一、设计思路

随着物联网技术的发展，智慧农业将成为现代农业未 来发展的一个趋势。将物联网、Android、计算机网络技 术、ZigBee等技术应用于农业中，能够促进农业信息化发展，改进生产管理模式，提高生产效率，为农业发展提供了方便。

数字农业控制系统可以让用户选择自动控制或者手动控制，实现实时观察农作物的状态，不需要浪费大量的人力和物力来专门进行检查和记录。也可以手动设置不同农作物的不同温度、湿度、光照及土壤湿度的范围，一旦超过或者低于作物生长所需要的条件范围，系统将进行报警处理。

二、软件主要技术分析

1.1移动终端

该项目移动终端是一个智能手机或PDA移动终端，可以通过其运行APP,并与服务器相连，从而实现控制和查看农作物生长情况功能。APP功能如下：

①用户可以通过手机APP,登录一个属于自己的账号和密码。

②用户登录后，可以随时随地查看农作物的环境信息及动态变化折线图。

③用户可以根据需要自主设置某些农作物的环境信息范围。

④用户可以根据需要选择控制方式，自动控制或者手动控制。

⑤若用户选择自动控制方式，当农作物的环境信息超出所设置的范围时，硬件将根据服务器的数据自动进行 操作，如打开抽水机、灯光等。

⑥若选择手动控制方式，用户可以根据不同环境，开关灯光、继电器等，并设置灯光的亮度。

⑦手动控制时，当农作物的环境因素超出所设置的范围时，手机将进行报警，提示用户，当用户收到报警信息后，可以进行相应的报警处理。

1.2服务器

服务器是硬件和应用程序的一个中介，手机应用程序 APP通过TCP/IP协议与服务器相连后，用户通过APP 向服务器上传农作物生长环境信息并保存数据；硬件也是 通过一个上位机程序与服务器进行Socket连接，向服务 器传送硬件所釆集到的各种环境信息，服务器也通过 Socket连接向硬件发送控制命令等。服务器作为一个中 介来运行，一方通过端口 8080和TCP/IP协议与移动终 端APP进行通信，另一方通过端口 2077和Socket连接与 上位机程序进行通信。

服务器功能如下：

①根据发送过来的Tag标志，来判断用户想要的操作并返回需要的数据给用户。

②实时接收上位机程序发送过来的数据，并根据自定义的通信协议来进行分析和处理。

③服务器得到数据后，将其保存在服务器特定的数据库中。

④服务器返回数据给上位机，从数据库中查询后处理成一定格式的数据。

1.3上位机

上位机是硬件与服务器之间的中介，硬件并不是直接 通过WiFi模块将数据发送给服务器，而是通过上位机程 序作一个中间接口发送的；当然，硬件也是可以通过WiFi 模块向服务器发送数据，但是通过上位机能更加体现本项 目的实现过程。上位机是一个Java Project,它的功能就 是读取开发板通过串口发送的数据，然后通过Socket连 接将收到的数据发送给服务器，接着将服务器返回的控制 命令发送给硬件，让硬件根据信息作出反应。上位机的任 务就是收取/发送串口数据和发送/收取服务器数据。

上位机通过串口和协调器相连，通过Socket与服务器相连，通过串口接收数据后进行一定的转化，然后通过 Socket再转发给服务器。

上位机主要功能如下：

①通过串口接收硬件发送过来的环境信息。

②将接收的环境信息通过Socket连接发送给服 务器。

③将服务器返回的控制数据转发给串口。

三、智慧农业软件设计与实现

1.1设计流程

该系统运用手机APP方式进行控制。APP设计的核心功能包含设置阈值、查看数据、模式控制和报警处理。 APP开发流程图如图1所示。

图1

1.2 APP开发

1.2.1界面布局设计

APP的登录注册页面采用本地记住密码功能，当用户选择记住密码后，在该移动设备上再次登录，便可以不用再继续输入用户名和密码，具有较强的实用性。在该页面上，釆用了同数据库交互技术，当用户名和密码均存在并正确的情况下，用户才能进行下一步，否则不能。

用户进入该系统的主要功能列表，页面釆用 list技术，将所有的主要功能排列起来，让用户更加方便直观地运用该APP。该页面上的每条记录都对应着另一个不同的页面。

1.2.2服务器设计流程

(1)服务器搭建、数据库的建立

数据得以保存和使用都是靠数据库来进行的.设计数 据库使用MySQL技术，建立了一个user用户，里面建立了 4张表，其中一张表为用户名和密码表，一张表为用户设置的环境数据，一张表为灯光控制，一张表为硬件实时传递的当前数据。

服务器运用JAVA EE软件建立的Dynamic Web Project编写代码。服务器模块，一方面要通过Tag标识来和用户APP端进行信息交互，另一方面要通过Socket与硬件进行信息交互。

手机APP通信时，服务器是通过Thg标识识别用户需求，当服务器识别到某一个lag标识时，将根据需要来操作数据库，为此，服务器必须要考虑到用户的要求，根据需要来执行一定的操作。所以，服务器一定要和数据库相连接，否则，就算用户发送了 lag标识给服务器，服务器也收到了请求，仍然不能够操作数据库，用户的请求不能实现。

与硬件通信时，服务器首先要建立Socket连接，并设定端口号,让硬件能够通过端口号识别服务器,服务器和硬件建立起连接后，开始T作。服务器读取开发板发送过来的信息数据后，便开始进行分析和处理工作，根据事先定义好的数据通信协议分析数据，并进行拆分，然后将拆分后的数据保存在之前的数据库中；用户查看数据时，就能得到最新的记录。服务器完成这些工作后，将返回一些数据给硬件执行机构。同理，服务器也将要发送的数据进行处理，处理成硬件能够识别的信息，返回给硬件执行机构。

(2)服务器和MySQL连接，并建立相应的数据

部分代码如下：

try (

〃得到数据库连接

conn = DBUtils. getConnectionO ；

//给具体的参数赋值

ptst. setString( 1, mer. getMer_userName())；

ptst. setString(2, mer. getMer_Password());

ptst. setString(3, mer. getMer_Tell());

〃执行查询操作，返回查询结果(结果集对象)

ResultSet rs = ptst. executeQuery()；

〃判断结果集是否有数据，有则返回true

return rs. nextO ；

catch (SQLException e) {

e. printStackTrace()；

} finally {〃关闭连接

DBUtils. free(conn, null, null) ；}

(3)与APP交互

服务器与APP通信，通过Servlet实现。主要是APP

对服务器发送读取数据请求，而不是服务器主动发送数据

给APP。如此，可以减轻服务器的压力，让系统更实用。

(4)与上位机交互

硬件系统发送的数据流是字节，并且不方便识别，要

想将其变为易读取数据，需要通过字符串截取技术进行解

析，并通过数组分别保存。

硬件系统发送的数据流是开发者自定义的。该数据

有多少位，每一位代表什么，在需求阶段就要确定。因此，

在服务器和上位机通信时，对数据的解析就要方便很多。

public void run() {

byte[] buf = new byte[128];

while (true) {

try (

if(client. isClosedO) {

return；

)

else{

if ( ! client. isInputShutdown()) {

〃读取开发板发过来的字节流

int len = dis. read(bu£)；

String dataFromHard = new String(buf)；

System, out. println( " = = = " +dataFromHard);

〃打印

i£(len > 0) {

String receiveData—new String(buf, 0, len). trimO ；

String]] splitData — SplitDataFromReceive. splitReceive(receive-

Data,8)；

Boolean result = hardDaoImpl. addData2DB( splitData)；

boolean flag= client. isOutputShutdown()；

if < ! flag) {

hardDaoImpl. findAllcaiData(dos)；

try {

Thread. sleep(lOO)；

} catch (InterruptedException e) {

e. printStackTrace ();}}}}} catch (lOException e)

e. printStackTraceO ；

)

finally {

try {

if (dis ! =null)

dis. close()；

if (dos ! =null)

dos. close()；

}

catch (lOException e) {

e. printStackTrace()；

}})}

2.2.3上位机设计

(1)基本框架建立

服务器与硬件连接是通过上位机来实现的。所谓上

位机，本质是一段JAVA程序代码，主要功能是读取硬件

传递过来的数据并发送给服务器，同时将服务器发送给硬

件的控制命令传递给硬件系统,让其作出相应操作。

(2)自定义数据格式

public String Bytes2HexString(byte[] b) {

〃将byte数组转换为16进制数组

String ret =""；

for(int i=0；iVb. length；i+ + ) (

String hex= Integer. toHexString(b[i]&Oxff);

if (hex. lengthO = — 1) (

hex = O + hex；

)

ret += hex. toUpperCase();

}

return ret；

)

(3)通过串口和硬件系统交互

硬件与上位机连接通过串口实现，下面代码为用户判

断串口 COM4是否可用，如果可用，则时刻阅读硬件系统

是否有传递过来的数据。

while (portList. hasMoreElementsO ) {

portld= (CommPortldentifier) portList. nextElement()；

if(portld. getPortType( ) — — CommPortldentifier.

AL)(

if(portld. getNameO. equals("COM4")) {

try{

serialPort= (SerialPort) portld. open("Main" , 2000)；

}

catch ( PortlnUseException e) {}

try{

inputStream = serialPort. getlnputStreamC)；

(4)通过Socket和服务器进行交互

上位机和服务器通过Socket协议进行通信，上位机和服务器建立对方的IP和相同接口的Socket, 一直对该 接口进行查询，检査是否有数据传送。