梁莉娟

摘要：针对现在农业温室环境的实际情况，提出了在 Android 平台上编写农业环境监测程序、构建用户界面、通信程序，为了能够及时地收集到温室内部影像信息和温室中环境参数变化的信息，使用核心嵌入式系统数据通信和3G网络，使得用户能够及时地对温室内植物的生长发育情况进行远程监控。

关键词：远程监测；Android；3G移动通信网络；温室环境参数

中图分类号： TP277.2文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2017）15-0206-03

虽然我国是一个农业大国，但从事农业生产人员的文化素质和农业科技整体水平普遍较低，现代科技的迅速发展，对提高农业科技整体水平和技术有关键性的作用，现代信息技术在种植和养殖方面给农民提供了很大的帮助。随着现代农业的发展，利用先进的Android平台手机终端和移动通信网络技术，结合远程控制技术，可对作物生长与环境之间的动态参数变化进行精确控制，并能及时提前了解作物生长发育、作物病虫害风险，根据诊断研究实现远程管理，这无疑是一种新的农业生产发展模式。

谷歌公司和几家相关移动通信企业一起成立的开放手机联盟，对Android平台技术进行了成功的研究和推广，使得以Android系统为基础的智能手机和智能平板电脑的产量猛增，与此同时Android系统影响力也大幅提升，目前已经占领了超过1/3的移动终端操作系统的市场份额，越来越多的人对其发展前景也很看好。Android操作系统比其他操作系统更开放，同时也更利于开发者能够快速开发应用程序。本研究选择Android系统平台搭建移动终端的远程监控应用。

1整体系统框架

该系统的设计是利用3G移动网络使用Android手机作为终端，远程监控农业温室环境作为目标。其中整个硬件系统是由数据搜集模块、视频监控模块、系统控制模块几个部分组成。移动终端为Android和3G网络模块。整体系统设计如图1所示。

数据搜集模块负责温室环境参数的采集，视频监控模块负责温室内部视频信息收集，核心模块参数和视频信息传输系统进行处理，处理后的数据通过3G移动通信网络由3G网络模块实现和Android移动终端监控模块的数据交换，并把收集到的实时视频信息和温室环境参数展现给用户。

整个系统的数据处理中心是核心模块，负责数据交替、编码和解码、操控、储存等。在核心模块上将影响数据采集模块变化的环境参数的变化通过短距离无线传输协议收集的信息

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进行处理，主要采集空气湿度、温度、土壤水分、光照度和温室环境的CO2浓度参数信息；核心模块将监控摄像机视频信息传输的数据进行处理组成了视频采集模块。控制系统的响应主要是由控制执行模块执行，并改变环境参数，通过控制在温室中的设备操作。3G网络模式实现了移动客户端、远程监测和核心模块直接的数据交换。

Android手机远程监测模块和3G网络模块的温室远程监控软件，在用户模式下，可以收集温室环境参数和视频信息及时通过3G通信模块将其展现给大多数客户。当客户需要访问相应的信息时，会通过软件发送控制命令，然后命令通过3G网络传输到核心处理模块进行处理，最后发送处理指令到控制执行模块，当温室环境参数变化后对相应的设备实现远程控制功能。

2硬件部分设计

2.1系统控制模块

系统控制模块将对系统进行控制作为主要任务，同时也是整个系统的数据处理中心，对所有内部数据进行存储、交换、编解码。本系统的主要模块是基于ARM LPC4350核心模块的ARM开发板的建设，ARM Cortex-M4是LPC4350的微处理器，ARM Cortex-M0处理器包含于其中，意味着它是双核心架构的控制器。

ARM Cortex-M4微处理器是32位内核，其中CPU使用哈佛架构和3级汇编线，第三条总线系统的数据总线和本地指令及外围设备是独立的，包括内部预取单元支持推测分支操作，数字信号处理和SIMD指令支持单周期，主要部分集成了硬件浮点处理器。可提供卓越的性能，频率高达204 MHz。开发板LPC4350的功效框图如图2所示。

系统核心模块硬件示意见图3。操作系统LPC4350开发板配有定制版Linux 2.6.37、USB驱动程序、加载串口驱动程序、UART接口驱动程序，使各个系统模块之间的协调工作正常，外部存储器可以增加环境数据的存储。

2.2数据采集模块

温室环境参数要求收集室内和室外的温度和湿度、CO2浓度、光照度、土壤含水量等，利用它们对应的传感器收集网络节点的数据转移到核心模块中进行处理。为了避免温室内的布线问题，利用ZigBee通信传输收集到的各种传感器的环境参数，因此整个数据收集模块包括传感器模块和ZigBee模块。环境参数的传感器选择和技术参数见表1。

2.3视频监测模块

用户在远端的温室中看到实时视频，并且可以实现视频监视。内部USB摄像头通过编码温室数据捕获图像信息，传输到核心模块进行压缩处理，然后发送到用户终端解码视图。

温室内部图像信息的收集选择网格V2000摄像头，摄像头内置OV511驱动芯片，在使用过程中可在Linux系统中直接插入摄像头驱动程序而不需要额外进行摄像头驱动程序的写入。视频信息由Linux系统直接支持。该摄像头采用MPEG-4标准压缩编码格式采用RTP实时传输协议作为数据传输协议，然后利用RTP协议编码，在核心模块进行数据处理。

2.43G网络模块

远程监控温室环境的实施过程，需要提供充足的数据传输。在本研究中，移动终端和核心模块之间应用3G移动通信网络来交流传输数据实现结果。可用的3G通信标准是 TD-SCDMA、CDMA2000、W-CDMA，可以应用于核心模块的无线通信和Android移動终端。endprint

核心模塊采用华为的EM820W 3G模块，中国联通的3G SIM卡可以直接使用在EM820W 3G模块上，在Android移动终端应用在温室的SIM卡号码的输入，可以与核心模块的3G通信。该模块包含USB 2.0高速接口的系统支持Linux 2.6.18，内置TCP/IP协议，具有 5.76 Mb/s 和21 Mb/s最大下行速率，以上特点可以使整个系统很好地满足远程数据传输的要求。

2.5执行模块

用户发送修改参数信息的指令，该指令通过温室环境远程监控软件之后，由3G模块、ARM处理接收到的命令，然后发送到可编程逻辑控制器（PLC）上。温室操作的开关是PLC通过接触器和电磁继电器控制的。例如，可以通过使用受控的轴流风扇通风来实现温度控制，当环境参数达到用户的设置时，相应的设备停止运行。

3软件设计部分

3.1系统功能最终实现

本研究系统软件编写在客户端应用软件中，温室环境远程控制软件能够运行在Android手机上。首先要把Android应用软件编写在Eclipse软件上，并且把Android开发平台设置在计算机上。实现人机交互和远程监控的关键是Android手机应用软件的编写。

3.2核心模块和用户端间的通信

控制温室环境参数的变化是用户端和核心模块之间的主要联系方式，数据在WCDMA网络中进行交换。Android手机和服务器的数据交换可以通过2种通信模式进行，一种是Http通信，另一种是Socket通信。“请求-回应”模式使用于Http通信，当服务器端接收到客户端向服务器发送的请求时，即把请求数据返回给客户端。Socket通信是“打开-读/写-关闭”模式的实现，该通信模式比Http通信更加直接。

本系统采用了Socket通信进行客户端和核心模块之间数据的发送和接收。Android手机在使用3G网络通信时都是随机获取一个本地IP地址，地址标签与外部信息交换使用，因此需要为客户端和核心模块获取IP地址和核心模块数据交换。

3.3软件测试

连接3G网络后，客户端进入软件系统，输入号码，并按下按钮获得IP地址，并建立了核心模块连接。客户端界面（图4）显示温室环境参数的信息。通过环境参数按钮可以及时访问内部和外部的温室环境数据信息。按下参数设置按钮，进入参数修改界面，命令允许设备在温室中运行。同时获取温室区域的天气预报，用户能够预测温室外部环境的情况。按存储参数按键然后查看访问界面和数据存储情况。在手机SD卡上以文本的形式存储所获得的信息参数，方便访问历史记录信息。按视频监控可以查看温室的实时视频信息。如果出现视频不流畅和代码错误，系统应用丢掉帧来处理。用户视频监控如图5所示。客户端连接到3G网络。

3.4智能监控和SQLite数据库

一个没有远程监控的用户，需要专家智能系统来控制温室环境参数。首先是监测到的温室环境参数与核心模块定期获取专家系统环境参数检测比较。如果不在设定范围内，系统将根据设置参数自动启动相应的设备，一直到满足设置参数时，设备才会停止运行。紧急报警和紧急情况一般都是由智能监控对用户进行的处理。

SQLite数据库中保存了嵌入式系统处理过的信息，用户进行查询时，SQLite数据库将为用户提供存储的每个记录数据。

4总结

这个系统主要是基于Android移动终端应用软件的温室远程监控程序，建立了一种基于ARM LPC4350的开发板，利用3G无线传输将通过传感器采集模块、视频模块、3G网络通信模块采集的温室环境信息传输到Android手机；该客户端程序界面简单，操作方便，能够及时地获得温室环境参数，而且视频信息比较清楚。

参考文献：

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