基于移動智能終端的糧情測控系統(tǒng)

糧情測控系統(tǒng)/智能糧庫系統(tǒng) 摘 要：傳統(tǒng)的糧食倉儲一般采用桌面計算機(jī)系統(tǒng)來監(jiān)測糧倉內(nèi)的環(huán)境信息，隨著移動終端設(shè)備的技術(shù)進(jìn)步和發(fā)展，移動終端設(shè)備日益智能化，應(yīng)用也更加廣泛，使用移動終端設(shè)備來監(jiān)測糧倉環(huán)境信息方便快捷，而且移動設(shè)備便于攜帶，移動性好，能夠突破地域的限制，實現(xiàn)隨時隨地的糧倉信息監(jiān)測。為此本文采用Android系統(tǒng)平臺的移動智能終端來實現(xiàn)一種對糧倉儲糧信息的監(jiān)測控制。 

　　關(guān)鍵詞：糧情測控；移動終端；Android系統(tǒng)。糧情測控系統(tǒng)/智能糧庫系統(tǒng)
　　中圖分類號：TP319 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 
　　1 糧情測控系統(tǒng)/智能糧庫系統(tǒng)引言(Introduction) 
　　據(jù)統(tǒng)計糧食在倉儲過程中損耗量很大，聯(lián)合國糧農(nóng)組織的調(diào)查顯示，世界上平均每年倉儲糧的損耗占到年產(chǎn)量總量的10%左右，可謂是損耗量驚人，在一些欠發(fā)達(dá)的國家和地區(qū)，這一損耗甚至高達(dá)30%，究其原因主要是缺乏先進(jìn)的儲糧技術(shù)，再加上管理的缺位，造成儲糧生蟲、霉變、變質(zhì)[1]。因此提高儲糧技術(shù)，加強(qiáng)儲糧管理，減少糧食損耗至關(guān)重要，而加強(qiáng)糧倉內(nèi)儲糧信息的監(jiān)測管理水平有利于提高儲糧質(zhì)量，減少糧食損耗。 
　　目前，對糧倉內(nèi)儲糧信息的監(jiān)測主要是桌面應(yīng)用系統(tǒng)，成本高。隨著科技的發(fā)展，移動終端所傳遞的速率越來越快，應(yīng)用也越來越廣泛。但是目前移動終端的應(yīng)用大多在民用層面，很少涉及工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，如將其應(yīng)用到糧食倉儲的監(jiān)控中勢必推動糧情監(jiān)測的技術(shù)進(jìn)步和倉儲效率。為此，本文結(jié)合移動智能終端系統(tǒng)平臺的優(yōu)勢和特點(diǎn)，探索并實現(xiàn)一種基于移動智能終端的糧情測控系統(tǒng)。 
　　2 糧情測控系統(tǒng)/智能糧庫系統(tǒng) 移動終端特點(diǎn)及應(yīng)用開發(fā)模式(The characteristics 
　　and application model of terminal) 
　　2.1 移動終端設(shè)備特點(diǎn)及優(yōu)勢 
　　從移動終端的運(yùn)算處理能力來看，其CPU一般是基于ＡＲＭ的微處理器，工作頻率較低，數(shù)據(jù)處理能力和計算能力不強(qiáng)。針對移動終端運(yùn)算能力比較弱的特點(diǎn)，移動終端設(shè)備應(yīng)定位為顯示終端，在這里移動終端僅僅作為一種接收和顯示的終端設(shè)備，大量的計算，數(shù)據(jù)處理，存儲都應(yīng)放在云端，結(jié)合云計算技術(shù)按需從云端更新和獲取數(shù)據(jù)。此外移動終端具有強(qiáng)大的I/O能力，通過I/O可以擴(kuò)展移動終端的應(yīng)用范圍，根據(jù)這一特點(diǎn)，可以連接嵌入式設(shè)備，將嵌入式開發(fā)和移動終端應(yīng)用開發(fā)結(jié)合起來。一般來講嵌入式系統(tǒng)能夠與大量的電子元器件連接并對其進(jìn)行控制。但是，它有一個缺點(diǎn)，即缺乏一個良好的人機(jī)交互界面，并且無線連接能力也很差。而從另外一個方面來說，移動終端設(shè)備則擁有一個良好的人機(jī)交互界面(一個超大的觸摸屏)以及強(qiáng)大的無線通信能力，但是，它卻嚴(yán)重缺乏讀取和控制各種電子元器件的能力。那么將移動設(shè)備和嵌入式設(shè)備相連接，能夠克服彼此的不足，擴(kuò)展移動設(shè)備的應(yīng)用[2]。另外移動設(shè)備大的特點(diǎn)在于移動性和便攜性以及強(qiáng)大的通信能力，可以使應(yīng)用程序突破空間時間的限制。這些特點(diǎn)使得移動終端非常適合應(yīng)用于糧情測控系統(tǒng)。 
　　2.2 移動終端應(yīng)用軟件開發(fā)模式 
　　根據(jù)移動終端的特點(diǎn)，在糧情測控系統(tǒng)中，移動終端應(yīng)用軟件的開發(fā)應(yīng)遵循以下幾種模式：首先移動終端設(shè)備應(yīng)定位于顯示終端，它僅僅是對數(shù)據(jù)進(jìn)行展示，各種運(yùn)算和處理應(yīng)放到云端來進(jìn)行，這符合移動終端應(yīng)用軟件的開發(fā)特點(diǎn)；其次移動終端設(shè)備具有移動性、便攜性，硬件方面具有可擴(kuò)展性，對于應(yīng)用開發(fā)來講，要充分考慮這些特點(diǎn)，將其融入到物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中，開發(fā)相應(yīng)的外設(shè)；再者在應(yīng)用軟件的開發(fā)過程中要盡量使用已有的開發(fā)資源，一些大的應(yīng)用程序供應(yīng)商能夠提供一些封裝好的功能模塊，像是物理引擎等，有效利用這些資源可以提高開發(fā)的效率，降低開發(fā)的難度；后應(yīng)用軟件的開發(fā)要注重人機(jī)的交互，對于移動設(shè)備操作應(yīng)該方便、便捷，具有人性化，應(yīng)當(dāng)具備良好的人機(jī)交互界面，使之成為用戶和系統(tǒng)之間有效溝通的橋梁，實現(xiàn)良好的軟件應(yīng)用體驗。 
　　3 糧情測控系統(tǒng)/智能糧庫系統(tǒng) 糧情測控系統(tǒng)總體方案(General design of grain 
　　monitoring system) 
　　糧情測控系統(tǒng)通過對糧倉內(nèi)溫度、濕度等各種信息的監(jiān)測，評估出儲糧的儲藏狀況，進(jìn)而進(jìn)行糧情預(yù)警，確保糧食質(zhì)量安全[3]。 
　　3.1 糧情測控系統(tǒng)方案 
　　本系統(tǒng)通過在糧倉內(nèi)的傳感器網(wǎng)絡(luò)獲取糧情的狀態(tài)參數(shù)，并存儲到云端服務(wù)器中，然后通過中繼器將數(shù)據(jù)傳送到移動終端，移動終端接收到糧情監(jiān)測數(shù)據(jù)后，將對監(jiān)測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行全面展示和分析，隨時監(jiān)控糧食的儲藏狀況，并能做出預(yù)警，保證儲糧質(zhì)量。系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。 
　　圖1 糧情測控系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)框圖 
　　Fig.1 Grain monitoring system physical structure 
　　diagram 
　　3.2 糧情測控系統(tǒng)組成 
　　本文提出的糧情測控系統(tǒng)主要有三個部分組成：智能傳感網(wǎng)絡(luò)、云端服務(wù)器和中繼傳輸、移動智能終端。 
　　3.2.1 智能傳感器網(wǎng)絡(luò) 
　　為了監(jiān)測糧倉內(nèi)的糧食信息，在糧倉的內(nèi)部，布置了眾多的傳感器，有溫度傳感器、濕度傳感器等，通過這些傳感器可以實時感知儲糧的各種狀態(tài)信息。傳統(tǒng)的傳感器只能監(jiān)測感受到的信息，并不能對信息進(jìn)行處理和傳輸，而智能傳感單元結(jié)合了微處理器、傳感器模塊、接口電路、數(shù)據(jù)存儲模塊、無線通信模塊、電源模塊等部分，具有智能感知、智能信息處理與傳輸?shù)墓δ?，為此本系統(tǒng)采用智能傳感單元來監(jiān)測糧倉內(nèi)的各種信息。在糧倉內(nèi)部，各個智能傳感單元有機(jī)結(jié)合構(gòu)成一個智能傳感網(wǎng)絡(luò)，通過這個網(wǎng)絡(luò)采集儲糧的各種狀態(tài)信息，并自動將數(shù)據(jù)上傳到云端服務(wù)器，實現(xiàn)儲糧信息的實時采集與監(jiān)測。 
　　3.2.2 云端服務(wù)器與傳輸中繼 
　　云端服務(wù)器主要負(fù)責(zé)接收智能傳感器網(wǎng)絡(luò)上傳的數(shù)據(jù)，存儲并對數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算和預(yù)處理，生成移動終端所需的數(shù)據(jù)格式(圖像、文字、表格等)，然后通過傳輸中繼傳送到移動終端進(jìn)行展示。云端服務(wù)器采用云計算和云存儲技術(shù)，大量數(shù)據(jù)的存儲和處理放在云端，減輕了移動終端設(shè)備的數(shù)據(jù)處理壓力和存儲容量限制。 　　傳輸中繼主要負(fù)責(zé)云端服務(wù)器和移動智能終端之間的數(shù)據(jù)傳輸，移動智能終端通過傳輸中繼向云端服務(wù)器請求數(shù)據(jù)信息，傳輸中繼接收到云端服務(wù)器的數(shù)據(jù)信息后，再將數(shù)據(jù)按一定格式通過Wi-Fi發(fā)送給移動終端。 
　　3.2.3 移動智能終端 
　　本系統(tǒng)移動終端設(shè)備采用基于Android操作系統(tǒng)平臺的移動終端,主要負(fù)責(zé)與傳輸中繼進(jìn)行通信，從云端服務(wù)器獲取糧情數(shù)據(jù)，移動終端獲取數(shù)據(jù)存儲并在觸摸屏上展示，并通過數(shù)據(jù)分析和處理，對糧倉內(nèi)的儲糧狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和預(yù)警。 
　　4 糧情測控系統(tǒng)/智能糧庫系統(tǒng) 糧情測控終端應(yīng)用開發(fā)與實現(xiàn)(Development and 
　　realization of grain monitoring terminal 
　　application) 
　　本文糧情測控系統(tǒng)的終端設(shè)備采用Android系統(tǒng)平臺的移動智能終端。糧情測控應(yīng)用程序運(yùn)行在智能終端設(shè)備上，其主要作用是無線下載數(shù)據(jù)、本機(jī)存儲數(shù)據(jù)、解析數(shù)據(jù)、分析和處理數(shù)據(jù)。 
　　4.1 Android平臺移動終端開發(fā)環(huán)境 
　　本文的糧情測控終端應(yīng)用程序設(shè)計在Windows XP操作系統(tǒng)環(huán)境下進(jìn)行，移動終端采用Android系統(tǒng)平臺的設(shè)備。搭建開發(fā)環(huán)境需要安裝和配置以下開發(fā)工具[4]：JDK、java開發(fā)工具包；Eclipse,java語言開發(fā)環(huán)境；ADT、Eclipse的Android開發(fā)插件；Android SDK、Android專屬軟件開發(fā)包。 
　　4.2 糧情測控終端應(yīng)用程序功能結(jié)構(gòu) 
　　糧情測控終端應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)三大系統(tǒng)功能：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)，糧情預(yù)警系統(tǒng)。詳細(xì)的功能結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。 
　　圖2 終端應(yīng)用程序功能框圖 
　　Fig.2 The terminal application functional block 
　　diagram 
　　4.3 糧情測控終端應(yīng)用詳細(xì)設(shè)計 
　　4.3.1 終端應(yīng)用用戶界面 
　　應(yīng)用程序的用戶界面是人機(jī)交互的主要途徑，良好的界面設(shè)計可以提高用戶的操作體驗，充分體現(xiàn)應(yīng)用軟件的特點(diǎn)。Android應(yīng)用開發(fā)產(chǎn)生界面有三種方式：XML配置生成；用戶界面接口生成；代碼生成。本系統(tǒng)應(yīng)用的設(shè)計采用MVC框架模式，將界面的設(shè)計和程序邏輯設(shè)計相分離，界面設(shè)計通過在XML中定義完成。 
　　系統(tǒng)運(yùn)行時首先進(jìn)入歡迎界面，之后進(jìn)入功能選擇主界面。界面的布局通過在android資源res/layout目錄中定義的“xml”文件來進(jìn)行設(shè)置。功能選擇界面真機(jī)運(yùn)行效果如圖3所示。 
　　圖3 功能選擇界面顯示 
　　Fig.3 The function selection interface display 
　　4.3.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 
　　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)獲取云端服務(wù)器的糧情數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進(jìn)行解析和分類，并存儲在移動終端的SD卡中實現(xiàn)本地化存儲，以便數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)能夠正確識別和顯示。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要實現(xiàn)以下兩種功能： 
　　(1)數(shù)據(jù)下載與存儲 
　　Android應(yīng)用開發(fā)支持HTTP(超文本傳輸協(xié)議)，提供了兩種通信接口：①標(biāo)準(zhǔn)java接口(java.net),實現(xiàn)基于URL的請求響應(yīng)。②Apache接口(org.apache.http),Apache提供一套接口，功能強(qiáng)大和復(fù)雜。本系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)java接口作為通信接口，通過HttpURLConnection類接收來自云端服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。HttpURLConnection類繼承自URLConnection類,屬于抽象類，通過get請求獲取數(shù)據(jù)流，并將數(shù)據(jù)流寫到SD卡的相應(yīng)文件中，完成數(shù)據(jù)的下載與存儲任務(wù)[5]。 
　　(2)數(shù)據(jù)解析和分類 
　　對于服務(wù)器端返回的數(shù)據(jù)，移動客戶端需要能夠解析出具體的含義，這就需要服務(wù)器端和客戶端具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式。本系統(tǒng)采用XML作為實際開發(fā)中所用的數(shù)據(jù)格式。XML(可擴(kuò)展標(biāo)記語言)是一種可以用來創(chuàng)建自己專屬的標(biāo)記語言，側(cè)重于結(jié)構(gòu)化的描述信息。XML文件存儲了數(shù)據(jù)信息，通過數(shù)據(jù)解析，客戶端可以知道數(shù)據(jù)的具體含義。本系統(tǒng)的XML文件解析采用API SAX(Simple API for XML)接口，使用SAX解析器進(jìn)行分類解析[4]。 
　　4.3.3 數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng) 
　　(1)糧情基本信息顯示 
　　糧情基本信息模塊主要負(fù)責(zé)識別監(jiān)測到的各個糧倉的糧情信息并以一定的數(shù)據(jù)格式在終端設(shè)備界面顯示出來。顯示的基本信息主要包括糧倉號、倉容、倉形、儲糧種類、儲糧等級、糧倉通風(fēng)方式、倉內(nèi)外溫度、濕度、倉庫管理員等信息，如圖4所示。 
　　圖4 糧情基本信息界面顯示 
　　Fig.4 The grain basic information interface display 
　　(2)糧情圖表信息顯示 
　　AChartEngine[7]是Android平臺的圖形庫，是一款圖形數(shù)據(jù)引擎，支持常用的各種圖表，像是柱狀圖、曲線圖、餅圖等。使用圖形數(shù)據(jù)引擎能夠快速開發(fā)出各種圖表，縮短開發(fā)周期，提高開發(fā)效率。 
　　本系統(tǒng)的圖表信息顯示采用AChartEngine引擎進(jìn)行開發(fā)，對于監(jiān)控數(shù)據(jù)或者統(tǒng)計數(shù)據(jù)，圖表顯示為直觀、清晰，而AChartEngine圖形引擎能夠方便實現(xiàn)、美觀、多樣化的圖表。 
　　圖表信息顯示模塊能夠?qū)⒓Z情信息以各種專題圖的方式展示出來，更加直觀，便于用戶掌控糧倉內(nèi)環(huán)境信息的變化。顯示的專題圖包括：溫度曲線圖，濕度曲線圖，溫度曲線對比圖，柱狀統(tǒng)計圖，餅狀圖，組合圖等。下圖展示的是一段時間內(nèi)糧倉內(nèi)外溫濕度變化的曲線圖，如圖5所示。 
　　圖5 溫度濕度曲線圖 
　　Fig.5 Temperature and humidity curve graph 　　(3)糧堆溫度云圖顯示 
　　糧倉內(nèi)部存儲了大量的糧食，在糧堆的內(nèi)部溫度分布并不均勻，通過在糧堆內(nèi)部層層布置傳感器節(jié)點(diǎn)可以監(jiān)控糧堆內(nèi)部的溫度情況。 
　　本系統(tǒng)用三維立體圖形模擬糧堆的形態(tài)，并能對糧堆按層、行、列進(jìn)行劃分，并顯示所對應(yīng)層、行、列的溫度云圖。溫度云圖是溫度傳感器節(jié)點(diǎn)的溫度值按照顏色深淺(溫度從低到高對應(yīng)顏色從藍(lán)到紅)構(gòu)成的溫度分布圖。糧堆是用三維立體進(jìn)行模擬，技術(shù)上是采用Android應(yīng)用開發(fā)的OpenGL ES2.0三維圖形API來進(jìn)行3D場景渲染[6]，如圖6所示。圖中左側(cè)顯示的是三維模擬糧堆，按層分為四層，觸控某一層次，在屏幕右邊即顯示出當(dāng)前層的溫度云圖。 
　　圖6 糧堆溫度云圖顯示效果 
　　Fig.6 The heap of grain temperature nephogram 
　　display 
　　4.3.4 糧情預(yù)警系統(tǒng) 
　　本文的糧情測控系統(tǒng)主要用于監(jiān)測糧倉內(nèi)儲糧的存儲狀況，及時對儲糧狀態(tài)做分析和判斷。因此，預(yù)警系統(tǒng)就是通過分析接收到的糧情監(jiān)測數(shù)據(jù)，對儲糧狀態(tài)進(jìn)行評定，進(jìn)而指導(dǎo)用戶根據(jù)預(yù)警信息調(diào)整糧倉內(nèi)的環(huán)境狀態(tài)，保障儲糧質(zhì)量。糧情預(yù)警系統(tǒng)主要實現(xiàn)下面三個功能： 
　　(1)綜合評判和處理 
　　系統(tǒng)獲取糧情的監(jiān)測數(shù)據(jù)后，依據(jù)預(yù)先設(shè)定好的評判標(biāo)準(zhǔn)和范圍，將對數(shù)據(jù)進(jìn)行對比、分析和處理，通過一定算法得出評判和處理結(jié)果。 
　　(2)糧情預(yù)警提示 
　　糧情的預(yù)警主要監(jiān)控糧倉內(nèi)部和糧堆內(nèi)部的溫度、濕度，以及糧倉的通風(fēng)狀況。預(yù)警系統(tǒng)通過檢測到的溫度、濕度等糧情信息，對當(dāng)前糧倉內(nèi)的環(huán)境信息進(jìn)行綜合評判和處理，做出預(yù)警提示。 
　　(3)糧食儲藏狀態(tài)顯示 
　　通過對糧情監(jiān)測數(shù)據(jù)的綜合評判和處理，根據(jù)預(yù)先規(guī)定的評價標(biāo)準(zhǔn)，可將儲糧狀態(tài)分為：儲藏品質(zhì)優(yōu)良、儲藏良好、儲糧品質(zhì)受損、儲糧變質(zhì)四個等級，應(yīng)用程序分析處理得出結(jié)論后，將當(dāng)前的儲糧狀態(tài)顯示到用戶界面上，做出預(yù)警提示。 
　　5 糧情測控系統(tǒng)/智能糧庫系統(tǒng) 結(jié)論(Conclusion) 
　　本文總結(jié)了移動智能終端應(yīng)用的開發(fā)模式，實現(xiàn)了基于Android系統(tǒng)移動終端的糧情測控系統(tǒng)應(yīng)用，開發(fā)結(jié)果表明，移動終端設(shè)備應(yīng)用于糧情測控是可行的，有利于推動糧食倉儲的信息化管理。 
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　　作者簡介： 
　　王 犇(1985-),男,碩士研究生.研究領(lǐng)域：物聯(lián)網(wǎng)及移動終端 
　　設(shè)備應(yīng)用. 
　　肖 樂(1972-),男,副教授,碩士生導(dǎo)師.研究領(lǐng)域：智能優(yōu) 
　　化、數(shù)據(jù)可視化.

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