基于智能移動(dòng)終端的數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的解決方案

1、基于智能移動(dòng)終端的數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的解決方案摘要:工業(yè)監(jiān)控設(shè)備(儀器儀表主要由數(shù)據(jù)采集,顯示以及數(shù)據(jù)輸出等部分構(gòu)成?，F(xiàn)有工業(yè)用數(shù)據(jù)監(jiān)控設(shè)備多為專用設(shè)備,通用性和便攜性差,現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳送需有專用pc,有一定的制約性,價(jià)格昂貴。本文針對(duì)以上問題設(shè)計(jì)了運(yùn)行在android智能移動(dòng)終端上的數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng),旨在利用移動(dòng)終端在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、遠(yuǎn)程傳輸、監(jiān)控等方面的優(yōu)勢,實(shí)現(xiàn)專業(yè)數(shù)據(jù)采集器的部分功能,由此,無需專用pc,由個(gè)人所持智能移動(dòng)終端便可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)查詢和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳送。降低產(chǎn)品自身的價(jià)格的同時(shí),也能減少固定投資成本。關(guān)鍵詞:android;監(jiān)控系統(tǒng);移動(dòng)終端;surveillance system solutio

2、n based on smart mobile terminal sun hongyi, lang chenglian(department of electrical engineering, tongji university, shanghai 201804, china 【abstract】 monitoring devices in industry mainly consist of data collectors, monitor and data output. most of the monitoring devices are special-designed, which

3、 means limited-utility, and not convenient to bring with. besides, the pc should be used to monitor and transfer the data, therefore adding the cost. this paper aims to use the smart mobile terminal, implementing the functions of the monitoring devices. accordingly, the personal-owned smart mobilete

4、rminal can be used to query and transfer the data instead of pc, which cuts the cost and enhances the flexibility. 【key words】android; surveillance system; mobile terminal 0 引言工業(yè)監(jiān)控設(shè)備(儀器儀表主要由數(shù)據(jù)采集,顯示以及數(shù)據(jù)輸出(有線向pc傳送等部分構(gòu)成?，F(xiàn)有工業(yè)用數(shù)據(jù)監(jiān)控設(shè)備多為專用設(shè)備,如安捷倫dso9000, 日本bits的hm-2g等,其便攜性差,成本高。部分?jǐn)?shù)據(jù)監(jiān)控設(shè)備通過usb線或wifi等方式,將監(jiān)控所得

5、數(shù)據(jù)傳輸至專用pc,有一定的制約性,價(jià)格昂貴。如圖1所示數(shù)據(jù)采集器,作為與pc機(jī)配合使用的專用硬件,通過usb線或wifi將串口數(shù)據(jù)傳輸至pc機(jī),進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視。圖1 傳統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備系統(tǒng)總框圖fig.1 system chart of the triditiona surveillance device隨著智能移動(dòng)終端應(yīng)用的推廣,采用智能移動(dòng)終端替代專用設(shè)備的顯示以及數(shù)據(jù)傳送的部分功能,成為研究的熱點(diǎn)和趨勢。android 系統(tǒng)是基于linux的開源操作系統(tǒng)平臺(tái),憑借其開放性技術(shù),大大降低產(chǎn)品的開發(fā)成本,有助于在激烈的市場競爭中獲得用戶青睞。本文針對(duì)以上問題設(shè)計(jì)了運(yùn)行在android智能移動(dòng)

6、終端上的數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)旨在利用移動(dòng)終端在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、遠(yuǎn)程傳輸、監(jiān)控等方面的優(yōu)勢,實(shí)現(xiàn)專業(yè)數(shù)據(jù)采集器的部分功能,由此,無需專用pc,由個(gè)人所持智能移動(dòng)終端便可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)查詢和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳送。降低產(chǎn)品自身的價(jià)格的同時(shí), 也能減少pc機(jī)的固定投資成本。1 系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)整套系統(tǒng)需實(shí)現(xiàn)工業(yè)數(shù)據(jù)監(jiān)控設(shè)備的功能,故主要包括兩大部分:數(shù)據(jù)采集器實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)設(shè)備中相關(guān)數(shù)據(jù)的采集,并傳送至移動(dòng)終端;智能移動(dòng)終端實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示、存儲(chǔ)、回放、遠(yuǎn)程發(fā)送等功能。在移動(dòng)智能終端方面,android智能操作系統(tǒng)成為近年來最受關(guān)注的操作系統(tǒng),由于它的免費(fèi)性,以及系統(tǒng)的開放性,使開發(fā)人員可以隨時(shí)取得程序的源代碼,這對(duì)于程序開發(fā)

7、人員和運(yùn)營商定制非常重要。在移動(dòng)智能終端支持方面,三星、摩托羅拉、多普達(dá)等國際一線廠商幾乎傾倒性的發(fā)展android,在2011年第一季度android 操作系統(tǒng)己經(jīng)躍居智能終端操作系統(tǒng)的榜首。隨著android技術(shù)的迅猛發(fā)展和日趨成熟,android 操作系統(tǒng)在手持終端中所占比例正逐步上升,其開放性、便攜性、良好的兼容性、無縫結(jié)合網(wǎng)絡(luò)通信等特點(diǎn)將使android操作系統(tǒng)在各個(gè)領(lǐng)域中都有著廣泛的應(yīng)用。rs232c在工業(yè)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換及設(shè)備控制上占有舉足輕重的位置,原因在于rs232c的成熟性和簡單性。串行通信網(wǎng)絡(luò)物理層是建立在rs232c(rs485基礎(chǔ)之上,至今rs232c仍被用于各種設(shè)

8、備之間數(shù)據(jù)交換。幾乎所有的mpu都標(biāo)準(zhǔn)配備uart,在電路設(shè)計(jì),設(shè)備編程,設(shè)備連接,以及設(shè)備數(shù)據(jù)交換的事實(shí)監(jiān)視,都必不可少的需要查看記錄數(shù)據(jù)交換內(nèi)容,由此產(chǎn)生了rs232c數(shù)據(jù)分析儀?，F(xiàn)有rs232c監(jiān)視器多為專用硬件來采集串行通信中的數(shù)據(jù)線和控制線信息,通過usb把信息送到pc上,由專用軟件顯示出來。也有做成專用設(shè)備自帶顯示器和數(shù)據(jù)輸出口。rs232c數(shù)據(jù)分析儀由于是面對(duì)研發(fā)人員,使用數(shù)量相對(duì)較少,目前也只有少數(shù)廠家生產(chǎn)。圖2 系統(tǒng)總框圖fig.2 system chart of the whole system采集數(shù)據(jù)的硬件設(shè)備將實(shí)現(xiàn)rs232c數(shù)據(jù)分析儀的功能,由于智能移動(dòng)終端已具有顯示

9、、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)等功能,故將傳統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)視器的相應(yīng)功能進(jìn)行部分裁剪,并增加數(shù)據(jù)通過移動(dòng)終端遠(yuǎn)程發(fā)送。就采集數(shù)據(jù)的硬件與移動(dòng)終端通信的方式而言,選擇有usb、藍(lán)牙、及wifi傳輸?shù)确绞?。其?利用usb數(shù)據(jù)線進(jìn)行傳輸?shù)乃俾首罡?但是由于手機(jī)廠商出于各方面因素的考慮,android手機(jī)不具備usb host功能,并且若將數(shù)據(jù)采集硬件作為usb host的話,勢必會(huì)增加數(shù)據(jù)采集端硬件的制作成本,利用usb進(jìn)行兩者間的數(shù)據(jù)傳輸不可行。就wifi而言,進(jìn)行硬件端與手機(jī)端的wifi匹配不利于普通用戶操作,并且若建立wifi網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,也會(huì)增加相應(yīng)成本。故,最終選擇以藍(lán)牙方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集硬件與移動(dòng)終端的通行。藍(lán)牙2.

10、0的傳輸速率為1m/s,傳輸距離為10米,完全滿足兩段通信的使用要求。2 移動(dòng)終端軟件設(shè)計(jì)2.1 數(shù)據(jù)采集模塊數(shù)據(jù)采集模塊主要包括android端與硬件端藍(lán)牙通信的建立。android平臺(tái)提供了android.bluetooth包用于藍(lán)牙應(yīng)用。本系統(tǒng)android智能終端作為客戶端主動(dòng)連接采集數(shù)據(jù)的硬件,連接流程如下:1.注冊(cè)broadcastreceiver來獲取藍(lán)牙狀態(tài)、搜索設(shè)備等消息;2.使用blueadatper的搜索;3.在broadcastreceiver的onreceive(里取得搜索所得的藍(lán)牙設(shè)備信息(如名稱,mac,rssi;4.通過設(shè)備的mac地址來建立一個(gè)bluetoot

11、hdevice對(duì)象;5.由bluetoothdevice衍生出bluetoothsocket,準(zhǔn)備socket來讀寫設(shè)備;6.通過bluetoothsocket的createrf commsockettoservicerecord(方法來選擇連接的協(xié)議/服務(wù);7.connect之后(如果還沒配對(duì)則系統(tǒng)自動(dòng)提示,使用bluetoothsocket的getinputstream(和getoutputstream(來讀寫藍(lán)牙設(shè)備。通過以上步驟,android智能終端與硬件設(shè)備建立藍(lán)牙通信,可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。2.2 波形顯示模塊大部分儀器儀表中,對(duì)測試的數(shù)據(jù)采用數(shù)據(jù)和波形的形式在屏幕上顯示出來,故該模塊

12、以數(shù)據(jù)示波器為例,顯示波形用于輔助頻譜觀察,數(shù)據(jù)走勢,提供視覺直觀感受。在android端需將實(shí)際數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為軟件界面的相應(yīng)坐標(biāo)進(jìn)行繪制。首先按顯示量程及縱坐標(biāo)最大采樣點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的比例變化,然后在按照android系統(tǒng)得窗口坐標(biāo)系進(jìn)行相應(yīng)轉(zhuǎn)化,主要代碼如下:實(shí)際電壓值轉(zhuǎn)化為屏幕視口縱坐標(biāo):private floatvoltage2waveform(float voltagereturn (voltage/generaldata.getgdata(.getgrange(+1*(height/2;其中,參數(shù)voltage為實(shí)際電壓值;generaldata.getgdata(.getgrange(為

13、用戶選擇的顯示量程;height為繪圖區(qū)域的高度。視口縱坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為窗口縱坐標(biāo):public float testdata(float real_datareturn height-real_data+1;其中,參數(shù)real_data為視口縱坐標(biāo);height為繪圖區(qū)域的高度。經(jīng)過以上兩步方法,便可將實(shí)際數(shù)據(jù)值轉(zhuǎn)化為android端屏幕的繪制值。android sdk 提供了兩個(gè)可操作canvas(畫布的類:view和surfaceview。利用view的ondraw(方法繪制畫布。在本軟件中程序啟動(dòng)時(shí),即開啟繪圖線程,當(dāng)接受到相應(yīng)數(shù)據(jù)時(shí),折算后的繪制值將被傳入繪圖線程,進(jìn)行實(shí)時(shí)繪制。以下為繪制

14、波形所涉及到的部分代碼:public waveformplotthread(surfaceholder surfaceholder, waveformview view holder = surfaceholder;plot_area = view;public void run(canvas c;while(_run c = null; tryc = holder.lockcanvas(null; synchronized (holder plot_area.plotpoints(c;finallyif(c!=nullholder.unlockcanvasandpost(c;public v

15、oid surfacecreated(surfaceholder holder plot_thread = new waveformplotthread(getholder(,this; plot_thread.setrunning(true; plot_thread.start(;其中,plot_thread為waveformplotthread的對(duì)象。在繪制區(qū)域被創(chuàng)建時(shí)便啟動(dòng)該線程,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)繪制。本函數(shù)使用surfaceview 實(shí)現(xiàn)繪圖,其繪制支持雙緩沖區(qū)技術(shù),繪制圖形的效率更高。使用時(shí),需繼承surfaceview的類,并實(shí)現(xiàn)surfaceholder.callback接口。圖3 數(shù)據(jù)

16、實(shí)時(shí)顯示fig.3 real time display of the data2.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊android采用專門為嵌入式產(chǎn)品而設(shè)計(jì)的輕量級(jí)數(shù)據(jù)庫sqlite。本軟件端將接收到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至移動(dòng)終端的sd卡上。通過sqlitedatabase.openorcreatedatabase方法可以打開已存在的數(shù)據(jù)庫,或創(chuàng)建新的數(shù)據(jù)庫。開啟軟件時(shí),自動(dòng)建立data_monitor.db 數(shù)據(jù)庫文件,每次接受數(shù)據(jù)會(huì)以接收時(shí)間作為表名建表,例如:2012年01月04日23點(diǎn)28分55秒建表,存儲(chǔ)周期為30秒,則表名為: _2012_01_04_23_28_55_30。2.4 查看歷史模塊在軟件界面,點(diǎn)

17、擊“歷史”按鈕,系統(tǒng)將停止接受硬件傳來的數(shù)據(jù),并跳轉(zhuǎn)至“回放”界面,在此界面中點(diǎn)擊“查看歷史”,進(jìn)入查看歷史界面,瀏覽數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)的歷史數(shù)據(jù)文件。點(diǎn)擊相應(yīng)表名,可選擇查看或刪除該表。查看時(shí)可進(jìn)行數(shù)據(jù)回放,顯示頻譜。圖4 查看歷史fig.4 check the record圖5 記錄回放fig.5 record display3 結(jié)論本文給出了使用移動(dòng)終端的顯示及遠(yuǎn)程傳輸功能,與外部硬件配合,能夠簡單的實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)控等功能。移動(dòng)終端在工業(yè)上的應(yīng)用還處于萌芽期,而利用人手必備的移動(dòng)終端,配合簡單的數(shù)據(jù)采集硬件設(shè)備,達(dá)到監(jiān)控儀表的部分功能,便是移動(dòng)終端在工業(yè)應(yīng)用上的良好實(shí)現(xiàn)方式之一。若

18、建立后臺(tái)服務(wù)器的數(shù)據(jù)存儲(chǔ),并進(jìn)行進(jìn)一步改善和維護(hù),那么將推進(jìn)工業(yè)數(shù)據(jù)采集步入云端處理的過程。,參考文獻(xiàn)1 劉正,陳強(qiáng). 基于android的gps應(yīng)用中的研究與開發(fā)j.中國西部科技,2010,9(32:15-16. liu z, chen q. research anddevelopment based on androids gps application j. science and technology of west china,2010,9(32:15-16. (in chinese 2 楊豐盛. android技術(shù)內(nèi)幕m. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2011,07. yang f s. inside the android m. bei jing:machine press,2011,07.3 reto