高德欣，劉 芳，張如耀

（青島科技大學(xué) 自動(dòng)化與電子工程學(xué)院，青島 266042）

輪胎模具對(duì)輪胎外觀(guān)質(zhì)量有著舉足輕重的作用，溫度和濕度是在輪胎模具存儲(chǔ)過(guò)程中影響其品質(zhì)的2個(gè)重要外因，青島地區(qū)夏季氣候比較潮濕，輪胎模具容易受潮生銹，所以需要對(duì)存放輪胎模具的倉(cāng)庫(kù)進(jìn)行溫濕度監(jiān)控，以確保模具的正常存放。

本文針對(duì)這一情況，設(shè)計(jì)了基于A(yíng)ndroid的倉(cāng)庫(kù)溫濕度無(wú)線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)合了傳統(tǒng)工業(yè)的控制、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、Android應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了溫濕度的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控和遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)監(jiān)控。該系統(tǒng)上位機(jī)采用串口，使用RS232-485模塊，通過(guò)Modbus協(xié)議采集現(xiàn)場(chǎng)的溫濕度傳感器的數(shù)據(jù)；在遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)監(jiān)控中，通過(guò)架設(shè)移動(dòng)終端服務(wù)器，使用Socket通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)服務(wù)器和手機(jī)客戶(hù)端的通訊，并且基于A(yíng)ndroid平臺(tái)開(kāi)發(fā)了溫濕度移動(dòng)終端監(jiān)控軟件[1-3]。該系統(tǒng)不僅可以在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控溫濕度，而且可以在任意有網(wǎng)絡(luò)的地方通過(guò)手機(jī)上網(wǎng)查看現(xiàn)場(chǎng)的情況，極大地方便了工作人員的操作，提高了工作效率。

1 系統(tǒng)方案

基于A(yíng)ndroid的輪胎模具倉(cāng)庫(kù)溫濕度無(wú)線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 輪胎模具倉(cāng)庫(kù)溫濕度系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)Fig.1 Tire mold warehouse temperature and humidity control system structure

系統(tǒng)包含輪胎模具倉(cāng)庫(kù)監(jiān)控系統(tǒng)和移動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)兩部分。輪胎模具倉(cāng)庫(kù)監(jiān)控系統(tǒng)包含上位機(jī)PC及移動(dòng)終端服務(wù)器，上位機(jī)PC由控制模塊和通訊模塊組成，移動(dòng)終端服務(wù)器實(shí)時(shí)發(fā)送現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)并且通過(guò)動(dòng)態(tài)域名解析服務(wù)客戶(hù)端軟件固定IP；移動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的Android客戶(hù)端接收服務(wù)器發(fā)送的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)的工作包含以下過(guò)程：

（1）PC的通訊模塊通過(guò)RS232-485轉(zhuǎn)換器接收溫濕度1～6變送器傳來(lái)的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)保存到SQL數(shù)據(jù)庫(kù)中，傳輸協(xié)議采用Modbus-RTU協(xié)議[4]；

（2）控制模塊根據(jù)通訊模塊得到的數(shù)據(jù)與設(shè)定的溫濕度值，判斷是否有某臺(tái)除濕機(jī)需要開(kāi)啟，并進(jìn)行相關(guān)啟停操作；

（3）移動(dòng)終端服務(wù)器模塊通過(guò)Socket協(xié)議，向Android手機(jī)客戶(hù)端實(shí)時(shí)發(fā)送當(dāng)前溫濕度數(shù)據(jù)及操作信息。本文采用動(dòng)態(tài)域名解析服務(wù)客戶(hù)端軟件作為中轉(zhuǎn)站，移動(dòng)終端服務(wù)器通過(guò)TCP/IP協(xié)議向通過(guò)動(dòng)態(tài)域名解析服務(wù)客戶(hù)端軟件申請(qǐng)的IP地址發(fā)送數(shù)據(jù)，Android手機(jī)客戶(hù)端通過(guò)GPRS或WiFi從相同IP地址接收數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。

2 服務(wù)器端設(shè)計(jì)

2.1 控制模塊設(shè)計(jì)

控制模塊接收到輪胎模具倉(cāng)庫(kù)6臺(tái)溫濕度變送器傳來(lái)的數(shù)據(jù)，與模塊中的各部分溫濕度設(shè)定值比較，判斷是否有超限數(shù)值并通過(guò)三菱FX2N系列PLC啟動(dòng)超限數(shù)值對(duì)應(yīng)的除濕機(jī)，并確保設(shè)定值范圍內(nèi)位置除濕機(jī)是否關(guān)閉。

2.2 通訊模塊設(shè)計(jì)

因倉(cāng)庫(kù)較大且各個(gè)位置的工況不同，采用6臺(tái)溫濕度變送器組網(wǎng)的方式，對(duì)車(chē)間進(jìn)行較為精準(zhǔn)的監(jiān)測(cè)，這也決定了RS232的通訊距離難以達(dá)到要求，需要利用RS232-485轉(zhuǎn)換器。系統(tǒng)采用泰勒士FTWI5溫濕度變送器，采用標(biāo)準(zhǔn)Modbus RTU通信規(guī)約傳遞二進(jìn)制通信數(shù)據(jù)。Modbus通訊數(shù)據(jù)格式為“設(shè)備地址（1 byte）功能碼（1 byte）數(shù)據(jù)（n byte）CRC校驗(yàn)（2 byte）”。上位機(jī)通過(guò)設(shè)備地址來(lái)辨別6臺(tái)溫濕度變送器，通過(guò)功能碼完成讀/寫(xiě)功能。6臺(tái)溫濕度變送器通過(guò)一個(gè)RS232-485轉(zhuǎn)換器經(jīng)由Modbus協(xié)議傳送數(shù)據(jù)到上位機(jī)，使用COM1串行通訊接口。

另一方面，控制模塊與三菱PLC的通訊也是采用Modbus通訊協(xié)議，三菱提供的MX控件使得通訊的設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，使用COM2串行通訊接口。

2.3 服務(wù)器端軟件

服務(wù)器模塊的主要功能如下：

（1）服務(wù)器模塊實(shí)時(shí)全面監(jiān)視倉(cāng)庫(kù)溫濕度，并通過(guò)PLC啟停除濕機(jī)來(lái)確保倉(cāng)庫(kù)各個(gè)測(cè)點(diǎn)溫度保持在系統(tǒng)的設(shè)定值。數(shù)據(jù)及操作記錄存入SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)中，并通過(guò)動(dòng)態(tài)域名解析服務(wù)客戶(hù)端軟件服務(wù)器發(fā)送到手機(jī)客戶(hù)端；

（2）計(jì)算機(jī)可以記錄并以動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)方式顯示各個(gè)測(cè)點(diǎn)當(dāng)前溫濕度數(shù)據(jù)，并可查看歷史曲線(xiàn)；

（3）實(shí)現(xiàn)過(guò)程報(bào)警與系統(tǒng)報(bào)警。當(dāng)控制現(xiàn)場(chǎng)中某個(gè)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)低于或高于某個(gè)設(shè)定的閾值時(shí)，能夠產(chǎn)生報(bào)警源，產(chǎn)生報(bào)警，以便現(xiàn)場(chǎng)工作人員及時(shí)得到報(bào)警通知并做出相應(yīng)動(dòng)作，同時(shí)記錄相關(guān)報(bào)警信息及操作信息；

（4）系統(tǒng)需要正確登陸，并且能夠?qū)ο蚴謾C(jī)客戶(hù)端發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。

圖2所示為系統(tǒng)的主界面，圖3所示為系統(tǒng)的Socket通訊設(shè)置界面。

圖2 服務(wù)器端主界面Fig.2 Server main interface

圖3 Socket通訊設(shè)置Fig.3 Socket communication settings

3 客戶(hù)端設(shè)計(jì)

3.1 Android通訊流程

Android通信流程如圖4所示。首先，上位機(jī)作為服務(wù)器端創(chuàng)建ServerSocket，監(jiān)聽(tīng)某個(gè)端口（本文使用6666），調(diào)用Socket socket=main Socket.BeginAccept（）方法，等待用戶(hù)連接，最大連接5臺(tái)手機(jī)。用C#編寫(xiě)的服務(wù)器端Socket通信部分關(guān)鍵代碼如下：

圖4 Android socket通信流程Fig.4 Android socket communication flow chart

然后，作為客戶(hù)端的Android用戶(hù)創(chuàng)建Socket，通過(guò)WiFi或GPRS請(qǐng)求與服務(wù)器連接。最后，當(dāng)服務(wù)器接受請(qǐng)求后，2個(gè)Socket在同一線(xiàn)程對(duì)話(huà)[5]。此時(shí)，上位機(jī)將輪胎模具倉(cāng)庫(kù)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)通過(guò)動(dòng)態(tài)域名解析服務(wù)客戶(hù)端軟件實(shí)時(shí)發(fā)送給Android客戶(hù)端，Android客戶(hù)端開(kāi)啟后，會(huì)將接收到的溫濕度數(shù)據(jù)、操作日志及報(bào)警信息通過(guò)insert語(yǔ)句插入到SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)中，并能夠定期對(duì)其備份。

3.2 動(dòng)態(tài)域名解析服務(wù)客戶(hù)端軟件的應(yīng)用

本文設(shè)計(jì)的移動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，其Socket客戶(hù)端需要接受固定IP地址的數(shù)據(jù)，而一個(gè)固定IP地址的租用費(fèi)是十分昂貴的，因此需要使用動(dòng)態(tài)域名解析服務(wù)客戶(hù)端軟件構(gòu)成移動(dòng)監(jiān)控服務(wù)器與客戶(hù)端之間的鏈路。該軟件的服務(wù)商主機(jī)提供DNS服務(wù)，能夠?qū)⒂脩?hù)動(dòng)態(tài)IP地址映射到固定域名解析服務(wù)器DDNS上，解決了域名與動(dòng)態(tài)IP間的綁定問(wèn)題。常見(jiàn)的動(dòng)態(tài)域名解析服務(wù)客戶(hù)端軟件有科邁、金萬(wàn)維、花生殼等，其中花生殼軟件是免費(fèi)使用的。因此，從經(jīng)濟(jì)方面考慮，本文設(shè)計(jì)的移動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)采用“花生殼”固定IP地址，使得手機(jī)可以通過(guò)GPRS及WiFi接收數(shù)據(jù)。

3.3 客戶(hù)端程序開(kāi)發(fā)

Android是一個(gè)開(kāi)放的平臺(tái)，基于Linux內(nèi)核，用戶(hù)可利用其提供的開(kāi)發(fā)環(huán)境進(jìn)行針對(duì)性的開(kāi)發(fā)，節(jié)約開(kāi)發(fā)成本。

Android SDK是Android專(zhuān)屬軟件開(kāi)發(fā)工具包，采用Java語(yǔ)言，本文采用Eclipse開(kāi)發(fā)平臺(tái)[6]。其搭建步驟為安裝JDK，配置環(huán)境變量；運(yùn)行Eclipse，安裝ADT插件；配置Eclipse參數(shù)，使其指向SDK根目錄。

搭建Andriod開(kāi)發(fā)環(huán)境后，在Eclipse中選擇File>New>Android Project，完成項(xiàng)目的創(chuàng)建。開(kāi)發(fā)輪胎模具倉(cāng)庫(kù)溫濕度無(wú)線(xiàn)監(jiān)控客戶(hù)端軟件首先需要定義應(yīng)用程序的用戶(hù)界面[7]。Andriod項(xiàng)目的layout目錄下有一個(gè)main.xml文件，使用該文件定義Andriod的界面布局作為用戶(hù)界面。其次在該界面的控制面板中拖入任意所需控件，在Mainactivity.java文件中通過(guò)findViewById（）方法即可獲取指定ID的界面控件。而通過(guò)調(diào)用Activity的setContentView（View）來(lái)顯示指定控件，最后用setOnClickListener（）方法來(lái)綁定監(jiān)聽(tīng)點(diǎn)擊事件監(jiān)聽(tīng)器。在圖5的界面中為6個(gè)RadioButton類(lèi)型控件綁定監(jiān)聽(tīng)器。當(dāng)用戶(hù)點(diǎn)擊按鈕發(fā)生觸發(fā)事件時(shí)，對(duì)應(yīng)的按鈕監(jiān)聽(tīng)器執(zhí)行界面切換，可以查看6個(gè)不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫濕度情況。

該溫濕度無(wú)線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)客戶(hù)端軟件不僅能實(shí)時(shí)接收數(shù)據(jù)，還能對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)[8]。Google為Andriod數(shù)據(jù)處理提供了SQLite數(shù)據(jù)存儲(chǔ)機(jī)制，在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、管理、維護(hù)等方面都相當(dāng)出色。SQLiteDatabase類(lèi)為我們提供了很多方法，調(diào)用insert（），delete（），update（），query（）這些方法，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的增、刪、改、查等操作。

在Java代碼中編寫(xiě)所有業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)完成后，選中要運(yùn)行的Andriod項(xiàng)目，單擊鼠標(biāo)右鍵，然后在彈出的菜單中單擊“Run As→Andriod Application”菜單項(xiàng)即可運(yùn)行，同時(shí)AAPT工具將編譯好的代碼及應(yīng)用程序打包成擴(kuò)展名為.apk的文件，其作為應(yīng)用程序，用戶(hù)只需手機(jī)下載安裝此文件即可應(yīng)用。Java編寫(xiě)客戶(hù)端部分關(guān)鍵代碼如下：

3.4 軟件功能設(shè)計(jì)

倉(cāng)庫(kù)溫濕度實(shí)時(shí)顯示及操作記錄查詢(xún)。軟件能夠查看溫濕度實(shí)時(shí)曲線(xiàn)，并可查看當(dāng)日的報(bào)表及除濕機(jī)啟停等操作信息。

報(bào)警推送功能。當(dāng)倉(cāng)庫(kù)中某處測(cè)量點(diǎn)的數(shù)據(jù)超出限定值時(shí)，手機(jī)響鈴報(bào)警，此功能可選擇是否開(kāi)啟[9]。

服務(wù)器端可監(jiān)控連接到的手機(jī)客戶(hù)端，并可強(qiáng)制斷開(kāi)不明客戶(hù)端的連接。

圖5所示為手機(jī)數(shù)據(jù)傳輸界面，選擇2號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，溫濕度曲線(xiàn)圖可以直觀(guān)地反映出24 h內(nèi)的溫度起伏變化。SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)了溫濕度的歷史數(shù)據(jù)，方便查詢(xún)。

3.5 安全設(shè)計(jì)

移動(dòng)服務(wù)器終端只能夠?qū)I(yè)數(shù)據(jù)讀取，無(wú)法進(jìn)行更改[10]。

設(shè)計(jì)了軟件登陸認(rèn)證過(guò)程，服務(wù)器發(fā)送的數(shù)據(jù)是經(jīng)過(guò)加密的數(shù)據(jù)，只有正確登陸，客戶(hù)端軟件才會(huì)運(yùn)行相應(yīng)的解密程序，看到正確的信息。

圖5 客戶(hù)端主界面Fig.5 Clien main interface

4 結(jié)語(yǔ)

本文在輪胎模具倉(cāng)庫(kù)溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了基于A(yíng)ndroid平臺(tái)的移動(dòng)監(jiān)控功能。管理員既可以在現(xiàn)場(chǎng)也可以通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)狀況，并進(jìn)行指揮。該監(jiān)控軟件的應(yīng)用可以極大降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，保護(hù)倉(cāng)庫(kù)存放輪胎模具，并能夠通過(guò)手機(jī)實(shí)時(shí)掌握輪胎模具倉(cāng)庫(kù)狀態(tài)，方便企業(yè)管理。

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