Android平臺在遠程監控系統中的應用綜述

李珊珊

關鍵詞：遠程監控；Android平臺；無線通信；移動終端

中圖法分類號：TN92 文獻標識碼：A

1引言

遠程監控系統作為測試控制、信號采集、遠程通信、數據分析的集合，隨著網絡通信技術、傳感器技術、數據庫技術的迅速發展，在工業、農業、醫療、家居等領域得到了廣泛應用。其中，Android平臺憑借其開源、軟件移植性好、硬件便攜可移動、支持多種無線通信方式等優勢，在遠程監控系統中發揮著重要的作用。

Android平臺是由谷歌公司開發的運行在觸屏式移動智能終端上的開源操作系統，基于Linux內核，底層和應用層分別基于C語言、C++語言和Java語言進行開發。2022年5月最新發布的Android 13，在界面自定義方面做了升級，尤其是針對如平板之類的大屏設備應用進行了特殊優化，這些升級優化為Android平臺在遠程監控系統中的進一步應用提供了便利。

2系統相關技術

2.1 Android開發技術

Android平臺的基本架構自下而上分為4層，即Linux內核層、函數庫和Android運行時環境層、應用程序框架層以及應用程序層。Linux內核層提供了硬件資源所需的底層驅動：函數庫和運行時環境層，也稱為中間層，主要提供了一組基于C/C++的函數庫，同時Android運行時環境還提供了Android系統特有函數功能和Java語言函數功能的核心庫，以及Dalvik虛擬機；應用框架層為應用程序開發提供了接口，包括Activity Manage，Window Manager，Content Provider，View System， Package Manager， Telephony Manager，Resource Manager， Location Manager

和

Notification Manager；應用程序層包含直接面向用戶的應用程序。

Android應用程序的主流開發工具目前有Eclipse和Android Studio兩種。Eclipse作為跨平臺開源IDE，主要用于Java語言開發，其安裝不同插件的方式可用于不同計算機語言的開發，如C++，Python等，拓展性強。Android Studio是由谷歌公司推出的Android應用開發官方IDE，提供了運行于手機、計算機、穿戴設備、電視等硬件的統一開發環境，其基于IntelliJIDEA構建，使應用開發更加快速和靈活。

Android應用程序以分立但相關聯的組件為基本構成單元，每個組件為系統進入應用程序提供了入口點。應用程序中主要用到的應用程序組件有4種，即Activities組件、Service組件、Content組件和BroadcastReceiver組件。它們分別起到用戶界面表現、后臺運行服務、應用程序間數據共享、廣播接收響應的作用。Android應用程序通過界面控件與用戶建立交互連接，常用的界面控件有Text View，List View，Edit Text，Button，Radio Button，Check Box，Spinner等。

2.2無線通信技術

無線通信技術作為實現遠程監控的基礎，解決了傳統監控系統時間、空間受限的問題。無線通信技術的不斷發展和連接技術的持續進步，為遠程監控系統的廣泛應用起到了積極推動作用。目前，遠程監控系統中使用的主流無線通信技術主要有Wi-Fi技術、藍牙技術、ZigBee技術和移動通信技術。

Wi-Fi技術是基于802.11協議的短距離局域網無線通信規范，工作頻段一般為2.4 GHz和5 GHz，傳輸距離在阻隔較多的室內環境下約為50～100米，在開闊環境下可達300米：藍牙技術是基于國際標準的開放技術規范，適合短距離低速率通信，有效傳輸距離為15米，工作頻段為2.4 GHz，通過跳頻機制實現信號抗干擾和衰減抑制；ZigBee技術是基于IEEE802.15.4標準的個域網協議，是一種具有低速率、短距離、低成本等特點的無線通信技術，工作頻段一般為2.4 GHz，傳輸距離為10～75米；移動通信是指移動體與移動體或固定體之間的通信，自20世紀80年代以來已發展至第5代，移動通信技術幾乎沒有距離限制，只要在移動網絡覆蓋的地方就可以實現通信交流，且通信質量較高。

遠程監控系統中的無線通信網絡結構有B/S（瀏覽器／服務器）模式和C/S（客戶機／服務器）模式2種，B/S模式中客戶端使用瀏覽器運行，C/S模式客戶端使用專門的軟件運行。

3 Android平臺在遠程監控系統中的應用

3.1工業領域的應用

工業自動化是推動我國從制造業大國邁向制造業強國的關鍵環節，對生產過程實時監測是工業自動化的基礎保障。Android平臺基于多種無線通信技術可實現遠程實時監控。

文獻[10]設計了一種基于Android平臺的風光互補發電系統，該系統利用Wi-Fi技術實現以IAP15F2K61S2單片機為核心的硬件監控模塊與Android平臺之間的通信：硬件監控模塊將采集到的重要參數通過Wi-Fi接人路由器供Android平臺遠程使用：Android平臺基于Wi-Fi遠程向硬件監控模塊發送指令實現風光互補發電系統的遠程控制，從而進一步地在Android平臺中將測量參數以曲線顯示，更加貼近工業測量實際。

文獻[11]設計了一種基于Android平臺的變電站環境監測系統，該系統利用移動通信技術實現上位機與下位機之間的信息交互：下位機通過各型傳感器采集溫度、濕度等環境數據，上位機以短信形式發送電話配對、門限設置、繼電器控制和環境數據獲取4種指令，實現對變電站的遠程監控。

文獻[12]設計了一種船舶、汽車等交通工具姿態與位置遠程實時采集系統，與其他遠程監控系統中Android平臺作為遠程監控客戶端不同的是，該系統借助Android平臺中的MEMS傳感器和GPS芯片，將Android平臺作為參數采集端，在基于四元數的互補濾波融合算法對采集到的數據進行處理后，將姿態和位置信息通過移動通信技術實時上傳至遠程服務器。

文獻[13]利用移動通信技術和Android平臺開發技術，設計了實時掌握壓鑄生產線運行及生產狀態的移動監控系統。該系統成功應用子某公司壓鑄生產車間15臺壓鑄機的數據采集，實現了對生產情況的實時監控功能。

文獻[14]針對電力系統中傳統指針儀表智能信息化改造短時間無法實現的現狀，研制了一種電力儀表遠程讀取系統。該系統利用Android平臺的相機功能對傳統指針儀表進行拍照后，通過圖像處理算法得出指針讀數，再以移動通信的方式傳遞給運維人員。值得一提的是，該系統中Android平臺不僅作為遠程監測客戶端，同時用于數據采集。

文獻[15]和文獻[16]將Android平臺應用于對機器人的遠程控制，從而實現其在工業領域的應用。文獻[15]設計的自動裝車機器人遠程控制平臺由基于Android的遠程客戶端、服務器、攝像頭和裝車機器人組成，客戶端與服務器之間采用Wi-Fi連接，向下發送機器人控制命令，向上接收視頻信息。文獻[16]設計了煤礦井下探測機器人的遠程監控系統，以Android平臺為上位機，通過Wi-Fi和藍牙2種模式控制機器人動作，并通過Wi-Fi獲取機器人實時拍攝的現場視頻信息、運行狀態信息以及環境參數信息。

3.2智能家居領域的應用

智能家居是指基于計算機技術、自動控制技術、網絡通信技術、物聯網技術等將各種家居相關設備有機結合成一體的系統。家居遠程控制是智能家居系統中不可或缺的一部分。

文獻[17]和文獻[18]通過Wi-Fi服務器建立了基于Android平臺的智能家居遠程控制系統，與家居電器之間的信息獲取和指令發送是利用Arduino平臺、Arduino平臺對傳感器采集到的信號進行處理分析后傳遞給Android平臺，并借助外接的紅外收發模塊將Android平臺發送的指令進行分析后，控制家居電氣工作。

文獻[19]設計了由Android平臺、嵌入式終端、物聯網和云計算平臺組成的智能家居安全保護系統，該系統中重點加入了對安全的考量，在Android平臺客戶端與服務器的數據傳輸中實現了基于Token的身份驗證機制，加強了身份認證功能，增加了數據傳輸的安全性。

文獻[20]設計的智能家居遠程控制系統由電氣設備控制、監控設備控制、安防設備控制和無線通信技術四大模塊組成，采用Wi-Fi、藍牙和移動通信（短信）3種無線連接方式實現了對家居設備的狀態監測與控制。

3.3醫療領域的應用

隨著人們對自身健康情況重視程度的不斷加深和穿戴式身體檢測設備的快速發展，為解決醫療資源分配不均衡的現狀，遠程醫療成為必然發展趨勢。

文獻[21]設計了一種用于觀察心電圖的基于Android平臺的遠程監控系統，心電采集模塊將采集到的數據處理轉換后，通過藍牙實時傳送到Android平臺，進行顯示并分析。文獻[22]設計的人體健康檢測應用，通過藍牙遠程獲取采集到的人體各項生理指標并進行顯示，同時基于多數據融合分析技術給出健康狀態結論及指導意見。

文獻[23]設計的遠程醫療信息系統，在清華大學研制的可實時獲取被測者健康數據的嵌入式系統基礎上，借助Android平臺的移動性和兼容性，使醫生不受空間限制，遠程實時獲取病人的生理指標信息和過往病歷信息，并在此基礎上提供醫療服務。

3.4農業領域的應用

隨著信息技術的不斷進步，為提高農業生產水平和改善當前的勞動環境，農業生產技術也朝著精細化、數字化方向發展。

文獻[24]設計的溫室大棚智能遠程監控系統，通過傳感器采集溫室大棚的空氣溫濕度、土壤溫濕度、光照度及二氧化碳濃度并計算處理后，實現了本地監控與調節，以及基于移動通信的遠程網絡監控和數據存儲。

文獻[25]中將Android平臺應用于對智能農業機器人的遠程控制，通過機器人硬件部分的Wi-Fi模塊、通信接口和lP網絡攝像頭模塊，實現對機器人的動作控制和視頻監控。該系統已成功應用于青島農業大學某試驗基地中，實現了對機器人動作、重力感應等遠程控制。

4下一步研究重點

基于Android平臺的遠程監控系統已推廣至眾多領域并得到了較好的應用效果，但隨著應用范圍的不斷擴大和應用深度的不斷拓展，借助無線通信的遠程監控系統如何保證數據傳輸的實時性和數據共享的安全性／隱私性將是下一步研究的重點。

（1）遠程監控的安全性。在以Android平臺為客戶端的遠程監控系統中，需要安裝專門的APP或者通過網頁獲取并顯示監控到的數據，若客戶端安裝了其他非法APP，將會給監控數據帶來嚴重的安全隱患。同時，基于云服務的遠程監控系統中越來越多的個人隱私、生產經營、實驗結果等信息在云端存儲，這些都對遠程監控的安全性提出更多的考驗。

（2）遠程監控的實時性。無線通信中數據傳輸的實時性受當前網絡狀態的影響會出現延遲，導致遠程監控系統在需要根據監測數據實時做出控制調整的生產／測試場景中應用效果不佳。隨著生產過程的復雜化和管理的精細化，遠程監控數據量的持續增加將給傳輸實時帶來更大的難度。

5結束語

本文分析了基于Android平臺的遠程監控系統的技術特點，并通過實例說明了其在工業、家居、醫療、農業等多個領域中的應用。但該系統的應用遠不止于此，隨著Android操作系統的不斷發展和傳感器、網絡通信、數據處理等信息技術的持續進步，基于移動終端的遠程監控系統在未來將具有更廣闊的應用前景。