基于Android平臺(tái)的智能咖啡烘焙機(jī)

沈穎　翁益磊　葉楓　李曉蕾

摘? 要：針對(duì)當(dāng)今咖啡烘焙行業(yè)中烘焙操作門檻高、過程性數(shù)據(jù)缺乏記錄關(guān)聯(lián)、口感持續(xù)改進(jìn)困難以及綜合交流平臺(tái)匱乏等痛點(diǎn)，該產(chǎn)品聚焦咖啡烘焙機(jī)智能化需求，基于Android平臺(tái)配合智能監(jiān)控模塊提供了360°咖啡烘焙服務(wù)。該軟件依托烘焙過程數(shù)據(jù)為用戶提供了生豆信息管理、烘焙曲線監(jiān)控、一鍵烘焙復(fù)刻、專業(yè)杯測(cè)記錄、多元豆圈應(yīng)用五大核心功能。

關(guān)鍵詞：Android平臺(tái)? 咖啡烘焙? 智能監(jiān)控

中圖分類號(hào)：TP31 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2019）11（b）-0014-02

中國咖啡市場(chǎng)正在經(jīng)歷現(xiàn)磨咖啡逐漸普及的階段，現(xiàn)磨咖啡需求量不斷上升、實(shí)體咖啡店數(shù)量增加、銷售形式趨于多樣化?？Х群姹簷C(jī)作為加工現(xiàn)磨咖啡原材料的主要工具仍高度依賴人工手動(dòng)進(jìn)行控制，依靠烘焙師的經(jīng)驗(yàn)判斷烘焙狀態(tài)，智能化程度低。烘焙過程產(chǎn)生的大量烘焙信息和數(shù)據(jù)缺少記錄以及關(guān)聯(lián)手段，難以形成完整的記錄體系。除此之外，咖啡行業(yè)鏈條長(zhǎng)、環(huán)節(jié)多、渠道分散且各環(huán)節(jié)專業(yè)化程度較高的特點(diǎn)使得咖啡產(chǎn)業(yè)鏈上下游各司其職，目前尚未完成產(chǎn)業(yè)鏈布局。

針對(duì)以上問題，此文聚焦咖啡烘焙機(jī)智能化需求，提出了一套全方位咖啡烘焙方案。此方案中APP端使用藍(lán)牙接收智能監(jiān)測(cè)模塊傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)集原料管理、烘焙監(jiān)測(cè)、智能反控、綜合評(píng)價(jià)、多維互動(dòng)為一體的360°咖啡烘焙服務(wù)，為用戶提供專業(yè)的咖啡豆烘焙狀態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)控和實(shí)現(xiàn)基于優(yōu)質(zhì)溫控曲線的傻瓜式烘焙過程復(fù)刻。

1? 系統(tǒng)總體方案

該產(chǎn)品采用智能咖啡烘焙機(jī)+APP端+Server端的物理架構(gòu)模式進(jìn)行開發(fā)[1]，其中智能硬件為烘焙監(jiān)控模塊，用于采集咖啡豆烘焙過程的一系列數(shù)據(jù)，結(jié)合PID算法反控咖啡烘焙機(jī);APP基于Android平臺(tái)開發(fā)，依托烘焙過程數(shù)據(jù)為用戶提供豆柜管理、烘焙監(jiān)測(cè)、一鍵反控、評(píng)測(cè)記錄、豆圈應(yīng)用等多維度一體化咖啡烘焙服務(wù)[2];Server端實(shí)時(shí)同步烘焙數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、解析、轉(zhuǎn)發(fā)處理。

2? APP總體設(shè)計(jì)

該軟件通過面向?qū)ο蟮姆椒ㄟM(jìn)行設(shè)計(jì)，采用C/S架構(gòu)部署服務(wù)器，主要用到的技術(shù)工具有Tomcat7.0應(yīng)用服務(wù)器，MySql數(shù)據(jù)庫，使用Java語言開發(fā)。

2.1 系統(tǒng)核心功能

APP端提供了生豆信息管理、烘焙曲線監(jiān)控、一鍵烘焙復(fù)刻、專業(yè)杯測(cè)記錄、多元豆圈應(yīng)用5大核心功能。

（1）生豆信息管理。記錄生豆庫存信息，利用多種篩選條件為用戶提供個(gè)性化的原材料管理功能。

（2）烘焙曲線監(jiān)控。APP通過智能監(jiān)測(cè)設(shè)備實(shí)時(shí)采集多路溫度數(shù)據(jù)，并采用直觀烘焙曲線、數(shù)據(jù)列表兩種方式呈現(xiàn)。烘焙結(jié)束時(shí)，生成烘焙報(bào)告。同時(shí)，將數(shù)據(jù)同步到服務(wù)端進(jìn)行存儲(chǔ)。

（3）一鍵烘焙復(fù)刻。根據(jù)選擇的參考烘焙曲線解析出溫度數(shù)據(jù)，通過藍(lán)牙將數(shù)據(jù)發(fā)送至硬件終端調(diào)節(jié)烘焙溫度[3]。

（4）專業(yè)杯測(cè)記錄。依據(jù)SCAA標(biāo)準(zhǔn)制定包括口感，瑕疵等14個(gè)評(píng)價(jià)指，并根據(jù)指標(biāo)數(shù)據(jù)分析評(píng)價(jià)結(jié)果供用戶隨時(shí)查閱。

（5）多元豆圈應(yīng)用。圍繞咖啡文化設(shè)計(jì)具有多種增值功能的互動(dòng)應(yīng)用平臺(tái)，為生豆及附屬品供應(yīng)商、咖啡烘焙師及愛好者們架起溝通橋梁。

2.2 實(shí)現(xiàn)過程

實(shí)現(xiàn)智能咖啡烘焙監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需利用AndroidSDK結(jié)合Java代碼，通過apkbuilder生成apk文件，即Android應(yīng)用程序。

此產(chǎn)品采用BLE4.0協(xié)議實(shí)現(xiàn)APP與智能咖啡烘焙控制模塊之間的數(shù)據(jù)交互，通過發(fā)送不同的指令來獲取相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)[5]。為了提高烘焙品質(zhì)，我們自主研發(fā)了基于傅里葉級(jí)數(shù)的PID算法，并不斷優(yōu)化算法，將其從1.0版本更新到4.0版本以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)溫控[4]。

2.2.1 建立靜態(tài)UI

首先，為了實(shí)現(xiàn)多個(gè)功能所需的多個(gè)頁面，需新建多個(gè)xml布局文件，分別加載各個(gè)功能頁面。其次，新建多個(gè)Java文件繼承APPCompatActivity分別對(duì)應(yīng)每個(gè)xml布局文件，通過編碼實(shí)現(xiàn)組件的動(dòng)態(tài)更新與顯示。

2.2.2 實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙連接與數(shù)據(jù)傳輸

首先，為了使APP可以使用藍(lán)牙的相關(guān)功能，需在AndroidManifest.xml文件中添加藍(lán)牙相關(guān)權(quán)限。其次，在打開APP時(shí)，通過Android平臺(tái)提供的BLE4.0API功能，掃描附近可連接設(shè)備（如果沒有開啟藍(lán)牙功能會(huì)自動(dòng)開啟），選擇智能檢測(cè)模塊設(shè)備進(jìn)行連接（如果是第二次連接，BLE會(huì)根據(jù)上一次連接的MAC地址查詢當(dāng)前藍(lán)牙列表是否存在該設(shè)備）。

搜索藍(lán)牙時(shí)將會(huì)根據(jù)智能監(jiān)測(cè)模塊的MAC地址進(jìn)行連接，第一次連接之后會(huì)將該設(shè)備的MAC地址存入本地文件中，下次連接時(shí)將會(huì)自動(dòng)連接。連接成功后，APP通過藍(lán)牙服務(wù)讀取智能監(jiān)控模塊記錄的豆溫、進(jìn)風(fēng)溫、出風(fēng)溫和環(huán)境溫，并在APP首頁形成溫度曲線;用戶可以通過選擇自動(dòng)烘焙模式啟用烘焙曲線，APP根據(jù)選擇的曲線解析數(shù)據(jù)，通過藍(lán)牙將數(shù)據(jù)發(fā)送至硬件終端，烘焙監(jiān)控模塊根據(jù)數(shù)據(jù)反控咖啡烘焙機(jī)。

2.2.3 更新UI

當(dāng)接收到服務(wù)器或者智能監(jiān)控模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)時(shí)調(diào)用Handler的sendEmptyMessage方法更新相關(guān)的UI。

2.2.4 后臺(tái)完成耗時(shí)操作

在收發(fā)服務(wù)器和智能監(jiān)控模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)消耗一些時(shí)間，為了避免用戶在使用該軟件時(shí)遇到卡頓等現(xiàn)象，這里啟動(dòng)了兩個(gè)新的線程，分別用于服務(wù)器和智能監(jiān)測(cè)模塊的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收。

3? 研究結(jié)果與分析

在該文中，我們介紹了一個(gè)基于BLE4.0和Android應(yīng)用程序的藍(lán)牙通信軟件以及用于監(jiān)控的智能設(shè)備的全方位咖啡烘焙方案。該方案實(shí)現(xiàn)方式簡(jiǎn)單，BLE4.0是當(dāng)今智能手機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置，并且無線網(wǎng)絡(luò)幾乎無處不在，在使用上不會(huì)存在任何問題。該軟件使用了小米MIX 2S、華為P20和vivoNEX進(jìn)行了測(cè)試，兼容性良好。

4? 結(jié)語

該軟件實(shí)現(xiàn)了集原料管理、烘焙監(jiān)測(cè)、智能反控、綜合評(píng)價(jià)、多維互動(dòng)為一體的360°咖啡烘焙服務(wù)，用科技改變咖啡烘焙，為用戶提供專業(yè)的咖啡豆烘焙狀態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)控和實(shí)現(xiàn)基于優(yōu)質(zhì)溫控曲線的傻瓜式烘焙過程復(fù)刻。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳珊.Android的系統(tǒng)及應(yīng)用的架構(gòu)[J].電子技術(shù)與軟件工程，2019（3）：148.

[2] 芮素文.基于Android平臺(tái)軟件開發(fā)方法的研究與應(yīng)用[J].信息通信，2015（3）：106.

[3] 吳傳宇.云南咖啡豆烘焙溫度曲線試驗(yàn)研究[J].集美大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2013（5）.

[4] 劉家琪，劉嵩，韋亞萍，等.基于單片機(jī)的PID溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].湖北民族學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2019，37（2）：219-222.

[5] 胡成.基于Android系統(tǒng)的低功耗藍(lán)牙技術(shù)[J].電子技術(shù)與軟件工程，2018（16）：45.