周明亮　朱一群　岑寶周

當(dāng)今幼兒園校車事件頻發(fā)，并且家長(zhǎng)對(duì)于校車在行駛過(guò)程中的動(dòng)態(tài)一無(wú)所知，因此需要一種技術(shù)能夠幫助家長(zhǎng)對(duì)孩子所處的位置進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)。基于GPRS， GPS等技術(shù)的基于安卓的幼兒園監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)家長(zhǎng)使用安卓手機(jī)上的客戶端能實(shí)時(shí)了解孩子的各方面的信息，解決家長(zhǎng)無(wú)法實(shí)時(shí)了解孩子在途中的安全狀況，同時(shí)，該系統(tǒng)也給家長(zhǎng)提供孩子在學(xué)校的生活狀況和學(xué)校的新動(dòng)態(tài)等各方面的信息。監(jiān)控系統(tǒng)裝置通過(guò)GPS獲取孩子所在位置信息，并通過(guò)GPRS模塊發(fā)送至遠(yuǎn)程服務(wù)器上，家長(zhǎng)可以通過(guò)android客戶端查看上位機(jī)處理軟件解析后存入數(shù)據(jù)庫(kù)的GPS數(shù)據(jù)以及孩子的個(gè)人信息和事件信息。該系統(tǒng)彌補(bǔ)了市場(chǎng)上利用視頻監(jiān)控技術(shù)，人臉識(shí)別技術(shù)和智能卡技術(shù)只能在一定范圍內(nèi)監(jiān)控的缺點(diǎn)，該系統(tǒng)能夠全程的檢測(cè)孩子位置，監(jiān)控具有靈活性。

【關(guān)鍵詞】GPRS技術(shù) GPS技術(shù) Android 校車監(jiān)控

1 引言

當(dāng)今社會(huì)，對(duì)于家庭來(lái)說(shuō)，孩子便成了家庭的核心?；诎沧康挠變簣@監(jiān)控系統(tǒng)可以很好的實(shí)現(xiàn)孩子實(shí)時(shí)位置監(jiān)控，家長(zhǎng)通過(guò)智能手機(jī)登陸手機(jī)客戶端便能查詢到孩子在幼兒園的狀況以及實(shí)時(shí)的位置信息。后臺(tái)管理系統(tǒng)讓幼兒園更好地實(shí)現(xiàn)了公開(kāi)化教育，有利于校園的管理。隨著移動(dòng)業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷提高，為本系統(tǒng)提供了強(qiáng)大的技術(shù)基礎(chǔ)，成熟的GPS、GPRS技術(shù)，為孩子的位置信息的傳送帶來(lái)有力的保障。本文通過(guò)對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及所用技術(shù)的闡述實(shí)現(xiàn)上位機(jī)程序、后臺(tái)管理程序以及安卓手機(jī)客戶端程序。

2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

基于安卓的幼兒園監(jiān)控管理系統(tǒng)使用GPRS技術(shù)把獲取到的GPS信息發(fā)送到服務(wù)器處理，家長(zhǎng)通過(guò)登陸安卓上的客戶端來(lái)了解孩子的狀況，該系統(tǒng)具體設(shè)計(jì)框圖如圖2-1所示。

該系統(tǒng)包含了由GPS、單片機(jī)模塊、GPRS模塊構(gòu)成的校車監(jiān)控模塊、服務(wù)器端的上位機(jī)程序、后臺(tái)管理程序以及手機(jī)端的安卓客戶端程序。

校車監(jiān)控模塊硬件放置于校車上，當(dāng)校車啟動(dòng)后，監(jiān)控模塊電源接通，模塊進(jìn)行初始化，即注冊(cè)GSM網(wǎng)絡(luò)，之后連接上GPRS模塊，注冊(cè)GPRS網(wǎng)絡(luò)，與此同時(shí)GPS模塊進(jìn)行初始化定位，查詢地球周圍衛(wèi)星，并進(jìn)行準(zhǔn)確定位，獲得的定位數(shù)據(jù)平均每3秒一次通過(guò)GPRS模塊發(fā)送至服務(wù)器端口。服務(wù)器端的數(shù)據(jù)接收工具從規(guī)定的端口讀取移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳來(lái)的數(shù)據(jù)，并對(duì)GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行解析和糾錯(cuò)處理，再將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)校車ID所對(duì)應(yīng)的表中。PC網(wǎng)站可訪問(wèn)數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)，并顯示在網(wǎng)頁(yè)上，家長(zhǎng)可以通過(guò)電腦訪問(wèn)在校管理員錄入的學(xué)生信息，并查詢到孩子所在的校車及其位置信息。家長(zhǎng)也可以通過(guò)手機(jī)客戶端利用家長(zhǎng)自己注冊(cè)的手機(jī)號(hào)碼登陸系統(tǒng)，查看對(duì)應(yīng)孩子相應(yīng)的信息以及在校所發(fā)生的事件。由此，該系統(tǒng)在軟硬件的配合下完成了一套完整的監(jiān)控管理系統(tǒng)。

2.2 系統(tǒng)功能模塊

基于安卓的幼兒園監(jiān)控管理系統(tǒng)由GPS、MCU、GPRS硬件模塊與服務(wù)器端、安卓客戶端軟件模塊兩部分構(gòu)成。硬件模塊主要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程定位與定位數(shù)據(jù)的發(fā)送功能，軟件模塊實(shí)現(xiàn)定位信息處理與信息顯示功能。系統(tǒng)硬件模塊如圖2-2所示。

2.2.1 GPS模塊

發(fā)送定位信號(hào)，接收GPS衛(wèi)星定位，將GPS定位信息[1]傳送給MCU進(jìn)行處理。此處選用的監(jiān)控模塊是瑞士生產(chǎn)的ublox NEO 5Q，其定位精度高，更新速度快，滿足本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，極限速度可達(dá)500m/s，遠(yuǎn)高于車的行駛速度，在定位時(shí)，車速將不影響定位。

2.2.2 MCU處理模塊

此處使用的微控制單元為STC12C5A60S2負(fù)責(zé)處理接收過(guò)來(lái)的GPS數(shù)據(jù)，將經(jīng)緯度解析出來(lái)，傳遞給GPRS，同時(shí)還有初始化GPRS模塊的功能。該模塊采用高速率的處理芯片，其強(qiáng)抗干擾能力，強(qiáng)抗靜電能力可以防止模塊在校車上被手機(jī)信號(hào)或強(qiáng)磁場(chǎng)干擾。

2.2.3 GPRS模塊

采用多頻模塊，支持移動(dòng)和聯(lián)通運(yùn)營(yíng)商，負(fù)責(zé)將經(jīng)過(guò)處理的GPS數(shù)據(jù)傳送到服務(wù)器端。使用該模塊時(shí)需要自備一張SIM卡，等待MCU進(jìn)行初始化，即注冊(cè)運(yùn)營(yíng)商和注冊(cè)網(wǎng)絡(luò)。此處選用的是臺(tái)灣SIMCOM公司生產(chǎn)的SIM300。

2.2.4 服務(wù)器端

包括GPRS數(shù)據(jù)接收器，前臺(tái)管理系統(tǒng)，網(wǎng)站三部分。采用C#，ASP.NET，SQL程序編寫(xiě)，本系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)接收器接收經(jīng)緯度并存入數(shù)據(jù)庫(kù)，前臺(tái)管理系統(tǒng)與網(wǎng)站讀取數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)，并顯示在前端，管理系統(tǒng)與網(wǎng)站通過(guò)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)庫(kù)的形式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

2.2.5 安卓客戶端

利用java程序編寫(xiě)，通過(guò)聯(lián)網(wǎng)的方式與服務(wù)器進(jìn)行交互，達(dá)到實(shí)時(shí)同步的效果，地圖采用百度地圖API接口能夠同步的顯示校車所在的地理位置。該客戶端也能夠查看學(xué)生的信息及事件信息。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 上位機(jī)設(shè)計(jì)

上位機(jī)使用C# 編程語(yǔ)言。該軟件不停地監(jiān)控指定端口上發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，并分析數(shù)據(jù)，把分析后的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)中。

3.1.1 GPS數(shù)據(jù)分析

設(shè)計(jì)該軟件需要對(duì)GPS的數(shù)據(jù)類型進(jìn)行分析，GPS上電后，每隔一定的時(shí)間就會(huì)返回一定格式的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)格式為：“$信息類型，x，x，x，x，x，x，x，x，x，x，x，x，x”。

每行開(kāi)頭的字符都是‘$，接著是信息類型，后面是數(shù)據(jù)，以逗號(hào)分隔開(kāi)。一行完整的數(shù)據(jù)如下：$GPRMC，080655.00，A，4546.40891，N，12639.65641，E，1.045，328.42，170809，，，A*60。

3.1.2 代碼實(shí)現(xiàn)過(guò)程分析

（1）根據(jù)以上分析，代碼部分定義如下：

if （ch == 'C'） /// 如果第五個(gè)字符是C，（$GPRMC）

{ if （status == 'A'） { } } /// 如果數(shù)據(jù)有效，則分析已經(jīng)定位endprint

（2）對(duì)GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，實(shí)現(xiàn)功能： 把GPS模塊的GPRMC信息解析為可識(shí)別的數(shù)據(jù)。

a.從GPS接收數(shù)據(jù)GPRMC中分離緯度信息

GPS->latitude_Degree = （int）GPS->latitude / 100； /// 分離緯度

lati_cent_tmp = （GPS->latitude - GPS->latitude_Degree * 100）；

GPS->latitude_Cent = （int）lati_cent_tmp；

lati_second_tmp = （lati_cent_tmp - GPS->latitude_Cent） * 60；

GPS->latitude_Second = （int）lati_second_tmp；

b.同理可 從GPS接收數(shù)據(jù)GPRMC中分離經(jīng)度信息

（3）將分析出來(lái)的GPS數(shù)據(jù)再次重組。為了讓服務(wù)器能識(shí)別接收到的GPS數(shù)據(jù)，我們把接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行重組并進(jìn)行以下規(guī)定，使用"@"作為數(shù)據(jù)的分隔符。部分代碼如下：

Int_To_Str（GPS.latitude_Degree，info1）； //緯度

strcat（position2，"car1001@"）； //此處car1001是校車的編號(hào)

strcat（position2，info1）；

strcat（position2，"@"）；

例如：$GPRMC，034300.00，A，3100.44647，N，12123.66838，E，0.201，，210314，，，D*70中分析出可識(shí)別的31@00@26@121@23@39@數(shù)據(jù)。

3.2 上位機(jī)實(shí)現(xiàn)

上位機(jī)可修改IP地址以及端口，具有靈活性，能防止接收上位機(jī)的默認(rèn)端口在已被使用的情況下而導(dǎo)致端口被占用的錯(cuò)誤發(fā)生。上位機(jī)在啟動(dòng)后一般很少暫?；蜿P(guān)閉，因此設(shè)計(jì)了上位機(jī)能最小化到系統(tǒng)托盤(pán)，減少占用任務(wù)欄窗口。

（1）還原GPS數(shù)據(jù)。上位機(jī)使用C#編程語(yǔ)言。通過(guò)該語(yǔ)句把接收到的數(shù)據(jù)分離出，并存放到G字符串?dāng)?shù)組中。

string[] G = GPS.Split（new char[] { '@' }）；

（2）經(jīng)過(guò)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，本GPS接收到的位置信息與實(shí)際的坐標(biāo)存在誤差，經(jīng)過(guò)大量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析得出緯度和經(jīng)度的修正值。

- 0.001655144 緯度修正值 + 0.005411744 經(jīng)度修正值

上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)如圖3-1所示。

3.3 后臺(tái)管理程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

管理程序使用C#編程語(yǔ)言。管理程序登陸設(shè)立分等級(jí)登陸，不同的人員具備不同權(quán)限，保護(hù)數(shù)據(jù)的真實(shí)性和完整性。管理程序具備添加、刪除、修改學(xué)生信息，實(shí)時(shí)監(jiān)看各孩子和校車的動(dòng)態(tài)路線的眾多功能。

管理程序只有學(xué)校的相關(guān)部門(mén)人員使用，各級(jí)別的管理人員擁有不同的權(quán)限，同時(shí)操作的模塊界面也不一樣，例如某老師登陸后只能管理他們班的學(xué)生，這樣防止其學(xué)生的信息被多人修改而導(dǎo)致信息錯(cuò)亂。學(xué)?？稍O(shè)立相關(guān)的部門(mén)來(lái)專門(mén)管理老師的信息，以及各類信息的管理。這種設(shè)計(jì)可有效防止信息的泄露，如果某環(huán)節(jié)出問(wèn)題能方便追蹤責(zé)任人。管理程序有如下模塊：

3.3.1 快速選擇模塊

管理程序有快速選擇模塊，利用樹(shù)狀分支的形式，方便管理人員快速找到所需的模塊，如圖3-2所示。

3.3.2 部門(mén)人員管理模塊

管理者的注冊(cè)頁(yè)面如圖3-3所示，該模塊是用來(lái)管理具備管理權(quán)限的人員的注冊(cè)、注銷、刪除和修改。不同等級(jí)管理員對(duì)孩子的管理范圍也不一樣，一共設(shè)立了2個(gè)等級(jí)，普通管理員和普通用戶。

3.3.3 查找功能的多模塊性

使用同一個(gè)查找模塊能對(duì)不同的界面進(jìn)行檢索，既方便管理人員的使用，又減少了代碼量。其查找界面如圖3-4所示。

3.3.4 注冊(cè)學(xué)生的模塊

注冊(cè)的學(xué)生，在所有必填的信息不空情況下才能注冊(cè)，保證信息的完整性和必要性。學(xué)生擁有2個(gè)可選的監(jiān)護(hù)人的信息。2個(gè)監(jiān)護(hù)人都能登陸安卓的客戶端來(lái)看自己的孩子的信息。

3.3.5 修改信息模塊

學(xué)生剛注冊(cè)時(shí)提供了些基本的信息，而后還有其它的信息需要修改，本模塊能增加或修改其它信息，讓信息更加完善。

3.3.6 添加和查看孩子的事件

該模塊能夠添加孩子的事件，該事件模塊能夠記錄孩子的情況和孩子的生活動(dòng)向，及時(shí)地讓家長(zhǎng)了解孩子的新事件。查看事件如圖3-5所示。

3.3.7查看校車的狀態(tài)

該模塊反映出校車當(dāng)前的位置和狀態(tài)，狀態(tài)是否在線，”1”表示校車在工作期間，”0”表示校車處于未工作期間。校車的0與1狀態(tài)如圖3-6、3-7所示。

3.3.8 查看校車的具體位置。

該模塊反映出校車所在的具體位置信息，可以供管理員以及老師查看，并能夠?qū)崟r(shí)的跟蹤校車的位置，顯示具體的校車線路，并顯示在百度地圖上。

3.4 基于安卓系統(tǒng)的客戶端設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

安卓客戶端采用java編程，做了一定的界面美化處理，并在服務(wù)器端采用服務(wù)器處理程序，更加節(jié)省了軟件客戶端的流量。程序主要由登陸界面、學(xué)生信息、位置查看、事件查看、設(shè)置頁(yè)面構(gòu)成，登陸之后可以直觀地看到孩子的個(gè)人信息以及在校的事件信息，更加方便了家長(zhǎng)對(duì)于孩子的信息的管理和查看。

基于安卓的幼兒園監(jiān)控管理系統(tǒng)的軟件客戶端主要為家長(zhǎng)服務(wù)，家長(zhǎng)登陸到客戶端，可以查看到孩子的基本信息和擴(kuò)展信息以及GPS在線狀態(tài)，同時(shí)也能查看到孩子在幼兒園所發(fā)生的事件。軟件主要采用的是json解析方式，listview顯示方式，以及擴(kuò)展列表顯示方式，增加了軟件的可用性并提高了軟件的穩(wěn)定性。同時(shí)將界面的按鈕做了小小的處理，增加了界面的美感。endprint

3.4.1 學(xué)生信息模塊

方便家長(zhǎng)查看學(xué)生的信息，登陸之后可以查看到基本信息和擴(kuò)展信息的選項(xiàng)卡，點(diǎn)擊基本信息和擴(kuò)展信息可以查看全部的信息，該信息為最初注冊(cè)時(shí)所填的信息。其界面效果圖如圖3-8、圖3-9所示。代碼實(shí)現(xiàn)片段：

list.add（new BasicNameValuePair（"action"， "getbtn"））；

list.add（new BasicNameValuePair（"Username"， userString））；

String result= NetUtils.postRequest（url， list）；

Customer[] cusarray= JSONHelper.parseArray（result， Customer.class）；// 利用JSONHelper類的parseArray方法獲得服務(wù)器傳遞過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)解析成數(shù)組值，再對(duì)數(shù)組的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類。

3.4.2 位置查看

位置查看模塊主要由百度地圖API提供接口，JSON的數(shù)據(jù)解析功能構(gòu)成，將GPS傳遞至數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)信息，傳遞至手機(jī)端，由手機(jī)端的java虛擬機(jī)通過(guò)百度地圖API的請(qǐng)求反地理地址編碼，將經(jīng)緯度轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的街道地址，并顯示在手機(jī)界面上供家長(zhǎng)查看，如果不在線將顯示不在線。其結(jié)果如圖3-10所示。代碼實(shí)現(xiàn)片段：

mBaiduMap.addOverlay（new MarkerOptions（）.position（result.getLocation（）） .icon（BitmapDescriptorFactory.fromResource（R.drawable.icon_marka）））；

mBaiduMap.setMapStatus（MapStatusUpdateFactory.newLatLng（result.getLocation（）））；

addr.setText（result.getAddress（））；//調(diào)用接口的BaiduMap類的addOverlay方法實(shí)現(xiàn)標(biāo)記，利用setMapStatus方法實(shí)現(xiàn)地圖的顯示，利用result的getAddress方法實(shí)現(xiàn)街道地址的獲取，并用setText方法顯示在手機(jī)軟件界面上。

3.4.3事件查看模塊

事件查看模塊如圖3-11所示。主要由ArrayList列表顯示，為了能夠讓家長(zhǎng)更加直觀地看到孩子在學(xué)校所發(fā)生的事件，其標(biāo)簽包括了時(shí)間、地點(diǎn)與事件三部分。該模塊也是運(yùn)用了JSON數(shù)據(jù)解析的方法，通過(guò)JSON的數(shù)據(jù)格式：{name：minijoy，password：minijoy} 傳遞到手機(jī)端，手機(jī)解析并賦值給TextView。同時(shí)利用手機(jī)屏幕像素獲取類WindowManager獲取手機(jī)的高和寬，以使得軟件適應(yīng)于各種尺寸的手機(jī)。代碼實(shí)現(xiàn)片段：

SimpleAdapter adapter = new SimpleAdapter（this，getData（），R.layout.incindent，

new String[]{"title"，"info"，"img"}，

new int[]{R.id.time，R.id.didian，R.id.inc}）；

listview.setAdapter（adapter）；// 利用RelativeLayout類進(jìn)行編碼布局，形成簡(jiǎn)單的列表顯示于界面

RelativeLayout layoutRight=（Relative Layout） inflater.inflate（R.layout.button， null）；// 利用listview的setAdapter方法設(shè)置列表，將列表放在容器中，顯示出來(lái)。

4 總結(jié)

基于C#、asp.net、IIS、Java等軟件技術(shù)，單片機(jī)、GPS、GPRS等硬件技術(shù)的基于安卓的幼兒園監(jiān)控系統(tǒng)可以幫助家長(zhǎng)對(duì)孩子動(dòng)態(tài)而又靈活的位置信息以及幼兒園所發(fā)生的各種事件了如指掌。

通過(guò)與市場(chǎng)上的產(chǎn)品相比較，本產(chǎn)品在硬件方面：安裝方便，功能強(qiáng)大，集多種傳感器于一體。在軟件方面：系統(tǒng)功能穩(wěn)定，消耗流量小，可進(jìn)行實(shí)時(shí)定位，顯示真實(shí)的地理位置信息，便于家長(zhǎng)查看。在技術(shù)方面：要求涉及的技術(shù)面廣，多種技術(shù)融為一體，界面設(shè)計(jì)較美觀。除此之外，系統(tǒng)本身具有一定優(yōu)勢(shì)：第一，避免為每個(gè)孩子添加一套監(jiān)控設(shè)備帶了的高成本；第二，防止小孩子容易丟失設(shè)備而帶來(lái)的信息泄露；第三，降低服務(wù)器因處理大量人員信息的壓力。

該系統(tǒng)功能強(qiáng)大，易于操作，安裝簡(jiǎn)單，便于在實(shí)際的幼兒園中進(jìn)行使用，推廣性較強(qiáng)，是真正意義上的實(shí)時(shí)位置監(jiān)控系統(tǒng)。

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作者單位

上海電機(jī)學(xué)院 上海市 200240endprint