基于移动智能终端的粮情测控系统

粮情测控系统/智能粮库系统 摘 要：传统的粮食仓储一般采用桌面计算机系统来监测粮仓内的环境信息，随着移动终端设备的技术进步和发展，移动终端设备日益智能化，应用也更加广泛，使用移动终端设备来监测粮仓环境信息方便快捷，而且移动设备便于携带，移动性好，能够突破地域的限制，实现随时随地的粮仓信息监测。为此本文采用Android系统平台的移动智能终端来实现一种对粮仓储粮信息的监测控制。 

　　关键词：粮情测控；移动终端；Android系统。粮情测控系统/智能粮库系统
　　中图分类号：TP319 文献标识码：A 
　　1 粮情测控系统/智能粮库系统引言(Introduction) 
　　据统计粮食在仓储过程中损耗量很大，联合国粮农组织的调查显示，世界上平均每年仓储粮的损耗占到年产量总量的10%左右，可谓是损耗量惊人，在一些欠发达的国家和地区，这一损耗甚至高达30%，究其原因主要是缺乏先进的储粮技术，再加上管理的缺位，造成储粮生虫、霉变、变质[1]。因此提高储粮技术，加强储粮管理，减少粮食损耗至关重要，而加强粮仓内储粮信息的监测管理水平有利于提高储粮质量，减少粮食损耗。 
　　目前，对粮仓内储粮信息的监测主要是桌面应用系统，成本高。随着科技的发展，移动终端所传递的速率越来越快，应用也越来越广泛。但是目前移动终端的应用大多在民用层面，很少涉及工业生产领域，如将其应用到粮食仓储的监控中势必推动粮情监测的技术进步和仓储效率。为此，本文结合移动智能终端系统平台的优势和特点，探索并实现一种基于移动智能终端的粮情测控系统。 
　　2 粮情测控系统/智能粮库系统 移动终端特点及应用开发模式(The characteristics 
　　and application model of terminal) 
　　2.1 移动终端设备特点及优势 
　　从移动终端的运算处理能力来看，其CPU一般是基于ＡＲＭ的微处理器，工作频率较低，数据处理能力和计算能力不强。针对移动终端运算能力比较弱的特点，移动终端设备应定位为显示终端，在这里移动终端仅仅作为一种接收和显示的终端设备，大量的计算，数据处理，存储都应放在云端，结合云计算技术按需从云端更新和获取数据。此外移动终端具有强大的I/O能力，通过I/O可以扩展移动终端的应用范围，根据这一特点，可以连接嵌入式设备，将嵌入式开发和移动终端应用开发结合起来。一般来讲嵌入式系统能够与大量的电子元器件连接并对其进行控制。但是，它有一个缺点，即缺乏一个良好的人机交互界面，并且无线连接能力也很差。而从另外一个方面来说，移动终端设备则拥有一个良好的人机交互界面(一个超大的触摸屏)以及强大的无线通信能力，但是，它却严重缺乏读取和控制各种电子元器件的能力。那么将移动设备和嵌入式设备相连接，能够克服彼此的不足，扩展移动设备的应用[2]。另外移动设备大的特点在于移动性和便携性以及强大的通信能力，可以使应用程序突破空间时间的限制。这些特点使得移动终端非常适合应用于粮情测控系统。 
　　2.2 移动终端应用软件开发模式 
　　根据移动终端的特点，在粮情测控系统中，移动终端应用软件的开发应遵循以下几种模式：首先移动终端设备应定位于显示终端，它仅仅是对数据进行展示，各种运算和处理应放到云端来进行，这符合移动终端应用软件的开发特点；其次移动终端设备具有移动性、便携性，硬件方面具有可扩展性，对于应用开发来讲，要充分考虑这些特点，将其融入到物联网环境中，开发相应的外设；再者在应用软件的开发过程中要尽量使用已有的开发资源，一些大的应用程序供应商能够提供一些封装好的功能模块，像是物理引擎等，有效利用这些资源可以提高开发的效率，降低开发的难度；后应用软件的开发要注重人机的交互，对于移动设备操作应该方便、便捷，具有人性化，应当具备良好的人机交互界面，使之成为用户和系统之间有效沟通的桥梁，实现良好的软件应用体验。 
　　3 粮情测控系统/智能粮库系统 粮情测控系统总体方案(General design of grain 
　　monitoring system) 
　　粮情测控系统通过对粮仓内温度、湿度等各种信息的监测，评估出储粮的储藏状况，进而进行粮情预警，确保粮食质量安全[3]。 
　　3.1 粮情测控系统方案 
　　本系统通过在粮仓内的传感器网络获取粮情的状态参数，并存储到云端服务器中，然后通过中继器将数据传送到移动终端，移动终端接收到粮情监测数据后，将对监测到的数据进行全面展示和分析，随时监控粮食的储藏状况，并能做出预警，保证储粮质量。系统物理结构框图如图1所示。 
　　图1 粮情测控系统物理结构框图 
　　Fig.1 Grain monitoring system physical structure 
　　diagram 
　　3.2 粮情测控系统组成 
　　本文提出的粮情测控系统主要有三个部分组成：智能传感网络、云端服务器和中继传输、移动智能终端。 
　　3.2.1 智能传感器网络 
　　为了监测粮仓内的粮食信息，在粮仓的内部，布置了众多的传感器，有温度传感器、湿度传感器等，通过这些传感器可以实时感知储粮的各种状态信息。传统的传感器只能监测感受到的信息，并不能对信息进行处理和传输，而智能传感单元结合了微处理器、传感器模块、接口电路、数据存储模块、无线通信模块、电源模块等部分，具有智能感知、智能信息处理与传输的功能，为此本系统采用智能传感单元来监测粮仓内的各种信息。在粮仓内部，各个智能传感单元有机结合构成一个智能传感网络，通过这个网络采集储粮的各种状态信息，并自动将数据上传到云端服务器，实现储粮信息的实时采集与监测。 
　　3.2.2 云端服务器与传输中继 
　　云端服务器主要负责接收智能传感器网络上传的数据，存储并对数据进行运算和预处理，生成移动终端所需的数据格式(图像、文字、表格等)，然后通过传输中继传送到移动终端进行展示。云端服务器采用云计算和云存储技术，大量数据的存储和处理放在云端，减轻了移动终端设备的数据处理压力和存储容量限制。 　　传输中继主要负责云端服务器和移动智能终端之间的数据传输，移动智能终端通过传输中继向云端服务器请求数据信息，传输中继接收到云端服务器的数据信息后，再将数据按一定格式通过Wi-Fi发送给移动终端。 
　　3.2.3 移动智能终端 
　　本系统移动终端设备采用基于Android操作系统平台的移动终端,主要负责与传输中继进行通信，从云端服务器获取粮情数据，移动终端获取数据存储并在触摸屏上展示，并通过数据分析和处理，对粮仓内的储粮状态进行监控和预警。 
　　4 粮情测控系统/智能粮库系统 粮情测控终端应用开发与实现(Development and 
　　realization of grain monitoring terminal 
　　application) 
　　本文粮情测控系统的终端设备采用Android系统平台的移动智能终端。粮情测控应用程序运行在智能终端设备上，其主要作用是无线下载数据、本机存储数据、解析数据、分析和处理数据。 
　　4.1 Android平台移动终端开发环境 
　　本文的粮情测控终端应用程序设计在Windows XP操作系统环境下进行，移动终端采用Android系统平台的设备。搭建开发环境需要安装和配置以下开发工具[4]：JDK、java开发工具包；Eclipse,java语言开发环境；ADT、Eclipse的Android开发插件；Android SDK、Android专属软件开发包。 
　　4.2 粮情测控终端应用程序功能结构 
　　粮情测控终端应用程序实现三大系统功能：数据采集系统，数据显示系统，粮情预警系统。详细的功能结构框图如图2所示。 
　　图2 终端应用程序功能框图 
　　Fig.2 The terminal application functional block 
　　diagram 
　　4.3 粮情测控终端应用详细设计 
　　4.3.1 终端应用用户界面 
　　应用程序的用户界面是人机交互的主要途径，良好的界面设计可以提高用户的操作体验，充分体现应用软件的特点。Android应用开发产生界面有三种方式：XML配置生成；用户界面接口生成；代码生成。本系统应用的设计采用MVC框架模式，将界面的设计和程序逻辑设计相分离，界面设计通过在XML中定义完成。 
　　系统运行时首先进入欢迎界面，之后进入功能选择主界面。界面的布局通过在android资源res/layout目录中定义的“xml”文件来进行设置。功能选择界面真机运行效果如图3所示。 
　　图3 功能选择界面显示 
　　Fig.3 The function selection interface display 
　　4.3.2 数据采集系统 
　　数据采集系统主要负责获取云端服务器的粮情数据并对数据进行解析和分类，并存储在移动终端的SD卡中实现本地化存储，以便数据显示系统能够正确识别和显示。数据采集系统主要实现以下两种功能： 
　　(1)数据下载与存储 
　　Android应用开发支持HTTP(超文本传输协议)，提供了两种通信接口：①标准java接口(java.net),实现基于URL的请求响应。②Apache接口(org.apache.http),Apache提供一套接口，功能强大和复杂。本系统采用标准java接口作为通信接口，通过HttpURLConnection类接收来自云端服务器的网络数据。HttpURLConnection类继承自URLConnection类,属于抽象类，通过get请求获取数据流，并将数据流写到SD卡的相应文件中，完成数据的下载与存储任务[5]。 
　　(2)数据解析和分类 
　　对于服务器端返回的数据，移动客户端需要能够解析出具体的含义，这就需要服务器端和客户端具有统一的数据格式。本系统采用XML作为实际开发中所用的数据格式。XML(可扩展标记语言)是一种可以用来创建自己专属的标记语言，侧重于结构化的描述信息。XML文件存储了数据信息，通过数据解析，客户端可以知道数据的具体含义。本系统的XML文件解析采用API SAX(Simple API for XML)接口，使用SAX解析器进行分类解析[4]。 
　　4.3.3 数据显示系统 
　　(1)粮情基本信息显示 
　　粮情基本信息模块主要负责识别监测到的各个粮仓的粮情信息并以一定的数据格式在终端设备界面显示出来。显示的基本信息主要包括粮仓号、仓容、仓形、储粮种类、储粮等级、粮仓通风方式、仓内外温度、湿度、仓库管理员等信息，如图4所示。 
　　图4 粮情基本信息界面显示 
　　Fig.4 The grain basic information interface display 
　　(2)粮情图表信息显示 
　　AChartEngine[7]是Android平台的图形库，是一款图形数据引擎，支持常用的各种图表，像是柱状图、曲线图、饼图等。使用图形数据引擎能够快速开发出各种图表，缩短开发周期，提高开发效率。 
　　本系统的图表信息显示采用AChartEngine引擎进行开发，对于监控数据或者统计数据，图表显示为直观、清晰，而AChartEngine图形引擎能够方便实现、美观、多样化的图表。 
　　图表信息显示模块能够将粮情信息以各种专题图的方式展示出来，更加直观，便于用户掌控粮仓内环境信息的变化。显示的专题图包括：温度曲线图，湿度曲线图，温度曲线对比图，柱状统计图，饼状图，组合图等。下图展示的是一段时间内粮仓内外温湿度变化的曲线图，如图5所示。 
　　图5 温度湿度曲线图 
　　Fig.5 Temperature and humidity curve graph 　　(3)粮堆温度云图显示 
　　粮仓内部存储了大量的粮食，在粮堆的内部温度分布并不均匀，通过在粮堆内部层层布置传感器节点可以监控粮堆内部的温度情况。 
　　本系统用三维立体图形模拟粮堆的形态，并能对粮堆按层、行、列进行划分，并显示所对应层、行、列的温度云图。温度云图是温度传感器节点的温度值按照颜色深浅(温度从低到高对应颜色从蓝到红)构成的温度分布图。粮堆是用三维立体进行模拟，技术上是采用Android应用开发的OpenGL ES2.0三维图形API来进行3D场景渲染[6]，如图6所示。图中左侧显示的是三维模拟粮堆，按层分为四层，触控某一层次，在屏幕右边即显示出当前层的温度云图。 
　　图6 粮堆温度云图显示效果 
　　Fig.6 The heap of grain temperature nephogram 
　　display 
　　4.3.4 粮情预警系统 
　　本文的粮情测控系统主要用于监测粮仓内储粮的存储状况，及时对储粮状态做分析和判断。因此，预警系统就是通过分析接收到的粮情监测数据，对储粮状态进行评定，进而指导用户根据预警信息调整粮仓内的环境状态，保障储粮质量。粮情预警系统主要实现下面三个功能： 
　　(1)综合评判和处理 
　　系统获取粮情的监测数据后，依据预先设定好的评判标准和范围，将对数据进行对比、分析和处理，通过一定算法得出评判和处理结果。 
　　(2)粮情预警提示 
　　粮情的预警主要监控粮仓内部和粮堆内部的温度、湿度，以及粮仓的通风状况。预警系统通过检测到的温度、湿度等粮情信息，对当前粮仓内的环境信息进行综合评判和处理，做出预警提示。 
　　(3)粮食储藏状态显示 
　　通过对粮情监测数据的综合评判和处理，根据预先规定的评价标准，可将储粮状态分为：储藏品质优良、储藏良好、储粮品质受损、储粮变质四个等级，应用程序分析处理得出结论后，将当前的储粮状态显示到用户界面上，做出预警提示。 
　　5 粮情测控系统/智能粮库系统 结论(Conclusion) 
　　本文总结了移动智能终端应用的开发模式，实现了基于Android系统移动终端的粮情测控系统应用，开发结果表明，移动终端设备应用于粮情测控是可行的，有利于推动粮食仓储的信息化管理。 
　　参考文献(References) 
　　[1] 王若兰.粮油储藏学[M].北京:中国轻工业出版社,2012.8:5-20. 
　　[2] Simon Monk[美],著,唐乐,译.Arduino+android互动智作[M]. 
　　北京:科学出版社,2012:8-15. 
　　[3] 国家粮食局粮食行政管理司.储粮新技术教程[M].北京:中国 
　　商业出版社,2001:39-108. 
　　[4] 李兴华.Android开发实战经典[M].北京:清华大学出版社, 
　　2012:12-27,257-282. 
　　[5] 段弘,唐雪飞.Android系统结构及应用编程[M].北京:清华大 
　　学出版社,2013:189-198. 
　　
　　
　　作者简介： 
　　王 犇(1985-),男,硕士研究生.研究领域：物联网及移动终端 
　　设备应用. 
　　肖 乐(1972-),男,副教授,硕士生导师.研究领域：智能优 
　　化、数据可视化.

关键词：粮仓粮情测控系统/粮情测控系统/粮仓粮情温湿度测控系统/粮情温湿度测控系统/粮库仓温仓湿/智慧粮库/智慧粮库建设方案/智慧粮库系统/智慧粮库系统介绍/智慧粮库解决方案/粮食智能通风系统/环流熏蒸/粮油贮备库测温系统/粮食储备库测温系统