PRODUCT CLASSIFICATION
產品分類糧情測控係統/智能糧庫係統 摘 要:傳(chuan) 統的糧食倉(cang) 儲(chu) 一般采用桌麵計算機係統來監測糧倉(cang) 內(nei) 的環境信息,隨著移動終端設備的技術進步和發展,移動終端設備日益智能化,應用也更加廣泛,使用移動終端設備來監測糧倉(cang) 環境信息方便快捷,而且移動設備便於(yu) 攜帶,移動性好,能夠突破地域的限製,實現隨時隨地的糧倉(cang) 信息監測。為(wei) 此本文采用androids係統平台的移動智能終端來實現一種對糧倉(cang) 儲(chu) 糧信息的監測控製。
關(guan) 鍵詞:糧情測控;移動終端;androids係統。糧情測控係統/智能糧庫係統
中圖分類號:TP319 文獻標識碼:A
1 糧情測控係統/智能糧庫係統引言(Introduction)
據統計糧食在倉(cang) 儲(chu) 過程中損耗量很大,聯合國糧農(nong) 組織的調查顯示,世界上平均每年倉(cang) 儲(chu) 糧的損耗占到年產(chan) 量總量的10%左右,可謂是損耗量驚人,在一些欠發達的國家和地區,這一損耗甚至高達30%,究其原因主要是缺乏先進的儲(chu) 糧技術,再加上管理的缺位,造成儲(chu) 糧生蟲、黴變、變質[1]。因此提高儲(chu) 糧技術,加強儲(chu) 糧管理,減少糧食損耗至關(guan) 重要,而加強糧倉(cang) 內(nei) 儲(chu) 糧信息的監測管理水平有利於(yu) 提高儲(chu) 糧質量,減少糧食損耗。
目前,對糧倉(cang) 內(nei) 儲(chu) 糧信息的監測主要是桌麵應用係統,成本高。隨著科技的發展,移動終端所傳(chuan) 遞的速率越來越快,應用也越來越廣泛。但是目前移動終端的應用大多在民用層麵,很少涉及工業(ye) 生產(chan) 領域,如將其應用到糧食倉(cang) 儲(chu) 的監控中勢必推動糧情監測的技術進步和倉(cang) 儲(chu) 效率。為(wei) 此,本文結合移動智能終端係統平台的優(you) 勢和特點,探索並實現一種基於(yu) 移動智能終端的糧情測控係統。
2 糧情測控係統/智能糧庫係統 移動終端特點及應用開發模式(The characteristics
and application model of terminal)
2.1 移動終端設備特點及優(you) 勢
從(cong) 移動終端的運算處理能力來看,其CPU一般是基於(yu) ARM的微處理器,工作頻率較低,數據處理能力和計算能力不強。針對移動終端運算能力比較弱的特點,移動終端設備應定位為(wei) 顯示終端,在這裏移動終端僅(jin) 僅(jin) 作為(wei) 一種接收和顯示的終端設備,大量的計算,數據處理,存儲(chu) 都應放在雲(yun) 端,結合雲(yun) 計算技術按需從(cong) 雲(yun) 端更新和獲取數據。此外移動終端具有強大的I/O能力,通過I/O可以擴展移動終端的應用範圍,根據這一特點,可以連接嵌入式設備,將嵌入式開發和移動終端應用開發結合起來。一般來講嵌入式係統能夠與(yu) 大量的電子元器件連接並對其進行控製。但是,它有一個(ge) 缺點,即缺乏一個(ge) 良好的人機交互界麵,並且無線連接能力也很差。而從(cong) 另外一個(ge) 方麵來說,移動終端設備則擁有一個(ge) 良好的人機交互界麵(一個(ge) 超大的觸摸屏)以及強大的無線通信能力,但是,它卻嚴(yan) 重缺乏讀取和控製各種電子元器件的能力。那麽(me) 將移動設備和嵌入式設備相連接,能夠克服彼此的不足,擴展移動設備的應用[2]。另外移動設備大的特點在於(yu) 移動性和便攜性以及強大的通信能力,可以使應用程序突破空間時間的限製。這些特點使得移動終端非常適合應用於(yu) 糧情測控係統。
2.2 移動終端應用軟件開發模式
根據移動終端的特點,在糧情測控係統中,移動終端應用軟件的開發應遵循以下幾種模式:首先移動終端設備應定位於(yu) 顯示終端,它僅(jin) 僅(jin) 是對數據進行展示,各種運算和處理應放到雲(yun) 端來進行,這符合移動終端應用軟件的開發特點;其次移動終端設備具有移動性、便攜性,硬件方麵具有可擴展性,對於(yu) 應用開發來講,要充分考慮這些特點,將其融入到物聯網環境中,開發相應的外設;再者在應用軟件的開發過程中要盡量使用已有的開發資源,一些大的應用程序供應商能夠提供一些封裝好的功能模塊,像是物理引擎等,有效利用這些資源可以提高開發的效率,降低開發的難度;後應用軟件的開發要注重人機的交互,對於(yu) 移動設備操作應該方便、便捷,具有人性化,應當具備良好的人機交互界麵,使之成為(wei) 用戶和係統之間有效溝通的橋梁,實現良好的軟件應用體(ti) 驗。
3 糧情測控係統/智能糧庫係統 糧情測控係統總體(ti) 方案(General design of grain
monitoring system)
糧情測控係統通過對糧倉(cang) 內(nei) 溫度、濕度等各種信息的監測,評估出儲(chu) 糧的儲(chu) 藏狀況,進而進行糧情預警,確保糧食質量安全[3]。
3.1 糧情測控係統方案
本係統通過在糧倉(cang) 內(nei) 的傳(chuan) 感器網絡獲取糧情的狀態參數,並存儲(chu) 到雲(yun) 端服務器中,然後通過中繼器將數據傳(chuan) 送到移動終端,移動終端接收到糧情監測數據後,將對監測到的數據進行全麵展示和分析,隨時監控糧食的儲(chu) 藏狀況,並能做出預警,保證儲(chu) 糧質量。係統物理結構框圖如圖1所示。
圖1 糧情測控係統物理結構框圖
Fig.1 Grain monitoring system physical structure
diagram
3.2 糧情測控係統組成
本文提出的糧情測控係統主要有三個(ge) 部分組成:智能傳(chuan) 感網絡、雲(yun) 端服務器和中繼傳(chuan) 輸、移動智能終端。
3.2.1 智能傳(chuan) 感器網絡
為(wei) 了監測糧倉(cang) 內(nei) 的糧食信息,在糧倉(cang) 的內(nei) 部,布置了眾(zhong) 多的傳(chuan) 感器,有溫度傳(chuan) 感器、濕度傳(chuan) 感器等,通過這些傳(chuan) 感器可以實時感知儲(chu) 糧的各種狀態信息。傳(chuan) 統的傳(chuan) 感器隻能監測感受到的信息,並不能對信息進行處理和傳(chuan) 輸,而智能傳(chuan) 感單元結合了微處理器、傳(chuan) 感器模塊、接口電路、數據存儲(chu) 模塊、無線通信模塊、電源模塊等部分,具有智能感知、智能信息處理與(yu) 傳(chuan) 輸的功能,為(wei) 此本係統采用智能傳(chuan) 感單元來監測糧倉(cang) 內(nei) 的各種信息。在糧倉(cang) 內(nei) 部,各個(ge) 智能傳(chuan) 感單元有機結合構成一個(ge) 智能傳(chuan) 感網絡,通過這個(ge) 網絡采集儲(chu) 糧的各種狀態信息,並自動將數據上傳(chuan) 到雲(yun) 端服務器,實現儲(chu) 糧信息的實時采集與(yu) 監測。
3.2.2 雲(yun) 端服務器與(yu) 傳(chuan) 輸中繼
雲(yun) 端服務器主要負責接收智能傳(chuan) 感器網絡上傳(chuan) 的數據,存儲(chu) 並對數據進行運算和預處理,生成移動終端所需的數據格式(圖像、文字、表格等),然後通過傳(chuan) 輸中繼傳(chuan) 送到移動終端進行展示。雲(yun) 端服務器采用雲(yun) 計算和雲(yun) 存儲(chu) 技術,大量數據的存儲(chu) 和處理放在雲(yun) 端,減輕了移動終端設備的數據處理壓力和存儲(chu) 容量限製。 傳(chuan) 輸中繼主要負責雲(yun) 端服務器和移動智能終端之間的數據傳(chuan) 輸,移動智能終端通過傳(chuan) 輸中繼向雲(yun) 端服務器請求數據信息,傳(chuan) 輸中繼接收到雲(yun) 端服務器的數據信息後,再將數據按一定格式通過Wi-Fi發送給移動終端。
3.2.3 移動智能終端
本係統移動終端設備采用基於(yu) androids操作係統平台的移動終端,主要負責與(yu) 傳(chuan) 輸中繼進行通信,從(cong) 雲(yun) 端服務器獲取糧情數據,移動終端獲取數據存儲(chu) 並在觸摸屏上展示,並通過數據分析和處理,對糧倉(cang) 內(nei) 的儲(chu) 糧狀態進行監控和預警。
4 糧情測控係統/智能糧庫係統 糧情測控終端應用開發與(yu) 實現(Development and
realization of grain monitoring terminal
application)
本文糧情測控係統的終端設備采用androids係統平台的移動智能終端。糧情測控應用程序運行在智能終端設備上,其主要作用是無線下載數據、本機存儲(chu) 數據、解析數據、分析和處理數據。
4.1 androids平台移動終端開發環境
本文的糧情測控終端應用程序設計在Windows XP操作係統環境下進行,移動終端采用androids係統平台的設備。搭建開發環境需要安裝和配置以下開發工具[4]:JDK、java開發工具包;Eclipse,java語言開發環境;ADT、Eclipse的androids開發插件;androids SDK、androids專(zhuan) 屬軟件開發包。
4.2 糧情測控終端應用程序功能結構
糧情測控終端應用程序實現三大係統功能:數據采集係統,數據顯示係統,糧情預警係統。詳細的功能結構框圖如圖2所示。
圖2 終端應用程序功能框圖
Fig.2 The terminal application functional block
diagram
4.3 糧情測控終端應用詳細設計
4.3.1 終端應用用戶界麵
應用程序的用戶界麵是人機交互的主要途徑,良好的界麵設計可以提高用戶的操作體(ti) 驗,充分體(ti) 現應用軟件的特點。androids應用開發產(chan) 生界麵有三種方式:XML配置生成;用戶界麵接口生成;代碼生成。本係統應用的設計采用MVC框架模式,將界麵的設計和程序邏輯設計相分離,界麵設計通過在XML中定義(yi) 完成。
係統運行時首先進入歡迎界麵,之後進入功能選擇主界麵。界麵的布局通過在androids資源res/layout目錄中定義(yi) 的“xml”文件來進行設置。功能選擇界麵真機運行效果如圖3所示。
圖3 功能選擇界麵顯示
Fig.3 The function selection interface display
4.3.2 數據采集係統
數據采集係統主要負責獲取雲(yun) 端服務器的糧情數據並對數據進行解析和分類,並存儲(chu) 在移動終端的SD卡中實現本地化存儲(chu) ,以便數據顯示係統能夠正確識別和顯示。數據采集係統主要實現以下兩(liang) 種功能:
(1)數據下載與(yu) 存儲(chu)
androids應用開發支持HTTP(超文本傳(chuan) 輸協議),提供了兩(liang) 種通信接口:①標準java接口(java.net),實現基於(yu) URL的請求響應。②Apache接口(org.apache.http),Apache提供一套接口,功能強大和複雜。本係統采用標準java接口作為(wei) 通信接口,通過HttpURLConnection類接收來自雲(yun) 端服務器的網絡數據。HttpURLConnection類繼承自URLConnection類,屬於(yu) 抽象類,通過get請求獲取數據流,並將數據流寫(xie) 到SD卡的相應文件中,完成數據的下載與(yu) 存儲(chu) 任務[5]。
(2)數據解析和分類
對於(yu) 服務器端返回的數據,移動客戶端需要能夠解析出具體(ti) 的含義(yi) ,這就需要服務器端和客戶端具有統一的數據格式。本係統采用XML作為(wei) 實際開發中所用的數據格式。XML(可擴展標記語言)是一種可以用來創建自己專(zhuan) 屬的標記語言,側(ce) 重於(yu) 結構化的描述信息。XML文件存儲(chu) 了數據信息,通過數據解析,客戶端可以知道數據的具體(ti) 含義(yi) 。本係統的XML文件解析采用API SAX(Simple API for XML)接口,使用SAX解析器進行分類解析[4]。
4.3.3 數據顯示係統
(1)糧情基本信息顯示
糧情基本信息模塊主要負責識別監測到的各個(ge) 糧倉(cang) 的糧情信息並以一定的數據格式在終端設備界麵顯示出來。顯示的基本信息主要包括糧倉(cang) 號、倉(cang) 容、倉(cang) 形、儲(chu) 糧種類、儲(chu) 糧等級、糧倉(cang) 通風方式、倉(cang) 內(nei) 外溫度、濕度、倉(cang) 庫管理員等信息,如圖4所示。
圖4 糧情基本信息界麵顯示
Fig.4 The grain basic information interface display
(2)糧情圖表信息顯示
AChartEngine[7]是androids平台的圖形庫,是一款圖形數據引擎,支持常用的各種圖表,像是柱狀圖、曲線圖、餅圖等。使用圖形數據引擎能夠快速開發出各種圖表,縮短開發周期,提高開發效率。
本係統的圖表信息顯示采用AChartEngine引擎進行開發,對於(yu) 監控數據或者統計數據,圖表顯示為(wei) 直觀、清晰,而AChartEngine圖形引擎能夠方便實現、美觀、多樣化的圖表。
圖表信息顯示模塊能夠將糧情信息以各種專(zhuan) 題圖的方式展示出來,更加直觀,便於(yu) 用戶掌控糧倉(cang) 內(nei) 環境信息的變化。顯示的專(zhuan) 題圖包括:溫度曲線圖,濕度曲線圖,溫度曲線對比圖,柱狀統計圖,餅狀圖,組合圖等。下圖展示的是一段時間內(nei) 糧倉(cang) 內(nei) 外溫濕度變化的曲線圖,如圖5所示。
圖5 溫度濕度曲線圖
Fig.5 Temperature and humidity curve graph (3)糧堆溫度雲(yun) 圖顯示
糧倉(cang) 內(nei) 部存儲(chu) 了大量的糧食,在糧堆的內(nei) 部溫度分布並不均勻,通過在糧堆內(nei) 部層層布置傳(chuan) 感器節點可以監控糧堆內(nei) 部的溫度情況。
本係統用三維立體(ti) 圖形模擬糧堆的形態,並能對糧堆按層、行、列進行劃分,並顯示所對應層、行、列的溫度雲(yun) 圖。溫度雲(yun) 圖是溫度傳(chuan) 感器節點的溫度值按照顏色深淺(溫度從(cong) 低到高對應顏色從(cong) 藍到紅)構成的溫度分布圖。糧堆是用三維立體(ti) 進行模擬,技術上是采用androids應用開發的OpenGL ES2.0三維圖形API來進行3D場景渲染[6],如圖6所示。圖中左側(ce) 顯示的是三維模擬糧堆,按層分為(wei) 四層,觸控某一層次,在屏幕右邊即顯示出當前層的溫度雲(yun) 圖。
圖6 糧堆溫度雲(yun) 圖顯示效果
Fig.6 The heap of grain temperature nephogram
display
4.3.4 糧情預警係統
本文的糧情測控係統主要用於(yu) 監測糧倉(cang) 內(nei) 儲(chu) 糧的存儲(chu) 狀況,及時對儲(chu) 糧狀態做分析和判斷。因此,預警係統就是通過分析接收到的糧情監測數據,對儲(chu) 糧狀態進行評定,進而指導用戶根據預警信息調整糧倉(cang) 內(nei) 的環境狀態,保障儲(chu) 糧質量。糧情預警係統主要實現下麵三個(ge) 功能:
(1)綜合評判和處理
係統獲取糧情的監測數據後,依據預先設定好的評判標準和範圍,將對數據進行對比、分析和處理,通過一定算法得出評判和處理結果。
(2)糧情預警提示
糧情的預警主要監控糧倉(cang) 內(nei) 部和糧堆內(nei) 部的溫度、濕度,以及糧倉(cang) 的通風狀況。預警係統通過檢測到的溫度、濕度等糧情信息,對當前糧倉(cang) 內(nei) 的環境信息進行綜合評判和處理,做出預警提示。
(3)糧食儲(chu) 藏狀態顯示
通過對糧情監測數據的綜合評判和處理,根據預先規定的評價(jia) 標準,可將儲(chu) 糧狀態分為(wei) :儲(chu) 藏品質優(you) 良、儲(chu) 藏良好、儲(chu) 糧品質受損、儲(chu) 糧變質四個(ge) 等級,應用程序分析處理得出結論後,將當前的儲(chu) 糧狀態顯示到用戶界麵上,做出預警提示。
5 糧情測控係統/智能糧庫係統 結論(Conclusion)
本文總結了移動智能終端應用的開發模式,實現了基於(yu) androids係統移動終端的糧情測控係統應用,開發結果表明,移動終端設備應用於(yu) 糧情測控是可行的,有利於(yu) 推動糧食倉(cang) 儲(chu) 的信息化管理。
參考文獻(References)
[1] 王若蘭(lan) .糧油儲(chu) 藏學[M].北京:中國輕工業(ye) 出版社,2012.8:5-20.
[2] Simon Monk[美],著,唐樂(le) ,譯.Arduino+androids互動智作[M].
北京:科學出版社,2012:8-15.
[3] 國家糧食局糧食行政管理司.儲(chu) 糧新技術教程[M].北京:中國
商業(ye) 出版社,2001:39-108.
[4] 李興(xing) 華.androids開發實戰經典[M].北京:清華大學出版社,
2012:12-27,257-282.
[5] 段弘,唐雪飛.androids係統結構及應用編程[M].北京:清華大
學出版社,2013:189-198.
作者簡介:
王 犇(1985-),男,碩士研究生.研究領域:物聯網及移動終端
設備應用.
肖 樂(le) (1972-),男,副教授,碩士生導師.研究領域:智能優(you)
化、數據可視化.
關(guan) 鍵詞:糧倉(cang) 糧情測控係統/糧情測控係統/糧倉(cang) 糧情溫濕度測控係統/糧情溫濕度測控係統/糧庫倉(cang) 溫倉(cang) 濕/智慧糧庫/智慧糧庫建設方案/智慧糧庫係統/智慧糧庫係統介紹/智慧糧庫解決(jue) 方案/糧食智能通風係統/環流熏蒸/糧油貯備庫測溫係統/糧食儲(chu) 備庫測溫係統