CN107229236A - 基于Android平台的温室环境远程移动监控*** - Google Patents

基于Android平台的温室环境远程移动监控*** Download PDF

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杜尚丰
刘莹
陈俐均
李嘉鹏
潘奇
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    • G—PHYSICS
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Abstract

本发明公开一种基于Android平台的温室环境远程移动监控***，能够远程监测温室环境实时物理信息和温室现场视频图像信息，并实现自动测控过程的参数调整和自动/手动测控模式的切换，简化了温室环境远程监控过程中用户的工作内容。所述***包括：温室现场设备、后台服务器和基于Android***的移动终端；其中，温室现场设备包含环境监测无线节点、视频监控设备、环境调控设备、环境调控设备监控节点以及多个摄像头，所述视频监控设备连接所述摄像头，所述环境调控设备监控节点连接所述环境调控设备，所述移动终端与所述后台服务器通信，所述后台服务器与所述环境监测无线节点、视频监控设备和环境调控设备监控节点通信。

Description

基于Android平台的温室环境远程移动监控***
技术领域
本发明涉及温室环境监测及远程控制技术领域，特别涉及一种基于Android平台的温室环境远程移动监控***。
背景技术
随着现代科技水平的不断提高，人们的日常生活逐步朝着智能、便携、快速的方向发展，利用现代科技成果推动我国农业科技水平提高和现代化发展成为农业强国的必经之路。我国温室、大棚面积广，且地处偏远，长期守候在温室现场进行环境监管工作量大，工作效率低，完全由人工现场进行温室环境监测和调控的方式已逐步被淘汰。随着无线通信技术和因特网的发展与普及，数据传输距离不断增加，温室环境的监测和控制也逐渐向远程化方向发展。温室环境远程监控***中大多采用PC机作为远程监控终端，通过PC端应用软件或浏览器动态网页可监测温室现场环境变化并控制温室现场设备开关运转状态。然而该方式下远端农户日常监测调控工作依赖于PC机，需长期监守于PC终端了解温室环境变化或随身携带PC连接至因特网查看温室现场信息，且农户需熟知电脑操作使用方式，PC机操作和携带不便限制了温室环境远程监控***的普及和应用。基于Android***的移动终端小巧便携、网络连接方式多样、成本低、使用人群广，基于Android平台的应用程序操作简单，界面友好，以Android移动智能设备作为温室环境远程监控终端可以在实现温室环境远程监控的同时，使农户摆脱对PC机和监控地点的依赖，减轻了农户的工作量。
针对基于Android平台的温室环境监控***，现有的技术中监控终端实现方法主要可以概括为两种：一种是利用GSM网络发送和接受短信的方式，使得移动终端可以获取温室现场环境信息并控制环境调控设备的开关状态。该方法中信息的获取和远程控制均需使用特定格式的短信，实际生产中操作不便，用户下发控制指令时完全依靠个人经验，不能保证控制决策的科学性，且监控过程中缺少直观清晰的视频图像信息，不能确保用户的操作能够实时生效。另一种方法是借助Android应用程序监测温室环境变化，并通过界面按钮实现环境调控设备的开关控制。该方法提高了操作的简洁和友好性，但现有的技术中移动终端大多单一包含环境调控设备的自动控制功能或手动控制功能，包含自动控制功能的***中只能对控制过程中温室现场变化实现监测，不能对自动控制过程中控制算法、周期等相关信息进行调整设置，***灵活性较差，且一旦自动控制过程出现差错无法及时调整，易对整个生产过程产生不利的影响，***可靠性较低；包含手动控制功能的***则需要管理员长期观察环境变化情况进而调整控制策略，不能达到解放用户生产力的效果。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明实施例提供一种基于Android平台的温室环境远程移动监控***。
本发明实施例提出一种基于Android平台的温室环境远程移动监控***，包括：
温室现场设备、后台服务器和基于Android***的移动终端；其中，温室现场设备包含环境监测无线节点、视频监控设备、环境调控设备、环境调控设备监控节点以及多个摄像头，所述视频监控设备连接所述摄像头，所述环境调控设备监控节点连接所述环境调控设备，所述移动终端与所述后台服务器通信，所述后台服务器与所述环境监测无线节点、视频监控设备和环境调控设备监控节点通信，
所述环境监测无线节点接收所述后台服务器发送的采集命令采集环境信息并反馈；所述视频监控设备管理所述摄像头，利用网线连接所述视频监控设备至因特网实现各摄像头视频图像信息的网络访问；所述环境调控设备监控节点解析所述后台服务器层的指令后反馈所述环境调控设备开关状态或根据指令实施开关控制，
所述后台服务器主要负责温室现场环境的检测、控制以及移动终端请求的响应，其中，环境检测和控制过程中可分为自动和手动两种模式，自动测控模式定周期检测温室现场环境物理信息，分析处理后保存数据至服务器本地并根据环境数据和环境参数设定值利用自动控制算法产生环境调控设备控制指令，同时检测更新所述环境调控设备开关状态；手动测控模式下所述后台服务器循环检测温室环境信息，分析处理后保存至相同位置，同时监测移动终端手动控制请求并及时响应，
所述移动终端可获取所述后台服务器存储的温室环境信息，对所述摄像头进行网络访问从而获取所述摄像头采集的视频图像帧信息进行显示，同时也可对所述摄像头进行方向调整，对所述环境参数设定值进行修改，对测控模式进行切换，对所述环境调控设备的开关状态实施监测和控制，对所述后台服务器自动测控过程中测控周期、自动控制方法和温度设定值进行调整。
本发明具有如下有益效果：
(1)移动终端小巧便携、性价比高，应用程序易安装使用：相对于现有的PC监控终端，移动设备小巧便携且网络连接和访问技术发展比较成熟，能够保证终端应用程序在各类环境下正常使用。Android应用程序中各功能界面简洁，通过按钮点击即可实现复杂的环境监测和科学调控功能，不要求农户具有设备操作专业知识，该发明的提出有助于农户摆脱对PC监控终端的依赖，实现温室环境移动监控。
(2)应用程序界面友好，可实现温室环境实时动态监控：利用Android应用程序清晰友好的界面可浏览各项参数和状态信息，同时通过界面数据输入和按钮点击即可完成参数修改调整和温室现场设备的开关控制，相较于现有的利用GSM网络发送和接受短信实现监控的方式，该发明更加充分地利用了移动终端现有的资源，信息显示清晰简洁。
(3)实现视频浏览和方向调控：移动终端应用程序除显示文字信息外，还可访问温室内摄像头从而浏览视频图像信息，动态图像画面可提高监测的直观性，同时农户可通过应用程序界面按钮实现摄像头方向控制，全方位观察温室内各设备运作状态。
(4)自动测控过程参数可调整：通过应用程序可对自动测控模式下测控周期、自动控制的控制方法、温度设定值进行修改，远程调整温室环境自动调控效果，提高了远程监控过程的灵活性。
(5)手动/自动控制过程可切换：Android应用程序可实现温室环境自动或手动两种模式切换功能，手动测控模式可更好地根据农户自身意愿实施设备开关控制，自动测控模式即可在长期无人监管的情况下自动调节温室环境至设定状态，两种控制模式切换的功能能够更好地满足远程农户监控温室环境的需求。
附图说明
图1为本发明一种基于Android平台的温室环境远程移动监控***一实施例的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参看图1，本实施例公开一种基于Android平台的温室环境远程移动监控***，具体技术解决方案如下：
基于Android平台的温室环境远程移动监控***中移动终端可通过因特网访问后台服务器从而监控温室现场，整个***具体分为温室现场、后台服务器和移动终端三部分。温室现场包含环境监测无线节点、视频监控设备、环境调控设备监控节点以及环境调控设备，主要完成信息检测和设备测控功能；后台服务器由ARM11开发板组成，利用ZigBee无线通信模块与温室现场双向连接，实现环境信息的获取、分析、存储和环境调控设备的开关状态采集与控制指令发送，同时开发板连接至因特网，借助因特网与移动终端进行信息交互，实现远程监测和控制过程的干预；移动终端是指Android***的移动智能设备(平板、手机)，在设备中安装Android应用程序，通过4G、WIFI等网络连接移动终端至因特网访问嵌入式服务器层，实现数据交互。
温室现场中环境监测无线节点为多传感器复合节点，以单片机为核心复合温度、湿度、光照、CO2浓度、土壤含水量、土壤电导率等传感器的一个或多个，通过ZigBee通讯模块接收采集命令并反馈环境信息；视频监控设备可管理多个摄像头，利用网线连接视频监控设备至因特网即可实现各摄像头视频图像信息的网络访问；环境调控设备监控节点同样以单片机为核心，解析后台服务器层的指令反馈当前环境调控设备开关状态或根据指令实施开关控制；环境调控设备包括加热炉、风机、天窗、CO2补给设备和/或加湿器。
后台服务器主要负责温室现场环境的检测、控制以及移动终端请求的响应。其中，环境检测和控制过程中可分为自动和手动两种模式，自动测控模式定周期检测温室现场环境物理信息，分析处理后保存数据至服务器本地并根据环境数据和环境参数设定值利用自动控制算法产生环境调控设备控制指令；手动测控模式下所述后台服务器循环检测温室环境信息，分析处理后保存至相同位置，同时监测移动终端手动控制请求并及时响应。此外，该层在ARM11硬件平台下选用Boa作为嵌入式服务器，借助CGI程序响应移动终端的网络请求。
移动终端使用基于Android***的移动智能设备作为硬件平台，如平板、智能手机等，安装利用Eclipse平台开发的Android应用程序后可实现后台服务器的远程访问。Android应用程序开发过程可分为UI界面设计和功能设计，UI界面设计借助线性布局LinearLayout、框架布局FrameLayout、表格布局TableLayout和相对布局RelativeLayout进行界面分割，并在xml布局文件中通过按钮、输入文本框、静态文本框、下拉菜单、网页浏览和列表显示等控件完成界面基本结构的搭建；功能设计过程在java文件中利用Java语言实现服务器管理(可用于多温室环境监控)、用户登录/登出管理、环境信息监测、视频信息获取、控制模式切换、自动测控参数修改(控制方法、环境参数设定值、周期)等功能，应用程序可对用户登录状态进行检测，并将用户分为游客和管理员两种身份，只有管理员方可实施参数修改和控制功能。应用程序中主要界面有“服务器设置”、“环境信息监测”、“温室视频监控”、“温室环境设置”、“执行机构控制”、“控制方法设置”等。核心功能界面具体内容和实现方法如下：
(1)“服务器设置”界面借助SQLite数据库对***内服务器数目和信息进行管理，以满足多温室环境监控的需求，界面功能主要包含服务器添加、删除以及服务器的进入。
(2)“环境信息监测”界面是进入服务器后的默认初始界面，该界面主要实现温室内外环境物理信息的更新显示，辅助农户了解温室环境实时状态，界面定时1s建立与后台服务器建立网络连接，访问后台服务器CGI程序从而动态获取环境数据信息并更新显示。
(3)“温室视频监控”界面可浏览当前设备连接的所有摄像头信息并对监控设备进行添加删除管理，借助视频监控设备提供的SDK可完成设备中摄像头的网络访问，通过因特网接收视频图像帧信息更新显示于SurfaceView绘图控件中。
(4)“温室环境设置”界面主要实现温室环境参数设定值(包含湿度、光照、CO2浓度、土壤水分和土壤电导率等)的浏览和修改，设定值的修改可影响后台服务器对温室现场自动调控的结果，因此只有管理员可使用该界面功能。界面中利用Android定时机制和网络连接定时更新显示环境参数实时设定值，通过按钮单击响应事件传递界面中输入的新设定值至后台服务器更新记录，从而影响自动控制结果。
(5)“执行机构控制”界面主要针对温室现场环境调控设备的开关状态实施监测和控制。当用户为游客身份时，只可借助图片显示控件的颜色(绿色或灰色)浏览环境调控设备开关状态的实时变化；获取管理员权限后还可通过按钮切换环境调控设备控制模式(自动或手动)，并于手动测控模式下点击开关按钮实现设备的远程控制。
(6)“控制方法设置”界面用于自动测控模式下测控周期、自动控制的控制方法、温度设定值调整，要求用户具有管理员权限方可进行修改。其中，自动控制方法包含滞环控制、PID控制、鲁棒控制、最优控制、预测控制和模糊控制等多种智能控制算法，用户选择后输入算法核心参数，后台服务器即可完成控制决策过程，提高了温室环境自动控制的科学性。针对不同作物对环境敏感程度不同，用户可借助控制周期修改功能调整后台服务器检测和调控环境的间隔时长。此外，温度设定值调整功能中提供了固定温度设定值、四段变温设定值和曲线温度设定值三种方法，管理员可根据作物实际需求选择和修改温度设定方法及其设定值。应用程序界面完成上述三类参数的修改后，将向后台服务器发送数据修改请求，更新记录数据于文本中，后台服务器自动控制过程中将读取相应参数调整测控周期、自动控制的控制方法、温度设定值。
下面对于本发明所提出的一种基于Android平台的温室环境远程移动监控***，结合附图和实施例详细说明。
基于Android平台的温室环境远程移动监控***组成及交互过程如图1所示，***实施前需在温室现场布置环境监测无线节点监测温度、湿度、光照、CO2浓度传感器信息；布置视频监控设备连接多个摄像头，利用网线连接视频监控设备至因特网；布置环境调控设备监控节点并连接至加热炉、风机、天窗、加湿器等环境调控设备。通过网线连接后台服务器至因特网，并在移动终端设备上安装Android应用程序，分别将温室现场和后台服务器相关设备上电启动，***即可进入正常运作状态。
保证移动终端设备连接至因特网，启动应用程序，移动终端具体功能实现步骤如下：
(1)服务器选择功能：进入“服务器设置”界面后，通过输入IP地址即可添加服务器信息，单击后即可进入服务器功能界面；长按后可删除服务器信息。
(2)用户登录/登出功能：选择“管理员登录”界面，输入管理员用户名和密码后应用程序将发送登录请求至后台服务器，服务器端首先校验用户名和密码是否正确，若用户名密码输入正确则生成登录session文件记录用户IP、登录时间、随机校验码等信息便于后期进行管理员身份验证，并反馈登录成功信号至应用程序；若用户名和密码校验失败，则反馈登录失败信号至应用程序；应用程序根据反馈信息类型判别用户是否具有管理员权限。
登录成功后，该界面显示内容变换为“管理员登出”界面，再次选择该界面后台服务器将接收到登出请求，删除登录session文件后应用程序判别用户不具有管理员权限，属于游客身份。
(3)环境监测功能：选择“温室环境监测”界面，应用程序将通过因特网访问后台服务器记录的温室内外环境数据信息，分割处理后更新显示于界面中。
(4)视频图像浏览功能：选择“温室视频监控”界面后应用程序通过因特网访问视频监控设备，接收设备反馈信息后即可显示当前监管的摄像头信息，对摄像头视频图像信息进行预览，并对摄像头实现上下左右方向调整。
(5)环境参数设定值调整功能：用户通过登录界面获取管理员权限后，选择“温室环境设置”界面即可浏览应用程序从服务器端获取的环境参数设定值信息，输入新设定值进行修改后，应用程序将修改后的信息发送至后台服务器，服务器通过CGI程序处理后记录有效信息于文件中。
(6)环境调控设备监控功能：选择“执行机构控制”界面，应用程序将定时向后台服务器请求数据，获取环境调控设备开关状态实现设备实时监测。借助登录界面获取管理员权限后可通过按钮切换后台服务器至手动或自动测控模式，***运行于手动测控模式下，“执行机构控制”将出现16路环境调控设备开关控制按钮。开关按钮点击后应用程序通过因特网将开关变化情况发送至后台服务器，服务器对变化情况进行检测解析后生成调控指令，利用ZigBee无线通信模块下发至温室环境调控设备监控节点。同时用户借助应用程序观察设备开关状态信息即可查看手动控制是否生效。
(7)自动测控过程参数调整功能：获取管理员权限后，选择“控制方法设置”界面，可修改控制方法、周期和温度设定方法。修改确认后由应用程序发送相关信息至后台服务器，后台服务器利用CGI程序解析信息并存储有效数据，自动控制过程中读取文件更新调整控制过程即可保证修改生效。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (8)

1.一种基于Android平台的温室环境远程移动监控***，其特征在于，包括：
温室现场设备、后台服务器和基于Android***的移动终端；其中，温室现场设备包含环境监测无线节点、视频监控设备、环境调控设备、环境调控设备监控节点以及多个摄像头，所述视频监控设备连接所述摄像头，所述环境调控设备监控节点连接所述环境调控设备，所述移动终端与所述后台服务器通信，所述后台服务器与所述环境监测无线节点、视频监控设备和环境调控设备监控节点通信，
所述环境监测无线节点接收所述后台服务器发送的采集命令采集环境信息并反馈；所述视频监控设备管理所述摄像头，利用网线连接所述视频监控设备至因特网实现各摄像头视频图像信息的网络访问；所述环境调控设备监控节点解析所述后台服务器层的指令后反馈所述环境调控设备开关状态或根据指令实施开关控制，
所述后台服务器主要负责温室现场环境的检测、控制以及移动终端请求的响应，其中，环境检测和控制过程中可分为自动和手动两种模式，自动测控模式定周期检测温室现场环境物理信息，分析处理后保存数据至服务器本地并根据环境数据和环境参数设定值利用自动控制算法产生环境调控设备控制指令，同时检测更新所述环境调控设备开关状态；手动测控模式下所述后台服务器循环检测温室环境信息，分析处理后保存至相同位置，同时监测移动终端手动控制请求并及时响应，
所述移动终端可获取所述后台服务器存储的温室环境信息，对所述摄像头进行网络访问从而获取所述摄像头采集的视频图像帧信息进行显示，同时也可对所述摄像头进行方向调整，对所述环境参数设定值进行修改，对测控模式进行切换，对所述环境调控设备的开关状态实施监测和控制，对所述后台服务器自动测控过程中测控周期、自动控制方法和温度设定值进行调整。
2.根据权利要求1所述的基于Android平台的温室环境远程移动监控***，其特征在于，所述后台服务器由ARM11开发板组成，利用ZigBee无线通信模块与温室现场双向连接，实现环境信息的获取、分析、存储和环境调控设备的开关状态采集与控制指令发送，同时开发板连接至因特网，借助因特网与移动终端进行信息交互，实现远程监测和控制过程的干预。
3.根据权利要求2所述的基于Android平台的温室环境远程移动监控***，其特征在于，所述后台服务器在ARM11硬件平台下选用Boa作为嵌入式服务器，借助CGI程序响应移动终端的网络请求。
4.根据权利要求1所述的基于Android平台的温室环境远程移动监控***，其特征在于，所述环境监测无线节点为多传感器复合节点，以单片机为核心复合温度、湿度、光照、CO2浓度、土壤含水量、土壤电导率等传感器的一个或多个，通过ZigBee通讯模块接收采集命令并反馈环境信息。
5.根据权利要求1所述的基于Android平台的温室环境远程移动监控***，其特征在于，所述控制方法包括滞环控制、PID控制、鲁棒控制、最优控制、预测控制和模糊控制。
6.根据权利要求1所述的基于Android平台的温室环境远程移动监控***，其特征在于，所述移动终端可根据不同作物对环境的敏感程度远程调整后台服务器检测和调控环境的间隔时长。
7.根据权利要求1所述的基于Android平台的温室环境远程移动监控***，其特征在于，所述移动终端可根据作物实际需求选择或修改温度设定方法及其设定值，所述温度设定方法包括固定温度设定值、四段变温设定值和曲线温度设定值三种方法。
8.根据权利要求1所述的基于Android平台的温室环境远程移动监控***，其特征在于，所述环境调控设备包括加热炉、风机、天窗、CO2补给设备和/或加湿器。
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