CN103970095A - 基于智能手机的农作物监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于智能手机的农作物生长监测系统，包括：智能手机，用于定时拍摄待监测的农作物图像并进行远程传输；远程监控终端，用于接收来自智能手机的农作物图像；太阳能充电装置，用于将太阳能转换为电能进行存储，并监测智能手机的剩余电量，根据剩余电量控制对智能手机的充电。还公开了一种基于智能手机的农作物生长监测方法，包括如下步骤：步骤1，智能手机定时拍摄并远程传输农作物图像，由远程监控终端接收农作物图像并进行存储和处理；步骤2，太阳能充电装置判断智能手机的电量，根据判断结果控制对智能手机的充电。本发明解决了农田中给智能设备供电问题，同时大大降低了成本，提升了效率，真正做到了实时智能监测。

Description

基于智能手机的农作物监测系统及方法

技术领域

本发明涉及农作物监测领域，尤其涉及一种基于智能手机的农作物监测系统及方法。

背景技术

在我国极大多数地区对于农作物生长的监测，还是由人来实现，但是对于数量众多的农作物，这种做法显然缺陷是明显的，既费时费力，又极易出现错误，成果较高，而效率却不高。

随着科技的发展，当今社会中数字农业越来越受到社会各界的重视。数字农业是应用计算机技术，对农业所涉及的对象和过程进行数字化和可视化的控制与管理的农业。在国外，数字农业在处理农业数据，建立数据库，开发农业知识工程及专家系统，应用标准化网络技术，开展农业网络信息化服务等方面已经达到了一个很高的水平。我国数字农业较国外起步较晚，利用计算机技术对农作物的生长状况进行监测，对提高农作物的产量和质量都有着积极的意义。

公开号为103425088A的专利文献提供了一种农作物病虫害监测系统，本发明所述监测系统通过采集终端模块采集每个监测点的各种病虫害信息，并将该信息实时传输给云端服务器，再通过云端服务器对信息进行处理、显示和预警，从而可为专业技术人员监测田间农作物的病虫害情况及病虫害严重程度提供便捷有效的实时监控，以便及时制定相应的防治或治理方案，从而保障了农作物的正常生长。

发明内容

传统的图像采集系统主要靠人操作，费时费力，而基于智能手机的图像采集系统集图像采集、显示、处理于一体，能够实现自动定时拍摄的功能，同时又具有携带轻便，拍摄简单等优点。同时智能手机所采用的操作系统多数是开源的操作系统，具有移植性好、网络功能强等优点，是目前移动平台中最活跃和有前景的手机平台。因此本发明提供了一种基于智能手机的农作物生长监测系统和方法。

一种基于智能手机的农作物生长监测系统，包括：

智能手机，用于定时拍摄待监测的农作物图像并进行远程传输；

远程监控终端，用于接收来自智能手机的农作物图像并进行存储和处理；

太阳能充电装置，用于将太阳能转换为电能进行存储，并监测智能手机中蓄电池的剩余电量，根据剩余电量控制对智能手机的充电。

远程监控终端包括数据库服务器和远程终端，其中数据库服务器中的软件是后台数据管理与分析的核心。它负责解释并存储智能监控手机传来的所有监测数据。

通过智能手机获取拍照，在智能手机的操作系统平台上开发了自动定时拍照上传的软件，省时省力，稳定性高，工作人员还可以直接在智能手机上观察对比农作物生长情况。利用太阳能充电装置，免去在农作物的种植场所额外接入电线，增加了装置的便利性。

所述太阳能充电装置包括：

太阳能充电电池，用于接收太阳能并转换为电能；

DC/CD变换器，用于将太阳能充电电池的输出进行变压后输入至超级电容；

充电控制电路，用于接收蓄电池的电压值以及太阳能充电电池的电压值并进行判断，根据判断结果控制DC/CD变换器进行变压；

超级电容，用于存储电能。

DC/CD变换器将输入电压进行转变，有效输出固定电压，达到充电安全、可靠、稳定。在充电控制电路中设有PIC单片机，太阳能充电装置利用充电控制电路进行智能充电，充分利用能源，并增加农作物生长监测系统的智能化程度。

所述智能手机具有3G网络模块。

3G网络支持TCP、UDP、HTTP、FTP等协议，可实现语音、图片、数据等信息的高速传输。因此在系统的手机中插入3G信号卡，使其能够完成与远程终端的数据通信任务，解决以往人工操作和高频无线电传输受距离限制的瓶颈。

所述太阳能充电电池为多晶硅薄膜太阳能电池。

这种太阳能电池所用的硅材料大大减少，成本较低，且无光致衰退效应，转换效率高。

利用本发明基于智能手机的农作物生长监测系统，本发明还提供了一种方法，用于远程监测农作物的生长。

一种基于智能手机的农作物生长监测方法，包括如下步骤：

智能手机定时拍摄并远程传输农作物图像，由远程监控终端接收农作物图像并进行存储和处理；

太阳能充电装置判断智能手机蓄电池的电量，根据判断结果控制对智能手机的充电。

利用本发明方法，摆脱了一般监测系统需要人为操作的困扰，真正做到了智能控制。同时由于太阳能充电的存在，工作人员在监测农作物生长情况时只要将农作物生长监测系统安装在固定监测位置后，就可以脱离农田，就可以简单的通过远程监控终端准备完成自己的监测任务。

智能手机定时拍摄并传输农作物图像的方法为：

步骤1-1，调用timeUpdateHandler函数设定定时器；

步骤1-2，在经过预定的时间间隔后，通过wake-lock机制唤醒智能手机，并调用Camera.open函数打开智能手机中的相机进行拍照并将照片保存在指定文件夹中；

步骤1-3，采用Socket通信技术建立连接，利用3G网络将图片发送到远程监控终端；

步骤1-4，通过wake-lock机制使智能手机进入休眠，并返回步骤1-2。

wake-lock机制是一种锁的机制，事先设定好休眠和唤醒智能手机的时间间隔，当超过预设的时间间隔后智能手机即进入休眠，在休眠经过了预设的时间间隔后，智能手机被唤醒。

在步骤1中，远程监控终端在接收到农作物图像后进行显示。

通过显示模块的显示，工作人员在远程监控终端上即可进行农作物图像的观察分析。

其中，所述智能手机利用3G网络进行远程传输。

由于农作物生长监测系统工作在野外，没有wifi网络的支持，从而我们选用3G网络来实现远程数据通信，3G网络支持高速数据传输，而且WCDMA制式与GSM/GPRS保持很好的兼容性，具有成熟度好、覆盖范围广和安全性强等特点。

太阳能充电装置判断智能手机蓄电池的电量，根据判断结果控制对智能手机的充电：

步骤2-1，由太阳能充电电池将太阳能转换为电能；

步骤2-2，DC/CD变换器进行电压转换后将电能储存于超级电容中；

步骤2-3，充电控制电路实时接收智能手机蓄电池的电压值并将电压值与第一阈值比较，当电量值低于第一阈值时，由超级电容为智能手机的蓄电池进行充电，并进入步骤2-4；否则，将电量存储在超级电容中；

步骤2-4，充电控制电路将实时接收的蓄电池电压值与第二阈值进行比较，判断电压值是否达到第二阈值：是，则停止充电；否则，继续充电直至电量值达到第二阈值。

为防止过度充电会严重损害手机电池的寿命从而使用PIC系列单片机进行智能充电控制。当智能监控手机电量小于给定的阈值时，该系统对其充电；当手机电量充满后，充电自动停止。节省了额外接入电线进行供电的成本，并大幅节约了人力资源。

其中，太阳能充电装置还控制太阳能电池的充电，具体方法为，充电控制电路采集超级电容的电压值，判断太阳能电池的电压值是否达到第三阈值：是，则停止存储电能；否则，继续存储电能，直至达到第三阈值。

通过监测超级电容的电量，对超级电容进行过充保护。

本发明的有益效果是：解决了农田中给智能设备供电问题，实现了农作物生长的监测，同时大大降低了人力的投入，工作人员不用去现场观测，只需在终端观察即可，还降低了成本，大大提升了效率，真正做到了实时智能监测。

附图说明

图1为本发明一个实施例的系统模型图；

图2是本发明当前实施例的系统中智能手机模块的组成框图；

图3是本发明当前实施例的系统中太阳能充电模块的组成框图；

图4是本发明当前实施例的系统中远程监控终端模块网络拓扑图；

图5为本发明的步骤流程图。

具体实施方式

下面对本发明进行详细阐述，以使本发明的特征和优点更加明显，易于本技术领域工作人员理解，从而对本发明专利的保护范围做出更清楚明确的界定。

如图5所示，本发明当前实施例利用图1所示的农作物生长监测系统，提供了一种农作物生长监测的方法，包括如下步骤：

智能手机利用图2所显示的定时器和拍摄模块进行定时拍摄，进行智能存储并利用数据传输模块和3G电话卡提供的3G网络远程传输农作物图像，远程数据库服务器接收农作物图像并进行存储和处理。如图4所示，由远程监控终端中的通信服务器通过无线公用网络接收，存储在数据库服务器中，同时在客户端(计算机)显示。

在进行监测之前，首先进行定时设置。考虑不同农作物生长速度，工作人员在放置监测系统前设置好拍摄照片间隔。当系统处理完一张照片并将其发送到服务器上后，计时开始，时间到达事先设置好的时间再进行拍摄，实现了实时控制。智能手机的外壳经过防腐防潮等处理，使智能手机能在野外正常使用，不受恶劣环境影响，从而提高系统的整体性能。同时为了保证监测效果，工作人员放置系统的位置应是手机摄像头正对于待监测农作物

智能手机对待监测农作物进行拍照，获取农作物图像并保存，用于后续步骤，具体方法为：

步骤1-1，调用timeUpdateHandler函数设定定时器。

其中，通过定时器设定时间间隔。使得智能手机能够经过预定的时间间隔唤醒和和休眠。

步骤1-2，在经过预定的时间间隔后，通过wake-lock机制唤醒智能手机，并调用Camera.open函数打开智能手机中的相机进行拍照并将照片保存在指定文件夹中。

在智能手机内部有光线传感器，能够判断是否使用闪光灯。在光线不好的时候，自动拍照时系统会自动使用闪光灯，保证成像效果。这种方式可以排除光照雨水温度等外界环境因素的影响，保证照片获取质量。

在本发明当前实施例中，该步骤是基于android系统开发了自动定时拍照上传的软件实现的，android系统简单易懂，工作人员上手简单，操作简便。同时手机在不拍摄的情况下处于休眠状态，极为省电。相比于其他传统的监控模式，如用摄像头监测，该模式更加省电，不需要额外在农田里布置电线，同时可移动性强，灵活方便。

特别需要提及的是，智能手机广泛分布在农田的各个位置，采集的信息更加全面，解决了人工监测不全面的问题，增加了可靠性。同时各个智能手机拍摄到的图像将发送到统一的远程监控终端，便于工作人员观察对比农作物生长情况。

步骤1-3，采用Socket通信技术建立连接，利用3G网络将图片发送到远程监控终端。

由于系统工作在野外，没有wifi网络的支持，因此3G网络来实现远程数据通信，3G网络支持高速数据传输，而且WCDMA制式与GSM/GPRS保持很好的兼容性，具有成熟度好、覆盖范围广和安全性强等特点。智能手机基于Android系统，支持TCP、UDP、HTTP、FTP等协议，可实现语音、图片、数据等信息的高速传输。因此在系统的智能手机中插入3G信号卡，使其能够完成与远程终端的数据通信任务，解决以往人工操作和高频无线电传输受距离限制的瓶颈。

智能手机通过Socket通信技术编程实现与固定IP地址和端口号的服务器建立连接，在农作物图像的远程传输过程中，采用TCP/IP通信协议，将拍摄得到的农作物图像发送到远程数据库服务器中，并在终端显示屏上显示，让工作人员可以监测到农作物的生长。

步骤1-4，通过wake-lock机制使智能手机进入休眠，并返回步骤1-2。

太阳能充电装置判断智能手机的电量，根据判断结果控制对智能手机的充电。

在农作物生长监测系统中加入太阳能充电电池，主要实现手机充电的功能，使智能手机能长时间在野外进行工作。太阳能充电装置采取多晶硅薄膜太阳能电池作为核心，同时为防止过度充电严重损害手机电池的寿命，从而使用PIC系列单片机进行智能充电控制。当智能手机电量小于给定的第一阈值时，利用太阳能充电装置对其充电；当手机电量充满后，充电自动停止。

如图3所示，太阳能充电装置包括：用于DC/CD变换的DC/CD变换器、太阳能充电电池、充电控制电路(包括电压跟随模块)、超级电容以及液晶显示模块。太阳能充电电池将太阳能转换为电能从而给手机充电，电压跟随模块可以使前后级电路互不影响，保证电压采样的精确度，由PIC单片机编程实现PWM波控制开关管从而实现输出电压电流的改变，通过显示电路显示输出状态及大小，由DC/CD变换器实现数据的采集及转换并传给充电控制电路中的PIC单片机做判断处理。在电量多余的情况下，利用超级电容将多余电量存储起来，充分利用能源。具体步骤如下：

步骤2-1，由太阳能充电电池将太阳能转换为电能；

步骤2-2，DC/CD变换器改变输入电压，输出稳定的电压，将电能储存于超级电容中；

步骤2-3，充电控制电路中的PIC单片机实时接收智能手机蓄电池的电压值并将电压值与第一阈值比较，当电量值低于第一阈值时，由超级电容为智能手机进行充电，并进入步骤3，否则，将太阳能电池将电量存储在超级电容中；

步骤2-4，充电控制电路中的PIC单片机将实时接收的电压值与第二阈值进行比较，判断电量值是否达到第二阈值：是，则停止充电；否则，继续充电直至电压值达到第二阈值。

通过PIC单片机跟踪智能手机的电量，从而实现电能的智能输出与控制，摆脱了一般的农作物生长监测系统需要人为操作的困扰，真正做到了智能控制。同时由于太阳能充电装置的存在，工作人员在监测农作物生长情况时只要将系统安装在固定监测位置后，就可以脱离农田，就可以简单的通过远程监控终端准备完成自己的监测任务。

利用本发明的农作物生长监测系统和方法，解决了农田中给智能设备供电问题，实现了农作物生长的监测，同时大大降低了人力的投入，还降低了成本，大大提升了效率，真正做到了实时智能监测。

Claims (10)

1.一种基于智能手机的农作物生长监测系统，其特征在于，包括：

智能手机，用于定时拍摄待监测的农作物图像并进行远程传输；

远程监控终端，用于接收来自智能手机的农作物图像并进行存储和处理；

太阳能充电装置，用于将太阳能转换为电能进行存储，并监测智能手机中蓄电池的剩余电量，根据剩余电量控制对智能手机的充电。

2.如权利要求1所述基于智能手机的农作物生长监测系统，其特征在于，所述太阳能充电装置包括：

太阳能充电电池，用于接收太阳能并转换为电能；

DC/CD变换器，用于将太阳能充电电池的输出进行变压后输入至超级电容；

充电控制电路，用于接收蓄电池的电压值以及太阳能充电电池的电压值并进行判断，根据判断结果控制DC/CD变换器进行变压；

超级电容，用于存储电能。

3.如权利要求1所述基于智能手机的农作物生长监测系统，其特征在于，所述智能手机具有3G网络模块。

4.如权利要求1所述基于智能手机的农作物生长监测系统，其特征在于，所述太阳能充电电池为多晶硅薄膜太阳能电池。

5.一种基于智能手机的农作物生长监测方法，其特征在于，包括如下步骤：

智能手机定时拍摄并远程传输农作物图像，由远程监控终端接收农作物图像并进行存储和处理；

太阳能充电装置判断智能手机蓄电池的电量，根据判断结果控制对智能手机的充电。

6.如权利要求5所述基于智能手机的农作物生长监测方法，其特征在于，智能手机定时拍摄并传输农作物图像的方法为：

步骤1-1，调用timeUpdateHandler函数设定定时器；

步骤1-2，在经过预定的时间间隔后，通过wake-lock机制唤醒智能手机，并调用Camera.open函数打开智能手机中的相机进行拍照并将照片保存在指定文件夹中；

步骤1-3，采用Socket通信技术建立连接，利用3G网络将图片发送到远程监控终端；

步骤1-4，通过wake-lock机制使智能手机进入休眠，并返回步骤1-2。

7.如权利要求5所述基于智能手机的农作物生长监测方法，其特征在于，远程监控终端进行的处理为，在接收到农作物图像后将农作物图像发送至显示模块进行显示。

8.如权利要求5所述基于智能手机的农作物生长监测方法，其特征在于，其中，所述智能手机利用3G网络进行远程传输。

9.如权利要求5所述基于智能手机的农作物生长监测方法，其特征在于，太阳能充电装置判断智能手机蓄电池的电量，根据判断结果控制对智能手机的充电：

步骤2-1，由太阳能充电电池将太阳能转换为电能；

步骤2-2，DC/CD变换器进行电压转换后将电能储存于超级电容中；

步骤2-3，充电控制电路实时接收智能手机蓄电池的电压值并将电压值与第一阈值比较，当电量值低于第一阈值时，由超级电容为智能手机的蓄电池进行充电，并进入步骤2-4；否则，将电量存储在超级电容中；

步骤2-4，充电控制电路将实时接收的蓄电池电压值与第二阈值进行比较，判断电压值是否达到第二阈值：是，则停止充电；否则，继续充电直至电量值达到第二阈值。

10.如权利要求9所述基于智能手机的农作物生长监测方法，其特征在于，其中，太阳能充电装置还控制太阳能电池的充电，具体方法为，充电控制电路采集太阳能电池的电压值，判断太阳能电池的电压值是否达到第三阈值：是，则停止存储电能；否则，继续存储电能，直至达到第三阈值。