基于Android平臺的汽車油量監控報警系統的設計與實現

曾劍鋒 蘇 娟

(湖南大學電氣與信息工程學院 湖南 長沙 410000)

基于Android平臺的汽車油量監控報警系統的設計與實現

曾劍鋒 蘇 娟

(湖南大學電氣與信息工程學院 湖南 長沙 410000)

針對汽車偷油問題，提出基于Android平臺的汽車油量監控報警系統。系統主要由油量實時采集通信車載終端、Web服務器、安卓手機客戶端三大部分組成。油量實時采集通信終端以STM32為主控制器，實時采集處理油量傳感器的油量值，并通過GPRS將實時油量數據發送至Web服務器。安卓手機客戶端與Web服務器之間采用WebSocket進行通信，報警信息由服務器向安卓手機客戶端主動推送。結果表明，系統能在汽車偷油的情況下及時在手機客戶端上以震動和警鈴的方式通知車主，對于解決汽車偷油問題具有較大的應用價值。

Android 油量監控 STM32 WebSocket GPRS

0 引 言

隨著汽車的普及，各種各樣的問題也隨之而來。其中較為普遍的一個問題就是偷油。

針對這個問題，本文研究開發基于Android平臺的汽車油量監控報警系統來實時監控汽車油量。使車主能通過手機隨時隨地了解自己車輛的油量變化情況，并在汽車可能被偷油、油量不足時及時告知車主。必要時啟動車載終端上的警笛，對小偷進行震懾驅逐。

1 系統整體設計

系統主要由油量實時采集通信車載終端(簡稱“車載終端”)、Web服務器、安卓手機客戶端三大部分組成，如圖1所示。車載終端主要負責實時監測汽車油量，并將油量數據通過GPRS發送至Web服務器。后者則對接收到的數據進行統計分析并保存至數據庫服務器，若有警情馬上將信息發送至手機客戶端報警。安卓手機客戶端接收Web服務器的報警信息和實時油量信息，并與用戶進行交互。

圖1 系統結構框圖

2 系統硬件設計

系統硬件部分主要是由油位傳感器模塊、主控制器模塊、GPRS模塊、及其他擴展的外設等組成。如圖2所示。

圖2 系統硬件結構框圖

為了達到對油量采集精度的要求，系統采用深圳九通公司的JT606電容式油位傳感器[1]。它能連續檢測液位水平高度，分辨率小于1mm，能現場調整長度以適應油箱高度。

系統采用ST公司的STM32F103RBT6作為主控制器，它的運行頻率高達72 MHz，內部具有128 KB的Flash和20 KB的SRAM。同時還集成了USB接口及3個USART接口[2]。它負責處理油位傳感器的油量值，并和GPRS模塊進行數據交互。

GPRS通信模塊將主控制器傳來的數據發送至Web服務器。車載終端采用SIM900a作為通信模塊，它是一款尺寸緊湊的GSM/GPRS模塊，采用ARM926EJ-S架構,功耗低，在待機模式下電流低于18 mA、sleep模式低于2 mA，可以內置客戶應用程序。主控制器通過UART發送AT指令與SIM900a進行數據交互。

3 系統軟件設計

3.1 油量采集通信終端軟件設計

車載終端主控制器通過高頻采集器(A/D)與油箱里的油位傳感器相連，并對采集到的電壓值進行二次均值濾波，得到當前時刻平均模擬電壓，然后通過線性關系將模擬電壓轉換為當前油量值，再根據設定的閾值判斷油量變化(加油、偷油、油量不足、無變化)，最后通過GPRS上傳到Web服務器。油量采集處理流程框圖如圖3所示。

圖3 油量采集處理流程框圖

由于干擾的存在，采集到的數據有可能偏離其真實數值，所以必須對其進行處理，使盡可能接近其真實值[3,4]。本系統進行油量遞推平均，每采集5次油量值就進行一次二次均值濾波，第一次均值濾波值和第二次平均濾波值由式(1)、式(2)所得：

(1)

(2)

中小制造企業常常忽略市場戰略，而依賴通過關系來銷售產品，一旦新經濟環境演變到某個層面，以往的關系渠道往往就會失效。中小制造企業的有點就是經營方式靈便，運營方法多樣。但是對于關系渠道過分依賴也是一些中小制造企業的通病。例如壓縮機械產業中，少數甚至一兩個下游的國有石油化工或跨國電子電力大企業銷售渠道，就能養活一個小企業，市場上的其它公司中并不具有知名度。一旦銷售人員關系斷掉或對方業務不再需要，可能企業立即無法存活。因此，要轉變戰略思維，專注市場開拓并獲取知名度，這是新經濟環境下更好生存的前提和基礎。

圖4 油量采集濾波時序圖

3.2Web服務器軟件設計

Web服務器主要由基礎數據管理模塊、統計分析模塊、油量監控模塊、預警設置模塊、平臺監管模塊等組成。Web服務器軟件系統框圖如圖5所示。

圖5 Web服務器軟件系統框圖

基礎數據管理模塊主要是對車載終端GPRS模塊的SIM卡管理、車主信息管理、汽車油量數據管理等；統計分析模塊主要對報警信息統計，根據報警類型與報警開始結束時間對車輛進行各種類型報警的查詢統計。油量監控模塊主要是負責對車載終端發送過來的報警信息進行實時監控，當接收到報警信息后通過WebSocket將報警信息推送至手機客戶端。WebSocket是一種自然的全雙工、雙向、單套接字連接?？梢詼p少延時，一旦建立連接，服務器就可以主動將消息發送至客戶端[5]。旨在通過僅在建立連接時發送上下文信息，并且在連接建立后允許連接的兩端在攜帶著極少的標識信息的上下文信息的情況下發送消息，這樣很顯著地提高了網絡效率[6]。預警設置模塊主要接收手機客戶端發送過來的預警設置信息，將預警設置信息保存至數據庫，并將此預警信息發送至車載終端。平臺監管模塊主要負責平臺用戶管理、角色管理、權限管理、日志管理等。

3.3 安卓手機客戶端軟件設計

安卓手機客戶端由油量前臺實時監控模塊、油量后臺實時監控模塊、閾值設置模塊、統計信息管理模塊組成。油量前臺實時監控模塊主要是將車載終端采集到的油量數據實時顯示。后臺油量實時監控模塊是當軟件在后臺運行時對油量進行實時監控，當有油量警情時將通過聲音與警鈴的方式通知用戶。閾值設置模塊主要是對偷油報警閾值、加油提示閾值、缺油報警閾值進行設置，并將設置的值發送至Web服務器。統計信息管理模塊主要為用戶提供各種統計信息的查詢顯示。安卓手機客戶端軟件結構如圖6所示。

圖6 安卓手機客戶端軟件結構框圖

3.3.1Service后臺油量實時監控模塊軟件實現

系統采用Service[7]組件進行后臺油量的實時監控。在Service對象中創建一個WebSocketConnection對象，并通過WebSocketConnection對象的connect()方法與Web服務器建立連接。利用WebSocket的雙向推送機制在onTextMessage()方法中接收服務器發送過來的報警信息。對油量的后臺監控是開機后就必須開啟的，為此，系統采用了安卓的廣播機制[8]來啟動后臺油量監控服務。系統注冊了一個BroadcastReceiver對象，接收安卓系統在開機啟動完成后發送的android.intent.action.BOOT_COMPLETED廣播，在onReceive()方法中通過Context類的startService()方法開啟后臺油量監控服務。同時為了保證后臺油量監控Service不被安卓系統kill掉，系統采用了Service自生機制。在Service的onDestroy()方法中通過Service對象的startService()方法自己啟動自己，保證后臺油量監控Service在被安卓系統kill掉后再次啟動。當WebSocket接收到服務器發送過來的油量監控報警信息后，通過Service對象的startActivity()方法跳轉到報警頁面Activity中。在此Activity中創建兩個Thread線程，一個負責震動報警。另一個則負責警鈴報警。在震動報警線程中通過Vibrator對象的vibrate()方法使手機震動。在警鈴報警線程中通過MediaPlayer對象來播放mp3警鈴文件，從而起到警鈴報警的作用。這兩個線程一直運行，直到用戶得到警情后才停止。后臺油量實時監控服務的流程框圖與報警通知用戶的流程框圖如圖7所示。

圖7 后臺油量實時監控服務與報警通知用戶流程框圖

前臺油量實時監控為用戶提供實時油量變化的UI界面，讓車主更直觀地了解汽車油量的變化，并且提供汽車實時油量值、實時油耗、報警閾值的顯示。系統利用Activity對象和自定義的View組件來實時顯示油量變化。在Activity的onCreate()方法中利用findViewById()方法加載各個組件。同時創建一個AsyncTask對象，在AsyncTask對象doInBackground()方法中新建一個WebSocket對象并與Web服務器建立連接。利用Thread類的sleep()方法做定時器，每隔5秒就從Web服務器上獲取一次油量值，并利用AsyncTask類的publishProgress()方法將最新獲取的油量值更新至UI線程。最后由AsyncTask類的onProgrssUpdate()方法在UI線程中實時更新油量的顯示值。對實時油量曲線圖的更新，是在自定義View對象的ondraw()方法中對Canvas進行實時油量曲線圖的繪制，并利用View對象的invalidate()方法實時更新油量曲線圖。前臺油量實時監控流程如圖8所示。

圖8 前臺油量實時監控流程圖

4 系統測試

4.1Service后臺油量實時監控模塊測試

該測試主要包括在開機后，后臺油量實時監控Service是否正常啟動、Service能不能接收服務器發來的報警信息并跳轉至報警Activity中啟動手機震動與警鈴報警，以及測試在安卓系統kill掉后臺油量監控Service后服務能不能自生。測試結果如圖9所示。

圖9 Service后臺油量實時監控模塊測試結果圖

當手機啟動后，在應用程序管理中可以看到后臺油量監控服務正常啟動如圖9(a)所示。并且點擊停止應用后服務又自動啟動了。當接收到服務器發來的報警信息后，自動彈出圖9(b)所示的報警頁面，其上顯示報警時間與報警類型，并啟動了手機震動與警鈴報警。

4.2 前臺油量實時監控模塊測試

該測試主要測試用戶點擊前臺實時監控功能按鈕時，能否實時顯示汽車油量、油耗、以及汽車油量變化折線圖，結果如圖10所示。從圖中可以看到在前臺油量實時監控界面上實時顯示出了汽車油量值，并以數字值和折線圖的形式表示出來。其中折線圖的橫坐標表示時間，縱坐標表示油量。橫坐標的0s表示的是當前時間，負的時間表示過去的時間。

圖10 前臺油量實時監控模塊測試結果圖

4.3 統計信息管理模塊測試

該測試主要包括報警統計測試、油耗統計測試、加油統計測試。當用戶輸入查詢起止日期，點擊查詢按鈕后，統計模塊測試的結果如圖11所示。

圖11 統計模塊測試結果圖

5 結 語

通過系統測試可知、本文研究的基于Android平臺的汽車油量監控報警系統能對汽車油量進行實時監控，并以曲線圖和數字值的方式對油量進行實時顯示。而且能對偷油、缺油、加油各種警情進行準確判斷，當遇到偷油情況時能及時通過震動和警鈴的方式通知用戶。實踐證明基于Android平臺的汽車油量監控報警系統對于防止汽車偷油具有較高的利用價值。

[1] 孫少文,陸中宏.傳感器[M].北京:中央廣播電視大學出版社,2014.

[2] 王苑增,黃文濤,何宙興.基于ARMCortex-M3的STM32微控制器實戰教程[M].北京:電子工業出版社,2014.

[3] 李念強,魏長智,潘建軍,等.數據采集技術與系統設計[M].北京:機械工業出版社,2009.

[4] 馬明建,周長城.數據采集與處理技術[M].西安:西安交通大學出版社,1998.

[5]WangV,SalimF,MoskovitsP.HTML5WebSocket權威指南[M].姚軍,譯.北京:機械工業出版社,2014.

[6]CowardD.JavaWebSocket編程[M].劉建,夏先波,譯.北京:清華大學出版社,2015.

[7] 秦建平.Android編程寶典[M].北京:北京航空航天大學出版社,2013.

[8] 李寧.Android開發權威指南[M].2版.北京:人民郵電出版社,2013.

DESIGN AND REALIZATION OF AUTOMOBILE OIL MONITORING AND ALARMINGSYSTEM BASED ON ANDROID PLATFORM

Zeng Jianfeng Su Juan

(CollegeofElectricalandInformationEngineering,HunanUniversity,Changsha410000,Hunan,China)

Aiming at the automobile oil theft problem, an automobile oil monitoring and alarming system based on Android platform is proposed. The system is mainly composed of real-time acquisition and communication terminal, Web server, Android mobile phone client. The real-time acquisition and communication terminal treating STM32 as the main controller acquires and processes the value of oil sensor and transmits the real-time oil data to the Web server through the GPRS. Android mobile phone client and Web server communicate with each other through the WebSocket, and Web servers proactively push the alarm information to the Android mobile phone client. Results showed that the system could realize the function that the mobile client will notify its owner by vibration and alarm when the oil of the automobile is being stolen, which is of great application value to solve the problem of automobile oil stealing.

Android Oil monitoring STM32 WebSocket GPRS

2016-01-20。湖南省科技項目(2014GK3007)。曾劍鋒，碩士生，主研領域：嵌入式系統與應用。蘇娟，副教授。

TP311

A

10.3969/j.issn.1000-386x.2017.03.058