基于Android系统的智能无线控制系统的设计与实现

摘要

在农业生产过程中，温度、湿度、光照强度和CO2浓度等环境因素共同影响农作物的生长。在传统的农业生产过程中，人们多以传统经验来调整上述环境因素。然而，利用传统经验既浪费人力又无法满足准确性的要求。随着无线通信技术的发展以及计算机科学技术的进步，智能化管理农业生产过程已成发展趋势。
　　为了实时获取影响农作物生长的环境因素的准确信息，并智能监控、调整这些信息，本文设计并实现了一套基于Android系统的智能无线控制系统，用来管理农业生产过程。该系统分为以下三个部分:
　　(1)硬件端子系统。为了实现采集农作物生长环境的实时信息并执行相关指令等功能，本文自主开发设计了硬件端子系统。该系统主要包含各种传感器、微处理器和cc2350等。传感器节点主要负责采集农作物生长环境信息。微处理器主要负责接收各种传感器捕获的数据以及执行相关指令。cc2530主要负责通过ZigBee网络把数据从硬件端子系统传输到智能监控中心。
　　智能无线控制系统应用于农业生产过程管理，需要监控的农作物面积较大，导致硬件端子系统不能进行大规模电线供电，因此需要自备电源。传统的无线控制系统的能耗过大，造成了人力、物力和财力的浪费，直接导致生产成本的提高。因此，本文提出了一种基于卡尔曼滤波算法的KDS(Kalman Data Sensor)算法。KDS算法运行在硬件端子系统中，该算法通过卡尔曼滤波和数据融合对数据进行处理。与传统的无线控制系统相比，本文设计的智能无线控制系统减少了冗余信息的传输、提高传感器采集数据的准确性从而达到降低传感器节点的能量消耗的目的。
　　(2)智能监控中心。其功能主要通过三个模块实现:前台管理模块、后台管理模块和服务器模块。前台管理模块包括系统登录，农作物环境信息实时显示，农作物病虫害诊断，设备管理，用户管理和监测点管理。后台管理模块包括历史数据统计分析，专家知识库管理，决策管理。服务器模块包括数据接收模块，数据解析模块，数据推送模块。服务器模块主要负责接收三个方面的数据:从硬件端子系统端通过串口传送的数据、从“微控”APP端通过socket传送的数据以及接收微信公众账号的请求命令。服务器接收到数据之后，通过数据解析模块解析XML和JSON文件。数据推送模块采用AndroidPN开源项目将解析后的数据推送到“微控”APP。
　　(3)手机客户端。其主要功能是接收智能监控中心推送的实时数据和发送相关控制命令。手机客户端包括自主开发的APP“微控”和基于微信公众平台的微信公众账号，两种手机端应用程序可独立运行。
　　a)自主开发的APP“微控”。“微控”APP是基于Android平台开发的应用程序，该程序使用SQLite和SharePreferences进行数据存储，通过Achartengine图标引擎进行界面的设计，利用Notification通知栏框架实现预警通知功能。该APP主要包括实时数据显示模块、阈值设置模块、预警数据模块、服务控制模块、设备操作模块和模式控制模块。
　　b)基于微信公众平台的微信公众账号。本文利用微信平台提供的API开发设计了微信公众账号。用户使用手机关注本文创建的微信公众账号，验证通过后就可以对相关的农业生产过程进行智能监控。
　　最后，在实验室环境下对本文设计的系统进行了测试，实验结果表明本系统具有较好的可靠性和稳定性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的研究背景和意义

1．2 国内外发展现状

1．2．1 无线通讯发展现状

1．2．2 农业生产国内外发展现状

1．3 本文主要内容

第二章 系统的总体设计方案

2．1 系统总体方案介绍

2．2 相关平台和技术的介绍

2．2．1 Android系统的介绍

2．2．2 微信公众平台和账号的介绍

2．2．3 JSON与XML的介绍

2．2．4 ZigBee技术的相关介绍

2．3 本章小结

第三章 硬件端的设计与实现

3．1 数据融合的处理

3．1．1 数据融合的概念

3．1．2 数据融合处理的意义

3．1．3 数据融合的分类

3．1．4 数据融合的方法

3．1．5 KDS算法的提出

3．1．6 卡尔曼滤波算法

3．1．7 KDS算法

3．2 传感器节点设计

3．2．1 处理器模块

3．2．2 无线通信模块

3．2．3 传感器模块

3．2．4 无线网络组建

3．2．5 数据传输过程

3．3 本章小结

第四章 手机端应用程序的设计与实现

4．1 Android应用程序的设计与实现

4．1．1 预警模块的设计与实现

4．1．2 设备控制模块的实现

4．1．3 历史信息模块的实现

4．1．4 阈值设置模块

4．1．5 实时信息模块

4．2 基于微信公众账号的手机客户端功能的设计与实现

4．2．1 开发者模式的接入

4．2．2 Sha1 加密协议的实现

4．2．3 自定义菜单功能的实现

4．3 本章总结

第五章 智能监控中心的设计与实现

5．1 后台管理模块的设计与实现

5．1．1 决策支持模块的设计与实现

5．1．2 专家知识模块的设计与实现

5．1．3 数据统计分析的设计与实现

5．2 前台管理模块设计与实现

5．2．1 参数设置的设计与实现

5．2．2 监控管理的设计与实现

5．2．3 专家系统的设计与实现

5．2．4 用户管理的设计与实现

5．2．5 数据统计模块的设计与实现

5．3 服务器模块的设计与实现

5．3．1 数据接收模块

5．3．2 数据解析模块

5．3．3 数据推送模块

5．4 本章小结

第六章 测试及分析

6．1 手机端功能测试

6．1．1 自主开发的手机端应用程序测试

6．1．2 基于微信公众账号的手机端测试

6．2 智能控制中心功能测试

6．3 KDS算法效果测试

6．4 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文和参与的项目

致谢