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智慧农业设计文档

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2017年全国大学生“互联网+”创新大赛

暨第四届“发现杯”全国大学生互联网软件设计大奖赛

‘小农人’项目

创意设计报告

（2017年2月25日）

一、创意介绍

1.1项目介绍

智能大棚的作用是将智能化控制系统应用到大棚种植上，用户通过安卓客户端设定大棚内的数据信息，由微机对棚内的水帘、风机、遮阳板等设施实施监控，采用温度、湿度、CO2、光照度传感器等感知大棚的各项环境指标，并通过微机进行数据分析和调控，从而改变大棚内部的生物生长环境。

比较人工的控制来说，智能控制最大的好处就是能够相对恒定的控制大棚内部的环境，对于环境要求比较高的植物来说，更能避免因为人为因素而造成生产损失。

相对生产来说，将智能化控制系统应用到大棚生产以后，产量与质量比人工控制的大棚都有极大的提高，对于不同的种植品种而言，提高产量与质量相对不同，对于档次较高的经济作物来说，生产效率可以提高30%以上。

相对运行成本来的核算，对于有一定规模的种植企业来说，极大的降低了劳动力成本，设备的投入与运行，可以完全由节约下来的劳动力成本中核算出来，使用时间越长，光节约的劳动力成本就是一笔巨大的利润。

1.2项目可行性分析与应用前景

1.2.1项目设计思路

为促进农业的发展，减轻农民的负担，提高农业净产值，本项目将智能的自动控制和人工控制相结合，实现农业的自动化生产。

项目的主要研究方向分为蓝牙联网、云端数据存储和安卓推送数据。

1.2.2采用技术及平台

1.2.2.1自动控制

大棚内部安装多种传感设备获取温度、湿度和光照强度等基本的信息并通过蓝牙无线通信和以太网技术传输到远程数据库中存储。

系统实时的根据用户设定的阈值，进行设备（水泵、灯、排风扇和卷帘机等设备）的开关控制进而调控温度、湿度和光照强度等保持在一个稳定的范围之内，给予植物适宜的生长环境。

1.2.2.2人工控制

用户可以通过手机客户端查看大棚当前时刻和最近一周的温度、湿度和光照强度等信息，并根据数据信息判断当前需要设定的阈值进行相应的设置。

用户可以通过手机客户端通过控制大棚客户端拍摄大棚内部的环境信息进行拍照回传查看大棚的植物的生长情况，从而能够更加和合理的管理大棚植物生长。

1.2.2.3蓝牙控制

每个大棚内部安装带有传感器的主控制芯片，主控制芯片通过传感器获取大棚内部的环境信息（温湿度、二氧化碳浓度和光照强度等），并通过蓝牙装置将数据信息传输到系统控制中心（安卓系统）。

1.2.2.4云端数据存储

系统控制中心（安卓系统）连入以太网，实时的将每个大棚中的环境信息传递到远程服务器并保存。

1.2.2.5安卓点对点通信

系统控制中心（安卓系统）向用户的安卓端发送大棚内部的环境信息超过用于设定的阈值的警告和某个节点出现故障的警告。

用户的安卓端向系统控制中心（安卓系统）发送设置大棚内部环境信息的命令和发送请求获取大棚内部实时的状态（拍照后将照片回传给用户）

1.2.3投资及效益分析

总投资额（元）

150000

投资收益率（第一年）

13%

预期净利润（税后利润）

第一年

第二年

第三年

年增长率

17%

年增长率

8%

1.2.4市场预测

市场机会中投顾问在《2016-2020年中国智慧农业深度调研及投资前景预测报告》中提到，智慧农业市场有望从2016年的90.2亿美元达到2022年的184.5亿美元的规模，年均复合增长率13.8%。

智慧农业的发展仍然前景广阔。

在广泛的农村仍然有很多农户并没有了解和使用智慧农业（大棚）的生产模式，而土地的联合承包正在进行，规模化生产是必然的趋势，针对农村的这种变化，智慧农业仍然很有前景。

1.2.5实施计划及保障措施

初期在本地区预实施产品的使用，在这过程中检验产品的缺陷和不足并弥补，产品步入稳定期后逐渐推广使用。

1.3与同类产品比较

同物联网智能管理大棚环境无线监控系统相比较

1.3.1利用云端进行信息的存储，使信息的传输，上传，下载变得更为快捷和方便

1.3.2利用蓝牙传输技术，大棚硬件设施和控制基站之间的连接更为稳固

1.3.3手机端使用app轻松实现对大棚实况进行监控

1.3.4系统可扩充多种记录数据分析处理软件，能进行绘制棒图、饼图，进行曲线拟合等处理，可按EXCEL电子表格式输出进行数据处理

1.3.5系统设计时预留有接口，可随时增加减硬软件设备，系统只要做少量的改动即可，可以在很短的时间内完成。

可根据现场的需要和客户的需求改变随时增加新的内容。

二、功能介绍

2.1总体功能结构图

2.2模块功能介绍

2.2.1大棚控制模块

本模块主要由控制中心、传感中心、工作中心构成。

控制中心由STC90C51芯片作为中枢负责控制传感器与工作器的工作。

传感中心由温度传感器、湿度传感器、光强传感器、二氧化碳浓度传感器构成，与控制中心相连，主要负责向控制中心传输数据。

工作中心主要由滴灌设备、智能灯和排气扇组成，负责调节大棚的湿度、光照、温度与二氧化碳浓度。

工作过程：

传感中心获取大棚内的模拟信息传递给控制中心，控制中心根据用户设定的数据的阈值控制工作中心进而调控大棚内部的环境趋近于用户设定的值。

2.2.2服务器模块

本模块是搭载在Android上的，作为数据与控制的中转站，同时起到实时监测大棚环境的作用。

主要由摄像头和服务器程序组成。

数据信息中转站：

每五分钟通过蓝牙无线设备获取大棚控制模块的数据信息并向云端服务器传递并存储。

接收客户端模块传递来的控制信息，并通过无线蓝牙模块将设置信息传递给大棚控制模块。

实时监控大棚环境：

接收到客户端模块发来的查看大棚实时情况的信息，自动进入拍照模式，聚焦成功后拍照存储到本地并将最新的照片传递给客户端模块显示。

2.2.3客户端模块

2.2.3.1农业信息网：

提供最新的农业信息，给农户提供目前最畅销的农产品，为种植植物的品种提供信息和提供相关的技术支持。

2.2.3.2控制与显示：

显示当前大棚环境中的内部数据信息（空气温湿度、土壤温湿度、二氧化碳浓度和光照强度。

设置大棚内部理想的环境数据信息，设置成功会有弹窗提示信息。

2.2.3.3查看历史数据：

将空气温湿度、土壤温湿度、二氧化碳浓度和光照强度每日和每周的数据信息以折线的形式显示给用户，增加用户对大棚内环境的宏观了解和调控。

2.2.3.4观看实时动态：

客户端向服务器模块发送请求信息，服务器端拍照回传到客户端，客户端接收照片信息后显示并保存到本地。

三、总体设计

3.1数据设计

3.1.1数据存储设计

系统控制中心（安卓系统）连入以太网，实时的将每个大棚中的环境信息传递到远程服务器并保存，远程服务器端根据不同的数据来源将数据存储到数据库中。

3.1.2数据访问设计

客户端将设置大棚内部环境参数信息存储到远端的服务器数据库中，大棚控制系统读取服务器中的设置参数并通过蓝牙技术反馈到单片机控制系统中。

客户端读取服务器数据库中大棚内部环境近期（每日，每周）的参数信息并通过折线图显示。

3.2界面设计

3.2.1注册登录界面

3.2.2农业信息网界面

3.2.3控制和显示

3.2.4历史数据显示

3.2.5实时动态监控界面

3.3架构设计

3.3.1项目目录文件结构

Com.example.agri包含所有的MainActivity

Com.example.agri.ConstValue包含所有的静态全局变量

Com.example.agri.Data包含所有的数据库处理程序

Com.example.agri.My（MyView）包含所有的自定义控件

Com.example.agri.Utils包含所有的实体工具类

3.3.2项目层次结构

M层Com.example.agri.Utils包中的实体类

C层Com.example.agri.Data包中的控制类

V层Com.example.agri包中的显示类

四、技术难点

本项目开发过程中，主要遇到2个技术难点，具体技术难点及解决方法如下：

4.1蓝牙连接不稳定容易断开技术难点

蓝牙技术规定每一对设备之间进行蓝牙通讯时，必须一个为主角色，另一为从角色，才能进行通信，通信时，必须由主端进行查找，发起配对，建链成功后，双方即可收发数据。

理论上，一个蓝牙主端设备，可同时与7个蓝牙从端设备进行通讯。

一个具备蓝牙通讯功能的设备,可以在两个角色间切换，平时工作在从模式，等待其它主设备来连接，需要时，转换为主模式，向其它设备发起呼叫。

一个蓝牙设备以主模式发起呼叫时，需要知道对方的蓝牙地址，配对密码等信息，配对完成后，可直接发起呼叫。

检测断线机制，在系统控制中心（安卓端）开启一个service定时检测每个大棚的蓝牙连接情况，发现蓝牙某个蓝牙断线后，执行重新连接蓝牙程序，连续测试十次失败之后将此设备视为损坏，并向用户发送某个设备损坏的警告。

4.2安卓客户端之间实时通信技术难点

4.2.1安卓客户端和服务器之间建立TCP的长连接。

安卓客户端首先向服务器发送连接请求，建立连接之后，将安卓客户端的标志存储到服务器中用于标志安卓客户端程序。

4.2.2在服务器中设定两个互相通信的安卓客户端（安卓客户端和系统控制中心），服务器接收到一个客户端发来的数据信息后根据服务器设定的两个互相通信的客户端和系统控制中心进行信息的转发。

五、项目总结

此次参加大赛是我们从大学生走向工作岗位重要的一步。

从最初的选题硬件选择、软件编程直到完成设计。

期间，查找资料，老师指导，队员之间的交流，反复完善，每一个过程都是对自己能力的一次检验和充实。

最后，在经过两个多月的不断学习和努力下，我们终于完成了我们的大赛作品——基于单片机的智能大棚控制系统。

本文介绍了在高科技的当下智能大棚的实现方法。

该系统的实现基于现代电子高速发展的现况，使大棚更加方便快捷。

该系统采用的工作方式主要是，用户手机控制，将控制指令传输给服务器模块，之后服务器模块将数据命令传递到STC60C51单片机，单片机内部进行运算，控制工作器，进而调节大棚环境。

在整个设计期间，我接触到了很多不同的问题，也遇到了很多难题。

通过这次实践，我了解了传感器的用途及工作原理，熟悉了其设计步骤，锻炼了工程设计实践能力，培养了自己独立设计能力。

此次大赛设计是对我专业知识和专业基础知识一次实际检验和巩固，同时也是走向工作岗位前的一次热身。

参加齐鲁软件大赛收获很多，比如学会了检索相关资料、相关标准，分析数据，提高了自己的编程能力，懂得了许多经验公式的获得是前人不懈努力的结果。

同时，仍有很多课题需要后辈努力去完善。

但是，大赛作品也暴露出自己的很多不足之处。

比如：

缺乏综合应用专业知识的能力，缺乏审美与界面的绘制能力，等等。

这次实践是对自己所学的一次大检阅，使我明白自己知识还很浅薄，以后更应该努力学习，努力使自己成为一个对社会有所贡献的人，为中国的发展添上自己的微薄之力。

2017年2月25日