基于Android平臺(tái)的汽車油量監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

曾劍鋒 蘇 娟

(湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院 湖南 長(zhǎng)沙 410000)

基于Android平臺(tái)的汽車油量監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

曾劍鋒 蘇 娟

(湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院 湖南 長(zhǎng)沙 410000)

針對(duì)汽車偷油問題，提出基于Android平臺(tái)的汽車油量監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由油量實(shí)時(shí)采集通信車載終端、Web服務(wù)器、安卓手機(jī)客戶端三大部分組成。油量實(shí)時(shí)采集通信終端以STM32為主控制器，實(shí)時(shí)采集處理油量傳感器的油量值，并通過GPRS將實(shí)時(shí)油量數(shù)據(jù)發(fā)送至Web服務(wù)器。安卓手機(jī)客戶端與Web服務(wù)器之間采用WebSocket進(jìn)行通信，報(bào)警信息由服務(wù)器向安卓手機(jī)客戶端主動(dòng)推送。結(jié)果表明，系統(tǒng)能在汽車偷油的情況下及時(shí)在手機(jī)客戶端上以震動(dòng)和警鈴的方式通知車主，對(duì)于解決汽車偷油問題具有較大的應(yīng)用價(jià)值。

Android 油量監(jiān)控 STM32 WebSocket GPRS

0 引 言

隨著汽車的普及，各種各樣的問題也隨之而來。其中較為普遍的一個(gè)問題就是偷油。

針對(duì)這個(gè)問題，本文研究開發(fā)基于Android平臺(tái)的汽車油量監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)來實(shí)時(shí)監(jiān)控汽車油量。使車主能通過手機(jī)隨時(shí)隨地了解自己車輛的油量變化情況，并在汽車可能被偷油、油量不足時(shí)及時(shí)告知車主。必要時(shí)啟動(dòng)車載終端上的警笛，對(duì)小偷進(jìn)行震懾驅(qū)逐。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主要由油量實(shí)時(shí)采集通信車載終端(簡(jiǎn)稱“車載終端”)、Web服務(wù)器、安卓手機(jī)客戶端三大部分組成，如圖1所示。車載終端主要負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)汽車油量，并將油量數(shù)據(jù)通過GPRS發(fā)送至Web服務(wù)器。后者則對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析并保存至數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，若有警情馬上將信息發(fā)送至手機(jī)客戶端報(bào)警。安卓手機(jī)客戶端接收Web服務(wù)器的報(bào)警信息和實(shí)時(shí)油量信息，并與用戶進(jìn)行交互。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件部分主要是由油位傳感器模塊、主控制器模塊、GPRS模塊、及其他擴(kuò)展的外設(shè)等組成。如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

為了達(dá)到對(duì)油量采集精度的要求，系統(tǒng)采用深圳九通公司的JT606電容式油位傳感器[1]。它能連續(xù)檢測(cè)液位水平高度，分辨率小于1mm，能現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整長(zhǎng)度以適應(yīng)油箱高度。

系統(tǒng)采用ST公司的STM32F103RBT6作為主控制器，它的運(yùn)行頻率高達(dá)72 MHz，內(nèi)部具有128 KB的Flash和20 KB的SRAM。同時(shí)還集成了USB接口及3個(gè)USART接口[2]。它負(fù)責(zé)處理油位傳感器的油量值，并和GPRS模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

GPRS通信模塊將主控制器傳來的數(shù)據(jù)發(fā)送至Web服務(wù)器。車載終端采用SIM900a作為通信模塊，它是一款尺寸緊湊的GSM/GPRS模塊，采用ARM926EJ-S架構(gòu),功耗低，在待機(jī)模式下電流低于18 mA、sleep模式低于2 mA，可以內(nèi)置客戶應(yīng)用程序。主控制器通過UART發(fā)送AT指令與SIM900a進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 油量采集通信終端軟件設(shè)計(jì)

車載終端主控制器通過高頻采集器(A/D)與油箱里的油位傳感器相連，并對(duì)采集到的電壓值進(jìn)行二次均值濾波，得到當(dāng)前時(shí)刻平均模擬電壓，然后通過線性關(guān)系將模擬電壓轉(zhuǎn)換為當(dāng)前油量值，再根據(jù)設(shè)定的閾值判斷油量變化(加油、偷油、油量不足、無變化)，最后通過GPRS上傳到Web服務(wù)器。油量采集處理流程框圖如圖3所示。

圖3 油量采集處理流程框圖

由于干擾的存在，采集到的數(shù)據(jù)有可能偏離其真實(shí)數(shù)值，所以必須對(duì)其進(jìn)行處理，使盡可能接近其真實(shí)值[3,4]。本系統(tǒng)進(jìn)行油量遞推平均，每采集5次油量值就進(jìn)行一次二次均值濾波，第一次均值濾波值和第二次平均濾波值由式(1)、式(2)所得：

(1)

(2)

中小制造企業(yè)常常忽略市場(chǎng)戰(zhàn)略，而依賴通過關(guān)系來銷售產(chǎn)品，一旦新經(jīng)濟(jì)環(huán)境演變到某個(gè)層面，以往的關(guān)系渠道往往就會(huì)失效。中小制造企業(yè)的有點(diǎn)就是經(jīng)營方式靈便，運(yùn)營方法多樣。但是對(duì)于關(guān)系渠道過分依賴也是一些中小制造企業(yè)的通病。例如壓縮機(jī)械產(chǎn)業(yè)中，少數(shù)甚至一兩個(gè)下游的國有石油化工或跨國電子電力大企業(yè)銷售渠道，就能養(yǎng)活一個(gè)小企業(yè)，市場(chǎng)上的其它公司中并不具有知名度。一旦銷售人員關(guān)系斷掉或?qū)Ψ綐I(yè)務(wù)不再需要，可能企業(yè)立即無法存活。因此，要轉(zhuǎn)變戰(zhàn)略思維，專注市場(chǎng)開拓并獲取知名度，這是新經(jīng)濟(jì)環(huán)境下更好生存的前提和基礎(chǔ)。

圖4 油量采集濾波時(shí)序圖

3.2Web服務(wù)器軟件設(shè)計(jì)

Web服務(wù)器主要由基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊、統(tǒng)計(jì)分析模塊、油量監(jiān)控模塊、預(yù)警設(shè)置模塊、平臺(tái)監(jiān)管模塊等組成。Web服務(wù)器軟件系統(tǒng)框圖如圖5所示。

圖5 Web服務(wù)器軟件系統(tǒng)框圖

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊主要是對(duì)車載終端GPRS模塊的SIM卡管理、車主信息管理、汽車油量數(shù)據(jù)管理等；統(tǒng)計(jì)分析模塊主要對(duì)報(bào)警信息統(tǒng)計(jì)，根據(jù)報(bào)警類型與報(bào)警開始結(jié)束時(shí)間對(duì)車輛進(jìn)行各種類型報(bào)警的查詢統(tǒng)計(jì)。油量監(jiān)控模塊主要是負(fù)責(zé)對(duì)車載終端發(fā)送過來的報(bào)警信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)接收到報(bào)警信息后通過WebSocket將報(bào)警信息推送至手機(jī)客戶端。WebSocket是一種自然的全雙工、雙向、單套接字連接。可以減少延時(shí)，一旦建立連接，服務(wù)器就可以主動(dòng)將消息發(fā)送至客戶端[5]。旨在通過僅在建立連接時(shí)發(fā)送上下文信息，并且在連接建立后允許連接的兩端在攜帶著極少的標(biāo)識(shí)信息的上下文信息的情況下發(fā)送消息，這樣很顯著地提高了網(wǎng)絡(luò)效率[6]。預(yù)警設(shè)置模塊主要接收手機(jī)客戶端發(fā)送過來的預(yù)警設(shè)置信息，將預(yù)警設(shè)置信息保存至數(shù)據(jù)庫，并將此預(yù)警信息發(fā)送至車載終端。平臺(tái)監(jiān)管模塊主要負(fù)責(zé)平臺(tái)用戶管理、角色管理、權(quán)限管理、日志管理等。

3.3 安卓手機(jī)客戶端軟件設(shè)計(jì)

安卓手機(jī)客戶端由油量前臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊、油量后臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊、閾值設(shè)置模塊、統(tǒng)計(jì)信息管理模塊組成。油量前臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊主要是將車載終端采集到的油量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示。后臺(tái)油量實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊是當(dāng)軟件在后臺(tái)運(yùn)行時(shí)對(duì)油量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)有油量警情時(shí)將通過聲音與警鈴的方式通知用戶。閾值設(shè)置模塊主要是對(duì)偷油報(bào)警閾值、加油提示閾值、缺油報(bào)警閾值進(jìn)行設(shè)置，并將設(shè)置的值發(fā)送至Web服務(wù)器。統(tǒng)計(jì)信息管理模塊主要為用戶提供各種統(tǒng)計(jì)信息的查詢顯示。安卓手機(jī)客戶端軟件結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 安卓手機(jī)客戶端軟件結(jié)構(gòu)框圖

3.3.1Service后臺(tái)油量實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊軟件實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)采用Service[7]組件進(jìn)行后臺(tái)油量的實(shí)時(shí)監(jiān)控。在Service對(duì)象中創(chuàng)建一個(gè)WebSocketConnection對(duì)象，并通過WebSocketConnection對(duì)象的connect()方法與Web服務(wù)器建立連接。利用WebSocket的雙向推送機(jī)制在onTextMessage()方法中接收服務(wù)器發(fā)送過來的報(bào)警信息。對(duì)油量的后臺(tái)監(jiān)控是開機(jī)后就必須開啟的，為此，系統(tǒng)采用了安卓的廣播機(jī)制[8]來啟動(dòng)后臺(tái)油量監(jiān)控服務(wù)。系統(tǒng)注冊(cè)了一個(gè)BroadcastReceiver對(duì)象，接收安卓系統(tǒng)在開機(jī)啟動(dòng)完成后發(fā)送的android.intent.action.BOOT_COMPLETED廣播，在onReceive()方法中通過Context類的startService()方法開啟后臺(tái)油量監(jiān)控服務(wù)。同時(shí)為了保證后臺(tái)油量監(jiān)控Service不被安卓系統(tǒng)kill掉，系統(tǒng)采用了Service自生機(jī)制。在Service的onDestroy()方法中通過Service對(duì)象的startService()方法自己?jiǎn)?dòng)自己，保證后臺(tái)油量監(jiān)控Service在被安卓系統(tǒng)kill掉后再次啟動(dòng)。當(dāng)WebSocket接收到服務(wù)器發(fā)送過來的油量監(jiān)控報(bào)警信息后，通過Service對(duì)象的startActivity()方法跳轉(zhuǎn)到報(bào)警頁面Activity中。在此Activity中創(chuàng)建兩個(gè)Thread線程，一個(gè)負(fù)責(zé)震動(dòng)報(bào)警。另一個(gè)則負(fù)責(zé)警鈴報(bào)警。在震動(dòng)報(bào)警線程中通過Vibrator對(duì)象的vibrate()方法使手機(jī)震動(dòng)。在警鈴報(bào)警線程中通過MediaPlayer對(duì)象來播放mp3警鈴文件，從而起到警鈴報(bào)警的作用。這兩個(gè)線程一直運(yùn)行，直到用戶得到警情后才停止。后臺(tái)油量實(shí)時(shí)監(jiān)控服務(wù)的流程框圖與報(bào)警通知用戶的流程框圖如圖7所示。

圖7 后臺(tái)油量實(shí)時(shí)監(jiān)控服務(wù)與報(bào)警通知用戶流程框圖

前臺(tái)油量實(shí)時(shí)監(jiān)控為用戶提供實(shí)時(shí)油量變化的UI界面，讓車主更直觀地了解汽車油量的變化，并且提供汽車實(shí)時(shí)油量值、實(shí)時(shí)油耗、報(bào)警閾值的顯示。系統(tǒng)利用Activity對(duì)象和自定義的View組件來實(shí)時(shí)顯示油量變化。在Activity的onCreate()方法中利用findViewById()方法加載各個(gè)組件。同時(shí)創(chuàng)建一個(gè)AsyncTask對(duì)象，在AsyncTask對(duì)象doInBackground()方法中新建一個(gè)WebSocket對(duì)象并與Web服務(wù)器建立連接。利用Thread類的sleep()方法做定時(shí)器，每隔5秒就從Web服務(wù)器上獲取一次油量值，并利用AsyncTask類的publishProgress()方法將最新獲取的油量值更新至UI線程。最后由AsyncTask類的onProgrssUpdate()方法在UI線程中實(shí)時(shí)更新油量的顯示值。對(duì)實(shí)時(shí)油量曲線圖的更新，是在自定義View對(duì)象的ondraw()方法中對(duì)Canvas進(jìn)行實(shí)時(shí)油量曲線圖的繪制，并利用View對(duì)象的invalidate()方法實(shí)時(shí)更新油量曲線圖。前臺(tái)油量實(shí)時(shí)監(jiān)控流程如圖8所示。

圖8 前臺(tái)油量實(shí)時(shí)監(jiān)控流程圖

4 系統(tǒng)測(cè)試

4.1Service后臺(tái)油量實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊測(cè)試

該測(cè)試主要包括在開機(jī)后，后臺(tái)油量實(shí)時(shí)監(jiān)控Service是否正常啟動(dòng)、Service能不能接收服務(wù)器發(fā)來的報(bào)警信息并跳轉(zhuǎn)至報(bào)警Activity中啟動(dòng)手機(jī)震動(dòng)與警鈴報(bào)警，以及測(cè)試在安卓系統(tǒng)kill掉后臺(tái)油量監(jiān)控Service后服務(wù)能不能自生。測(cè)試結(jié)果如圖9所示。

圖9 Service后臺(tái)油量實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊測(cè)試結(jié)果圖

當(dāng)手機(jī)啟動(dòng)后，在應(yīng)用程序管理中可以看到后臺(tái)油量監(jiān)控服務(wù)正常啟動(dòng)如圖9(a)所示。并且點(diǎn)擊停止應(yīng)用后服務(wù)又自動(dòng)啟動(dòng)了。當(dāng)接收到服務(wù)器發(fā)來的報(bào)警信息后，自動(dòng)彈出圖9(b)所示的報(bào)警頁面，其上顯示報(bào)警時(shí)間與報(bào)警類型，并啟動(dòng)了手機(jī)震動(dòng)與警鈴報(bào)警。

4.2 前臺(tái)油量實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊測(cè)試

該測(cè)試主要測(cè)試用戶點(diǎn)擊前臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)控功能按鈕時(shí)，能否實(shí)時(shí)顯示汽車油量、油耗、以及汽車油量變化折線圖，結(jié)果如圖10所示。從圖中可以看到在前臺(tái)油量實(shí)時(shí)監(jiān)控界面上實(shí)時(shí)顯示出了汽車油量值，并以數(shù)字值和折線圖的形式表示出來。其中折線圖的橫坐標(biāo)表示時(shí)間，縱坐標(biāo)表示油量。橫坐標(biāo)的0s表示的是當(dāng)前時(shí)間，負(fù)的時(shí)間表示過去的時(shí)間。

圖10 前臺(tái)油量實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊測(cè)試結(jié)果圖

4.3 統(tǒng)計(jì)信息管理模塊測(cè)試

該測(cè)試主要包括報(bào)警統(tǒng)計(jì)測(cè)試、油耗統(tǒng)計(jì)測(cè)試、加油統(tǒng)計(jì)測(cè)試。當(dāng)用戶輸入查詢起止日期，點(diǎn)擊查詢按鈕后，統(tǒng)計(jì)模塊測(cè)試的結(jié)果如圖11所示。

圖11 統(tǒng)計(jì)模塊測(cè)試結(jié)果圖

5 結(jié) 語

通過系統(tǒng)測(cè)試可知、本文研究的基于Android平臺(tái)的汽車油量監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)能對(duì)汽車油量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并以曲線圖和數(shù)字值的方式對(duì)油量進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。而且能對(duì)偷油、缺油、加油各種警情進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，當(dāng)遇到偷油情況時(shí)能及時(shí)通過震動(dòng)和警鈴的方式通知用戶。實(shí)踐證明基于Android平臺(tái)的汽車油量監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)對(duì)于防止汽車偷油具有較高的利用價(jià)值。

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DESIGN AND REALIZATION OF AUTOMOBILE OIL MONITORING AND ALARMINGSYSTEM BASED ON ANDROID PLATFORM

Zeng Jianfeng Su Juan

(CollegeofElectricalandInformationEngineering,HunanUniversity,Changsha410000,Hunan,China)

Aiming at the automobile oil theft problem, an automobile oil monitoring and alarming system based on Android platform is proposed. The system is mainly composed of real-time acquisition and communication terminal, Web server, Android mobile phone client. The real-time acquisition and communication terminal treating STM32 as the main controller acquires and processes the value of oil sensor and transmits the real-time oil data to the Web server through the GPRS. Android mobile phone client and Web server communicate with each other through the WebSocket, and Web servers proactively push the alarm information to the Android mobile phone client. Results showed that the system could realize the function that the mobile client will notify its owner by vibration and alarm when the oil of the automobile is being stolen, which is of great application value to solve the problem of automobile oil stealing.

Android Oil monitoring STM32 WebSocket GPRS

2016-01-20。湖南省科技項(xiàng)目(2014GK3007)。曾劍鋒，碩士生，主研領(lǐng)域：嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用。蘇娟，副教授。

TP311

A

10.3969/j.issn.1000-386x.2017.03.058