Android平臺(tái)在遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用綜述

李珊珊

關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程監(jiān)控；Android平臺(tái)；無線通信；移動(dòng)終端

中圖法分類號(hào)：TN92 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1引言

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)作為測試控制、信號(hào)采集、遠(yuǎn)程通信、數(shù)據(jù)分析的集合，隨著網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)的迅速發(fā)展，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、家居等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。其中，Android平臺(tái)憑借其開源、軟件移植性好、硬件便攜可移動(dòng)、支持多種無線通信方式等優(yōu)勢，在遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用。

Android平臺(tái)是由谷歌公司開發(fā)的運(yùn)行在觸屏式移動(dòng)智能終端上的開源操作系統(tǒng)，基于Linux內(nèi)核，底層和應(yīng)用層分別基于C語言、C++語言和Java語言進(jìn)行開發(fā)。2022年5月最新發(fā)布的Android 13，在界面自定義方面做了升級(jí)，尤其是針對如平板之類的大屏設(shè)備應(yīng)用進(jìn)行了特殊優(yōu)化，這些升級(jí)優(yōu)化為Android平臺(tái)在遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中的進(jìn)一步應(yīng)用提供了便利。

2系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)

2.1 Android開發(fā)技術(shù)

Android平臺(tái)的基本架構(gòu)自下而上分為4層，即Linux內(nèi)核層、函數(shù)庫和Android運(yùn)行時(shí)環(huán)境層、應(yīng)用程序框架層以及應(yīng)用程序?qū)?。Linux內(nèi)核層提供了硬件資源所需的底層驅(qū)動(dòng)：函數(shù)庫和運(yùn)行時(shí)環(huán)境層，也稱為中間層，主要提供了一組基于C/C++的函數(shù)庫，同時(shí)Android運(yùn)行時(shí)環(huán)境還提供了Android系統(tǒng)特有函數(shù)功能和Java語言函數(shù)功能的核心庫，以及Dalvik虛擬機(jī)；應(yīng)用框架層為應(yīng)用程序開發(fā)提供了接口，包括Activity Manage，Window Manager，Content Provider，View System， Package Manager， Telephony Manager，Resource Manager， Location Manager

和

Notification Manager；應(yīng)用程序?qū)影苯用嫦蛴脩舻膽?yīng)用程序。

Android應(yīng)用程序的主流開發(fā)工具目前有Eclipse和Android Studio兩種。Eclipse作為跨平臺(tái)開源IDE，主要用于Java語言開發(fā)，其安裝不同插件的方式可用于不同計(jì)算機(jī)語言的開發(fā)，如C++，Python等，拓展性強(qiáng)。Android Studio是由谷歌公司推出的Android應(yīng)用開發(fā)官方IDE，提供了運(yùn)行于手機(jī)、計(jì)算機(jī)、穿戴設(shè)備、電視等硬件的統(tǒng)一開發(fā)環(huán)境，其基于IntelliJIDEA構(gòu)建，使應(yīng)用開發(fā)更加快速和靈活。

Android應(yīng)用程序以分立但相關(guān)聯(lián)的組件為基本構(gòu)成單元，每個(gè)組件為系統(tǒng)進(jìn)入應(yīng)用程序提供了入口點(diǎn)。應(yīng)用程序中主要用到的應(yīng)用程序組件有4種，即Activities組件、Service組件、Content組件和BroadcastReceiver組件。它們分別起到用戶界面表現(xiàn)、后臺(tái)運(yùn)行服務(wù)、應(yīng)用程序間數(shù)據(jù)共享、廣播接收響應(yīng)的作用。Android應(yīng)用程序通過界面控件與用戶建立交互連接，常用的界面控件有Text View，List View，Edit Text，Button，Radio Button，Check Box，Spinner等。

2.2無線通信技術(shù)

無線通信技術(shù)作為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的基礎(chǔ)，解決了傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)間、空間受限的問題。無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展和連接技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，為遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用起到了積極推動(dòng)作用。目前，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中使用的主流無線通信技術(shù)主要有Wi-Fi技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)、ZigBee技術(shù)和移動(dòng)通信技術(shù)。

Wi-Fi技術(shù)是基于802.11協(xié)議的短距離局域網(wǎng)無線通信規(guī)范，工作頻段一般為2.4 GHz和5 GHz，傳輸距離在阻隔較多的室內(nèi)環(huán)境下約為50～100米，在開闊環(huán)境下可達(dá)300米：藍(lán)牙技術(shù)是基于國際標(biāo)準(zhǔn)的開放技術(shù)規(guī)范，適合短距離低速率通信，有效傳輸距離為15米，工作頻段為2.4 GHz，通過跳頻機(jī)制實(shí)現(xiàn)信號(hào)抗干擾和衰減抑制；ZigBee技術(shù)是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的個(gè)域網(wǎng)協(xié)議，是一種具有低速率、短距離、低成本等特點(diǎn)的無線通信技術(shù)，工作頻段一般為2.4 GHz，傳輸距離為10～75米；移動(dòng)通信是指移動(dòng)體與移動(dòng)體或固定體之間的通信，自20世紀(jì)80年代以來已發(fā)展至第5代，移動(dòng)通信技術(shù)幾乎沒有距離限制，只要在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地方就可以實(shí)現(xiàn)通信交流，且通信質(zhì)量較高。

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中的無線通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有B/S（瀏覽器／服務(wù)器）模式和C/S（客戶機(jī)／服務(wù)器）模式2種，B/S模式中客戶端使用瀏覽器運(yùn)行，C/S模式客戶端使用專門的軟件運(yùn)行。

3 Android平臺(tái)在遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

工業(yè)自動(dòng)化是推動(dòng)我國從制造業(yè)大國邁向制造業(yè)強(qiáng)國的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)監(jiān)測是工業(yè)自動(dòng)化的基礎(chǔ)保障。Android平臺(tái)基于多種無線通信技術(shù)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控。

文獻(xiàn)[10]設(shè)計(jì)了一種基于Android平臺(tái)的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用Wi-Fi技術(shù)實(shí)現(xiàn)以IAP15F2K61S2單片機(jī)為核心的硬件監(jiān)控模塊與Android平臺(tái)之間的通信：硬件監(jiān)控模塊將采集到的重要參數(shù)通過Wi-Fi接人路由器供Android平臺(tái)遠(yuǎn)程使用：Android平臺(tái)基于Wi-Fi遠(yuǎn)程向硬件監(jiān)控模塊發(fā)送指令實(shí)現(xiàn)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制，從而進(jìn)一步地在Android平臺(tái)中將測量參數(shù)以曲線顯示，更加貼近工業(yè)測量實(shí)際。

文獻(xiàn)[11]設(shè)計(jì)了一種基于Android平臺(tái)的變電站環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用移動(dòng)通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)之間的信息交互：下位機(jī)通過各型傳感器采集溫度、濕度等環(huán)境數(shù)據(jù)，上位機(jī)以短信形式發(fā)送電話配對、門限設(shè)置、繼電器控制和環(huán)境數(shù)據(jù)獲取4種指令，實(shí)現(xiàn)對變電站的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

文獻(xiàn)[12]設(shè)計(jì)了一種船舶、汽車等交通工具姿態(tài)與位置遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)，與其他遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中Android平臺(tái)作為遠(yuǎn)程監(jiān)控客戶端不同的是，該系統(tǒng)借助Android平臺(tái)中的MEMS傳感器和GPS芯片，將Android平臺(tái)作為參數(shù)采集端，在基于四元數(shù)的互補(bǔ)濾波融合算法對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，將姿態(tài)和位置信息通過移動(dòng)通信技術(shù)實(shí)時(shí)上傳至遠(yuǎn)程服務(wù)器。

文獻(xiàn)[13]利用移動(dòng)通信技術(shù)和Android平臺(tái)開發(fā)技術(shù)，設(shè)計(jì)了實(shí)時(shí)掌握壓鑄生產(chǎn)線運(yùn)行及生產(chǎn)狀態(tài)的移動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)成功應(yīng)用子某公司壓鑄生產(chǎn)車間15臺(tái)壓鑄機(jī)的數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)了對生產(chǎn)情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控功能。

文獻(xiàn)[14]針對電力系統(tǒng)中傳統(tǒng)指針儀表智能信息化改造短時(shí)間無法實(shí)現(xiàn)的現(xiàn)狀，研制了一種電力儀表遠(yuǎn)程讀取系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用Android平臺(tái)的相機(jī)功能對傳統(tǒng)指針儀表進(jìn)行拍照后，通過圖像處理算法得出指針讀數(shù)，再以移動(dòng)通信的方式傳遞給運(yùn)維人員。值得一提的是，該系統(tǒng)中Android平臺(tái)不僅作為遠(yuǎn)程監(jiān)測客戶端，同時(shí)用于數(shù)據(jù)采集。

文獻(xiàn)[15]和文獻(xiàn)[16]將Android平臺(tái)應(yīng)用于對機(jī)器人的遠(yuǎn)程控制，從而實(shí)現(xiàn)其在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。文獻(xiàn)[15]設(shè)計(jì)的自動(dòng)裝車機(jī)器人遠(yuǎn)程控制平臺(tái)由基于Android的遠(yuǎn)程客戶端、服務(wù)器、攝像頭和裝車機(jī)器人組成，客戶端與服務(wù)器之間采用Wi-Fi連接，向下發(fā)送機(jī)器人控制命令，向上接收視頻信息。文獻(xiàn)[16]設(shè)計(jì)了煤礦井下探測機(jī)器人的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，以Android平臺(tái)為上位機(jī)，通過Wi-Fi和藍(lán)牙2種模式控制機(jī)器人動(dòng)作，并通過Wi-Fi獲取機(jī)器人實(shí)時(shí)拍攝的現(xiàn)場視頻信息、運(yùn)行狀態(tài)信息以及環(huán)境參數(shù)信息。

3.2智能家居領(lǐng)域的應(yīng)用

智能家居是指基于計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等將各種家居相關(guān)設(shè)備有機(jī)結(jié)合成一體的系統(tǒng)。家居遠(yuǎn)程控制是智能家居系統(tǒng)中不可或缺的一部分。

文獻(xiàn)[17]和文獻(xiàn)[18]通過Wi-Fi服務(wù)器建立了基于Android平臺(tái)的智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，與家居電器之間的信息獲取和指令發(fā)送是利用Arduino平臺(tái)、Arduino平臺(tái)對傳感器采集到的信號(hào)進(jìn)行處理分析后傳遞給Android平臺(tái)，并借助外接的紅外收發(fā)模塊將Android平臺(tái)發(fā)送的指令進(jìn)行分析后，控制家居電氣工作。

文獻(xiàn)[19]設(shè)計(jì)了由Android平臺(tái)、嵌入式終端、物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算平臺(tái)組成的智能家居安全保護(hù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)中重點(diǎn)加入了對安全的考量，在Android平臺(tái)客戶端與服務(wù)器的數(shù)據(jù)傳輸中實(shí)現(xiàn)了基于Token的身份驗(yàn)證機(jī)制，加強(qiáng)了身份認(rèn)證功能，增加了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴?/p>

文獻(xiàn)[20]設(shè)計(jì)的智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)由電氣設(shè)備控制、監(jiān)控設(shè)備控制、安防設(shè)備控制和無線通信技術(shù)四大模塊組成，采用Wi-Fi、藍(lán)牙和移動(dòng)通信（短信）3種無線連接方式實(shí)現(xiàn)了對家居設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測與控制。

3.3醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用

隨著人們對自身健康情況重視程度的不斷加深和穿戴式身體檢測設(shè)備的快速發(fā)展，為解決醫(yī)療資源分配不均衡的現(xiàn)狀，遠(yuǎn)程醫(yī)療成為必然發(fā)展趨勢。

文獻(xiàn)[21]設(shè)計(jì)了一種用于觀察心電圖的基于Android平臺(tái)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，心電采集模塊將采集到的數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)換后，通過藍(lán)牙實(shí)時(shí)傳送到Android平臺(tái)，進(jìn)行顯示并分析。文獻(xiàn)[22]設(shè)計(jì)的人體健康檢測應(yīng)用，通過藍(lán)牙遠(yuǎn)程獲取采集到的人體各項(xiàng)生理指標(biāo)并進(jìn)行顯示，同時(shí)基于多數(shù)據(jù)融合分析技術(shù)給出健康狀態(tài)結(jié)論及指導(dǎo)意見。

文獻(xiàn)[23]設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)程醫(yī)療信息系統(tǒng)，在清華大學(xué)研制的可實(shí)時(shí)獲取被測者健康數(shù)據(jù)的嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)上，借助Android平臺(tái)的移動(dòng)性和兼容性，使醫(yī)生不受空間限制，遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)獲取病人的生理指標(biāo)信息和過往病歷信息，并在此基礎(chǔ)上提供醫(yī)療服務(wù)。

3.4農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

隨著信息技術(shù)的不斷進(jìn)步，為提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平和改善當(dāng)前的勞動(dòng)環(huán)境，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)也朝著精細(xì)化、數(shù)字化方向發(fā)展。

文獻(xiàn)[24]設(shè)計(jì)的溫室大棚智能遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，通過傳感器采集溫室大棚的空氣溫濕度、土壤溫濕度、光照度及二氧化碳濃度并計(jì)算處理后，實(shí)現(xiàn)了本地監(jiān)控與調(diào)節(jié)，以及基于移動(dòng)通信的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

文獻(xiàn)[25]中將Android平臺(tái)應(yīng)用于對智能農(nóng)業(yè)機(jī)器人的遠(yuǎn)程控制，通過機(jī)器人硬件部分的Wi-Fi模塊、通信接口和lP網(wǎng)絡(luò)攝像頭模塊，實(shí)現(xiàn)對機(jī)器人的動(dòng)作控制和視頻監(jiān)控。該系統(tǒng)已成功應(yīng)用于青島農(nóng)業(yè)大學(xué)某試驗(yàn)基地中，實(shí)現(xiàn)了對機(jī)器人動(dòng)作、重力感應(yīng)等遠(yuǎn)程控制。

4下一步研究重點(diǎn)

基于Android平臺(tái)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)已推廣至眾多領(lǐng)域并得到了較好的應(yīng)用效果，但隨著應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大和應(yīng)用深度的不斷拓展，借助無線通信的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)如何保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和數(shù)據(jù)共享的安全性／隱私性將是下一步研究的重點(diǎn)。

（1）遠(yuǎn)程監(jiān)控的安全性。在以Android平臺(tái)為客戶端的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中，需要安裝專門的APP或者通過網(wǎng)頁獲取并顯示監(jiān)控到的數(shù)據(jù)，若客戶端安裝了其他非法APP，將會(huì)給監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)帶來嚴(yán)重的安全隱患。同時(shí)，基于云服務(wù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中越來越多的個(gè)人隱私、生產(chǎn)經(jīng)營、實(shí)驗(yàn)結(jié)果等信息在云端存儲(chǔ)，這些都對遠(yuǎn)程監(jiān)控的安全性提出更多的考驗(yàn)。

（2）遠(yuǎn)程監(jiān)控的實(shí)時(shí)性。無線通信中數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性受當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的影響會(huì)出現(xiàn)延遲，導(dǎo)致遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)在需要根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)做出控制調(diào)整的生產(chǎn)／測試場景中應(yīng)用效果不佳。隨著生產(chǎn)過程的復(fù)雜化和管理的精細(xì)化，遠(yuǎn)程監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)量的持續(xù)增加將給傳輸實(shí)時(shí)帶來更大的難度。

5結(jié)束語

本文分析了基于Android平臺(tái)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)，并通過實(shí)例說明了其在工業(yè)、家居、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用。但該系統(tǒng)的應(yīng)用遠(yuǎn)不止于此，隨著Android操作系統(tǒng)的不斷發(fā)展和傳感器、網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)處理等信息技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，基于移動(dòng)終端的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)在未來將具有更廣闊的應(yīng)用前景。