實(shí)驗(yàn)室智能管理Web 系統(tǒng)及Android APP 開發(fā)

李顯尹　韋萍萍　崔忠偉

摘要：針對學(xué)校實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部布局結(jié)構(gòu)，對實(shí)驗(yàn)室智能管理系統(tǒng)進(jìn)行分析和研究，提出一種低成本、易擴(kuò)展，適用于實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用的管理系統(tǒng)?；贏ndroid 手機(jī)平臺或平板電腦設(shè)計(jì)了一套實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)機(jī)房的遠(yuǎn)程管理和本地控制相結(jié)合。通過實(shí)踐證明，該系統(tǒng)無論是硬件設(shè)備還是成本都是簡單和低廉的。除此之外，系統(tǒng)具有很強(qiáng)的可靠性。

關(guān)鍵詞：Android；WIFI；智能管理；控制網(wǎng)關(guān)

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）35-0128-02

實(shí)驗(yàn)室智能管理系統(tǒng)是利用通信技術(shù)、自動控制技術(shù)等對實(shí)驗(yàn)室設(shè)備進(jìn)行集中管理，形成一套完整的實(shí)驗(yàn)室智能管理系統(tǒng)。目前實(shí)驗(yàn)室智能管理系統(tǒng)正朝著具備無線遠(yuǎn)程和近程控制相結(jié)合、快速便利、高效管理的方向發(fā)展。

在實(shí)驗(yàn)室智能管理系統(tǒng)中，核心設(shè)備是實(shí)驗(yàn)室智能管理控制終端，綜合目前的研究狀況，有以下兩種備選方案：

第一，使用機(jī)房的教師機(jī)作為智能管理系統(tǒng)的控制終端。隨著近幾年智能控制網(wǎng)關(guān)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，促使電腦能夠通過Internet對智能管理系統(tǒng)進(jìn)行控制。但是，使用這種控制方式存在一定的缺點(diǎn)，譬如只能對實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行固定的控制，不能方便、便捷的移動控制終端。

第二，使用手機(jī)或平板作為控制終端，使用手機(jī)通過無線網(wǎng)絡(luò)對實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行方便、快捷的管理。但是目前采用這種方式控制實(shí)驗(yàn)室的系統(tǒng)還不是很普及，其大部分操作復(fù)雜，沒有給用戶帶來良好的體驗(yàn)。本研究主要使用手機(jī)作為控制終端，提出一種更為合理和便捷的方案。本設(shè)計(jì)主要思想如下：

1） 移動終端控制系統(tǒng)主要是使用當(dāng)前最流行的Android 系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，為了使系統(tǒng)具有良好的兼容性和可拓展性，因此使用支持組件重用以及SQLite數(shù)據(jù)庫。

2） 在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部通過本地局域網(wǎng)，這樣就不用連接Internet就能夠控制實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部的設(shè)備。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)室智能管理系統(tǒng)主要包括Android移動客戶端和固定控制網(wǎng)關(guān)兩部分組成。智能手機(jī)或者平板控制終端，安裝控制程序以后，管理員可以通過手機(jī)或平板將控制程序發(fā)送到控制網(wǎng)關(guān)。手機(jī)或平板的操作指令主要是通過控制網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)到實(shí)驗(yàn)室設(shè)備，與此同時(shí)控制網(wǎng)關(guān)將實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的狀態(tài)信息回發(fā)到手機(jī)或平板上，這樣就有利于管理員對實(shí)驗(yàn)室設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理。

如圖1所示為系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖。其主要工作原理是智能手機(jī)或平板通過WIFI 連接到公共網(wǎng)絡(luò)，而控制網(wǎng)關(guān)通過以太網(wǎng)連接到公共網(wǎng)絡(luò)，公共網(wǎng)絡(luò)中的無線路由器同時(shí)連接WIFI 和以太網(wǎng)。當(dāng)管理員在智能手機(jī)或平板上進(jìn)行操作后，操作指令通過無線路由器發(fā)送到控制網(wǎng)關(guān)?？刂凭W(wǎng)關(guān)接收操作指令后，將操作指令轉(zhuǎn)發(fā)到實(shí)驗(yàn)室設(shè)備。實(shí)驗(yàn)室設(shè)備接收操作指令，執(zhí)行相關(guān)功能，并將設(shè)備狀態(tài)信息返回到控制網(wǎng)關(guān)?？刂凭W(wǎng)關(guān)收到設(shè)備狀態(tài)信息后，通過無線路由器將狀態(tài)信息轉(zhuǎn)發(fā)到智能手機(jī)或平板，從而實(shí)現(xiàn)智能手機(jī)或平板對實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的操作控制。

2 移動客戶端設(shè)計(jì)

移動客戶端控制系統(tǒng)主要包括用戶界面、Socket通信、SQLite 數(shù)據(jù)庫。activities、services和providers等構(gòu)成移動應(yīng)用程序的多個(gè)組件，而且每個(gè)組件在應(yīng)用程序中扮演著重要的角色，其他應(yīng)用程序可以單獨(dú)激活每個(gè)組件。

2.1 Android 終端管理界面

如圖2 所示為移動終端主界面。圖中，按鈕由上而下分別為設(shè)備配置、狀態(tài)控制、系統(tǒng)配置、節(jié)點(diǎn)控制。點(diǎn)擊設(shè)備配置按鈕，進(jìn)入設(shè)備配置頁面，可以對設(shè)備進(jìn)行配置IP地址，定時(shí)設(shè)置等；點(diǎn)擊狀態(tài)控制進(jìn)入控制頁面，可以對設(shè)備進(jìn)行開關(guān)機(jī)、重啟、待機(jī)等操作；點(diǎn)擊系統(tǒng)配置進(jìn)入系統(tǒng)配置頁面，可以對本系統(tǒng)日期時(shí)間進(jìn)行更改設(shè)置；點(diǎn)擊節(jié)點(diǎn)控制進(jìn)入節(jié)點(diǎn)控制頁面，可以對各節(jié)點(diǎn)工作狀態(tài)進(jìn)行控制；

2.2 基于Socket 通信

在網(wǎng)絡(luò)編程方面，針對TCP 傳輸，安卓提供Socket類與ServerSocket類。針對UDP 傳輸，Android 提供Datagram-Socket 類和DatagramPackage 類?；赟ocket網(wǎng)絡(luò)編程相對來說是比較底層，其他應(yīng)用協(xié)議是以此為基礎(chǔ)而建立的。通過創(chuàng)建Socket對象，使其打開輸入輸出流進(jìn)行通信。

2.3 數(shù)據(jù)庫

本應(yīng)用程序使用的SQLite數(shù)據(jù)庫是Android 平臺內(nèi)置輕便的數(shù)據(jù)庫。對于SQLite的操作，Android 提供了SQLiteDatabase和SQLiteOpenHelper 兩個(gè)類。SQLiteOpenHelper類提供兩個(gè)方法onCreat（）和onUpgrade（ ） 對SQLite 數(shù)據(jù)庫進(jìn)行創(chuàng)建和更新，提供getWritableDatabase （ ） 或getReadableDatabase （ ） 方法來獲得數(shù)據(jù)庫對象。SQLiteDatabase 類則提供一些方法，可以使用Creat、Delete、Update執(zhí)行SQL 指令、完成常規(guī)的數(shù)據(jù)庫管理操作。數(shù)據(jù)庫主要存儲如下信息： 設(shè)備號，設(shè)備類型，各個(gè)設(shè)備的信息狀態(tài)（ 開關(guān)、是否在線等） 。

3 控制網(wǎng)關(guān)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的控制網(wǎng)關(guān)采用易控云分布網(wǎng)絡(luò)控制主機(jī)和易控云總線開關(guān)執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)。易控云分布網(wǎng)絡(luò)控制主機(jī)可以從以太網(wǎng)口接收數(shù)據(jù)，把來自以太網(wǎng)的控制指令轉(zhuǎn)發(fā)到易控云總線開關(guān)執(zhí)行器接口，也可以接收易控云總線開關(guān)執(zhí)行器傳回的數(shù)據(jù)。易控云分布網(wǎng)絡(luò)控制主機(jī)接口接收的控制網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)了TCP /IP 協(xié)議族，能夠支持支持以下三種不同的網(wǎng)絡(luò)連接模式：TCP _SERVER、TCP_CLIENT 和UDP 。在TCP_SERVER 模式下，控制網(wǎng)關(guān)等待控制終端請求連接。連接的主要目的是使數(shù)據(jù)能夠在移動設(shè)備與控制網(wǎng)關(guān)之間進(jìn)行傳輸。

4 結(jié)束語

通過本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室智能管理和控制，可以隨時(shí)隨地掌控實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的使用狀態(tài)。

本控制系統(tǒng)采用智能手機(jī)軟件與控制網(wǎng)關(guān)相結(jié)合的控制方式，相比其他的幾種終端控制方式優(yōu)勢明顯。同時(shí)，這種控制程序在Android操作系統(tǒng)上具有通用性和移植性，能在帶有此類操作系統(tǒng)的智能平臺上安裝和使用，市場的應(yīng)用價(jià)值高，易于推廣。本系統(tǒng)所需硬件簡單易用、穩(wěn)定可靠，并且有較好的擴(kuò)展性。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉升華.JAVA從入門到實(shí)踐[M].清華大學(xué)出版社，2009.9.

[2]蔡翠平.JAVA程序設(shè)計(jì)[M].清華大學(xué)出版社，2002.1.

[3]丁振凡.Java語言實(shí)用教程[M].北京郵電大學(xué)出版社，2008.1.

[4]馬春燕，張濤. 面向?qū)ο缶幊袒A(chǔ)：Java語言描述[M].西北工業(yè)大學(xué)出版社，2010.1.

[5]曲朝陽. Java 程序設(shè)計(jì)[M].北京交通大學(xué)出版社，2008.1.

[6]殷兆麟，張永平，姜淑娟. Java網(wǎng)絡(luò)高級編程[M]北京交通大學(xué)出版社，2005.1.

[7] 候俊，吳成東.基于ZigBee的智能家居安全控制系統(tǒng)研究[J]. 機(jī)電工程學(xué)報(bào)，2009，26（1）：69-70.

[8] 彭建盛. 基于Symbian 平臺智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].天津師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2011（2）：56-58.

[9] 滿莎，楊恢先.基于ARM9 的嵌入式無線智能網(wǎng)關(guān)家居設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2010，30（9）：2541-2544.

[10] 王朝華，陳德艷，黃國宏.基于Android的智能家居系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展， 2012.