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(武漢理工大學 能源與動力工程學院，武漢 430063)

港口的設備具有種類多，組成復雜，運行過程中流動性大，作業(yè)區(qū)域廣，影響港口設備質量的因素多而且波動性大，設備技術復雜，生產作業(yè)線長，作業(yè)環(huán)境惡劣等特點。對港口設備的管理和質量監(jiān)測有較大的難度[1]。

目前，港口設備點檢制在港口的實施較為廣泛，各種不同的點檢管理信息系統(tǒng)在設備管理中得到了應用[2-5]，但點檢信息的采集過程均由手工和離線完成，存在信息的采集不及時和不準確的問題。為此，應用RFID和WIFI技術，開發(fā)基于Android操作系統(tǒng)的設備點檢移動終端，以解決信息采集的在線和準確性問題。

1 港口設備點檢移動終端系統(tǒng)

港口設備點檢移動終端系統(tǒng)組成見圖1。

圖1 港口設備點檢移動終端系統(tǒng)組成

港口設備點檢移動終端系統(tǒng)由信息采集模塊、手持終端、服務器系統(tǒng)三部分組成。

1.1 信息采集模塊

信息采集模塊完成設備運行狀態(tài)信息的采集，信息采集模塊由傳感器、RFID(射頻識別)寫入設備和電子標簽組成。傳感器采集設備的運行信息，通過RFID模塊寫入到電子標簽(MIFARE卡)中。

射頻識別模塊主要實現信息的傳輸。輸入部分與傳感器連接，傳感器獲取設備的運行信息；由單片機控制進行定時寫入信息，通過msp430定時控制啟動傳感器，采集設備信息；啟動RFID，此時讀寫器產生RF場，射頻卡天線在RF場中獲得感應電流，在內部產生電源；在感應電流中所帶的信息通過射頻前端的電路檢測到后，得到數字信號，送入邏輯控制電路進行信息處理。讀入部分通過串口與ARM實現通信。當RFID標簽進入讀寫器工作場時，其天線產生感應電流，從而RFID標簽獲得能量被激活，獲取射頻卡存儲器中的信息；再經過邏輯電路送至射頻卡前端電路進行調制；最后由天線送回給讀寫器，讀寫器接收到來自標簽的載波信號，對接收的信號進行解調和解碼后，將識別信息反饋到ARM主控制芯片中。ARM主控芯片為MFRC522。

1.2 手持終端

手持終端由微處理器、存儲器、顯示設備和外部接口組成。微處理器執(zhí)行點檢記錄與處理過程，存儲器存儲點檢信息，顯示設備為液晶觸摸屏，外部接口包括視屏/音頻模塊、WIFI模塊、RFID模塊和信息輸入與輸出模塊。通過RFID讀取電子標簽中的設備運行信息，可以實現信息的記錄、瀏覽和拍照等功能，并通過WIFI無線網絡將信息及時傳到服務器。手持終端主要包括WIFI模塊、RFID模塊和點檢信息系統(tǒng)。

WIFI模塊為串口或TTL電平轉WIFI通信的一種傳輸轉換產品，是基于Uart接口的符合無線網絡標準的嵌入式模塊，內置無線網絡協(xié)議IEEE802.11協(xié)議以及TCP/IP協(xié)議，能夠實現用戶串口或TTL電平數據到無線網絡之間的轉換。

點檢信息系統(tǒng)功能見圖2。

圖2 點檢系統(tǒng)功能示意

點檢信息系統(tǒng)中用戶信息、設備信息、故障知識為靜態(tài)與動態(tài)基本信息，其中故障知識庫為設備的維護、保養(yǎng)與修理提供了支持信息。可以實現對設備相關信息的輸入、修改與查詢功能，在使用過程中可以實現對數據的自動檢查與更新功能。

點檢任務按由高到低的級別分類，以表格的形式展現，點檢任務在更新點檢信息的時候從主機下載，點檢內容可以通過RFID獲取或者手動填寫，最終生成點檢表格，可在移動終端上查看點檢表，也可根據實際情況對現場進行拍照和記錄，以及對圖片記錄的相關處理。

系統(tǒng)設置模塊包括服務器IP設置、WIFI設置監(jiān)聽搜索和鏈接、屏幕設置等功能。

1.3 服務器系統(tǒng)

服務器系統(tǒng)由信息傳輸模塊和點檢管理系統(tǒng)組成。設備信息通過射頻識別或者手動記錄得到點檢數據之后儲存在移動終端中，通過無線網絡將點檢結果上傳，服務器端獲取的關鍵字進行匹配，移動終端獲取響應碼，當響應成功，獲取響應信息，服務器獲取移動終端信息并記錄在點檢管理信息系統(tǒng)中。

2 港口設備點檢移動終端系統(tǒng)實現

2.1 港口設備點檢移動終端系統(tǒng)架構與實現

港口設備點檢移動終端系統(tǒng)架構見圖3。

圖3 點檢系統(tǒng)架構示意

移動終端軟件部分基于Android操作系統(tǒng)進行開發(fā)，從下至上包括4個層次，其中第一層是Linux內核層，包括Linux操作系統(tǒng)及驅動，該層用來提供系統(tǒng)的底層服務，包括安全機制、內存管理、進程管理、網絡堆棧及一系列的驅動模塊；第二層是核心的擴展類庫，如SQLite，WebKit，OpenGL等，它們可以通過JAVA本地調用JNI的接口函數實現和上層之間的通信；第三層是包含所有開發(fā)所用的SDK類庫和某些未公開接口的框架層，是整個Android平臺核心機制的體現；第四層是應用層，系統(tǒng)部分應用和第三方開發(fā)的應用都是位于這個層次上[6-7]。

移動終端通過Android操作系統(tǒng)控制串口文件來控制RFID的工作。Android程序部分在Serialport接口中將Open、Close、Send、Receive等函數命名為本地函數。定義Rfidport繼承Serialport，對上述本地函數進行重寫，創(chuàng)建監(jiān)聽器，實現調用Open函數，打開串口文件并在串口文件中寫入指令，調用Send函數發(fā)送，同時調用RECEIVE函數接收RFID讀到的數據信息。RFID讀入信息的過程由讀卡程序控制，讀卡程序的設計思路是首先進行初始化，當有卡進入射頻天線的有效范圍內的時候，讀卡程序則按順序啟動防沖突程序和認證程序，如果在射頻識別有效范圍內有多張MIFARE卡時，將執(zhí)行Select選卡操作，在驗證MIFARE卡的過程中，將密碼集(KEYSET)中的一組與MIFARE卡的密碼比較，若匹配，說明合法，驗證成功后操作卡片進行讀寫。讀寫函數從已通過密碼驗證的扇形區(qū)內讀取一個數據塊，對卡的操作結束后，將卡掛起，此時讀卡器不再對卡進行任何操作。

軟件開發(fā)采用基于Java的整合型可擴展平臺Eclipse，包括JDK的安裝和環(huán)境變量的配置等。在Eclipse開發(fā)環(huán)境中實現預期功能代碼的編寫，并通過模擬器運行調試。首先完成項目的創(chuàng)建，并在項目中創(chuàng)建了8個包文件，依次負責實現應用程序的各個功能主界面和層次界面的設計；登陸界面功能設計、照相和圖片處理；串口通訊；點檢任務對應的數據庫的建立和操作；用戶信息的查詢及一系列適配器的建立；各個線程的建立和正常運行；數據的更新，可以實現數據上傳和下載，以及資源更新等功能。完成代碼編寫并在Android模擬器上正常運行后，將生成的apk文件導出，安裝在Android客戶端上。

2.2 應用實例

針對港口設備管理系統(tǒng)應用界面如圖4所示，實現了預期設定的各個功能；系統(tǒng)初始使用時通過設定IP地址，可以搜索鏈接WIFI網絡，通過rfid與傳感器鏈接可以獲取點檢信息并生成點檢表，點檢記錄可以在移動終端保存、查看，點檢記錄表在移動終端查看效果如圖

5所示；點檢記錄界面如圖6所示，圖中列表展示的各項為需要點檢的項目，其中右端標有對號的表示已完成點檢，未標明的表示未完成點檢。當點檢工作完成后可將數據成功通過無線網絡上傳至服務器。目前該點檢終端已經在某港口和油港設備點檢工作中得到使用。

圖4客戶端界面

圖5 點檢表

3 結論

針對港口設備點檢工作特點設計港口設備點檢移動終端，率先采用Android操作系統(tǒng)，使用RFID和傳感器采集信息，避免了手動采集效率低、準確性差的缺點，WIFI網絡傳輸數據及時性好，可靠性高，有利于在港口設備點檢工作中廣泛應用。下一步的工作是繼續(xù)優(yōu)化系統(tǒng)性能，為了縮小設備體積,擴展其它外設，硬件部分的集成研究是必要的。

圖6 點檢記錄

[1] 梁作學.港口設備監(jiān)理質量控制[J].水運工程,2006(3):106-109.

[2] 張旭富.點檢保養(yǎng)在裝載機上的應用[J].港口科技,2006(8):24-25.

[3] 溫 麗.基于MSP430單片機的射頻IC卡讀寫系統(tǒng)研究設計與實現[D].武漢：武漢科技大學,2010.

[4] 黃藝鋒,閆 巧.基于Android平臺電子詞典的設計與實現[J].計算機應用,2011,31(s2):228-232.

[5] 高 峰,畢經平,郭景峰，等.汽車狀態(tài)感知系統(tǒng)的Android客戶端設計與實現[C]∥第十四屆全國容錯計算學術會議論文集，北京,2011:1-5.

[6] 姚昱旻,劉衛(wèi)國.Android的架構與應用開發(fā)研究[J].計算機系統(tǒng)應用,2008,17(11):110-112.

[7] 胡 偉.Android系統(tǒng)架構及其驅動研究[J].廣州廣播電視大學學報,2010,10(4):96-101.