基于Android手机的远程盆栽浇灌测控系统研究

刘宇彤

摘 要：针对因浇灌不及时所造成盆栽花卉生长问题，提出了一种基于Android手机的远程盆栽浇灌测控系统设计方案。该方案综合运用现代网络、计算机与自动化控制、传感器等技术，通过操作手机程序界面，实现了传感器数据的实时显示，对电磁阀启/停的控制，对现场浇灌情况和植物生长情况视频信息的实时显示等功能。不受时间地域限制，用户可在任何具备网络覆盖的地方从手机上获取数据，实施监控，系统具有操作简单、安装方便、实用的优点。

关键词：Android ； LabVIEW ； 远程； 测控

中图分类号：TP272 文献标识码：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.10.007

随着生活水平的提高，人们喜欢在家中或工作学习的场所养植一些盆栽植物，不仅可以美化居住环境，净化室内空气，还能增添生活情趣。但人们往往由于工作繁忙、出差、旅游等原因会有较长一段时间无法对植物进行管理，造成植物生长出现问题，这其中80%以上又是由于不能及时浇灌而引起的。在网络覆盖范围广的当下，通过人们随身携带的手机进行远程浇花的实现，并可观测到植物的实时状态，将能有效解决这一问题。

LabVIEW是美国NI公司研制开发的一种程序开发环境，是目前应用最广、发展最快、功能最强的图形化软件，应用它可以开发主控计算机端的远程浇灌系统应用程序。Data Dashboard是NI公司提供的一个运行在智能手机上的客户端应用程序，使用它可以建立一个自定义、便携的LabVIEW应用界面。因此，在Data Dashboard平台上开发一种远程浇灌系统，通过人们随身携带的手机进行控制，并可看到植物的实时状态，将有效解决植物无人浇灌的问题。

1 系统总体设计

本系統主要由主控计算机、路由器、网络摄像头、数据采集/控制卡、直流电源、继电器、电磁阀、管路、储水罐、光照度传感器、浇灌滴头、土壤温湿度传感器和Android手机等构成。数据采集/控制卡、直流电源和继电器构成了盆栽浇灌测控系统的控制单元。土壤温湿度传感器、光照度传感器和电磁阀通过控制单元与主控计算机连接，实现对传感器的数据处理和电磁阀的控制。主控计算机和网络摄像头分别通过网线与路由器连接，并通过WIFI或3G/4G网络与Android手机通信。

主控计算机中的LabVIEW应用程序通过控制多功能数据采集/控制卡来实现传感器的数据采集和开关量输出，并运用LabVIEW软件的网络服务和发布网络共享变量的功能，在Data Dashboard开发平台上开发能应用于支持Android系统的智能手机和平板电脑的盆栽远程浇灌测控系统。本系统能够通过操作手机程序界面，实现传感器数据的实时显示、对电磁阀的启/停的控制、对现场浇水情况和植物生长情况视频信息的实时显示等功能。其架构图如图1所示。

2 系统硬件设计

2.1 数据采集/控制的关键技术

本系统的输入输出参数为：

（1）电磁阀的控制：线圈功率：≤8 W；压力范围：0～1.0 MPa；接管口径：2.5 mm；供电电压：DC24 V；形式：常闭型。

（2）土壤温湿度传感器：供电电压：DC12～30 V；电流输出：4～20 mA；量程：水分：0～100%；温度：-40～80 ℃。

（3）光照度传感器：供电电压：DC12～30 V；电流输出：4～20 mA；量程：0～2万Lux。

为了实现采集浇灌系统中的土壤温湿度和光照度传感器的实测数据，并控制电磁阀启/停的功能，本系统采用一种带有2路AI、2路DI、2路DO、两路计数功能的USB 2AD Plus数据采集模块。该模块依靠电脑USB供电，无需外部电源，可同时实现模拟量传感器的数据采集和电磁阀数字量控制等功能。

2.2 视频监控技术

视频监控采用云台球型网络监控摄像头，它与无线路由器通过网线连接，并通过WIFI或3G/4G与Android手机通讯。主控计算机通过路由器与网络摄像头进行通讯，在摄像头的网络配置中将其设置为与主控计算机IP同段的固定IP地址。主控计算机软件开发中，在主界面添加WebBrowser-NET控件，通过访问摄像头的IP地址，可在主控计算机应用程序的主界面中实时监测浇花现场的运行场景，实现视频存储、回放、角度调整、视角控制、调焦、镜头伸缩等功能。

在主控计算机上获取网络摄像头的序列号，通过监控眼APP可在手机中实现对浇灌过程实时监测。

3 主控计算机软件设计

主控计算机的应用软件采用labVIEW系统语言开发，它实现了土壤温湿度、光照度实测数据的实时显示，电磁阀的手动/自动控制及运行状态显示，实时显示浇花现场运行场景和摄像头的全方位角度变换、参数设置、数据存储、数据查询等功能。

3.1 程序主体框架

程序主体框架采用事件处理与生产者消费者循环组合程序架构，通过队列对程序中发生的事件进行判断，主程序采用状态机架构，通过“初始化”后执行“采、存、判”程序。“视频”“查询数据”“手动控制”“自动控制”“退出”则作为生产者的事件子程序运行。主框架程序如图2所示。

3.2 多功能数据采集/控制卡的软件开发

因为本系统中含有模拟量输入、数字量输出，所以在软件开发过程中对每一种信号的测控都要单独考虑。模拟量输入程序如图3所示。电磁阀启/停程序如图4所示。

4 Android手机端软件设计

本系统的手机端软件在Data Dashboard应用程序上开发，通过拖拽一些输入控件和显示控件，将这些控件与LabVIEW应用程序中网络服务或者网络发布的共享变量连接起来就可以进行数据的读写，从而快捷地建立一个自定义、便携的远程浇灌测控系统操控界面。测控系统APP界面如图5所示。具体实现方法如下：

（1）在主控计算机的Windows防火墙上进行允许程序的设置， 将C：Windowssystem32lkads.exe，C：Windowssystem32lktsrv.exe，C：Program FilesNationalInstrumentsSharedTaggertagsrv.exe三个文件添加为允许访问的程序。

（2）将主控计算机LabVIEW应用程序中土壤温湿度、光照度传感器的数值设置为读取模式的网络变量，电磁阀的开关量值设置为写入模式的网络变量。

（3）在Android手机的Data Dashboard应用程序上，通过连接主控计算机的IP地址，添加土壤温度、土壤湿度、光照度传感器的数值网络变量，可同步显示土壤温湿度、光照度的实测数据；通过添加电磁阀的开关量值的网络变量，可通过按钮操作实现电磁阀的启/停。

在主控计算机上通过获取网络摄像头远程序列号，可实现在Android手机监控APP上实时显示现场运行场景和摄像头的全方位角度变换。

5 结束语

本文通过运用LabVIEW系统软件中网络服务/发布共享变量的功能，在支持Android系统的Data Dashboard软件中开发的基于Android手机的远程盆栽浇灌测控系统，通过操作手机，就能利用主控计算机程序和数据采集/控制卡实现对盆栽植物土壤环境信息的远程采集与显示，并能对电磁阀的启/停进行控制，对视频图像的实时显示。本系统具有结构简单、成本低、功能全、可视化和图形化操作等特点。

参考文献：

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[2] 袁正宏，王思煦，李季朋，等.一款无人看管智能家居花盆设计[J]. 科技风，2017（5）.

[3] 王云.基于LabVIEW的温湿度远程监控系统[J]. 信息与电脑，2017（18）.

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