摘  要： 基于Android智能操作系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)，以移動(dòng)通信網(wǎng)為載體，利用短信方式和GPRS方式實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)客戶端信息采集與傳輸、進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理等功能的物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線測(cè)控系統(tǒng)。用戶通過(guò)Android設(shè)備終端，可以隨時(shí)隨地查看環(huán)境數(shù)據(jù)并進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)與控制，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)嵌入式的無(wú)線測(cè)控功能。
關(guān)鍵詞： Android OS；GPRS；SMS；物聯(lián)網(wǎng)；無(wú)線測(cè)控

　目前無(wú)線通信處于3G/4G時(shí)代，中國(guó)移動(dòng)GPRS業(yè)務(wù)全面投入運(yùn)營(yíng)，無(wú)線數(shù)據(jù)通信的發(fā)展和應(yīng)用向著愈來(lái)愈廣泛和深入的領(lǐng)域發(fā)展[1]。遠(yuǎn)程測(cè)控技術(shù)并不是一項(xiàng)新的技術(shù)，然而由于移動(dòng)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(jī)的迅速發(fā)展，Android操作系統(tǒng)作為最流行的操作平臺(tái)，充分利用無(wú)線通信的現(xiàn)有資源，開(kāi)展遠(yuǎn)程物聯(lián)控制是遠(yuǎn)程控制充滿活力的發(fā)展方向，網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制技術(shù)也是物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的基本方向之一[2]。
　本系統(tǒng)是基于Android操作系統(tǒng)平臺(tái)，將傳統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制技術(shù)向基于無(wú)線通信網(wǎng)的移動(dòng)終端設(shè)備的方向轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)了一種為移動(dòng)客戶端提供遠(yuǎn)程無(wú)線測(cè)控的方案。該方案能夠?qū)h(yuǎn)程數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，提高工作效率，也增加了遠(yuǎn)程控制的靈活性。
1 Android操作系統(tǒng)平臺(tái)
　Android操作系統(tǒng)是谷歌發(fā)布基于Linux平臺(tái)的開(kāi)源手機(jī)操作系統(tǒng)。該平臺(tái)由操作系統(tǒng)、中間件、用戶界面和應(yīng)用軟件組成，是首個(gè)為移動(dòng)終端打造的真正開(kāi)放移動(dòng)軟件，其開(kāi)放的平臺(tái)允許任何人在終端設(shè)備上開(kāi)發(fā)[3]。Android所包含的功能如下：
?。?）APPLICATIONS（應(yīng)用程序?qū)樱篈ndroid裝配了一個(gè)核心應(yīng)用集合，包括短信、日歷、地圖、通信錄等。所有應(yīng)用程序都是用Java語(yǔ)言編寫的。
?。?）APPLICATION FRAMEWORK（應(yīng)用程序框架層）：Android具有強(qiáng)大的應(yīng)用層API和豐富的傳感器功能，所有的應(yīng)用程序其實(shí)是一組服務(wù)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(dòng)管理器（Activity Manager）。
?。?）LIBRARIES（庫(kù)）：Android包含一個(gè)C/C++庫(kù)的集合，用來(lái)提供給Android系統(tǒng)多種組件使用，這些功能通過(guò)Android的應(yīng)用程序框架來(lái)提供給開(kāi)發(fā)者。
　（4）ANDROID RUNTIME（Android運(yùn)行時(shí)）：Android包含一個(gè)核心庫(kù)的集合，提供大部分在Java編程語(yǔ)言核心類庫(kù)中可用的功能。每一個(gè)Android應(yīng)用程序是Dalvik虛擬機(jī)中的實(shí)例，運(yùn)行在自己的進(jìn)程中。
?。?）LINUX KERNEL（Linux內(nèi)核）：Android基于Linux2.6提供核心系統(tǒng)服務(wù)，例如安全、內(nèi)存管理、進(jìn)程管理、網(wǎng)絡(luò)堆棧、驅(qū)動(dòng)模型等。作為硬件和軟件之間的抽象層，它隱藏具體硬件細(xì)節(jié)而為上層提供統(tǒng)一的服務(wù)[4]。
2 硬件平臺(tái)
　該物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線測(cè)控系統(tǒng)的硬件平臺(tái)主要由STC12C5A60S2單片機(jī)、WISMO228無(wú)線通信模塊、I/O測(cè)控接口、本地串行通信接口等資源組成。硬件總體框架設(shè)計(jì)如圖1所示。

　微控制器選用8 bit STC12C5A60S2系列單片機(jī)，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(jí)無(wú)線通信模塊WISMO228，可直接由單片機(jī)串行口連接并通過(guò)AT命令控制等特性，能很好地適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)對(duì)遠(yuǎn)程測(cè)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(wú)線網(wǎng)絡(luò)的通信、控制I/O設(shè)備等。
3 終端應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)
3.1 系統(tǒng)方案
?。?）系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境：本系統(tǒng)使用Android 應(yīng)用開(kāi)發(fā)工具和API 接口，基于JDK + Eclipse + ADT插件 + SDK的開(kāi)發(fā)環(huán)境。
?。?）系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程：系統(tǒng)通過(guò)Activity管理相應(yīng)功能。首先進(jìn)入LOGO界面，然后跳轉(zhuǎn)到登錄界面，驗(yàn)證成功即可進(jìn)入TabView界面，創(chuàng)建異步任務(wù)，進(jìn)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(shè)計(jì)：系統(tǒng)客戶端軟件主要包括界面模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)模塊和功能控制模塊3個(gè)部分。
3.2 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
3.2.1 UI布局實(shí)現(xiàn)
　Activity是Android的核心類，是一個(gè)用來(lái)提供屏幕與用戶交互的應(yīng)用組件[5]。Activity類通過(guò)onCreat（）方法來(lái)初始化，由setContentView（）方法指定一個(gè)布局（layout）文件，顯示布局文件的內(nèi)容。UI布局實(shí)現(xiàn)如下：
　

?。?）賬戶管理界面
　在Android中，ListView是一個(gè)比較難于使用的控件，一個(gè)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(diǎn)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(zhǎng)度自適應(yīng)顯示。一個(gè)ListView的創(chuàng)建需要3個(gè)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(shè)計(jì)了account_item.xml和account_manager.xml兩個(gè)布局文件，分別用來(lái)實(shí)現(xiàn)ListView中每個(gè)item對(duì)應(yīng)的View和管理賬戶界面AccountManagerActivity對(duì)應(yīng)的布局。本視圖通過(guò)自定義AccountManagerActivity繼承BaseAdapter實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)綁定、accountList與ListView列表項(xiàng)一一對(duì)應(yīng)。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(duì)電視機(jī)的控制功能。當(dāng)設(shè)定的定時(shí)時(shí)間點(diǎn)擊確定按鈕，即開(kāi)始對(duì)電視機(jī)進(jìn)行開(kāi)機(jī)或關(guān)機(jī)操作；獲取控制器的響應(yīng)信息，顯示定時(shí)完成狀態(tài)；在獲取控制器響應(yīng)信息之前，顯示正在定時(shí)狀態(tài)（如控制器2對(duì)冰箱的啟動(dòng)或關(guān)閉狀態(tài)控制）。
3.2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)
　本系統(tǒng)在使用過(guò)程中會(huì)頻繁對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，而對(duì)存儲(chǔ)卡文件進(jìn)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(kù)機(jī)制[10]。但數(shù)據(jù)庫(kù)并不能自身進(jìn)行操作，只有通過(guò)一個(gè)繼承了SQLiteOpenHelper的類對(duì)象調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)進(jìn)行操作。這里定義了一個(gè)DBHelper繼承SQLiteOpenHelper。為了代碼重用，對(duì)賬戶管理操作和終端數(shù)據(jù)操作分別寫了兩個(gè)基類UserInfoServices和RmcsInfoServices來(lái)處理最底層的訪問(wèn)；數(shù)據(jù)庫(kù)里的每一行記錄與UI列表的每一項(xiàng)一一對(duì)應(yīng)。
　根據(jù)需求分析，本系統(tǒng)涉及兩個(gè)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(gè)表分別由UserInfoServices和RmcsInfoServices類管理。在DBHelper類的onCreate方法中通過(guò)執(zhí)行數(shù)據(jù)庫(kù)execSQL方法動(dòng)態(tài)創(chuàng)建這兩個(gè)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(duì)賬戶的增、刪、改、查操作；在RmcsInfoServices中主要封裝對(duì)終端數(shù)據(jù)的相應(yīng)操作。主要采用的數(shù)據(jù)庫(kù)操作方法如下：
?。?）db.insert（table，nullColumnHack，values）向數(shù)據(jù)庫(kù)中插入一條記錄。
?。?）db.delete（table，whereClause，whereArgs）從數(shù)據(jù)庫(kù)中刪除一條記錄。
?。?）db.update（table，values，whereClause，whereArgs）更新數(shù)據(jù)庫(kù)中的一條記錄。
?。?）db.query（table，columns，selection，selectionArgs， groupBy，having，orderBy） 在數(shù)據(jù)庫(kù)中　查詢一條記錄，該方法返回的是一個(gè)Cursor對(duì)象。
3.2.3 GPRS通信模塊設(shè)計(jì)
　物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線測(cè)控系統(tǒng)的嵌入式微控制器與本地電器終端設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，以獲得電器設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，通過(guò)GPRS模塊發(fā)送到GPRS網(wǎng)絡(luò)中。手機(jī)終端的GPRS接收模塊可以接收經(jīng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳遞進(jìn)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，同時(shí)還可以由GPRS發(fā)送模塊將封裝后的測(cè)控?cái)?shù)據(jù)傳送到終端設(shè)備，從而在物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)上對(duì)電器終端設(shè)備的開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)定時(shí)、排除異常、報(bào)警等監(jiān)控功能。
具體設(shè)計(jì)如下：
?。?）首先判斷是否接入網(wǎng)絡(luò)。在Android手機(jī)中可以通過(guò)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(luò)連接是否有效，如果為true，則表示當(dāng)前Android手機(jī)已經(jīng)聯(lián)網(wǎng)；為false則表示沒(méi)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(guò)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(tái)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)的Java接口。步驟如下：創(chuàng)建URL以及URLConnection/HttpURLConnection對(duì)象，設(shè)置連接參數(shù)，連接到服務(wù)器，向服務(wù)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(shè)計(jì)
?。?）Android SDK提供了用于直接發(fā)送短信的SmsManager類[11]。通過(guò)sendTextMessage方法可以指定目標(biāo)電話號(hào)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(huì)發(fā)一個(gè)廣播。因此，這里定義SMSReceiver繼承廣播接收器BroadcastReceiver，重寫onReceive（）方法，用來(lái)監(jiān)聽(tīng)手機(jī)接收到的短信。此時(shí)要在AndroidManifest.xml文件中定義這個(gè)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(shè)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(cè)試與結(jié)論
　應(yīng)用程序設(shè)計(jì)完成后，就可以在Android SDK提供的AVD虛擬機(jī)上成功運(yùn)行，并且在基于Android平臺(tái)的移動(dòng)終端上測(cè)試運(yùn)行。本測(cè)試環(huán)境下使用的移動(dòng)終端采用華為C8650，該機(jī)型采用Android2.3.3系統(tǒng)版本。
將完成的應(yīng)用程序中的RMCSoftware.apk文件安裝在手機(jī)中，即可運(yùn)行程序。經(jīng)多次測(cè)試，手機(jī)客戶端能夠通過(guò)GPRS模塊和SMS模塊分別檢測(cè)和控制終端設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并能夠正確地發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝和處理，可在較短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的定時(shí)、排除異常等功能，應(yīng)用程序運(yùn)行良好，滿足了無(wú)線測(cè)控系統(tǒng)的功能需求。
參考文獻(xiàn)
[1] 王瑩.物聯(lián)網(wǎng)為嵌入式帶來(lái)的機(jī)遇[J].電子產(chǎn)品世界，2010（5）.
[2] 劉強(qiáng)，崔莉，陳海明，等.物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)科學(xué).2010（6）.
[3] 裴佳迪，馬超，孫仁貴，等.Google Android應(yīng)用開(kāi)發(fā)全程實(shí)錄[M].北京：人民郵電出版社，2012.
[4] 姚昱旻，劉衛(wèi)國(guó).Android的框架與應(yīng)用開(kāi)發(fā)研究[J].計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，2008（11）.
[5] 孟小華，陳傳凱.Android平臺(tái)手機(jī)來(lái)電及短信防火墻關(guān)鍵技術(shù)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(tái)的應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)與研究[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2009（28）.
[7] 趙亮，張維.基于Android技術(shù)的界面設(shè)計(jì)與研究[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2009（29）.
[8] 韓超，梁泉.Android系統(tǒng)原理及開(kāi)發(fā)要點(diǎn)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(jī)的遠(yuǎn)程訪問(wèn)和控制系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)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(yīng)用研究[J].計(jì)算機(jī)光盤軟件與應(yīng)用，2011（11）：191-183.