趙新海，張英亮，李穎，高善輝，黃亮

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基于Android的食用菌設(shè)施栽培智能測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

趙新海1，張英亮1，李穎1，高善輝2，黃亮3，通信作者

（1. 天津農(nóng)學(xué)院 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院，天津 300384；2. 天津市亞安科技有限公司，天津 300392；3. 天津農(nóng)學(xué)院 農(nóng)學(xué)與資源環(huán)境學(xué)院，天津 300384）

為提高食用菌設(shè)施栽培的智能化管理水平，本文結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以Android移動(dòng)終端為平臺(tái)，設(shè)計(jì)了食用菌設(shè)施栽培智能測(cè)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠全天候隨時(shí)隨地查看食用菌的生產(chǎn)狀況、菇房?jī)?nèi)的環(huán)境因子數(shù)據(jù)，控制菇房?jī)?nèi)執(zhí)行設(shè)備，為食用菌生長(zhǎng)創(chuàng)造最優(yōu)化的生長(zhǎng)條件，使食用菌生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程始終處于監(jiān)督、記錄和優(yōu)良受控狀態(tài)。

Android；智能測(cè)控；設(shè)施栽培；食用菌

食用菌是一類有機(jī)、營(yíng)養(yǎng)、保健的綠色食品，食用菌產(chǎn)業(yè)已成為中國(guó)種植業(yè)中的一項(xiàng)重要產(chǎn)業(yè)。隨著食用菌的食用價(jià)值和藥用價(jià)值日益為人們所了解，國(guó)內(nèi)外的食用菌銷售量大幅度增加。同時(shí)，作為我國(guó)大力倡導(dǎo)的“三色”農(nóng)業(yè)中的白色農(nóng)業(yè)，食用菌種植規(guī)?？涨皵U(kuò)大，前景廣闊，發(fā)展空間巨大[1]。食用菌生產(chǎn)的智能化與自動(dòng)化已成為我國(guó)食用菌產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，食用菌栽培環(huán)境的智能化控制對(duì)于提高單位面積的食用菌產(chǎn)量與質(zhì)量，提高食用菌生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益，提升食用菌產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力非常重要[2]。

近幾年來(lái)，“互聯(lián)網(wǎng)＋”概念對(duì)人們生活與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響與改變?cè)絹?lái)越深刻。無(wú)論是辦公自動(dòng)化、車船飛機(jī)的購(gòu)票，還是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，甚至是現(xiàn)在炙手可熱的“共享經(jīng)濟(jì)”等，都可以通過(guò)計(jì)算機(jī)或者智能手機(jī)在互聯(lián)網(wǎng)上完成所需操作，給人們帶來(lái)便利的同時(shí)，使生產(chǎn)效率得到了巨大提升?！盎ヂ?lián)網(wǎng)＋”時(shí)代的到來(lái)，為傳統(tǒng)行業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了新機(jī)遇。利用信息技術(shù)、通信技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，傳統(tǒng)行業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合，取長(zhǎng)補(bǔ)短，相互促進(jìn)，共同發(fā)展。正是在此基礎(chǔ)上，本文結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以Android移動(dòng)終端為平臺(tái)，設(shè)計(jì)了食用菌設(shè)施栽培智能測(cè)控系統(tǒng)，對(duì)食用菌生長(zhǎng)至關(guān)重要的溫度、濕度、CO2濃度、光照強(qiáng)度進(jìn)行智能測(cè)控，實(shí)現(xiàn)食用菌生長(zhǎng)最佳環(huán)境條件的智能控制，使食用菌生產(chǎn)潛力得到充分發(fā)揮，提高食用菌產(chǎn)量和品質(zhì)，增加經(jīng)濟(jì)效益。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

食用菌設(shè)施栽培智能測(cè)控系統(tǒng)由服務(wù)器端與Android客戶端APP組成。數(shù)據(jù)庫(kù)采用MySQL輕量級(jí)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，能夠快速、靈活地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。

服務(wù)器端采用Struts、Spring、Hibernate融合框架（SSH），SSH框架是將Struts2、Spring和Hibernate三個(gè)技術(shù)融合在一起的一種開(kāi)源框架，是目前比較流行的一種Web應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)框架[3]。Struts 2以WebWork為核心，采用攔截器的機(jī)制來(lái)處理用戶的請(qǐng)求，這樣的設(shè)計(jì)也使得業(yè)務(wù)邏輯控制器能夠與ServletAPI完全脫離開(kāi)。服務(wù)器端借助Struts實(shí)現(xiàn)了大量的用戶交互界面與JSP頁(yè)面的轉(zhuǎn)換業(yè)務(wù)，提高了開(kāi)發(fā)效率。Spring整合了服務(wù)器對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的事務(wù)處理。對(duì)Action、Dao和數(shù)據(jù)庫(kù)連接池進(jìn)行配置[4]。Hibernate實(shí)現(xiàn)了對(duì)表中數(shù)據(jù)的持久化處理，利用映射技術(shù)直接將表轉(zhuǎn)換成類，并在類中編寫對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行處理的SQL語(yǔ)句，方便系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，減少服務(wù)器連接數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)產(chǎn)生的開(kāi)銷，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率[5]。服務(wù)器端采用Maven管理工具中橫切的邏輯，這些邏輯來(lái)自一組共享的（或者自定義的）插件?；贛aven的系統(tǒng)可以更加方便地在pom.xml中引入依賴，使得開(kāi)發(fā)效率得以提高[6]。

Android是Google開(kāi)發(fā)的基于Linux平臺(tái)的開(kāi)源手機(jī)操作系統(tǒng)[7]，由于其簡(jiǎn)潔和開(kāi)源的特點(diǎn)，使得目前 Android 智能手機(jī)的市場(chǎng)占有率非常高[8]。Android客戶端APP采用MVC架構(gòu)基于Android Studio開(kāi)發(fā)。MVC架構(gòu)使得邏輯、數(shù)據(jù)、界面顯示相分離，并按不同功能分層。HttpURLConnection類連接客戶端APP與服務(wù)器，二者以JSON數(shù)據(jù)包的形式通信。界面設(shè)計(jì)運(yùn)用多Fragment以及Fragment嵌套技術(shù)進(jìn)行處理，使界面豐富而不臃腫。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

食用菌設(shè)施栽培智能測(cè)控系統(tǒng)Android客戶端APP由身份驗(yàn)證、視頻監(jiān)控、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、設(shè)備控制、栽培條件6個(gè)模塊組成，其功能模塊圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)功能模塊圖

2.1 身份驗(yàn)證

身份驗(yàn)證模塊用來(lái)對(duì)用戶的合法性進(jìn)行驗(yàn)證。

2.2 視頻監(jiān)控

視頻監(jiān)控模塊用于查看食用菌菇房?jī)?nèi)的實(shí)時(shí)畫面。

2.3 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)模塊顯示食用菌菇房?jī)?nèi)4個(gè)點(diǎn)位傳感器（溫度、濕度、CO2濃度、光照強(qiáng)度）采集到的實(shí)時(shí)環(huán)境數(shù)據(jù)。

2.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)模塊將采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)（溫度、濕度、CO2濃度、光照強(qiáng)度）以實(shí)時(shí)曲線的方式顯示給用戶，便于對(duì)食用菌菇房?jī)?nèi)的環(huán)境運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)行分析并相應(yīng)地做出改進(jìn)，提高生產(chǎn)效率。

2.5 設(shè)備控制

設(shè)備控制模塊顯示食用菌菇房?jī)?nèi)執(zhí)行設(shè)備（加濕器、制冷機(jī)、送排風(fēng)、LED燈光、內(nèi)循環(huán)）的當(dāng)前狀態(tài)，并使用遠(yuǎn)程控制功能通過(guò)繼電器控制設(shè)備或模擬輸出模塊對(duì)菇房?jī)?nèi)的執(zhí)行設(shè)備進(jìn)行控制操作。

2.6 栽培條件

栽培條件模塊顯示食用菌菇房?jī)?nèi)食用菌的栽培條件，栽培條件包括食用菌栽培當(dāng)天的最高最低溫度、最高最低濕度、最高最低CO2濃度、開(kāi)關(guān)燈時(shí)長(zhǎng)、開(kāi)關(guān)內(nèi)循環(huán)時(shí)長(zhǎng)，系統(tǒng)服務(wù)器將根據(jù)此栽培條件智能開(kāi)啟或關(guān)閉執(zhí)行設(shè)備，調(diào)控菇房?jī)?nèi)的溫度、濕度、CO2濃度、光照強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)食用菌生長(zhǎng)最佳環(huán)境條件的智能控制。

3 實(shí)施效果

2017年7月至2017年9月經(jīng)過(guò)兩周期智能栽培測(cè)試，食用菌設(shè)施栽培智能測(cè)控系統(tǒng)獲取菇房?jī)?nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)（溫度、濕度、CO2濃度、光照強(qiáng)度）13 880條，向菇房?jī)?nèi)執(zhí)行設(shè)備（加濕器、制冷機(jī)、送排風(fēng)、LED燈光、內(nèi)循環(huán)）發(fā)出控制指令19 658次，實(shí)現(xiàn)了食用菌生長(zhǎng)最佳環(huán)境條件的智能化控制。圖2是客戶端APP視頻監(jiān)控界面，圖3是客戶端APP實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)界面，圖4是客戶端APP數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)界面，圖5是客戶端APP設(shè)備控制界面，圖6是客戶端APP栽培條件界面。

圖2 視頻監(jiān)控界面

圖3 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)界面

圖4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)界面

圖5 設(shè)備控制界面

圖6 栽培條件界面

4 結(jié)論

隨著食用菌產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)其生長(zhǎng)環(huán)境控制系統(tǒng)的智能化需求也越來(lái)越高。本文設(shè)計(jì)的食用菌設(shè)施栽培智能測(cè)控系統(tǒng)采用SSH框架使得系統(tǒng)具有良好的擴(kuò)展性、維護(hù)性和解耦性，用戶使用Android移動(dòng)設(shè)備能夠查看食用菌菇房?jī)?nèi)實(shí)時(shí)環(huán)境數(shù)據(jù)、食用菌生長(zhǎng)畫面以及一段時(shí)間內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)的變化情況，手動(dòng)開(kāi)啟或關(guān)閉菇房?jī)?nèi)的執(zhí)行設(shè)備。通過(guò)兩周期的栽培測(cè)試，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。

[1] 郭海玲，劉園園，何濤，等. 基于智能預(yù)測(cè)算法的食用菌大棚溫濕度控制研究[J]. 農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2017，37（16）：61.

[2] 王明友，宋衛(wèi)東，肖宏儒，等. 我國(guó)食用菌工廠化生產(chǎn)監(jiān)控技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J]. 農(nóng)機(jī)化研究，2012（8）： 223-226.

[3] 胡浩軍，郭玲. 面向安卓系統(tǒng)的電氣設(shè)備遠(yuǎn)程協(xié)同診斷平臺(tái)設(shè)計(jì)[J]. 計(jì)算機(jī)時(shí)代，2018（1）：4-8.

[4] Williams N S. Professional Java for Web Applications：Featuring Websockets，Spring Framework，JPA Hibernate，and Spring Security[M]. Birmingham：Wrox Press，2014.

[5] 李剛. 輕量級(jí)Java EE企業(yè)應(yīng)用實(shí)戰(zhàn)：Struts 2＋Spring3＋Hibernate整合開(kāi)發(fā)[M]. 3版. 北京：電子工業(yè)出版社，2012.

[6] 李俊杰. Maven在企業(yè)Java軟件產(chǎn)品中的應(yīng)用[J]. 電腦知識(shí)與技術(shù)，2011，7（7）：1562-1565.

[7] 李慧，劉星橋，李景，等. 基于物聯(lián)網(wǎng)Android平臺(tái)的水產(chǎn)養(yǎng)殖遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2013，29（13）：175-181.

[8] 王宏坡，周紅，李金平，等. 基于Android的池塘養(yǎng)殖水質(zhì)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)[J]. 天津農(nóng)學(xué)院學(xué)報(bào)，2017，24（1）：69-74.

責(zé)任編輯：張愛(ài)婷

The design of intelligent monitoring and controlling system for edible fungi facility cultivation based on Android

ZHAO Xin-hai1, ZHANG Ying-liang1, LI Ying1, GAO Shan-hui2, HUANG Liang3,Corresponding Author

（1. College of Computer and Information Engineering, Tianjin Agricultural University, Tianjin 300384, China; 2. Tianjin Yaan Technology Co., Ltd., Tianjin 300392, China; 3. College of Agronomy and Resources Environment, Tianjin Agricultural University, Tianjin 300384, China）

In order to improve the level of intelligent management of edible fungi facility cultivation, with internet of things and mobile internet technologies, edible fungi facility cultivation intelligent monitoring and controlling system was developed based on Android platform. This system had the ability to exhibit real-time production status of edible fungi and environmental factors in mushroom house, and to control the actuator, thereby providing an optimal growth condition for edible fungi. As a result, the growth of edible fungi was able to be detected, recorded and controlled optimally.

Android; intelligent monitoring and control; facility cultivation; edible fungi

1008-5394（2018）03-0084-03

10.19640/j.cnki.jtau.2018.03.018

TP311.52

A

2018-05-10

天津市科委項(xiàng)目（17ZXBFNC00090）

趙新海（1977-），男，副教授，碩士，主要從事農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)與農(nóng)業(yè)信息化相關(guān)研究。E-mail：zhaoxinhai@tjau.edu.cn。

黃亮（1983-），男，副教授，碩士，主要從事微生物發(fā)酵及食用菌相關(guān)研究。E-mail：huangliang@tjau.edu.cn。