崔世钢　代凤辉　梁帆

摘要：为了实现将植物生长柜传感器节点的信息传输到Android系统下，同时在该系统下实现对各传感器节点的数据显示和控制。本研究在对Android平台串口驱动进行重点分析的基础上，设计并实现多传感器（包括2个温度传感器、1个湿度传感器、1个光照传感器、1个二氧化碳浓度传感器）的数据传输和实时显示。Android平台具有强大的功能，将多传感器数据传输到该平台下，为后续开发提供广阔空间。

关键词：智能植物生长柜；Android系统；智能控制；串口驱动；多传感器；

中图分类号：TP274；S126 文献标志码：A 文章编号：1002—1302（2016）01—0403—03

当前，世界人口不断增长、物质需求不断增加，而资源却不断减少，环境不断恶化，为解决全球资源与环境问题，设施农业越来越受到人们的推崇，得到了前所未有的发展与应用。智能植物生长柜作为设施农业的一部分，以节省资源、环境保护、安全、放心、健康为出发点，得到社会的广泛关注与认可。随着城市的现代化建设步伐和环境污染速度越来越快，可利用农业耕地面积越来越少，同时人们生活水平的提高，对生活质量也提出了更高的要求。作为一种保护环境、节约资源和能生产出安全健康的新型植物生产系统，智能植物生长柜有很强的应用性。在我国，对于农业生产环境的监控基本處于人工采样、化学分析的人工监测阶段，实时性不好，少数便携式仪表还存在使用维护困难等问题，此外生长柜对环境具有非常高的要求。Android系统作为开源的操作系统、操作简单、功能强大，基于该平台下的各类控制系统很多大学与公司的研究方向。Android设备驱动程序是Android操作系统的重要组成部分，是软件与硬件连接的“桥梁”，分析该系统下的设备驱动运行机理，对于Android系统上层应用程序的设计开发有重大的指导意义。

1材料与方法

1.1系统方案

系统主要分为执行模块、生长柜监控模块、Android测控端等部分。本研究对Android系统内核中的串口驱动程序进行了详细的分析，并在此基础上编写了应用程序，实现多传感器的数据传输。试验利用FS_V210开发板（运行Android系统）为终端，由下位机STM32实现对5个传感器数据的采集，通过其串口与运行Android系统的上位机进行通信，在开发板显示屏上实时显示5个传感器数据。FS_V210开发板具有摄像头、LCD触摸屏、网口等丰富硬件资源，便于携带、交互性强、易于开发，为智能植物生长柜提供优秀的控制系统平台。Android系统结构框图如图1所示。

1.2实现方法

1.2.1 Android串口驱动开发 串口驱动的实现过程就是Android系统下的通信数据流和功能调用的过程。Android串口终端驱动结构如图2所示，串口驱动结构共分为4个层次，即驱动层、HAL层（1ibhardware）、JNI层（java native inter-face）、Framework层和应用层。

1.2.1.1串口驱动层 Android内核是由标准的Linux内核修改而来的，最底层的Android硬件驱动层就是Linux设备驱动层，二者内核驱动程序的编写方法是一样的，都是以Linux模块的方法实现的。驱动层是与硬件设备直接联系的一层，通过访问相应驱动程序直接对硬件进行操作，在该层中定义串口设备文件的访问方法，主要定义串口的Open、Read和Write。此外，还执行了串口设备的注册和初始化操作。

1.2.1.2 HAL层 硬件驱动程序一方面分布在Linux内核中，另一方面分布在用户空间的硬件抽象层中，在该层中增加串口的硬件抽象层模块访问Linux内核驱动程序。按照An-droid硬件抽象层规范的要求，分别定义模块ID（UART_HARDWARE_MODULE_ID）、模块结构体（struct uart_module_t）以及硬件接口结构体（struct uart_control_device_t）。在硬件接口结构体中，fd表示设备文件描述符，HAL层结构如图3所示。

1.2.1.3 JNI层 Android系统的应用程序是用Java语言编写的，而硬件驱动程序是用c语言来实现的，应用程序要调用串口驱动程序操作硬件必须通过Java本地调用JNI来调用硬件抽象层接口。JNI层主要实现Java与C/C++之间的过渡，不涉及复杂的逻辑，只根据规则为上层函数调用串口的下层接口。该层定义HAL的模块ID和2个全局变量sUartDe-vice和sUartModule，在Uart_init函数中，通过Android硬件抽象层提供的hw_get_module方法来加载模块ID为UART_HARDWARE_MODULE_ID的硬件抽象层模块，其中HELLO_HARDWARE_MODULE_ID是在中定义的。Android硬件抽象层会根据UART_HARDWARE_MOD-ULE_ID的值在Android系统的/system/lib/hw目录中找到相应的模块，然后加载起来，并且返回hw_module_t接口给调用者使用。

1.2.1.4 Framework层 为硬件抽象层模块编写完串口的JNI方法后，须要为Android系统的Application Frameworks层增加硬件访问服务MyUartService，通过该层提供的硬件服务来调用JNI方法，进而调用底层的硬件抽象层接口去访问硬件。在Application Frameworks层中包含自定义的硬件服务MyUartService，在Android系统启动时自动加载MyUartSer-vice。这时应用程序就可以通过Java接口来访问uart硬件服务了。

1.2.2串口应用程序的开发 本研究中实现的功能是由单片机STM32实现对2个温度传感器（为区分2个温度传感器的值，显示分别命名为根部温度、温度）、1个湿度传感器、1个光照强度传感器、1个CO₂浓度传感器数据的采集，通过其串口将接收到的5个传感器数据在开发板上实时显示。底层编写的串口驱动程序，实现的功能是1个字节的读和字符串的写，在应用程序层调用字符型函数GpsDataUpdate（）实现1个字节的读取，整型函数GpsDataUpdate_write（string s）实现字符串的写。为实现各个传感器数据的正确显示，须要在上层对串口应用程序进行开发。程序设计流程图如图4所示。

开发的关键技术和部分代码如下：（1）在Android系统应用程序开发软件eclipse中新建工程，然后在该工程新建Uart类，这个类主要用来加载SO文件（uart_runtime.so），通过JNI的方式打开关闭串口。

（2）为实现通过串口接收到的所有数据的显示，定义1个字符串s1，用于存放通过GpsDataUpdate（）读取到的1个字节（以下代码是把该字节先读取到sbuffer，再由sbuffer存放于s1辛），在这里有1个while循环用于判断是否数据接收完，未接收完就继续接收，并把接收到的值放到s1，接收完就跳出。在区里加1个线程将接收到的数据实时显示，睡眠时间为1 s。

（3）实现以上代码的功能，可以读到5个传感器的数据，但是须要将5个传感器的数据分开，分别显示在5个EditText中。利用split根据给定的参数把原来的分割为几个子字符串。核心代码如下：

在本例中，下位机STM32串口发送的1串数据中开头与结尾分别加上字母b，中间的每个传感器数据之间都加上字母a。以上代码strView.split（“b”）中，将字符串strView根据参数b分割为3个部分，取中间的传感器数据部分，再根据参数a进行分割，可以准确得到5组数据，分别存放于字符串strView0、strViewl等5个字符串中。updateView（）为刷新函数，数据不断更新。

2结果与分析

本例中使用Android第3方图形库AndroidPlot绘制图形，先创建1个数组保存绘制用的数据，然后将数组转换为XYSeries，将数组中的传感器值绘制在图形库中，生成曲线图。试验结果以植物生长柜的空气温度为例，如图5所示。

3结论

本研究通过对Android系统下的串口驱动原理的具体实现方法进行详细分析的状态下，实现FS_V210开发板与单片机STM32的串口通信，完成对智能植物生长柜中各个传感器节点信息的接收与显示，为实现生长柜的智能化、网络化打下基础。设计实例，开发Android系统的串口应用程序，接收到5个传感器数据，对串口驱动程序进行验证分析，对智能植物生长柜在Android系统下的开发具有指导意义。