《電子技術(shù)應用》
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基于Android的物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)
來源:微型機與應用2013年第1期
孫國峰,,胡景春
(南昌航空大學 研究生學院,,江西 南昌 330063)
摘要: 基于Android智能操作系統(tǒng)開發(fā)平臺,,以移動通信網(wǎng)為載體,利用短信方式和GPRS方式實現(xiàn)在系統(tǒng)客戶端信息采集與傳輸,、進行數(shù)據(jù)分析處理等功能的物聯(lián)網(wǎng)無線測控系統(tǒng)。用戶通過Android設備終端,可以隨時隨地查看環(huán)境數(shù)據(jù)并進行實時檢測與控制,,實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)嵌入式的無線測控功能。
Abstract:
Key words :

摘  要: 基于Android智能操作系統(tǒng)開發(fā)平臺,,以移動通信網(wǎng)為載體,,利用短信方式和GPRS方式實現(xiàn)在系統(tǒng)客戶端信息采集與傳輸、進行數(shù)據(jù)分析處理等功能的物聯(lián)網(wǎng)無線測控系統(tǒng),。用戶通過Android設備終端,,可以隨時隨地查看環(huán)境數(shù)據(jù)并進行實時檢測與控制,實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)嵌入式的無線測控功能,。
關鍵詞: Android OS,;GPRS;SMS,;物聯(lián)網(wǎng),;無線測控

 目前無線通信處于3G/4G時代,中國移動GPRS業(yè)務全面投入運營,,無線數(shù)據(jù)通信的發(fā)展和應用向著愈來愈廣泛和深入的領域發(fā)展[1],。遠程測控技術(shù)并不是一項新的技術(shù),然而由于移動通信網(wǎng)的介入,,使之煥發(fā)出新的光輝,。因此,隨著智能手機的迅速發(fā)展,,Android操作系統(tǒng)作為最流行的操作平臺,,充分利用無線通信的現(xiàn)有資源,開展遠程物聯(lián)控制是遠程控制充滿活力的發(fā)展方向,,網(wǎng)絡遠程控制技術(shù)也是物聯(lián)網(wǎng)建設的基本方向之一[2],。
 本系統(tǒng)是基于Android操作系統(tǒng)平臺,將傳統(tǒng)的遠程控制技術(shù)向基于無線通信網(wǎng)的移動終端設備的方向轉(zhuǎn)變,,實現(xiàn)了一種為移動客戶端提供遠程無線測控的方案,。該方案能夠?qū)h程數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)控,提高工作效率,,也增加了遠程控制的靈活性,。
1 Android操作系統(tǒng)平臺
 Android操作系統(tǒng)是谷歌發(fā)布基于Linux平臺的開源手機操作系統(tǒng)。該平臺由操作系統(tǒng),、中間件,、用戶界面和應用軟件組成,是首個為移動終端打造的真正開放移動軟件,其開放的平臺允許任何人在終端設備上開發(fā)[3],。Android所包含的功能如下:
?。?)APPLICATIONS(應用程序?qū)樱篈ndroid裝配了一個核心應用集合,包括短信,、日歷,、地圖、通信錄等,。所有應用程序都是用Java語言編寫的,。
 (2)APPLICATION FRAMEWORK(應用程序框架層):Android具有強大的應用層API和豐富的傳感器功能,,所有的應用程序其實是一組服務和系統(tǒng),,主要包括如下內(nèi)容:視圖(View);內(nèi)容提供者(Content Providers),;資源管理器(Resource Manager),; 通知管理器(Notification Manager);活動管理器(Activity Manager),。
?。?)LIBRARIES(庫):Android包含一個C/C++庫的集合,用來提供給Android系統(tǒng)多種組件使用,,這些功能通過Android的應用程序框架來提供給開發(fā)者,。
 (4)ANDROID RUNTIME(Android運行時):Android包含一個核心庫的集合,,提供大部分在Java編程語言核心類庫中可用的功能,。每一個Android應用程序是Dalvik虛擬機中的實例,運行在自己的進程中,。
?。?)LINUX KERNEL(Linux內(nèi)核):Android基于Linux2.6提供核心系統(tǒng)服務,例如安全,、內(nèi)存管理,、進程管理、網(wǎng)絡堆棧,、驅(qū)動模型等,。作為硬件和軟件之間的抽象層,它隱藏具體硬件細節(jié)而為上層提供統(tǒng)一的服務[4],。
2 硬件平臺
 該物聯(lián)網(wǎng)無線測控系統(tǒng)的硬件平臺主要由STC12C5A60S2單片機,、WISMO228無線通信模塊、I/O測控接口,、本地串行通信接口等資源組成,。硬件總體框架設計如圖1所示。

 微控制器選用8 bit STC12C5A60S2系列單片機,,其指令格式完全兼容8051,,但速度要快8~12倍。GPRS模塊選用基于GSM/GPRS的工業(yè)級無線通信模塊WISMO228,,可直接由單片機串行口連接并通過AT命令控制等特性,,能很好地適應物聯(lián)網(wǎng)對遠程測控的要求。以太網(wǎng)控制器選擇高度集成的全雙工以太網(wǎng)接口芯片RTL8019AS,。
 固件程序的主要功能包括初始化228模塊,、生成短消息、解析短消息,、有線和無線網(wǎng)絡的通信,、控制I/O設備等。
3 終端應用程序開發(fā)
3.1 系統(tǒng)方案

?。?)系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境:本系統(tǒng)使用Android 應用開發(fā)工具和API 接口,,基于JDK + Eclipse + ADT插件 + SDK的開發(fā)環(huán)境。
?。?)系統(tǒng)設計流程:系統(tǒng)通過Activity管理相應功能,。首先進入LOGO界面,然后跳轉(zhuǎn)到登錄界面,,驗證成功即可進入TabView界面,,創(chuàng)建異步任務,進行異步操作,,這樣能夠提高處理速度,,使軟件更加健全可靠。軟件系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示,。

?。?)模塊化設計:系統(tǒng)客戶端軟件主要包括界面模塊、數(shù)據(jù)庫模塊和功能控制模塊3個部分,。
3.2 設計與實現(xiàn)
3.2.1 UI布局實現(xiàn)

 Activity是Android的核心類,,是一個用來提供屏幕與用戶交互的應用組件[5]。Activity類通過onCreat()方法來初始化,,由setContentView()方法指定一個布局(layout)文件,,顯示布局文件的內(nèi)容。UI布局實現(xiàn)如下:
 

?。?)賬戶管理界面
 在Android中,,ListView是一個比較難于使用的控件,一個ListView通常有兩種功能,,一是將數(shù)據(jù)填充到布局,;二是處理用戶的選擇點擊等操作[8],。ListView以列表的形式展示具體內(nèi)容,并且能夠根據(jù)數(shù)據(jù)的長度自適應顯示,。一個ListView的創(chuàng)建需要3個元素:ListView中的每一列的View,;填入View的數(shù)據(jù)或者圖片等;連接數(shù)據(jù)域ListView的適配器[9],。
 在本系統(tǒng)中設計了account_item.xml和account_manager.xml兩個布局文件,,分別用來實現(xiàn)ListView中每個item對應的View和管理賬戶界面AccountManagerActivity對應的布局。本視圖通過自定義AccountManagerActivity繼承BaseAdapter實現(xiàn)數(shù)據(jù)綁定,、accountList與ListView列表項一一對應,。其代碼如下:
accountList=(ListView)findViewById(R.id.lvAccountList);
adapter=new AccountManagerAdapter(this,,users),;

    tabHost=getTabHost();    
    tabHost.addTab(tabHost.newTabSpec("GPRS")
.setIndicator("GPRS",,getResources().getDrawable
   (R.drawable.gprs))
.setContent(new Intent(this,, GPRSActivity.class)));
控制器1完成對電視機的控制功能,。當設定的定時時間點擊確定按鈕,,即開始對電視機進行開機或關機操作;獲取控制器的響應信息,,顯示定時完成狀態(tài),;在獲取控制器響應信息之前,顯示正在定時狀態(tài)(如控制器2對冰箱的啟動或關閉狀態(tài)控制),。
3.2.2 數(shù)據(jù)庫設計
 本系統(tǒng)在使用過程中會頻繁對數(shù)據(jù)進行操作,,而對存儲卡文件進行增、刪,、改,、查操作。為了提高效率,,這里采取占用資源小的SQLite數(shù)據(jù)庫機制[10],。但數(shù)據(jù)庫并不能自身進行操作,只有通過一個繼承了SQLiteOpenHelper的類對象調(diào)用相應的函數(shù)進行操作,。這里定義了一個DBHelper繼承SQLiteOpenHelper,。為了代碼重用,對賬戶管理操作和終端數(shù)據(jù)操作分別寫了兩個基類UserInfoServices和RmcsInfoServices來處理最底層的訪問,;數(shù)據(jù)庫里的每一行記錄與UI列表的每一項一一對應,。
 根據(jù)需求分析,本系統(tǒng)涉及兩個表:UserInfo,、RmcsInfo,,分別用于保存賬戶信息和終端數(shù)據(jù)信息,,其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分別如表1和表2所示。這兩個表分別由UserInfoServices和RmcsInfoServices類管理,。在DBHelper類的onCreate方法中通過執(zhí)行數(shù)據(jù)庫execSQL方法動態(tài)創(chuàng)建這兩個表,。其代碼如下:
 db.execSQL(DBInfo.Table.SQL_CREATE_USER_INFO_TABLE);
 db.execSQL(DBInfo.Table.SQL_CREATE_RMCS_INFO_TABLE),;

 

 

 另外,在UserInfoServices中主要封裝對賬戶的增,、刪,、改,、查操作;在RmcsInfoServices中主要封裝對終端數(shù)據(jù)的相應操作,。主要采用的數(shù)據(jù)庫操作方法如下:
?。?)db.insert(table,nullColumnHack,,values)向數(shù)據(jù)庫中插入一條記錄,。
 (2)db.delete(table,,whereClause,,whereArgs)從數(shù)據(jù)庫中刪除一條記錄。
?。?)db.update(table,,values,whereClause,,whereArgs)更新數(shù)據(jù)庫中的一條記錄,。
 (4)db.query(table,,columns,,selection,selectionArgs,, groupBy,,having,orderBy) 在數(shù)據(jù)庫中 查詢一條記錄,,該方法返回的是一個Cursor對象,。
3.2.3 GPRS通信模塊設計
 物聯(lián)網(wǎng)無線測控系統(tǒng)的嵌入式微控制器與本地電器終端設備進行數(shù)據(jù)通信,以獲得電器設備的運行狀態(tài)參數(shù),,通過GPRS模塊發(fā)送到GPRS網(wǎng)絡中,。手機終端的GPRS接收模塊可以接收經(jīng)無線網(wǎng)絡傳遞進來的數(shù)據(jù)進行處理,同時還可以由GPRS發(fā)送模塊將封裝后的測控數(shù)據(jù)傳送到終端設備,,從而在物聯(lián)網(wǎng)平臺上對電器終端設備的開關,,實現(xiàn)定時,、排除異常、報警等監(jiān)控功能,。
具體設計如下:
?。?)首先判斷是否接入網(wǎng)絡。在Android手機中可以通過ConnectivityManager類的isAvailable()方法判斷是否已聯(lián)網(wǎng),,查看返回結(jié)果判斷網(wǎng)絡連接是否有效,,如果為true,則表示當前Android手機已經(jīng)聯(lián)網(wǎng),;為false則表示沒有聯(lián)網(wǎng),。其代碼如下:
ConnectivityManager cManager=(ConnectivityManager)get System Service(Context.CONNECTIVITY_SERVICE); NetworkInfo info=cwjManager.getActiveNetworkInfo(),;
?。?)使用過程中必須建立GPRS連接,其代碼如下:
 DataConnection conn=DataConnection.getInstance(),;
if(connectMode==0){
ret=conn.openConnection(mContext,,"cmwap",
           "cmwap",,"cmwap"),;
}else {ret=conn.openConnection(mContext,"cmnet",,"
",,"");}
?。?)Android平臺的網(wǎng)絡應用絕大部分都是基于Java的編程接口,,這里同樣采用了基于標準的Java接口。步驟如下:創(chuàng)建URL以及URLConnection/HttpURLConnection對象,,設置連接參數(shù),,連接到服務器,向服務器讀,、寫數(shù)據(jù)等通信控制,。其代碼如下:
URL url=new URL(Values.REQUEST_URL);
HttpURLConnection http
=(HttpURLConnection)url.openConnection(),;
        connection.connect(),;
   InputStream in=connection.getInputStream();
   OutputStream outStream=connection.getOutputStream(),;
?。?)最后要在AndroidManifest.xml文件中加入權(quán)限:
<uses-permission
android:name="android.permission.ACCESS_NETWORK_ STATE"/>?
<uses-permission android:name="android.permission.INTERNET"/>
3.2.4 SMS通信模塊設計
 (1)Android SDK提供了用于直接發(fā)送短信的SmsManager類[11],。通過sendTextMessage方法可以指定目標電話號碼和短信內(nèi)容,。其代碼如下:
SmsManager sms=SmsManager.getDefault(),;
sms.sendTextMessage(number, null,, str,, null, null),;
?。?)Android系統(tǒng)只要接收到短信,就會發(fā)一個廣播,。因此,,這里定義SMSReceiver繼承廣播接收器BroadcastReceiver,重寫onReceive()方法,,用來監(jiān)聽手機接收到的短信,。此時要在AndroidManifest.xml文件中定義這個廣播接收器,。其代碼如下:
<receiver android:name=".SMSReceiver" android:enabled="true">
 <intent-filter>
<action android:name="android.provider.Telephony.SMS_RECEIVED" />
</intent-filter>
</receiver>
?。?)最后在配置文件中設置如下權(quán)限:
<uses-permission android:name="android.permission.RECEIVE_SMS"/>
<uses-permission android:name="android.permission.SEND_SMS"/>
<uses-permission android:name="android.permission.READ_SMS"/>
4 測試與結(jié)論
 應用程序設計完成后,就可以在Android SDK提供的AVD虛擬機上成功運行,,并且在基于Android平臺的移動終端上測試運行,。本測試環(huán)境下使用的移動終端采用華為C8650,該機型采用Android2.3.3系統(tǒng)版本,。
將完成的應用程序中的RMCSoftware.apk文件安裝在手機中,,即可運行程序。經(jīng)多次測試,,手機客戶端能夠通過GPRS模塊和SMS模塊分別檢測和控制終端設備的運行狀態(tài),,并能夠正確地發(fā)送和接收數(shù)據(jù),對數(shù)據(jù)進行封裝和處理,,可在較短的時間內(nèi)實現(xiàn)對設備的定時,、排除異常等功能,應用程序運行良好,,滿足了無線測控系統(tǒng)的功能需求,。
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