吳新杰,陳 晨,楊 軍,呂殿基,付麗琴,金紅莉

（1.北京經(jīng)濟(jì)管理職業(yè)學(xué)院，北京，100102；2.華北油田勘探開(kāi)發(fā)研究院地質(zhì)實(shí)驗(yàn)與技術(shù)服務(wù)中心開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)室，河北任丘，061000）

采用安卓移動(dòng)終端的GPRS測(cè)量系統(tǒng)

吳新杰1,陳 晨2,楊 軍1,呂殿基1,付麗琴1,金紅莉1

（1.北京經(jīng)濟(jì)管理職業(yè)學(xué)院，北京，100102；2.華北油田勘探開(kāi)發(fā)研究院地質(zhì)實(shí)驗(yàn)與技術(shù)服務(wù)中心開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)室，河北任丘，061000）

本文先簡(jiǎn)單介紹了通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)( GPRS)技術(shù)和安卓移動(dòng)終端技術(shù)，然后提出了一種采用安卓移動(dòng)終端的GPRS測(cè)量系統(tǒng)方案，對(duì)系統(tǒng)的軟件、硬件設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了介紹，最后給出了研究結(jié)論。

通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)( GPRS)；安卓(Android)；單片機(jī)；測(cè)量

1 通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)技術(shù)簡(jiǎn)介

分組無(wú)線服務(wù)技術(shù)（General Packet Radio Service，簡(jiǎn)稱GPRS)是GSM移動(dòng)電話用戶可用的一種移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。GPRS是封包交換數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，采用信道捆綁和增強(qiáng)數(shù)據(jù)速率實(shí)現(xiàn)高速接入，理論上可提供高達(dá)171.2Kbps的空中接口傳輸速率。實(shí)際上發(fā)送或接收數(shù)據(jù)包的用戶僅占很小一部分網(wǎng)絡(luò)資源，并且網(wǎng)絡(luò)容量只有在實(shí)際傳輸時(shí)才被占用。

GPRS數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收方同信道之間沒(méi)有固定的占用關(guān)系，信道資源可以看作是由所有的用戶共享使用。因此，GPRS特別適用于間斷的、突發(fā)性的或頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸。GPRS服務(wù)主要的應(yīng)用范圍有：移動(dòng)辦公、移動(dòng)商務(wù)、移動(dòng)信息服務(wù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、多媒體業(yè)務(wù)等。

GPRS技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)主要有：

1.1 高速數(shù)據(jù)傳輸

實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸速率可以達(dá)100Kbps，除短消息外，還能傳送較大的音頻與視頻文件，滿足常見(jiàn)的測(cè)量系統(tǒng)需求。

1.2 永遠(yuǎn)在線

無(wú)需為每次數(shù)據(jù)的訪問(wèn)建立呼叫連接，可隨時(shí)都與網(wǎng)絡(luò)保持聯(lián)系，能用于定時(shí)或?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)采集。

1.3 僅按照數(shù)據(jù)流量計(jì)費(fèi)

GPRS用戶的計(jì)費(fèi)以通信的數(shù)據(jù)量為主要依據(jù)，體現(xiàn)了“得到多少、支付多少”的原則。GPRS用戶的連接時(shí)間可能長(zhǎng)達(dá)數(shù)小時(shí)，卻只需支付相對(duì)低廉的連接費(fèi)用，特別適用于測(cè)量系統(tǒng)用于測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸。

1.4 技術(shù)成熟

GPRS技術(shù)已經(jīng)推廣多年，技術(shù)成熟穩(wěn)定，相關(guān)技術(shù)資料較為豐富，開(kāi)發(fā)成本較低。

2 安卓移動(dòng)終端簡(jiǎn)介

安卓（Android）是一種基于Linux的自由及開(kāi)放源代碼的操作系統(tǒng)，主要使用于移動(dòng)設(shè)備，如智能手機(jī)和平板電腦。安卓由谷歌（Google）公司和開(kāi)放手機(jī)聯(lián)盟領(lǐng)導(dǎo)及開(kāi)發(fā)，2008年9月，谷歌公司正式發(fā)布了Android 1.0系統(tǒng)，這是安卓系統(tǒng)最早的版本。截止到2015年3月，安卓已經(jīng)更新到了Android 5.1版本。

根據(jù)IDC市場(chǎng)研究公司(International Data Corporation)發(fā)布的2014年第四季度及全年的全球智能機(jī)市場(chǎng)統(tǒng)計(jì)報(bào)告可知，2014年全球智能機(jī)出貨量為13.004億部，其中，Android智能機(jī)出貨量為10.593億部，較2013年增長(zhǎng)32.0%，市場(chǎng)份額由2013年的78.7%提高到81.5%。

安卓操作系統(tǒng)架構(gòu)和其他操作系統(tǒng)一樣，采用了分層的架構(gòu)。安卓操作系統(tǒng)架構(gòu)分為四個(gè)層，從高層到低層分別是應(yīng)用程序?qū)?、?yīng)用程序框架層、系統(tǒng)運(yùn)行庫(kù)層和Linux內(nèi)核層。

采用安卓平臺(tái)開(kāi)發(fā)的優(yōu)勢(shì)主要有：

2.1 開(kāi)放性

安卓是開(kāi)放源代碼的操作系統(tǒng)，平臺(tái)的開(kāi)放性是安卓的最大優(yōu)勢(shì)。開(kāi)放的平臺(tái)允許任何移動(dòng)終端廠商加入到安卓聯(lián)盟中來(lái)，隨著用戶和應(yīng)用的日益豐富，一個(gè)嶄新的平臺(tái)也會(huì)很快的走向成熟。開(kāi)放的平臺(tái)也會(huì)帶來(lái)更多的競(jìng)爭(zhēng)，如此一來(lái)，消費(fèi)者可以得到更廉價(jià)的商品。

2.2 豐富的硬件

由于安卓平臺(tái)的開(kāi)放性，眾多的軟硬件開(kāi)發(fā)者紛紛推出各種功能和特色的產(chǎn)品，這一方面豐富了產(chǎn)品線，使消費(fèi)者得到更為多樣的商品，也使得二次開(kāi)發(fā)更為容易。

2.3 方便開(kāi)發(fā)

安卓平臺(tái)提供給第三方開(kāi)發(fā)者一個(gè)十分寬泛、自由的環(huán)境，不會(huì)受到各種條條框框的阻擾，在豐富的硬件支持下，花樣繁多的安卓應(yīng)用層出不窮，新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)越來(lái)越容易，成本也越來(lái)越低。

2.4 谷歌應(yīng)用

安卓平臺(tái)集成了諸如地圖、郵件、搜索等谷歌開(kāi)發(fā)的優(yōu)秀軟件，這對(duì)安卓平臺(tái)的推廣起到了重要作用。

由于安卓具有以上優(yōu)勢(shì)，所以安卓的市場(chǎng)占有率越來(lái)越大，采用安卓操作系統(tǒng)的移動(dòng)終端越來(lái)越多，眾多的開(kāi)發(fā)者采用安卓移動(dòng)終端進(jìn)行技術(shù)開(kāi)發(fā)。

3 采用安卓移動(dòng)終端的GPRS測(cè)量系統(tǒng)方案分析

本測(cè)量系統(tǒng)主要用于遠(yuǎn)程監(jiān)控測(cè)量，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段主要考慮以下因素：

（1）擴(kuò)展性。支持并能拓展多種用戶接口、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等。從用戶系統(tǒng)向大用戶系統(tǒng)、數(shù)據(jù)監(jiān)控中心擴(kuò)展。通信方式的擴(kuò)展，由電話線、以太網(wǎng)的方式擴(kuò)展到支持短消息、GPRS。系統(tǒng)處理能力的擴(kuò)展，支持軟硬件的分布處理，負(fù)載均衡等。

（2）安全性。通信鏈路的安全，主要是加密。數(shù)據(jù)庫(kù)的安全，主要是權(quán)限管理和數(shù)據(jù)備份。

（3）成本控制。盡量使用成熟的、通用的技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，降低軟硬件投入及人力成本。充分利用網(wǎng)絡(luò)信道容量，減少數(shù)據(jù)采集與處理的費(fèi)用。

（4）便捷性。使用安卓移動(dòng)終端，如安卓手機(jī)。

綜合考慮以上因素，權(quán)衡利弊，最終得到的系統(tǒng)框圖如3.1所示。

圖3.1 系統(tǒng)框圖

圖4.1 電源電路圖

系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)采集與發(fā)送部分和安卓移動(dòng)終端兩部分，數(shù)據(jù)采集與發(fā)送部分主要由傳感器、單片機(jī)、GPRS模塊、SIM卡和電源等構(gòu)成。傳感器負(fù)責(zé)將溫度、濕度、壓力和流量等被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換為電量；單片機(jī)負(fù)責(zé)將傳感器的數(shù)據(jù)傳遞給GPRS模塊；GPRS模塊負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)以短信形式發(fā)送給安卓移動(dòng)終端；SIM卡（Subscriber Identity Module 客戶識(shí)別模塊）是運(yùn)營(yíng)商提供的服務(wù)憑證，用于提供手機(jī)號(hào)碼和繳納服務(wù)費(fèi)，為GPRS通信必備部分，；安卓移動(dòng)終端負(fù)責(zé)發(fā)送短信給數(shù)據(jù)采集與發(fā)送部分，要求其發(fā)送測(cè)量數(shù)據(jù)，也負(fù)責(zé)測(cè)量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和顯示。

4 測(cè)量系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

圖4.2 單片機(jī)、傳感器和GPRS模塊連接圖

4.1 電源

本系統(tǒng)使用外部+5V直流供電，傳感器AM2321和單片機(jī)AT89S52直接采用+5V電源供電，GPRS無(wú)線模塊采用+4V電源供電。因此，需要設(shè)計(jì)5V轉(zhuǎn)4V的電源電路。

本系統(tǒng)采用LM2576S-ADJ完成電壓轉(zhuǎn)換工作，LM2576系列是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的3A電流輸出降壓開(kāi)關(guān)型集成穩(wěn)壓電路，它內(nèi)含固定頻率振蕩器(52kHz)和基準(zhǔn)穩(wěn)壓器(1.23V)，并具有完善的保護(hù)電路，包括電流限制及熱關(guān)斷電路等，利用該器件只需極少的外圍器件便可構(gòu)成高效穩(wěn)壓電路。LM2576SADJ輸出電壓可調(diào)，轉(zhuǎn)換效率在75%～88%之間。電路如圖4.1所示。

4.2 溫濕度傳感器模塊

本系統(tǒng)采用AM2321B溫濕度傳感器模塊進(jìn)行溫濕度測(cè)量。AM2321B數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有己校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合型傳感器。其采用專用的溫濕度采集技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。傳感器包括一個(gè)電容式感濕元件和一個(gè)高精度集成測(cè)溫元件，并與一個(gè)高性能微處理器相連接。該模塊具有響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。

AM2321B通信方式采用單總線、標(biāo)準(zhǔn)I2C兩種通信方式。兩種通信方式都采用直接輸出經(jīng)溫度補(bǔ)償后的濕度、溫度及校驗(yàn)CRC等數(shù)字信息，用戶無(wú)需對(duì)數(shù)字輸出進(jìn)行二次計(jì)算，也無(wú)需要對(duì)濕度進(jìn)行溫度補(bǔ)償，便可得到準(zhǔn)確的溫濕度信息。兩種通信方式可自由切換、自由選擇，連接方便。

AM2321B的1腳為電源引腳（VDD），2腳為串行數(shù)據(jù)引腳（SDA），3腳為地引腳（GND），4腳為串行時(shí)鐘輸入引腳（SCL）。

AM2321的供電電壓范圍為2.6V-5.5V,建議供電電壓為5V。電源引腳直接連接外部電源電路，數(shù)據(jù)引腳（SDA）連接單片機(jī)P2.7（29腳），時(shí)鐘引腳（SCL）連接單片機(jī)P2.6（28腳），兩者采用I2C通信方式通信。

4.3 GPRS無(wú)線模塊

GPRS無(wú)線模塊采用華為公司的GTM900-C模塊，該模塊工作頻段為EGSM900/GSM18000雙頻，電源電壓3.3V～4.8V。協(xié)議兼容GSM/GPRS Phase2/2+，支持華為GT800 協(xié)議。UART 接口最大串口速率可達(dá)115200bit/s。

GTM900-C模塊與單片機(jī)AT89S52采用UART連接，模塊的UART_TXD（18）腳接單片機(jī)P3.0（10腳），UART_RXD（19）腳接單片機(jī)P3.1（11腳）。

4.4 單片機(jī)

單片機(jī)采用AT89S52， AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時(shí)器，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。

單片機(jī)AT89S52一方面從傳感器模塊讀取測(cè)量數(shù)據(jù)，一方面控制GPRS模塊，通過(guò)AT89S52給GPRS模塊命令，把測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS模塊發(fā)送到安卓移動(dòng)終端。主要電路如圖4.2所示。

5 測(cè)量系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)和安卓軟件設(shè)計(jì)兩部分，單片機(jī)負(fù)責(zé)傳感器和GPRS模塊控制；安卓軟件負(fù)責(zé)發(fā)送數(shù)據(jù)采集指令、數(shù)據(jù)接收、存儲(chǔ)和顯示。

5.1 單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)

單片機(jī)主要工作是接收GPRS模塊給出的測(cè)試命令，然后讀取傳感器數(shù)據(jù)，將傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送給GPRS模塊。UART發(fā)送數(shù)據(jù)給GPRS是在UART中斷服務(wù)程序里完成的，單片機(jī)主程序總是在死循環(huán)，等待UART接收中斷，在接收中斷里，先去喚醒傳感器，讀取傳感器返回的數(shù)據(jù)，然后再發(fā)送給GPRS。

圖5.1 單片機(jī)主函數(shù)流程圖

圖5.2 UART中斷服務(wù)函數(shù)流程圖

單片機(jī)主函數(shù)流程圖如圖5.1所示，UART中斷服務(wù)程序流程圖如圖5.2所示。

5.2 安卓軟件設(shè)計(jì)

此系統(tǒng)在使用時(shí)，需要用手機(jī)撥打GPRS模塊中SIM卡的手機(jī)號(hào)，GPRS模塊接到電話振鈴后引發(fā)單片機(jī)UART中斷，然后單片機(jī)模塊返回掛斷指令，主叫手機(jī)自動(dòng)被掛斷。單片機(jī)在讀取傳感器數(shù)據(jù)后，將測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS模塊以短信方式發(fā)送到指定手機(jī)中。所以，即使接收手機(jī)不是智能手機(jī)，也能夠接收短信形式的測(cè)量結(jié)果。

本系統(tǒng)為了便于管理測(cè)量結(jié)果，提供友好的人機(jī)界面，編寫了一個(gè)簡(jiǎn)單的安卓軟件。在安卓軟中采用了監(jiān)聽(tīng)短信模式，當(dāng)有指定手機(jī)號(hào)碼的短信接收時(shí)，顯示在當(dāng)前界面中，并將數(shù)據(jù)記錄到一個(gè)文本文件中。另外，安卓軟件還具有短信歷史記錄查詢界面，能顯示接收到的所有測(cè)量數(shù)據(jù)。

6 結(jié)論

本系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集部分采用廉價(jià)的51系列單片機(jī)和較高精度的AM2321B溫濕度傳感器，具有低價(jià)可靠的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有一定的通用性。采集系統(tǒng)采集到數(shù)據(jù)后，通過(guò)GPRS模塊轉(zhuǎn)發(fā)到安卓手機(jī)，既易于及時(shí)閱讀測(cè)量結(jié)果，又便于管理多次測(cè)量結(jié)果，也為以后分析數(shù)據(jù)提供了便利。系統(tǒng)經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試，可靠的完成了設(shè)計(jì)功能。

本GPRS測(cè)量系統(tǒng)不僅可以用于圖書館、防火關(guān)鍵測(cè)控點(diǎn)、蔬菜大棚、動(dòng)物養(yǎng)殖場(chǎng)等對(duì)溫度或濕度需要監(jiān)測(cè)的場(chǎng)合，也可以對(duì)冬季采暖設(shè)備和夏季空調(diào)設(shè)備使用情況進(jìn)行遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)，這對(duì)于節(jié)能減排、減少霧霾天氣具有重要意義。

[1]孫德輝，衛(wèi)革，楊揚(yáng)．基于ARM 的GPRS 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)．自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2010，29（7）

[2]基于ZigBee和GPRS技術(shù)的圖書館環(huán)境檢測(cè)及調(diào)控系統(tǒng)，王麗娟、丁文龍，期刊論文，電子技術(shù)，2014-01-25

[3]http://developer.android.com

[4]基于ZigBee和GPRS的無(wú)線溫室監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，高立艾、李云亮，期刊論文，農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息，2013年10期

[5]楊寶．基于GPRS遠(yuǎn)程無(wú)線通信的水溫水位采集和控制卡的設(shè)計(jì)研究 山東師范大學(xué)2014 年 碩士論文

[6]基于GPRS通信技術(shù)的供暖熱能表研究，樸興哲、高成，期刊論文，測(cè)控技術(shù)， 2014-01-18。

[7]GPS/GPRS車輛定位網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及故障在線檢測(cè)技術(shù)研究，劉有貴，博士論文，長(zhǎng)春理工大學(xué)，2011年。

[8]基于GPRS和PLC的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)研究，周小鳳，期刊論文，電子技術(shù)與軟件工程，2014年27期，2014-02-20

[9]http://news.hiapk.com/android/

GPRS measurement system using Android mobile terminal

Wu Xinjie1,Chenchen2,Yangjun1,Lv Dianji1,Fu Liqin1,Jin Hongli1
（1.Beijing Institute of Economic Management,Beijing,100102; 2.Development Laboratory of geological laboratory and technical service center of exploration and Development Research Institute of North China Renqiu,062550）

In this paper, the general packet radio service (GPRS) technology and the mobile terminal technology are briefly introduced. Then, a GPRS measurement system is proposed. The software and hardware design method of the system is introduced. Finally, the research conclusion is given.

General Packet Radio Service (GPRS); Android; single chip microcomputer; measurement

TN82

A

吳新杰（1972-），男，河北省人，碩士，北京經(jīng)濟(jì)管理職業(yè)學(xué)院講師；

陳晨（1973-），男，浙江省人，碩士，華北油田勘探開(kāi)發(fā)研究院工程師；

楊軍（1966-），男，四川省人，本科，北京經(jīng)濟(jì)管理職業(yè)學(xué)院實(shí)驗(yàn)師；

呂殿基（1972-），男，山東省人，碩士，北京經(jīng)濟(jì)管理職業(yè)學(xué)院副教授；

付麗琴（1971-）女，山西省人，博士，北京經(jīng)濟(jì)管理職業(yè)學(xué)院教授；

金紅莉（1971-），女，山西省人，碩士，北京經(jīng)濟(jì)管理職業(yè)學(xué)院講師。

項(xiàng)目支持：北京經(jīng)濟(jì)管理職業(yè)學(xué)院科研立項(xiàng)