基于物联网Android平台的水产养殖远程监控系统

度、水位、pH 值、溶氧度）清空，同时采用Leabharlann Baidu止 文件自动覆盖技术，即读取系统当前的时间（年、 日、月、时、分、秒单位），提炼出关键信息作为 保存文件的文件名，这样不同时刻保存的文件名称 都有所不同，区别传统的系统设计，保存不需提示 用户输入文件名称，用户只需要记住保存的时间即 可。
系统采用的 SQLite 数据库是 D.Richard Hipp 采 用 C 语言编写的开源嵌入式数据库，是一种与操作 系统无关的 SQL 数据库，具有系统开销小，检索效 率高的特性，嵌入式数据库无须独立运行的数据库 引擎，它是由程序直接调用相应的 API 去实现对数 据的存取操作。嵌入式数据库是一种具备了基本数 据库特性的数据文件。嵌入式数据库与其他数据库 产品的区别是，嵌入式数据库是程序驱动式, 而其 它数据库是引擎响应式。嵌入式数据库的一个很重 要的特点是体积非常小，同时，很多嵌入式数据库 在性能上也优于其他数据库，所以在高性能的应用 上也常见嵌入式数据库。
图 4 1 号鱼塘主控制流程图 Fig.4 Main control flow chart of 1# pound
本系统主要包含 5 个 Activity（选取了 2 个鱼 塘控制），6 个 XML 脚本文件，1 个 MySQLiteHelper 类[14-15]，用来创建数据库，Activity 与 Activity 之间 通过 Intent 进行通信以及变量的数据传递，每个文 件的属性以及权限在全局配置文件 manifest.xml[16-17] 中定义。 2.4 数据存取模块设计
1 系统方案设计
系统主要分为底层模块（水质参数实时监测， 控制模块），服务器，本地现场监控，远程监控以 及 Android 手机客户端等模块。系统架构图如图 1 所示。
为了解决系统的野外供电问题，系统采用太阳 能供电方式对底层监测模块进行供电。设计选用了 SOC 系统芯片 CC2430，模块主要负责 pH 值、温 度、水位、溶解氧等环境参数的实时采集，采用 ZigBee 协议[9-10]，将采集到的数据通过无线收发模 块发送，同时接收来自服务器的控制命令；溶解氧 传感器采用 DO-952 型溶解氧电极，pH 值传感器采 用上海雷磁公司生产的 E-201-C 型 pH 复合电极。
长荡湖实验基地系统的实际调试，各项指标均达到要求，温度测量精度达到 0.5℃，pH 值测量精度达到 0.3，溶解
氧的控制精度在±0.3 mg/L 以内，水位波动控制在平均±1 cm 左右，能够满足水产养殖的需要。
关键词：水产养殖，远程监控，传感器，物联网，Android
doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2013.13.023
SOCKET（套接字）是一种抽象层，应用程序通过 它来发送和接收数据。使用 SOCKET 可以将应用程 序添加到网络中，并与处于同一网络中的其他应用 程序进行通信。一台计算机上的应用程序向 SOCKET 写入的信息能够被另一台计算机上的另 一个应用程序读取，反之亦然。根据不同的底层协 议实现，也会很多种不同的 SOCKET，本系统选用 基于 TCP/IP 协议的 SOCKET 通信方式。为了提高 系统的通信效率，将 SOCKET 通信的接收部分在独 立的线程 Thread 中执行，以保证系统的快速反应性 能。
控制节点的远程控制。系统不受时间地域限制，用户可以在任何具备网络覆盖的地方从手机上浏览并获取数据，
将数据从数据库中导出到用户的 SD 卡上，以 TXT 格式存储，系统多手机用户客户端可以共享一台服务器，具有
很高的性价比。系统采用 CC2430 作为底层管理芯片，控制部分采用模糊 PID 控制算法，系统通过在江苏省溧阳
第 13 期
李 慧等：基于物联网 Android 平台的水产养殖远程监控系统
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为 AndroidSDK+JAVA JDK6+Eclipse3.5，服务器可 以同时与多个手机客户端进行通信，为每个客户端 分配 1 个端口号，用户登录进入系统之后首先从数 据库中获取服务器的 IP 地址和通信端口号，然后启 动接收 1 组环境参数，并赋值给各个鱼塘监控画面， 1 号鱼塘的具体实现流程如图 4。
在本系统设计中 2 处用到数据库，即在参数设 置以及数据存取模块中。在参数设置模块中，为了 提高系统的操作人性化，用户可以手动设置通信地 址和端口，添加到数据库中，一次设置可以永久保 存，在下次通信时系统自动搜索数据库，取出通信 参数和远程服务器进行通信，如果服务器地址发生 变化，只需要修改客户端的通信数据库中的通信参 数即可。在数据存取模块中，实现了对远程服务器 传送来的水质环境参数进行数据存储，更新以及实 时的查询记录功能，同时考虑到手机自带的 SQLite 数据库容量有限，系统可以将数据库中全部信息以 文本方式保存到用户的 SD 卡上，为了防止重复读 取数据库，在每次保存 TXT 之后将环境数据（温
第 29 卷 第 13 期 2013 年 7 月
农业工程学报 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering
Vol.29 No.13 Jul. 2013 175
基于物联网 Android 平台的水产养殖远程监控系统
李 慧 1,2，刘星桥 1，李 景 2，陆晓嵩 1，宦 娟 1
中图分类号：TP273,S24
文献标志码：A
文章编号：1002-6819(2013)-13-0175-07
李 慧，刘星桥，李 景，等. 基于物联网 Android 平台的水产养殖远程监控系统[J]. 农业工程学报，2013，29(13)： 175－181. Li Hui, Liu Xingqiao, Li Jing, et al. Aquiculture remote monitoring system based on IOT Android platform[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2013, 29(13): 175－181. (in Chinese with English abstract)
收稿日期：2013-01-14 修订日期：2013-06-05 基 金 项 目 ： 江 苏 省 2013 年 普 通 高 校 研 究 生 科 研 创 新 计 划 项 目 （ CXLX13_669 ）； 江 苏 高 校 优 势 学 科 建 设 工 程 资 助 项 目 （ PAPD ， NO.6-2011）；常州市科技支撑计划（CE20112016） 作者简介：李 慧（1980－），男（汉），江苏淮安人，讲师，江苏大学 博士生，主要从事测控技术以及物联网方面的研究。镇江 江苏省镇江 市学府路 301 号江苏大学电气信息工程学院电气楼 412 创新实验室， 212013。Email: 13645234923@163.com
图 2 Android 客户端架构图 Fig.2 Android framework of client
图 3 1 号鱼塘主控制界面 Fig.3 Main control interface of 1# pound
2.3 客户端主流程设计 Android 手机客户端系统测试采用联想 A288t
手机，Android2.3.5 版本，内核 2.6.35.7。开发环境
2.2 客户端界面设计 Android 系统采用脚本语言完成界面设计，本
系统主要包含登录界面，主功能界面，参数设置以 及若干鱼塘的主控制界面，在主功能界面中可以点 击进入各级主控制界面，1 号鱼塘的主控制界面如 图 3。在该控制界面实时接收 1 号鱼塘的温度、pH 值、水位、溶氧度等环境参数并显示，同时底层控 制[13]将电机的实时工作状态发送给手机，在主控界 面上通过灯泡的亮灭来表示，用户还可以通过点击 3 个 imagebutton 控件（3 个灯泡）来向底层控制模 块远程发送控制命令，控制增氧机、排水泵、补水 泵的启动和关闭，灯泡点亮代表发送启动电机命 令，灯泡熄灭代表发送停止电机工作命令。
在数据库首次创建时执行创建数据库方法，如 果数据库存在则自动打开数据库，然后创建数据表 格，在 onCreate 方法中查询如果表格不存在则调用 方法创建表格，在本设计中要创建 2 个表，一个用 来 管 理 通 信 参 数 ， 命 名 为 ip_sevice ， 参 数 ip varchar(20)，port varchar(10)，另外一个用来管理环 境参数，命名为 fish_csjc，参数为 wd varchar(20)， ph varchar(20)，sw varchar(20)，rjy varchar(20)。
2.1 Android 客户端架构 Android 是 Google 开发的基于 Linux 平台的开
源手机操作系统。它包括操作系统、用户界面和应 用程序[11]。本系统采用客户机/服务器模式，服务器 部分采用 VB 结合 SQL 以及 SOCKET 编程实现， 客户机部分采用 Android JAVA 开发，利用自身数 据库 SQLite 实现数据存储，结合 SOCKET 完成网 络通信。最终编译之后打包生成 APK 文件[12]，在 Android 手机上可以直接安装，相比传统的水产养 殖无线监控系统，本设计不受时间、地域、环境、 距离等因数限制，在用户手机上设计控制界面，操 作方便灵活，具体架构图如图 2 所示。
（1. 江苏大学电气信息工程学院，镇江 212013；2. 淮阴工学院电子与电气工程学院，淮安 223001）
摘 要：为了促进江苏省智能农业的发展，该文开发了一种基于物联网 Android 平台的水产养殖远程监控系统，
实现了对多传感器节点的信息（pH 值、温度、水位、溶解氧等环境参数）远程采集和数据存储功能，实现了对多
0引言
随着科学技术的高速发展，物联网已成为当前 世界经济和科技发展的战略制高点之一，发展物联 网对于促进经济发展和社会进步具有重要的现实 意义，物联网技术已经迅速深入到人们日常生活的 各个领域。目前国外，在农业生态环境监测领域， 美国、法国和日本等一些发达国家主要综合运用高 科技手段构建先进农业生态环境监测网络，通过先 进的传感器感知技术、数据融合传输技术以及互联 网技术建立覆盖全国的农业信息化平台，实现了对 农业生态环境的自动监测，保证农业生态环境的可 持续发展。例如，美国已形成了生态环境信息采集 -信息传输处理-信息发布的分层体系结构。法国利 用通信卫星技术对灾害性天气进行预报，对病虫害 进行测报。而在水质环境测量方面，水产养殖对环 境有着非常高的要求，这对水质监控的实时信息反 馈提出了很高的要求，国外的自动监控设备测量精
度较高，但在信息传输方面大多以有线方式，而且 成本较高，基于物联网 Android 平台的水产养殖远 程监控技术未见报道；而在国内，水质环境的监控基 本处于人工采样、化学分析的人工监测阶段，操作耗 时费力、精确度不高、实时性不好，少数便携式仪表 还存在使用维护困难等问题[1-4]。南京农业大学和中国 农业大学做了相关研究，取得了一些成果[5-8]。本监控 系统采用物联网技术，基于 Android 平台，系统实 时性强，采用手机无线通讯的方式对水质环境进行 实时监控、跟踪，系统操作简单、数据输出快而精 确，可以实现水产养殖全过程的连续或适时监控。
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农业工程学报
2013 年
服务器模块主要用于接收数据并通过无线网与 Android 手机客户端进行网络通信[7]；Android 手机
客户端主要完成同服务器的数据交互，以及自身的 数据库管理、网络通信等功能。
图 1 系统总体设计图 Fig.1 Whole layout of system
2 Android 客户端设计
Android 操纵 SQLite 数据库，与传统的高级语 言类似，采用 SQL 语句来完成数据的新增、修改等 操作，对新增记录采用 insert 语句，修改记录用 update 语句，删除用 delet 语句。在系统查询中采用 通过访问 Cursor 游标下标的方法来获得其中数据。
2.5 通信模块设计 通信模块主要采用 SOCKET 通信方式[18]，