王玉香，張喜紅

（亳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 亳州 236800）

0 引言

中藥植物標(biāo)本在中醫(yī)文化傳承、教學(xué)科研活動中起到了舉足輕重的作用［1-2］。但傳統(tǒng)的中藥植物標(biāo)本因受標(biāo)本空間限制，只能直觀地展現(xiàn)采集地、時間、品名、鑒定人等基本信息，無法使學(xué)習(xí)與觀賞者較為全面地了解中藥材資源的相關(guān)信息。隨著物聯(lián)網(wǎng)、無線移動互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的發(fā)展，智能手機(jī)終端已成為人們生活、學(xué)習(xí)、工作不可缺失的工具之一，而基于此的信息獲取方式也在發(fā)生變化，信息量的需求也與日俱增。所以，傳統(tǒng)的中藥植物標(biāo)本信息存儲及管理方式制約了其在文化傳承、實(shí)際教學(xué)科研活動中所起的作用。據(jù)此，利用數(shù)據(jù)庫整理歸檔中藥植物標(biāo)本的全面信息是解決該問題的有效途徑。

目前大多智能手機(jī)集成有NFC標(biāo)簽讀、寫硬件設(shè)備［3］。NFC以其成本低廉、信息交互方便簡單、信息存儲量相對較大的優(yōu)勢，在物流管理、食品溯源、消費(fèi)支付等方面得到了廣泛應(yīng)用［4-6］。如孫旭［4］將生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈中各環(huán)節(jié)的信息存儲在NFC標(biāo)簽里，通過開發(fā)標(biāo)簽管理端、政府端、企業(yè)端、消費(fèi)者查詢端等不同的應(yīng)用端，實(shí)現(xiàn)了生鮮農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)運(yùn)輸?shù)裙?yīng)鏈環(huán)節(jié)的監(jiān)控以及可追溯，對農(nóng)產(chǎn)品各環(huán)節(jié)質(zhì)量的保證提供了很好的控制方式。劉超超等［6］將個人基本信息存儲在NFC上，利用智能手機(jī)APP程序就可實(shí)現(xiàn)個人信息的管理和他人基本信息的獲取，加為好友后，還可標(biāo)注認(rèn)識的時間、地點(diǎn)、方式等，并可從數(shù)據(jù)庫獲取更多信息，克服了紙質(zhì)名片保存和查找不便的難題，為日常交際提供了便利。謝衛(wèi)全［7］將存有景區(qū)介紹信息的NFC標(biāo)簽粘貼于旅游景點(diǎn)介紹銘牌上，通過內(nèi)置NFC讀寫器的Android手機(jī)終端可以輕松查閱景區(qū)介紹，提高了旅游業(yè)的信息化水平與服務(wù)質(zhì)量，降低了景點(diǎn)銘牌信息更新與管理的難度。黃雙雙［8］將存有博物館內(nèi)部具體點(diǎn)位置信息、展覽品的相關(guān)信息等的NFC標(biāo)簽粘貼在博物館內(nèi)部的相應(yīng)位置，游客通過手機(jī)識讀標(biāo)簽選擇不同的界面，即可實(shí)現(xiàn)當(dāng)前位置信息的查詢、當(dāng)前位置館藏物品情況的查閱、想觀看的展品的位置及路線導(dǎo)航、展品的簡要和詳細(xì)信息的查閱等，提高了博物館工作的信息化、智能化水平，使參觀者對博物館中展品的查找更加便捷，獲取的展品信息更全面、高效，參觀體驗(yàn)更豐富、愉快?；诖?，在對相關(guān)研究分析的基礎(chǔ)上，本文以NFC標(biāo)簽為信息索引載體、基于Android手機(jī)終端、Web服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫等技術(shù)構(gòu)建了中藥植物標(biāo)本信息管理系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

中藥植物標(biāo)本管理系統(tǒng)的組成架構(gòu)如圖1所示，由粘貼于標(biāo)本上的NFC標(biāo)簽、安卓手機(jī)客戶端、Web服務(wù)器、后臺數(shù)據(jù)庫構(gòu)成。因NFC標(biāo)簽儲存容量有限，僅用于儲存標(biāo)本的一些基本信息與詳細(xì)信息的遠(yuǎn)程訪問URL地址，其中基本信息包括標(biāo)本的編號、采集地、入庫狀態(tài)、鑒定時間、鑒定專家等，詳細(xì)信息包括標(biāo)本的采集地生態(tài)環(huán)境、分布狀態(tài)、易變性狀等。Web服務(wù)器的功能是處理客戶端的查詢、增加標(biāo)本記錄請求，是后臺數(shù)據(jù)庫與客戶端信息交互的橋梁。

安卓手機(jī)客戶終端分為標(biāo)本管理員與普通用戶兩個版本，標(biāo)本管理員手機(jī)安裝標(biāo)本管理客戶版本，學(xué)生與參觀者安裝普通用戶版本。普通用戶客戶端僅具有NFC標(biāo)簽信息讀取和顯示功能；標(biāo)本管理員客戶端主要包括用戶注冊、登錄、增加記錄、標(biāo)本信息編輯、NFC標(biāo)簽讀寫、數(shù)據(jù)加載、上傳等功能（見圖2）。無論是管理員客戶端還是普通用戶客戶端，實(shí)現(xiàn)標(biāo)本信息的讀取、上傳、加載、編輯等功能的關(guān)鍵技術(shù)主要包括兩個方面：①NFC標(biāo)簽信息的寫入與讀取；②在服務(wù)器與客戶端兩者之間實(shí)現(xiàn)信息交互。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)框圖Fig.1 Frame diagram of system

圖2 客戶端組織結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structural diagram of clients

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 NFC標(biāo)簽

近年來，伴隨著Android移動終端設(shè)備的應(yīng)用，興起了兩大非接觸識別技術(shù)，分別是NFC與二維碼技術(shù)［9］，其中，NFC代表短距離的無線通信，是near field communication的簡稱，這是一種互聯(lián)技術(shù)，采用非接觸識別的方式，由索尼、飛利浦公司合作研發(fā)而成。雖然其通信方式與傳統(tǒng)的RFID類似，但因其改進(jìn)的信號衰減方式比傳統(tǒng)的RFID具有更近的距離、更高的帶寬、更低的能耗。其與藍(lán)牙、紅外相比速度更快、且更加安全可靠。雖然二維碼技術(shù)也是非接觸識別技術(shù)的主流之一，但是NFC與二維碼識別技術(shù)相比，其儲存信息量相對較大，同時由于中藥植物標(biāo)本制作工作大多在野外進(jìn)行，工作人員無法攜帶二維碼圖案打印設(shè)備，由此可見，NFC識別技術(shù)適合于中藥植物標(biāo)本系統(tǒng)的應(yīng)用。

NFC標(biāo)簽根據(jù)容量和格式的不同劃分成4種，用數(shù)字1～4區(qū)別，本系統(tǒng)NFC標(biāo)簽僅用于儲存標(biāo)本的一些基本信息與詳細(xì)信息的遠(yuǎn)程訪問URL地址，總體需存的信息量不大，但為了后期更靈活地對標(biāo)本信息進(jìn)行完善，這里選擇容量最大的標(biāo)簽類型4，內(nèi)存32 KB，通信時的速度也很快，最高達(dá)424 kb∕s，最低也有106 kb∕s。

2.2 Android讀寫NFC標(biāo)簽

Android系統(tǒng)從2.3版本就實(shí)現(xiàn)了對NFC的支持，并提供了相應(yīng)的操作類［8，10］。Android系統(tǒng)首先要進(jìn)行相應(yīng)的初始化設(shè)置才能對NFC進(jìn)行讀寫，其步驟大致如下：①在AndroidManifest.xml里配置文件開啟NFC使用權(quán)限。②在界面類文件中通過NfcAdapter類聲明NFC適配器全局變量。③在OnCreate（）的生命周期中利用方法NfcAdapter.getDefaultAdapter（）來獲得系統(tǒng)默認(rèn)的適配器。④判斷手機(jī)當(dāng)前NFC功能是否啟動。⑤如果打開了NFC功能，并將Activity活動模式設(shè)置為單個任務(wù)的模式，也就是從后臺跳轉(zhuǎn)到當(dāng)前活動Activity時，則不會重新創(chuàng)建界面；將過濾器設(shè)置為只接受NfcAdapter.AC?TION_TAG_DISCOVERED活動。⑥再在onResume（）的生命周期的啟動前臺來完成調(diào)度，進(jìn)而獲得NFC卡的標(biāo)簽值，由后臺發(fā)送Tag，有了這個Tag，對NFC卡的讀取、寫入等具體操作就可以進(jìn)行了。

標(biāo)本制作人員或標(biāo)本管理人員需要為標(biāo)本制作NFC標(biāo)簽，所以管理員客戶端要具有寫NFC功能，標(biāo)本記錄條添加界面由多個輸入標(biāo)本相關(guān)信息的可編輯文本框、寫入標(biāo)簽和上傳保存按鍵等控件構(gòu)成。當(dāng)“寫入標(biāo)簽”控件監(jiān)聽到單擊事件時，執(zhí)行寫入NFC標(biāo)簽的操作，在執(zhí)行寫入操作前，需事先通過getText（）方法獲取界面可編輯文本框中標(biāo)本的相關(guān)信息，并通過方法NdefRecord（）來構(gòu)造Ndef格式的記錄。寫入方法的關(guān)鍵代碼如下：

NFC標(biāo)簽的讀取操作與寫入操作類似，具體步驟是在獲得標(biāo)簽Tag值后，首先通過Ndef ndef=Ndef. get（tag）得到標(biāo)簽的Ndef，接著通過ndef.connect（）來建立連接，隨后再由NdefMessage message=ndef. getNdefMessage（）獲取這個連接通道的具體內(nèi)容，并通過以下方法，即byte［］data=message.toByteArray（）與String str=new String（data，Charset.forName（"UTF-8"））實(shí)現(xiàn)內(nèi)容信息的格式轉(zhuǎn)換，以備顯示或進(jìn)行其他操作，最后通過ndef.close（）關(guān)閉此通道。

2.3前后臺信息交互的實(shí)現(xiàn)

中藥植物標(biāo)本的制作工作大多在野外進(jìn)行，一般情況下不存在WiFi網(wǎng)絡(luò)覆蓋，導(dǎo)致Android終端與遠(yuǎn)程后臺數(shù)據(jù)庫的信息交互只能借助移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行。因此，選用一種快速、簡潔的數(shù)據(jù)交互方式顯得格外重要。當(dāng)前移動終端與Web服務(wù)器后臺數(shù)據(jù)庫主流的信息交互方式分別為XML與JSON，JSON是XML技術(shù)的擴(kuò)展［11］，與XML相比更易封裝與解析；其次其采用了完全獨(dú)立于語言的文本格式和“名稱∕值”對的集合與值的有序列表兩種結(jié)構(gòu)，符合多種語言的習(xí)慣，方便編程人員的編寫與閱讀；再者主流的PHP超文本預(yù)處理器與Android已內(nèi)含相關(guān)的類［8］，在一定程度上有助于簡化程序設(shè)計工作。所以，選用JSON技術(shù)來實(shí)現(xiàn)移動終端和Web服務(wù)器兩者之間信息的交互。

在中藥植物標(biāo)本管理系統(tǒng)中，管理員手機(jī)客戶端需要將標(biāo)本信息上傳到Web服務(wù)器后臺數(shù)據(jù)庫，有時還需要查詢下載后臺數(shù)據(jù)庫的標(biāo)本信息；普通用戶手機(jī)客戶端需依據(jù)NFC中的標(biāo)本編號訪問后臺服務(wù)器加載標(biāo)本的詳細(xì)信息。為了實(shí)現(xiàn)上述交互功能，后臺的服務(wù)器選用PHP＋Apache＋MySQL的方式實(shí)現(xiàn)；Android訪問服務(wù)器的方法選用HttpClient+POST的請求方法；考慮到JSON格式文件的輕量級優(yōu)勢，前后臺之間的數(shù)據(jù)交互使用JSON格式。其實(shí)現(xiàn)的Android上的客戶端和遠(yuǎn)程后臺上的數(shù)據(jù)庫兩者間的交互流程是：Android上的客戶端首先通過方法DefaultHttpClient（）創(chuàng)建了HttpClient對象；接著通過HttpPost（url）創(chuàng)建POST請求，其中URL為從NFC標(biāo)簽讀到的后臺服務(wù)器地址；隨后通過setEnti?ty（new UrlEncodedFormEntity（params，HTTP.UTF_8））設(shè)置請求參數(shù)，并通過HttpResponse response=http?Client.execute（post）來向服務(wù)器發(fā)送相應(yīng)的請求；Web服務(wù)器在收到客戶端的請求后，按照請求命令檢索后臺數(shù)據(jù)庫并得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)，在PHP腳本中通過json_encode（）函數(shù)將要返回的數(shù)據(jù)與響應(yīng)打包成JSON格式回傳到Android客戶端；Android客戶端在收到數(shù)據(jù)之后，使用相應(yīng)JSON格式解析類的方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，并顯示到相應(yīng)用戶界面。

3 系統(tǒng)界面

中藥植物標(biāo)本管理系統(tǒng)客戶端的設(shè)計界面如圖3和圖4所示。圖3是普通用戶客戶端界面，普通用戶客戶端僅具有NFC標(biāo)簽信息讀取，標(biāo)本信息加載顯示功能界面。當(dāng)參觀者或?qū)W生需要了解標(biāo)本信息時，打開界面，開啟NFC適配器掃讀NFC標(biāo)簽，便可從遠(yuǎn)程服務(wù)器加載標(biāo)本信息到本地終端。圖4是標(biāo)本管理員客戶端界面，包括用戶注冊、登錄，增加記錄、標(biāo)本信息編輯、NFC標(biāo)簽讀寫、數(shù)據(jù)加載、上傳等功能界面，管理員可在此界面完成標(biāo)本信息的錄入、修改等操作。

圖3 普通用戶客戶端界面Fig.3 Interface of client for ordinary user

圖4 管理員客戶端界面Fig.4 Interface of client for administrator

4 結(jié)語

為了降低中藥植物標(biāo)本制作、管理工作的難度，滿足工作人員野外作業(yè)的便攜要求，同時為了使學(xué)生或參觀者能夠通過手機(jī)終端快速查找標(biāo)本的詳細(xì)信息，基于NFC標(biāo)簽、Android客戶端、Apache＋PHP＋MySQL服務(wù)器建立了中藥植物標(biāo)本管理系統(tǒng)，在前后臺信息交互中采用了輕量級的JSON格式，經(jīng)實(shí)際使用證實(shí)該系統(tǒng)有助于提高管理人員的工作效率，有助于學(xué)生與參觀者更加快捷、全面了解標(biāo)本的信息。同時，在此系統(tǒng)框架的基礎(chǔ)上，后期可為中藥植物標(biāo)本增加語音、視頻等多種媒體信息，使中藥植物標(biāo)本在教學(xué)科研及文化傳承中得到更好的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)（References）

［1］ 王玉香，張喜紅.基于圖像處理技術(shù)的西洋參外形特征參數(shù)測定［J］.淮北師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2017，38（3）：49-52.

［2］ 張喜紅.基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的西洋參等級分類方法研究［J］.云南民族大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2017，26（4）：322-326.

［3］ 陳靜，趙云雁，張志鴻，等.基于NFC技術(shù)的智能海報安全實(shí)現(xiàn)［J］.鄭州大學(xué)學(xué)報（工學(xué)版），2013，34（3）：98-101．

［4］ 孫旭.基于NFC技術(shù)的生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈可追溯系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用研究［D］.長春：吉林大學(xué)，2016.

［5］ 周書亦.基于NFC技術(shù)移動支付系統(tǒng)的虛擬銀行發(fā)展模式研究：以吉林九臺農(nóng)村商業(yè)銀行為例［D］.長春：吉林大學(xué)，2016.

［6］ 劉超超，王彬.基于NFC技術(shù)的電子名片管理系統(tǒng)的設(shè)計［J］.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2016，6（11）：39-40，43.

［7］ 謝衛(wèi)全.基于Android的NFC手機(jī)景點(diǎn)介紹系統(tǒng)［D］.廣州：華南理工大學(xué)，2013：18-19.

［8］ 黃雙雙.基于NFC的博物館智能導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計［J］.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2015（11）：60-62.

［9］ 劉小丹，黃翠翠.中心區(qū)域可視二維條碼的設(shè)計及編碼方法［J］.計算機(jī)工程與設(shè)計，2012，33（1）：392-395.

［10］趙特木.基于Android平臺的NFC信息管理系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)［D］.大連：大連理工大學(xué)，2013.

［11］龔成瑩，邢敬宏，胡銀保.基于JSON的Android移動終端與PHP及MySQL數(shù)據(jù)通信［J］.工業(yè)儀表與自動化裝置，2013（1）：63-65，69.