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系統(tǒng)來監(jiān)測糧倉內的環(huán)境信息，隨著移動終端設備的技術進步和發(fā)展，移動終端設備日益智能化，應用也更加廣泛，使用移動終端設備來監(jiān)測糧倉環(huán)境信息方便快捷，而且移動設備便于攜帶，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 文獻標識碼：A 
　　1 糧情測控系統(tǒng)/智能糧庫系統(tǒng)引言(Introduction) 
　　據統(tǒng)計糧食在倉儲過程中損耗量很大，聯(lián)合國糧農組織的調查顯示，世界上平均每年倉儲糧的損耗占到年產量總量的10%左右，可謂是損耗量驚人，在一些欠發(fā)達的國家和地區(qū)，這一損耗甚至高達30%，究其原因主要是缺乏先進的儲糧技術，再加上管理的缺位，造成儲糧生蟲、霉變、變質[1]。因此提高儲糧技術，加強儲糧管理，減少糧食損耗至關重要，而加強糧倉內儲糧信息的監(jiān)測管理水平有利于提高儲糧質量，減少糧食損耗。 
　　目前，對糧倉內儲糧信息的監(jiān)測主要是桌面應用系統(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，應用也越來越廣泛。但是目前移動終端的應用大多在民用層面，很少涉及工業(yè)生產領域，如將其應用到糧食倉儲的監(jiān)控中勢必推動糧情監(jiān)測的技術進步和倉儲效率。為此，本文結合移動智能終端系統(tǒng)平臺的優(yōu)勢和特點，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) 移動終端特點及應用開發(fā)模式(The characteristics 
　　and application model of terminal) 
　　2.1 移動終端設備特點及優(yōu)勢 
　　從移動終端的運算處理能力來看，其CPU一般是基于ＡＲＭ的微處理器，工作頻率較低，數據處理能力和計算能力不強。針對移動終端運算能力比較弱的特點，移動終端設備應定位為顯示終端，在這里移動終端僅僅作為一種接收和顯示的終端設備，大量的計算，數據處理，存儲都應放在云端，結合云計算技術按需從云端更新和獲取數據。此外移動終端具有強大的I/O能力，通過I/O可以擴展移動終端的應用范圍，根據這一特點，可以連接嵌入式設備，將嵌入式開發(fā)和移動終端應用開發(fā)結合起來。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行控制。但是，它有一個缺點，即缺乏一個良好的人機交互界面，并且無線連接能力也很差。而從另外一個方面來說，移動終端設備則擁有一個良好的人機交互界面(一個超大的觸摸屏)以及強大的無線通信能力，但是，它卻嚴重缺乏讀取和控制各種電子元器件的能力。那么將移動設備和嵌入式設備相連接，能夠克服彼此的不足，擴展移動設備的應用[2]。另外移動設備大的特點在于移動性和便攜性以及強大的通信能力，可以使應用程序突破空間時間的限制。這些特點使得移動終端非常適合應用于糧情測控系統(tǒng)。 
　　2.2 移動終端應用軟件開發(fā)模式 
　　根據移動終端的特點，在糧情測控系統(tǒng)中，移動終端應用軟件的開發(fā)應遵循以下幾種模式：首先移動終端設備應定位于顯示終端，它僅僅是對數據進行展示，各種運算和處理應放到云端來進行，這符合移動終端應用軟件的開發(fā)特點；其次移動終端設備具有移動性、便攜性，硬件方面具有可擴展性，對于應用開發(fā)來講，要充分考慮這些特點，將其融入到物聯(lián)網環(huán)境中，開發(fā)相應的外設；再者在應用軟件的開發(fā)過程中要盡量使用已有的開發(fā)資源，一些大的應用程序供應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；后應用軟件的開發(fā)要注重人機的交互，對于移動設備操作應該方便、便捷，具有人性化，應當具備良好的人機交互界面，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)通過對糧倉內溫度、濕度等各種信息的監(jiān)測，評估出儲糧的儲藏狀況，進而進行糧情預警，確保糧食質量安全[3]。 
　　3.1 糧情測控系統(tǒng)方案 
　　本系統(tǒng)通過在糧倉內的傳感器網絡獲取糧情的狀態(tài)參數，并存儲到云端服務器中，然后通過中繼器將數據傳送到移動終端，移動終端接收到糧情監(jiān)測數據后，將對監(jiān)測到的數據進行全面展示和分析，隨時監(jiān)控糧食的儲藏狀況，并能做出預警，保證儲糧質量。系統(tǒng)物理結構框圖如圖1所示。 
　　圖1 糧情測控系統(tǒng)物理結構框圖 
　　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：智能傳感網絡、云端服務器和中繼傳輸、移動智能終端。 
　　3.2.1 智能傳感器網絡 
　　為了監(jiān)測糧倉內的糧食信息，在糧倉的內部，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，并不能對信息進行處理和傳輸，而智能傳感單元結合了微處理器、傳感器模塊、接口電路、數據存儲模塊、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的功能，為此本系統(tǒng)采用智能傳感單元來監(jiān)測糧倉內的各種信息。在糧倉內部，各個智能傳感單元有機結合構成一個智能傳感網絡，通過這個網絡采集儲糧的各種狀態(tài)信息，并自動將數據上傳到云端服務器，實現(xiàn)儲糧信息的實時采集與監(jiān)測。 
　　3.2.2 云端服務器與傳輸中繼 
　　云端服務器主要負責接收智能傳感器網絡上傳的數據，存儲并對數據進行運算和預處理，生成移動終端所需的數據格式(圖像、文字、表格等)，然后通過傳輸中繼傳送到移動終端進行展示。云端服務器采用云計算和云存儲技術，大量數據的存儲和處理放在云端，減輕了移動終端設備的數據處理壓力和存儲容量限制。 　　傳輸中繼主要負責云端服務器和移動智能終端之間的數據傳輸，移動智能終端通過傳輸中繼向云端服務器請求數據信息，傳輸中繼接收到云端服務器的數據信息后，再將數據按一定格式通過Wi-Fi發(fā)送給移動終端。 
　　3.2.3 移動智能終端 
　　本系統(tǒng)移動終端設備采用基于Android操作系統(tǒng)平臺的移動終端,主要負責與傳輸中繼進行通信，從云端服務器獲取糧情數據，移動終端獲取數據存儲并在觸摸屏上展示，并通過數據分析和處理，對糧倉內的儲糧狀態(tài)進行監(jiān)控和預警。 
　　4 糧情測控系統(tǒng)/智能糧庫系統(tǒng) 糧情測控終端應用開發(fā)與實現(xiàn)(Development and 
　　realization of grain monitoring terminal 
　　application) 
　　本文糧情測控系統(tǒng)的終端設備采用Android系統(tǒng)平臺的移動智能終端。糧情測控應用程序運行在智能終端設備上，其主要作用是無線下載數據、本機存儲數據、解析數據、分析和處理數據。 
　　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用程序設計在Windows XP操作系統(tǒng)環(huán)境下進行，移動終端采用Android系統(tǒng)平臺的設備。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 糧情測控終端應用程序功能結構 
　　糧情測控終端應用程序實現(xiàn)三大系統(tǒng)功能：數據采集系統(tǒng)，數據顯示系統(tǒng)，糧情預警系統(tǒng)。詳細的功能結構框圖如圖2所示。 
　　圖2 終端應用程序功能框圖 
　　Fig.2 The terminal application functional block 
　　diagram 
　　4.3 糧情測控終端應用詳細設計 
　　4.3.1 終端應用用戶界面 
　　應用程序的用戶界面是人機交互的主要途徑，良好的界面設計可以提高用戶的操作體驗，充分體現(xiàn)應用軟件的特點。Android應用開發(fā)產生界面有三種方式：XML配置生成；用戶界面接口生成；代碼生成。本系統(tǒng)應用的設計采用MVC框架模式，將界面的設計和程序邏輯設計相分離，界面設計通過在XML中定義完成。 
　　系統(tǒng)運行時首先進入歡迎界面，之后進入功能選擇主界面。界面的布局通過在android資源res/layout目錄中定義的“xml”文件來進行設置。功能選擇界面真機運行效果如圖3所示。 
　　圖3 功能選擇界面顯示 
　　Fig.3 The function selection interface display 
　　4.3.2 數據采集系統(tǒng) 
　　數據采集系統(tǒng)主要負責獲取云端服務器的糧情數據并對數據進行解析和分類，并存儲在移動終端的SD卡中實現(xiàn)本地化存儲，以便數據顯示系統(tǒng)能夠正確識別和顯示。數據采集系統(tǒng)主要實現(xiàn)以下兩種功能： 
　　(1)數據下載與存儲 
　　Android應用開發(fā)支持HTTP(超文本傳輸協(xié)議)，提供了兩種通信接口：①標準java接口(java.net),實現(xiàn)基于URL的請求響應。②Apache接口(org.apache.http),Apache提供一套接口，功能強大和復雜。本系統(tǒng)采用標準java接口作為通信接口，通過HttpURLConnection類接收來自云端服務器的網絡數據。HttpURLConnection類繼承自URLConnection類,屬于抽象類，通過get請求獲取數據流，并將數據流寫到SD卡的相應文件中，完成數據的下載與存儲任務[5]。 
　　(2)數據解析和分類 
　　對于服務器端返回的數據，移動客戶端需要能夠解析出具體的含義，這就需要服務器端和客戶端具有統(tǒng)一的數據格式。本系統(tǒng)采用XML作為實際開發(fā)中所用的數據格式。XML(可擴展標記語言)是一種可以用來創(chuàng)建自己專屬的標記語言，側重于結構化的描述信息。XML文件存儲了數據信息，通過數據解析，客戶端可以知道數據的具體含義。本系統(tǒng)的XML文件解析采用API SAX(Simple API for XML)接口，使用SAX解析器進行分類解析[4]。 
　　4.3.3 數據顯示系統(tǒng) 
　　(1)糧情基本信息顯示 
　　糧情基本信息模塊主要負責識別監(jiān)測到的各個糧倉的糧情信息并以一定的數據格式在終端設備界面顯示出來。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、糧倉通風方式、倉內外溫度、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，是一款圖形數據引擎，支持常用的各種圖表，像是柱狀圖、曲線圖、餅圖等。使用圖形數據引擎能夠快速開發(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引擎進行開發(fā)，對于監(jiān)控數據或者統(tǒng)計數據，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將糧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糧倉內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 
　　糧倉內部存儲了大量的糧食，在糧堆的內部溫度分布并不均勻，通過在糧堆內部層層布置傳感器節(jié)點可以監(jiān)控糧堆內部的溫度情況。 
　　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、列進行劃分，并顯示所對應層、行、列的溫度云圖。溫度云圖是溫度傳感器節(jié)點的溫度值按照顏色深淺(溫度從低到高對應顏色從藍到紅)構成的溫度分布圖。糧堆是用三維立體進行模擬，技術上是采用Android應用開發(fā)的OpenGL ES2.0三維圖形API來進行3D場景渲染[6]，如圖6所示。圖中左側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 糧情預警系統(tǒng) 
　　本文的糧情測控系統(tǒng)主要用于監(jiān)測糧倉內儲糧的存儲狀況，及時對儲糧狀態(tài)做分析和判斷。因此，預警系統(tǒng)就是通過分析接收到的糧情監(jiān)測數據，對儲糧狀態(tài)進行評定，進而指導用戶根據預警信息調整糧倉內的環(huán)境狀態(tài)，保障儲糧質量。糧情預警系統(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)測數據后，依據預先設定好的評判標準和范圍，將對數據進行對比、分析和處理，通過一定算法得出評判和處理結果。 
　　(2)糧情預警提示 
　　糧情的預警主要監(jiān)控糧倉內部和糧堆內部的溫度、濕度，以及糧倉的通風狀況。預警系統(tǒng)通過檢測到的溫度、濕度等糧情信息，對當前糧倉內的環(huán)境信息進行綜合評判和處理，做出預警提示。 
　　(3)糧食儲藏狀態(tài)顯示 
　　通過對糧情監(jiān)測數據的綜合評判和處理，根據預先規(guī)定的評價標準，可將儲糧狀態(tài)分為：儲藏品質優(yōu)良、儲藏良好、儲糧品質受損、儲糧變質四個等級，應用程序分析處理得出結論后，將當前的儲糧狀態(tài)顯示到用戶界面上，做出預警提示。 
　　5 糧情測控系統(tǒng)/智能糧庫系統(tǒng) 結論(Conclusion) 
　　本文總結了移動智能終端應用的開發(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)應用，開發(fā)結果表明，移動終端設備應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。 
　　參考文獻(References) 
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　　[2] Simon Monk[美],著,唐樂,譯.Arduino+android互動智作[M]. 
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　　[3] 國家糧食局糧食行政管理司.儲糧新技術教程[M].北京:中國 
　　商業(yè)出版社,2001:39-108. 
　　[4] 李興華.Android開發(fā)實戰(zhàn)經典[M].北京:清華大學出版社, 
　　2012:12-27,257-282. 
　　[5] 段弘,唐雪飛.Android系統(tǒng)結構及應用編程[M].北京:清華大 
　　學出版社,2013:189-198. 
　　
　　
　　作者簡介： 
　　王 犇(1985-),男,碩士研究生.研究領域：物聯(lián)網及移動終端 
　　設備應用. 
　　肖 樂(1972-),男,副教授,碩士生導師.研究領域：智能優(yōu) 
　　化、數據可視化.

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