了解农业光照调节系统的底层开发框架

一、实验目的

1. 了解农业光照调节系统的设计原理。

2. 了解农业光照调节系统的底层开发框架。

3. 掌握农业光照调节系统的 Android 应用与 Web 应用开发设计。

二、实验内容

1. 系统设计分析

1.1 项目背景

农业光照调节系统是一个多传感器的采集反馈与控制系统，通过光照度传感器对大棚内的光照强度进行检测，并将监测到的数据上传到云平台，通过客户端可以监测相关信息，从而实时地监测大棚内光照强度的参数，判断大棚内光照强度。在低于设定值时操作 RGB 红外智能灯对大棚补光，当大棚的光照强度高于设定值时,打开遮阳帘减少大棚光照强度。

1.2 功能分析

农业光照调节系统功能设计分两大模块：设备采集和控制、系统设置。

设备采集和控制功能模块：分为光照传感器数据采集，继电器的控制。

系统设置功能模块：服务器 ID、IDKey、服务器地址参数设置与连接；传感器 MAC 地址获取与设置；系统软件版本查询与显示。

1.3 系统架构

农业光照调节系统采用物联网项目架构进行设计，由感知层、网络层和应用层组成，如图所示。

2. 系统底层开发框架

2.1 开发框架

智云框架是在应用接口和 SAPI 接口上搭建起来的，通过合理调用这些接口，使项目的开发形成一套系统的开发逻辑。具体应用接口在 sensor.c 文件中实现，包括：传感器初始化、控制设备的操作、传感器数据的采集、报警信息的实时响应、系统参数的配置更新等，函数列表如下所示。

3. 移动端应用设计

3.1 智云接口

针 对 Android 移动应用程序开发 ， 智云平台提供应用接口库 ： libWsnDroid-20230206.jar

（app\libs\libWsnDroid-20230206.jar），用户只需要在编写 Android 应用程序时，先导入该 jar 包，然后在代码中调用相应的方法即可。

具体接口介绍可参考实验 5 智云 Android 应用接口。

4. Web 端应用设计

4.1 智云接口

针对 Web 应用开发，智云平台提供 JavaScript 接口库（js\WSN 文件夹），用户直接调用相应的接口即可完成简单 Web 应用的开发。

具体接口介绍可参考实验 4 智云 Web 应用接口。

4.2 工程框架

Web 应用默认显示运营首页，首页上设计有光照数据显示模块、补光灯控制模块、遮阳帘控制模块、模式切换模块、光照阈值设备模块共五个模块实现农业光照调节，如图所示。

历史数据页面可以查询显示光照强度的历史数据，如下图所示：

更多信息页面的功能主要是智云服务连接配置界面，本页面分为三个子功能，通过列表进行切换显示，“IDKey”列表项通过设置智云服务 ID 与 IDKey 调用智云 Web 应用接口连接到智云服务器，“MAC设置”列表项显示设备 MAC 地址，“版本信息”列表项显示版本信息与升级，如下图所示。

三、实验步骤

1. 实验部署

本实验基于 xLab 实验平台来构建一套农业光照调节系统，需要准备以下设备（可通过硬件物元仿真平台软件创建虚拟的硬件，也可以使用 xLab 实验平台真实的硬件）：

1）采集类节点（Sensor-A）：采集类传感器包括温湿度、光强、空气质量、气压高度、三轴、距离。

2）控制类节点（Sensor-B）：控制类传感器包括风扇、步进电机、蜂鸣器、LED、RGB、继电器。

2. 原型搭建

2.1 创建项目

可参考实验 7 的原型仿真步骤来创建项目。

2.2 运行项目

可参考实验 7 的原型仿真步骤来运行项目。

根据本实验的要求开启 Sensor-A 和 Sensor-B，大约 15s 后传感器数据开始上传并更新。

传感器打开成功：

3. 应用体验

3.1 Android 应用程序运行

1）Android Studio 模拟器

用 Android Studio 软件打开本实验目录下的工程“LightAdjust-as”，然后在模拟器上运行。

打开主界面显示如下:

这时系统设备的右上角状态显示为“离线”，需要通过“更多信息”界面设置服务器 ID 与 IDkey 连

接智云服务器。这里使用智云 ID 与 IDkey 进行连接，需同智云服务配置工具中使用配置一致。

传感器节点 MAC 设置，手动输入对应无线节点的 MAC 信息，并保存。

连接服务器成功后切换到系统主界面可看到设备状态更新为“在线”,可以在界面选择切换模式：

a. 自动模式：可以通过滑动湿度阈值控制遮阳帘。

b. 手动模式：可以通过按钮控制遮阳帘的开关。

切换到历史数据界面可以查看光照强度的历史数据信息：

2）Android 手机

将本实验目录下的“LightAdjust.apk”下载到手机，之后在文件管理中找到需要安装的 apk 文件。

然后点击进去，进入 apk 文件界面之后点击“继续安装”继续安装即可。

打开主界面显示如下:

3.2 Web 应用程序运行

农业光照调节系统的 Web 端应用无需安装，打开本实验目录下的工程“LightAdjust-web”，将其中 的 index.html 文件在 Chrome 浏览器上运行显示。

主界面显示如下:

这时系统设备的右上角状态显示为“离线”，需要通过“更多信息”界面设置服务器 ID 与 IDkey 连接智云服务器。这里使用智云 ID 与 IDkey 进行连接，需同智云服务配置工具中使用配置一致（使用远程服务模式）。

连接服务器成功后切换到系统主界面可看到设备状态更新为“在线”,可以在界面选择切换模式：

a. 自动模式：可以通过滑动湿度阈值控制水泵。

b. 手动模式：可以通过按钮控制水泵开关。

切换到历史数据界面可以查看光照强度的历史数据信息：