基于ZigBee網絡的Android平臺糧情移動監(jiān)測系統

江世根++王鋒

摘 要：針對傳統糧情監(jiān)測系統布線復雜、移動性差的問題，設計一種基于ZigBee網絡的Android平臺糧情移動監(jiān)測系統。該系統由三個子系統組成：ZigBee無線傳感器網絡、PC上位機和Android客戶端。系統基于ZigBee網絡實現糧倉溫濕度數據的采集和無線傳輸；基于Android平臺開發(fā)的客戶端實現了方便的糧情信息獲取和查詢。測試結果表明，系統運行穩(wěn)定可靠、應用方便。

關鍵詞：ZigBee網絡；上位機；Android客戶端；移動監(jiān)測

中圖分類號：TP274 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2015）05-00-02

0 引 言

糧食是人民群眾生活的基本物資，是國家應對自然災害、戰(zhàn)爭或突發(fā)性事件的重要戰(zhàn)略物資。作為人口大國，我國不可避免地需要面對糧食安全問題。糧食安全事關社會和諧，政治穩(wěn)定和經濟可持續(xù)發(fā)展[1]，而科學儲糧是糧食安全的一個重要環(huán)節(jié)，應著力避免因糧食儲存不當而導致的糧食生蟲、霉變和腐爛等問題[2]。因此，糧情監(jiān)測顯得尤為重要。現有的糧情監(jiān)測系統大都只采用PC機系統來監(jiān)測糧倉內的溫濕度信息，終端比較單一且不具移動性。

隨著移動智能終端的普及，由于其特有的移動性和易于接入網絡的特性[3]，可以成為不受地理位置限制、實時動態(tài)監(jiān)測糧情的理想終端設備。本文結合目前Android平臺快速發(fā)展的大趨勢和現有糧情監(jiān)測系統的不足，設計了基于ZigBee網絡的Android平臺糧情移動監(jiān)測系統。

1 系統結構設計

糧情移動監(jiān)測系統用以實現對糧倉內部溫度和濕度數據的遠程獲取、傳輸、數據可視化顯示為目標，整個系統由ZigBee無線傳感器網絡、PC上位機、Android手機客戶端三部分組成，系統結構如圖1所示。

圖1 系統結構圖

ZigBee無線傳感器網絡由ZigBee傳感器終端節(jié)點和協調器節(jié)點組成，主要負責糧倉內部溫濕度數據的采集。傳感器終端節(jié)點是整個糧倉環(huán)境監(jiān)測系統的核心部分，負責采集糧倉內部溫度和濕度數據，并將采集到的可靠環(huán)境數據以無線的方式傳輸到協調器節(jié)點，再由協調器節(jié)點通過RS 232串口傳輸給PC上位機。

PC上位機的監(jiān)控軟件主要實現對糧倉內環(huán)境數據的實時監(jiān)控，將接收到的數據數字化和圖形化顯示，并以不同顏色的波形表示不同位置傳感器節(jié)點采集的環(huán)境數據。通過使用Socket套接字使上位機軟件具有Socket服務器功能，以此來監(jiān)聽手機客戶端的請求，并向手機客戶端發(fā)送糧情數據。

Android手機客戶端通過WiFi訪問上位機監(jiān)控軟件，采用TCP通信協議和Socket通信技術實現手機端向上位機發(fā)送請求以及將溫濕度數據從上位機傳輸到客戶端。手機客戶端將返回的溫濕度數據可視化，從而實現管理員對糧情的遠程、實時監(jiān)控。

2 系統軟件設計

2.1 糧倉ZigBee無線傳感器網絡軟件設計

ZigBee無線傳感器網絡包括傳感器終端節(jié)點和傳感器協調節(jié)點。其中傳感器終端節(jié)點負責將傳感器采樣得到的模擬信號轉換成數字信號，并發(fā)送溫濕度數據；傳感器協調節(jié)點實現溫濕度數據的雙向傳輸，還負責組建無線傳感器網絡、維護網絡和管理網絡[4]。在對糧倉溫濕度數據監(jiān)測的過程中，每層放置一個傳感器終端節(jié)點。傳感器終端節(jié)點上集成的溫濕度傳感器負責采集糧倉不同區(qū)域的溫濕度信息，而無線傳輸模塊將采集到的溫濕度信息以無線的方式發(fā)送到傳感器協調節(jié)點上。ZigBee無線傳感器網絡終端節(jié)點和協調器節(jié)點的工作流程圖如圖2、圖3所示。

2.2 PC上位機軟件設計

PC上位機在整個系統中起到數據中轉的作用，上位機通過RS 232串行口完成與協調器節(jié)點的通信，從而接收傳感器終端節(jié)點采集到的糧倉溫濕度數據，并通過Socket通信技術實現與手機客戶端之間的數據傳輸。PC上位機上的糧情監(jiān)測軟件在VC6.0開發(fā)環(huán)境下采用C++語言開發(fā)而成，在工程中通過添加MSComm控件來實現數據傳輸功能。MSComm控件能夠提供串行通信的所有功能，也可從串口讀數據和寫數據到串口上[5]。上位機軟件工作流程如圖4所示。

圖2 協調器節(jié)點工作流程圖 圖3 傳感器終端節(jié)點工作流程圖

圖4 上位機軟件工作流程圖

該上位機軟件還可實現對糧倉內溫濕度數據的實時監(jiān)測，將接收到的數據數字化和圖形化顯示。管理員可通過監(jiān)測界面實時掌握糧倉內溫濕度變化，還可通過溫濕度數據波形的變化對未來一段時間內糧倉環(huán)境的變化做出預測，提高糧倉管理的實時性和高效性。

2.3 Android移動客戶端軟件設計

本系統的移動客戶端應用程序是在Windows 7操作系統環(huán)境下進行設計，采用Android系統平臺的終端設備搭載客戶端軟件。搭建客戶端軟件開發(fā)環(huán)境需要安裝和配置以下開發(fā)工具[6]：JDK、Java基礎類庫；Eclipse、Java語言開發(fā)環(huán)境；Android SDK、Android專屬軟件開發(fā)工具包；ADT、Android應用程序插件。

手機客戶端通過無線WiFi網絡實現與PC上位機之間的通信，采用TCP/IP通信協議和Socket通信技術向上位機發(fā)送請求，等待上位機的響應并將接收到的數據可視化顯示。系統采用Socket通信來實現客戶端與上位機之間的數據傳輸；Socket在計算機網絡中通常被稱為“套接字”，用于描述IP地址和端口號[7]，是一個通信鏈的句柄。

手機客戶端與上位機之間采用Socket通信技術來實現數據傳輸的示例如下：

PC上位機端（僅列舉主要代碼）：

BOOL ret = WSAStartup（MAKEWORD（2，2），&wsaData）；

//初始化TCP協議

Socket ServerSock = socket（AF_INET， SOCK_STREAM， IPPROTO_TCP）； //創(chuàng)建服務器端套接字

bind（ServerSock， （struct sockaddr*）&localaddr， sizeof（sockaddr））； //將套接字綁定到本地一個端口上

listen（ServerSock， 5）； //將套接字設為監(jiān)聽模式，準備接收客戶請求

Socket client = accept（ServerSock， （sockaddr*）&ClientAddr， &nLen）； //等待客戶請求到來，當請求到來后，接受連接請求，返回一個新的對應于此次連接的套接字

Send（ClientSock， strTxBuf， index+1）； //發(fā)送數據

移動客戶端（僅列舉主要代碼）：

socketAddress = new InetSocketAddress（strIP， SERVER_PORT）； //根據服務器IP地址和端口號創(chuàng)建套接字地址

socket = new Socket（）； //創(chuàng)建客戶端套接字

socket.connect（socketAddress， SERVER_PORT）； //向指定服務器發(fā)送連接請求

一旦IP地址和端口號都與上位機端匹配，客戶端發(fā)送的請求就會被上位機端接收，這時就實現了客戶端與上位機端的通信。然后，在客戶端創(chuàng)建InputStream（輸入流）和OutputStream（輸出流）的對象實例，便可調用write方法和read方法實現對糧倉溫濕度數據的接收。

3 系統測試

系統在糧食儲備庫平房倉模型中進行測試。將糧倉模型分成上、中、下三層，在每層放置一個傳感器終端節(jié)點，在Android客戶端界面上采用終端1、終端2和終端3來表示。其中傳感器終端節(jié)點采用DHT11溫濕度傳感器來采集溫濕度數據。經調試，系統在上位機軟件中通過定時器設置為每隔1s刷新一次數據。經測試，該系統能夠長時間穩(wěn)定運行，實現了糧倉溫濕度采集、傳輸和遠程顯示等功能。PC上位機軟件和Android客戶端最終的顯示界面如圖5、圖6所示。

4 結 語

本文設計實現了糧情信息的遠程獲取和移動性監(jiān)測。系統采用ZigBee網絡進行糧倉溫濕度信息的采集，而移動終端客戶端的開發(fā)打破了地域限制，且移動性好，實現了隨時隨地掌握糧情信息的功能。

圖5 上位機軟件顯示界面 圖6 手機客戶端顯示界面

參考文獻

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[2]祁正亞，闕岳輝，梁柱有，等.加強科學管理 降低儲糧損耗[J].糧食加工，2014，39（1）：68-71.

[3]鞠傳香，吳志勇.基于Android平臺的礦井安全監(jiān)控系統研制[J].煤炭工程，2013，45（S1）：165-167.

[4] Gurjit Kaur，kiran Ahuja.Qos Measureme- nt of Zigbee Home Automation Network using Various Routing Protocols[J].Intern -ational Journal of Computer Application -s，2011，13（2）：25-30.

[5]孫學巖.基于ZigBee的雞舍智能測控系統[J].農機化研究，2011，33（1）：107-110.

[6]李興華.Android開發(fā)實戰(zhàn)經典[M].北京：清華大學出版社，2012.

[7] Sunghoi Park，Myeong-in Choi.Design an-d Implementation of Smart Energy Man-agement System for Reducing Power C-onsumption Using ZigBee Wireless Com-munication Module[J].Procedia Computer Science，2013，19：662-668.