智慧農(nóng)業(yè)設(shè)計(jì)文檔

1、保存該文檔時(shí)，命名規(guī)則為*作品設(shè)計(jì)文檔2017年全國大學(xué)生“互聯(lián)網(wǎng)+”創(chuàng)新大賽 暨 第四屆“發(fā)現(xiàn)杯”全國大學(xué)生互聯(lián)網(wǎng)軟件設(shè)計(jì)大獎(jiǎng)賽小農(nóng)人項(xiàng)目創(chuàng)意設(shè)計(jì)報(bào)告（2017年2月25日）目錄一、創(chuàng)意介紹31.1 項(xiàng)目介紹31.2 項(xiàng)目可行性分析31.3 與同類產(chǎn)品比較31.4 項(xiàng)目應(yīng)用前景3二、功能介紹32.1 總體功能結(jié)構(gòu)圖32.2 模塊功能介紹3三、總體設(shè)計(jì)33.1 數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)33.2 界面設(shè)計(jì)33.3 架構(gòu)設(shè)計(jì)3四、技術(shù)難點(diǎn)34.1 藍(lán)牙連接不穩(wěn)定容易斷開技術(shù)難點(diǎn)44.2 安卓客戶端之間實(shí)時(shí)通信技術(shù)難點(diǎn)4五、項(xiàng)目總結(jié)4一、 創(chuàng)意介紹1.1 項(xiàng)目介紹智能大棚的作用是將智能化控制系統(tǒng)應(yīng)用到大棚種植上，用

2、戶通過安卓客戶端設(shè)定大棚內(nèi)的數(shù)據(jù)信息，由微機(jī)對(duì)棚內(nèi)的水簾、風(fēng)機(jī)、遮陽板等設(shè)施實(shí)施監(jiān)控，采用溫度、濕度、CO2、光照度傳感器等感知大棚的各項(xiàng)環(huán)境指標(biāo)，并通過微機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和調(diào)控，從而改變大棚內(nèi)部的生物生長環(huán)境。比較人工的控制來說，智能控制最大的好處就是能夠相對(duì)恒定的控制大棚內(nèi)部的環(huán)境，對(duì)于環(huán)境要求比較高的植物來說，更能避免因?yàn)槿藶橐蛩囟斐缮a(chǎn)損失。相對(duì)生產(chǎn)來說，將智能化控制系統(tǒng)應(yīng)用到大棚生產(chǎn)以后，產(chǎn)量與質(zhì)量比人工控制的大棚都有極大的提高，對(duì)于不同的種植品種而言，提高產(chǎn)量與質(zhì)量相對(duì)不同，對(duì)于檔次較高的經(jīng)濟(jì)作物來說，生產(chǎn)效率可以提高30%以上。相對(duì)運(yùn)行成本來的核算，對(duì)于有一定規(guī)模的種植企業(yè)來說，

3、極大的降低了勞動(dòng)力成本，設(shè)備的投入與運(yùn)行，可以完全由節(jié)約下來的勞動(dòng)力成本中核算出來，使用時(shí)間越長，光節(jié)約的勞動(dòng)力成本就是一筆巨大的利潤。1.2 項(xiàng)目可行性分析與應(yīng)用前景1.2.1項(xiàng)目設(shè)計(jì)思路為促進(jìn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，減輕農(nóng)民的負(fù)擔(dān)，提高農(nóng)業(yè)凈產(chǎn)值，本項(xiàng)目將智能的自動(dòng)控制和人工控制相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的自動(dòng)化生產(chǎn)。項(xiàng)目的主要研究方向分為藍(lán)牙聯(lián)網(wǎng)、云端數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和安卓推送數(shù)據(jù)。1.2.2采用技術(shù)及平臺(tái)自動(dòng)控制大棚內(nèi)部安裝多種傳感設(shè)備獲取溫度、濕度和光照強(qiáng)度等基本的信息并通過藍(lán)牙無線通信和以太網(wǎng)技術(shù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)。系統(tǒng)實(shí)時(shí)的根據(jù)用戶設(shè)定的閾值，進(jìn)行設(shè)備（水泵、燈、排風(fēng)扇和卷簾機(jī)等設(shè)備）的開關(guān)控制進(jìn)而調(diào)控溫

4、度、濕度和光照強(qiáng)度等保持在一個(gè)穩(wěn)定的范圍之內(nèi)，給予植物適宜的生長環(huán)境。人工控制用戶可以通過手機(jī)客戶端查看大棚當(dāng)前時(shí)刻和最近一周的溫度、濕度和光照強(qiáng)度等信息，并根據(jù)數(shù)據(jù)信息判斷當(dāng)前需要設(shè)定的閾值進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置。用戶可以通過手機(jī)客戶端通過控制大棚客戶端拍攝大棚內(nèi)部的環(huán)境信息進(jìn)行拍照回傳查看大棚的植物的生長情況，從而能夠更加和合理的管理大棚植物生長。藍(lán)牙控制每個(gè)大棚內(nèi)部安裝帶有傳感器的主控制芯片，主控制芯片通過傳感器獲取大棚內(nèi)部的環(huán)境信息（溫濕度、二氧化碳濃度和光照強(qiáng)度等），并通過藍(lán)牙裝置將數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)较到y(tǒng)控制中心（安卓系統(tǒng)）。云端數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)控制中心（安卓系統(tǒng)）連入以太網(wǎng)，實(shí)時(shí)的將每個(gè)大棚中的環(huán)

5、境信息傳遞到遠(yuǎn)程服務(wù)器并保存。安卓點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信系統(tǒng)控制中心（安卓系統(tǒng)）向用戶的安卓端發(fā)送大棚內(nèi)部的環(huán)境信息超過用于設(shè)定的閾值的警告和某個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障的警告。用戶的安卓端向系統(tǒng)控制中心（安卓系統(tǒng)）發(fā)送設(shè)置大棚內(nèi)部環(huán)境信息的命令和發(fā)送請(qǐng)求獲取大棚內(nèi)部實(shí)時(shí)的狀態(tài)（拍照后將照片回傳給用戶）1.2.3投資及效益分析總投資額（元）150000投資收益率（第一年）13 %預(yù)期凈利潤（稅后利潤）第一年第二年第三年年增長率17%年增長率8% 1.2.4市場(chǎng)預(yù)測(cè)市場(chǎng)機(jī)會(huì)中投顧問在2016-2020年中國智慧農(nóng)業(yè)深度調(diào)研及投資前景預(yù)測(cè)報(bào)告中提到，智慧農(nóng)業(yè)市場(chǎng)有望從2016年的90.2億美元達(dá)到2022年的184.5億

6、美元的規(guī)模，年均復(fù)合增長率13.8%。智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展仍然前景廣闊。在廣泛的農(nóng)村仍然有很多農(nóng)戶并沒有了解和使用智慧農(nóng)業(yè)（大棚）的生產(chǎn)模式，而土地的聯(lián)合承包正在進(jìn)行，規(guī)?；a(chǎn)是必然的趨勢(shì)，針對(duì)農(nóng)村的這種變化，智慧農(nóng)業(yè)仍然很有前景。1.2.5實(shí)施計(jì)劃及保障措施初期在本地區(qū)預(yù)實(shí)施產(chǎn)品的使用，在這過程中檢驗(yàn)產(chǎn)品的缺陷和不足并彌補(bǔ)，產(chǎn)品步入穩(wěn)定期后逐漸推廣使用。1.3 與同類產(chǎn)品比較同物聯(lián)網(wǎng)智能管理大棚環(huán)境無線監(jiān)控系統(tǒng)相比較利用云端進(jìn)行信息的存儲(chǔ)，使信息的傳輸，上傳，下載變得更為快捷和方便利用藍(lán)牙傳輸技術(shù)，大棚硬件設(shè)施和控制基站之間的連接更為穩(wěn)固手機(jī)端使用app輕松實(shí)現(xiàn)對(duì)大棚實(shí)況進(jìn)行 監(jiān)控系統(tǒng)可擴(kuò)充多種

7、記錄數(shù)據(jù)分析處理軟件，能進(jìn)行繪制棒圖、餅圖，進(jìn)行曲線擬合等處理，可按EXCEL電子表格式輸出進(jìn)行數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)留有接口，可隨時(shí)增加減硬軟件設(shè)備，系統(tǒng)只要做少量的改動(dòng)即可，可以在很短的時(shí)間內(nèi)完成?？筛鶕?jù)現(xiàn)場(chǎng)的需要和客戶的需求改變隨時(shí)增加新的內(nèi)容。二、功能介紹2.1 總體功能結(jié)構(gòu)圖2.2 模塊功能介紹大棚控制模塊本模塊主要由控制中心、傳感中心、工作中心構(gòu)成?？刂浦行挠蒘TC90C51芯片作為中樞負(fù)責(zé)控制傳感器與工作器的工作。傳感中心由溫度傳感器、濕度傳感器、光強(qiáng)傳感器、二氧化碳濃度傳感器構(gòu)成，與控制中心相連，主要負(fù)責(zé)向控制中心傳輸數(shù)據(jù)。工作中心主要由滴灌設(shè)備、智能燈和排氣扇組成，負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)大棚

8、的濕度、光照、溫度與二氧化碳濃度。工作過程：傳感中心獲取大棚內(nèi)的模擬信息傳遞給控制中心，控制中心根據(jù)用戶設(shè)定的數(shù)據(jù)的閾值控制工作中心進(jìn)而調(diào)控大棚內(nèi)部的環(huán)境趨近于用戶設(shè)定的值。服務(wù)器模塊本模塊是搭載在Android上的，作為數(shù)據(jù)與控制的中轉(zhuǎn)站，同時(shí)起到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)大棚環(huán)境的作用。主要由攝像頭和服務(wù)器程序組成。數(shù)據(jù)信息中轉(zhuǎn)站：每五分鐘通過藍(lán)牙無線設(shè)備獲取大棚控制模塊的數(shù)據(jù)信息并向云端服務(wù)器傳遞并存儲(chǔ)。接收客戶端模塊傳遞來的控制信息，并通過無線藍(lán)牙模塊將設(shè)置信息傳遞給大棚控制模塊。實(shí)時(shí)監(jiān)控大棚環(huán)境：接收到客戶端模塊發(fā)來的查看大棚實(shí)時(shí)情況的信息，自動(dòng)進(jìn)入拍照模式，聚焦成功后拍照存儲(chǔ)到本地并將最新的照片傳遞

9、給客戶端模塊顯示。2.2.3 客戶端模塊農(nóng)業(yè)信息網(wǎng)：提供最新的農(nóng)業(yè)信息，給農(nóng)戶提供目前最暢銷的農(nóng)產(chǎn)品，為種植植物的品種提供信息和提供相關(guān)的技術(shù)支持?？刂婆c顯示：顯示當(dāng)前大棚環(huán)境中的內(nèi)部數(shù)據(jù)信息（空氣溫濕度、土壤溫濕度、二氧化碳濃度和光照強(qiáng)度。設(shè)置大棚內(nèi)部理想的環(huán)境數(shù)據(jù)信息，設(shè)置成功會(huì)有彈窗提示信息。查看歷史數(shù)據(jù)：將空氣溫濕度、土壤溫濕度、二氧化碳濃度和光照強(qiáng)度每日和每周的數(shù)據(jù)信息以折線的形式顯示給用戶，增加用戶對(duì)大棚內(nèi)環(huán)境的宏觀了解和調(diào)控。觀看實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)：客戶端向服務(wù)器模塊發(fā)送請(qǐng)求信息，服務(wù)器端拍照回傳到客戶端，客戶端接收照片信息后顯示并保存到本地。三、總體設(shè)計(jì)3.1 數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)3.1.1 數(shù)據(jù)存

10、儲(chǔ)設(shè)計(jì)系統(tǒng)控制中心（安卓系統(tǒng)）連入以太網(wǎng)，實(shí)時(shí)的將每個(gè)大棚中的環(huán)境信息傳遞到遠(yuǎn)程服務(wù)器并保存，遠(yuǎn)程服務(wù)器端根據(jù)不同的數(shù)據(jù)來源將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中。3.1.2 數(shù)據(jù)訪問設(shè)計(jì)客戶端將設(shè)置大棚內(nèi)部環(huán)境參數(shù)信息存儲(chǔ)到遠(yuǎn)端的服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中，大棚控制系統(tǒng)讀取服務(wù)器中的設(shè)置參數(shù)并通過藍(lán)牙技術(shù)反饋到單片機(jī)控制系統(tǒng)中?？蛻舳俗x取服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中大棚內(nèi)部環(huán)境近期（每日，每周）的參數(shù)信息并通過折線圖顯示。3.2 界面設(shè)計(jì)注冊(cè)登錄界面農(nóng)業(yè)信息網(wǎng)界面 控制和顯示 歷史數(shù)據(jù)顯示 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控界面3.3 架構(gòu)設(shè)計(jì)3.3.1 項(xiàng)目目錄文件結(jié)構(gòu)Com.example.agri 包含所有的MainActivityCom.examp

11、le.agri.ConstValue 包含所有的靜態(tài)全局變量.Data 包含所有的數(shù)據(jù)庫處理程序.My(MyView)包含所有的自定義控件.Utils包含所有的實(shí)體工具類3.3.2 項(xiàng)目層次結(jié)構(gòu)M層 .Utils包中的實(shí)體類C層 .Data包中的控制類V層 Com.example.agri包中的顯示類四、技術(shù)難點(diǎn)本項(xiàng)目開發(fā)過程中，主要遇到2個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，具體技術(shù)難點(diǎn)及解決方法如下：4.1藍(lán)牙連接不穩(wěn)定容易斷開技術(shù)難點(diǎn)藍(lán)牙技術(shù)規(guī)定每一對(duì)設(shè)備之間進(jìn)行藍(lán)牙通訊時(shí)，必須一個(gè)為主角色，另一為從角色，才能進(jìn)行通信，通信時(shí)，必須由主端進(jìn)行查找，發(fā)起配對(duì)，建鏈成功后，雙方即可收發(fā)數(shù)據(jù)。理論上，一個(gè)藍(lán)牙主端設(shè)備，

12、可同時(shí)與7個(gè)藍(lán)牙從端設(shè)備進(jìn)行通訊。一個(gè)具備藍(lán)牙通訊功能的設(shè)備,可以在兩個(gè)角色間切換，平時(shí)工作在從模式，等待其它主設(shè)備來連接，需要時(shí)，轉(zhuǎn)換為主模式，向其它設(shè)備發(fā)起呼叫。一個(gè)藍(lán)牙設(shè)備以主模式發(fā)起呼叫時(shí)，需要知道對(duì)方的藍(lán)牙地址，配對(duì)密碼等信息，配對(duì)完成后，可直接發(fā)起呼叫。檢測(cè)斷線機(jī)制，在系統(tǒng)控制中心（安卓端）開啟一個(gè)service定時(shí)檢測(cè)每個(gè)大棚的藍(lán)牙連接情況，發(fā)現(xiàn)藍(lán)牙某個(gè)藍(lán)牙斷線后，執(zhí)行重新連接藍(lán)牙程序，連續(xù)測(cè)試十次失敗之后將此設(shè)備視為損壞，并向用戶發(fā)送某個(gè)設(shè)備損壞的警告。4.2安卓客戶端之間實(shí)時(shí)通信技術(shù)難點(diǎn)安卓客戶端和服務(wù)器之間建立TCP的長連接 。安卓客戶端首先向服務(wù)器發(fā)送連接請(qǐng)求，建立連接之

13、后，將安卓客戶端的標(biāo)志存儲(chǔ)到服務(wù)器中用于標(biāo)志安卓客戶端程序。在服務(wù)器中設(shè)定兩個(gè)互相通信的安卓客戶端（安卓客戶端和系統(tǒng)控制中心），服務(wù)器接收到一個(gè)客戶端發(fā)來的數(shù)據(jù)信息后根據(jù)服務(wù)器設(shè)定的兩個(gè)互相通信的客戶端和系統(tǒng)控制中心進(jìn)行信息的轉(zhuǎn)發(fā)。五、項(xiàng)目總結(jié)此次參加大賽是我們從大學(xué)生走向工作崗位重要的一步。從最初的選題硬件選擇、軟件編程直到完成設(shè)計(jì)。期間，查找資料，老師指導(dǎo)，隊(duì)員之間的交流，反復(fù)完善，每一個(gè)過程都是對(duì)自己能力的一次檢驗(yàn)和充實(shí)。最后，在經(jīng)過兩個(gè)多月的不斷學(xué)習(xí)和努力下，我們終于完成了我們的大賽作品基于單片機(jī)的智能大棚控制系統(tǒng)。 本文介紹了在高科技的當(dāng)下智能大棚的實(shí)現(xiàn)方法。該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)基于現(xiàn)代電子高速發(fā)展的現(xiàn)況，使大棚更加方便快捷。該系統(tǒng)采用的工作方式主要是，用戶手機(jī)控制，將控制指令傳輸給服務(wù)器模塊，之后服務(wù)器模塊將數(shù)據(jù)命令傳遞到STC60C51單片機(jī)，單片機(jī)內(nèi)部進(jìn)行運(yùn)算，控制工作器，進(jìn)而調(diào)節(jié)大棚環(huán)境。 在整個(gè)設(shè)計(jì)期間，我接觸到了很多不同的問題，也遇到了很多難題。通過這次實(shí)踐，我了解了傳感器的用途及工作原理，熟悉了其設(shè)計(jì)步驟，鍛煉了工程設(shè)計(jì)實(shí)踐能力，培養(yǎng)了自己獨(dú)立設(shè)計(jì)能力。此次大賽設(shè)計(jì)是對(duì)我專業(yè)知識(shí)和專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)一次實(shí)際檢驗(yàn)和鞏固，同時(shí)也是走向工作崗位前的一次熱身。 參加齊魯軟件大賽收獲很多，比