求，获取并解析数据，实现动态折线图方式显示数据。 历史环境数据查询提供最近一小时，当天，昨天，最近一周以及自定义时间间隔的方式查询温度、湿度、光照强度数据。 3.3.2 获取监控视频数据 监控摄像头选择了海康威视具有Wifi功能的摄像头，经过配置，该摄像头将采集到的视频数据通过无线路由器传递到Web服务器中，根据提供的开放平台接口，可以在手机端直接调用视频模组，实时播放视频内容。 海康威视提供了UIKit，是基于萤石开放平台OpenSDK封装的UI组件，能以极简的嵌入方式，快速在应用中集成视频功能。在Android平台中使用UIKit的基本步骤为：创建应用并获得Appkey，使用Gradle安装SDK，包括so库文件以及jar包，在AndroidMainfest.xml 文件中配置 Android 权限，配置 build.gradle，在需要显示播放的地方添加UI布局控件EZUIPlayer，编写播放代码，获取EZUIPlayer实例，初始化EZUIKit，设置授权accesstoken，设置播放回调callback，设置播放url，调用startPlay方法就可以播放视频。需要注意的是：在界面消失时调用停止播放，并且在界面销毁时释放资源。[2] 此外在萤石云开放平台中还可以设置HTML5网页方式进行调用，直接在Android界面中嵌入WebView控件，设置URL地址即可查看视频。 3.3.3 远程控制设备 为了实现低成本高效率的远程控制水泵灌溉、LED植物光照补光。系统采用了目前市场占有率最高的BroadLink智能插座，需要在手機端安装第三方软件智慧星App，实现远程开关控制和定时开关控制。 4 结束语 该文分析了基于物联网的植物智能养护系统的一种低成本综合解决方案，通过阐述系统设计、系统运行流程、App软件功能设计、界面设计、关键技术实现。提出了通过无线网络获取第三方传感器数据的方法，萤石云平台获取监控视频的步骤，以及利用智能插座实现远程控制的方案。 参考文献： [1] 济南仁硕电子科技有限公司RS-RJ-K软件接口说明书[EB/OL]. https：//wenku.baidu.com/view/24e3ef0cfd4ffe4733687e21 af45b307e871f9ca.html. [2] 海康威视萤石开放云平台使用说明[EB/OL]. https：//open.ys7.com/doc/zh/uikit/uikit_android.html. [通联编辑：谢媛媛] |
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