基于Android平臺的智能咖啡烘焙機

沈穎　翁益磊　葉楓　李曉蕾

摘? 要：針對當今咖啡烘焙行業中烘焙操作門檻高、過程性數據缺乏記錄關聯、口感持續改進困難以及綜合交流平臺匱乏等痛點，該產品聚焦咖啡烘焙機智能化需求，基于Android平臺配合智能監控模塊提供了360°咖啡烘焙服務。該軟件依托烘焙過程數據為用戶提供了生豆信息管理、烘焙曲線監控、一鍵烘焙復刻、專業杯測記錄、多元豆圈應用五大核心功能。

關鍵詞：Android平臺? 咖啡烘焙? 智能監控

中圖分類號：TP31 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）11（b）-0014-02

中國咖啡市場正在經歷現磨咖啡逐漸普及的階段，現磨咖啡需求量不斷上升、實體咖啡店數量增加、銷售形式趨于多樣化。咖啡烘焙機作為加工現磨咖啡原材料的主要工具仍高度依賴人工手動進行控制，依靠烘焙師的經驗判斷烘焙狀態，智能化程度低。烘焙過程產生的大量烘焙信息和數據缺少記錄以及關聯手段，難以形成完整的記錄體系。除此之外，咖啡行業鏈條長、環節多、渠道分散且各環節專業化程度較高的特點使得咖啡產業鏈上下游各司其職，目前尚未完成產業鏈布局。

針對以上問題，此文聚焦咖啡烘焙機智能化需求，提出了一套全方位咖啡烘焙方案。此方案中APP端使用藍牙接收智能監測模塊傳輸的數據，實現集原料管理、烘焙監測、智能反控、綜合評價、多維互動為一體的360°咖啡烘焙服務，為用戶提供專業的咖啡豆烘焙狀態數據監控和實現基于優質溫控曲線的傻瓜式烘焙過程復刻。

1? 系統總體方案

該產品采用智能咖啡烘焙機+APP端+Server端的物理架構模式進行開發[1]，其中智能硬件為烘焙監控模塊，用于采集咖啡豆烘焙過程的一系列數據，結合PID算法反控咖啡烘焙機;APP基于Android平臺開發，依托烘焙過程數據為用戶提供豆柜管理、烘焙監測、一鍵反控、評測記錄、豆圈應用等多維度一體化咖啡烘焙服務[2];Server端實時同步烘焙數據，實現數據存儲、解析、轉發處理。

2? APP總體設計

該軟件通過面向對象的方法進行設計，采用C/S架構部署服務器，主要用到的技術工具有Tomcat7.0應用服務器，MySql數據庫，使用Java語言開發。

2.1 系統核心功能

APP端提供了生豆信息管理、烘焙曲線監控、一鍵烘焙復刻、專業杯測記錄、多元豆圈應用5大核心功能。

（1）生豆信息管理。記錄生豆庫存信息，利用多種篩選條件為用戶提供個性化的原材料管理功能。

（2）烘焙曲線監控。APP通過智能監測設備實時采集多路溫度數據，并采用直觀烘焙曲線、數據列表兩種方式呈現。烘焙結束時，生成烘焙報告。同時，將數據同步到服務端進行存儲。

（3）一鍵烘焙復刻。根據選擇的參考烘焙曲線解析出溫度數據，通過藍牙將數據發送至硬件終端調節烘焙溫度[3]。

（4）專業杯測記錄。依據SCAA標準制定包括口感，瑕疵等14個評價指，并根據指標數據分析評價結果供用戶隨時查閱。

（5）多元豆圈應用。圍繞咖啡文化設計具有多種增值功能的互動應用平臺，為生豆及附屬品供應商、咖啡烘焙師及愛好者們架起溝通橋梁。

2.2 實現過程

實現智能咖啡烘焙監測系統需利用AndroidSDK結合Java代碼，通過apkbuilder生成apk文件，即Android應用程序。

此產品采用BLE4.0協議實現APP與智能咖啡烘焙控制模塊之間的數據交互，通過發送不同的指令來獲取相對應的數據[5]。為了提高烘焙品質，我們自主研發了基于傅里葉級數的PID算法，并不斷優化算法，將其從1.0版本更新到4.0版本以實現精準溫控[4]。

2.2.1 建立靜態UI

首先，為了實現多個功能所需的多個頁面，需新建多個xml布局文件，分別加載各個功能頁面。其次，新建多個Java文件繼承APPCompatActivity分別對應每個xml布局文件，通過編碼實現組件的動態更新與顯示。

2.2.2 實現藍牙連接與數據傳輸

首先，為了使APP可以使用藍牙的相關功能，需在AndroidManifest.xml文件中添加藍牙相關權限。其次，在打開APP時，通過Android平臺提供的BLE4.0API功能，掃描附近可連接設備（如果沒有開啟藍牙功能會自動開啟），選擇智能檢測模塊設備進行連接（如果是第二次連接，BLE會根據上一次連接的MAC地址查詢當前藍牙列表是否存在該設備）。

搜索藍牙時將會根據智能監測模塊的MAC地址進行連接，第一次連接之后會將該設備的MAC地址存入本地文件中，下次連接時將會自動連接。連接成功后，APP通過藍牙服務讀取智能監控模塊記錄的豆溫、進風溫、出風溫和環境溫，并在APP首頁形成溫度曲線;用戶可以通過選擇自動烘焙模式啟用烘焙曲線，APP根據選擇的曲線解析數據，通過藍牙將數據發送至硬件終端，烘焙監控模塊根據數據反控咖啡烘焙機。

2.2.3 更新UI

當接收到服務器或者智能監控模塊發送的數據時調用Handler的sendEmptyMessage方法更新相關的UI。

2.2.4 后臺完成耗時操作

在收發服務器和智能監控模塊發送的數據時會消耗一些時間，為了避免用戶在使用該軟件時遇到卡頓等現象，這里啟動了兩個新的線程，分別用于服務器和智能監測模塊的數據發送和接收。

3? 研究結果與分析

在該文中，我們介紹了一個基于BLE4.0和Android應用程序的藍牙通信軟件以及用于監控的智能設備的全方位咖啡烘焙方案。該方案實現方式簡單，BLE4.0是當今智能手機的標準配置，并且無線網絡幾乎無處不在，在使用上不會存在任何問題。該軟件使用了小米MIX 2S、華為P20和vivoNEX進行了測試，兼容性良好。

4? 結語

該軟件實現了集原料管理、烘焙監測、智能反控、綜合評價、多維互動為一體的360°咖啡烘焙服務，用科技改變咖啡烘焙，為用戶提供專業的咖啡豆烘焙狀態數據監控和實現基于優質溫控曲線的傻瓜式烘焙過程復刻。

參考文獻

[1] 吳珊.Android的系統及應用的架構[J].電子技術與軟件工程，2019（3）：148.

[2] 芮素文.基于Android平臺軟件開發方法的研究與應用[J].信息通信，2015（3）：106.

[3] 吳傳宇.云南咖啡豆烘焙溫度曲線試驗研究[J].集美大學學報：自然科學版，2013（5）.

[4] 劉家琪，劉嵩，韋亞萍，等.基于單片機的PID溫度控制系統設計[J].湖北民族學院學報：自然科學版，2019，37（2）：219-222.

[5] 胡成.基于Android系統的低功耗藍牙技術[J].電子技術與軟件工程，2018（16）：45.