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]。遠程測控技術并不是一項新的技術，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)的遠程控制技術向基于無線通信網(wǎng)的移動終端設備的方向轉變，實現(xiàn)了一種為移動客戶端提供遠程無線測控的方案。該方案能夠對遠程數(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：
（1）APPLICATIONS（應用程序層）：Android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）。
（3）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。
（5）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
（1）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。
（2）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)架構如圖2所示。
（3）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：
（3）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)結構分別如表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：
（1）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。
（3）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：
（1）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（）；
（2）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"，"
"，""）；}
（3）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（）；
（4）最后要在AndroidManifest.xml文件中加入權限：
<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）；
（2）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>
（3）最后在配置文件中設置如下權限：
<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。
參考文獻
[1] 王瑩.物聯(lián)網(wǎng)為嵌入式帶來的機遇[J].電子產(chǎn)品世界，2010（5）.
[2] 劉強，崔莉，陳海明，等.物聯(lián)網(wǎng)關鍵技術與應用[J].計算機科學.2010（6）.
[3] 裴佳迪，馬超，孫仁貴，等.Google Android應用開發(fā)全程實錄[M].北京：人民郵電出版社，2012.
[4] 姚昱旻，劉衛(wèi)國.Android的框架與應用開發(fā)研究[J].計算機系統(tǒng)應用，2008（11）.
[5] 孟小華，陳傳凱.Android平臺手機來電及短信防火墻關鍵技術研究[C].2010 3rd International Conference on Power Electronics and Intelligent Transportation System. 2010.
[6] 張仕成.基于Google Android平臺的應用程序開發(fā)與研究[J].電腦知識與技術，2009（28）.
[7] 趙亮，張維.基于Android技術的界面設計與研究[J].電腦知識與技術，2009（29）.
[8] 韓超，梁泉.Android系統(tǒng)原理及開發(fā)要點詳解[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2010.
[9] 耿東久，文軍.基于Android手機的遠程訪問和控制系統(tǒng)[J].計算機應用，2011，31（2）.
[10] Android如何使用SQLiteOpenHelper[EB/OL]. http：//www.cnblogs.com/skynet/archive/2010/06/14/1758284.html<br>.
[11 魏化勇.基于3GAndroid的SMS應用研究[J].計算機光盤軟件與應用，2011（11）：191-183.