李珊珊

關(guān)鍵詞：遠程監(jiān)控；Android平臺；無線通信；移動終端

中圖法分類號：TN92 文獻標(biāo)識碼：A

1引言

遠程監(jiān)控系統(tǒng)作為測試控制、信號采集、遠程通信、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平臺憑借其開源、軟件移植性好、硬件便攜可移動、支持多種無線通信方式等優(yōu)勢，在遠程監(jiān)控系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用。

Android平臺是由谷歌公司開發(fā)的運行在觸屏式移動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，尤其是針對如平板之類的大屏設(shè)備應(yīng)用進行了特殊優(yōu)化，這些升級優(yōu)化為Android平臺在遠程監(jiān)控系統(tǒng)中的進一步應(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運行時環(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：函數(shù)庫和運行時環(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Android運行時環(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；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算機語言的開發(fā)，如C++，Python等，拓展性強。Android Studio是由谷歌公司推出的Android應(yīng)用開發(fā)官方IDE，提供了運行于手機、計算機、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，每個組件為系統(tǒng)進入應(yīng)用程序提供了入口點。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)、后臺運行服務(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)作為實現(xiàn)遠程監(jiān)控的基礎(chǔ)，解決了傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)時間、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)進步，為遠程監(jiān)控系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用起到了積極推動作用。目前，遠程監(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)、藍牙技術(shù)、ZigBee技術(shù)和移動通信技術(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300米：藍牙技術(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，通過跳頻機制實現(xiàn)信號抗干擾和衰減抑制；ZigBee技術(shù)是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的個域網(wǎng)協(xié)議，是一種具有低速率、短距離、低成本等特點的無線通信技術(shù)，工作頻段一般為2.4 GHz，傳輸距離為10～75米；移動通信是指移動體與移動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，移動通信技術(shù)幾乎沒有距離限制，只要在移動網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地方就可以實現(xiàn)通信交流，且通信質(zhì)量較高。

遠程監(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／服務(wù)器）模式2種，B/S模式中客戶端使用瀏覽器運行，C/S模式客戶端使用專門的軟件運行。

3 Android平臺在遠程監(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)自動化是推動我國從制造業(yè)大國邁向制造業(yè)強國的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對生產(chǎn)過程實時監(jiān)測是工業(yè)自動化的基礎(chǔ)保障。Android平臺基于多種無線通信技術(shù)可實現(xiàn)遠程實時監(jiān)控。

文獻[10]設(shè)計了一種基于Android平臺的風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用Wi-Fi技術(shù)實現(xiàn)以IAP15F2K61S2單片機為核心的硬件監(jiān)控模塊與Android平臺之間的通信：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平臺遠程使用：Android平臺基于Wi-Fi遠程向硬件監(jiān)控模塊發(fā)送指令實現(xiàn)風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)的遠程控制，從而進一步地在Android平臺中將測量參數(shù)以曲線顯示，更加貼近工業(yè)測量實際。

文獻[11]設(shè)計了一種基于Android平臺的變電站環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用移動通信技術(shù)實現(xiàn)上位機與下位機之間的信息交互：下位機通過各型傳感器采集溫度、濕度等環(huán)境數(shù)據(jù)，上位機以短信形式發(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，實現(xiàn)對變電站的遠程監(jiān)控。

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

文獻[13]利用移動通信技術(shù)和Android平臺開發(fā)技術(shù)，設(shè)計了實時掌握壓鑄生產(chǎn)線運行及生產(chǎn)狀態(tài)的移動監(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臺壓鑄機的數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)了對生產(chǎn)情況的實時監(jiān)控功能。

文獻[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間無法實現(xiàn)的現(xiàn)狀，研制了一種電力儀表遠程讀取系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用Android平臺的相機功能對傳統(tǒng)指針儀表進行拍照后，通過圖像處理算法得出指針讀數(shù)，再以移動通信的方式傳遞給運維人員。值得一提的是，該系統(tǒng)中Android平臺不僅作為遠程監(jiān)測客戶端，同時用于數(shù)據(jù)采集。

文獻[15]和文獻[16]將Android平臺應(yīng)用于對機器人的遠程控制，從而實現(xiàn)其在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。文獻[15]設(shè)計的自動裝車機器人遠程控制平臺由基于Android的遠程客戶端、服務(wù)器、攝像頭和裝車機器人組成，客戶端與服務(wù)器之間采用Wi-Fi連接，向下發(fā)送機器人控制命令，向上接收視頻信息。文獻[16]設(shè)計了煤礦井下探測機器人的遠程監(jiān)控系統(tǒng)，以Android平臺為上位機，通過Wi-Fi和藍牙2種模式控制機器人動作，并通過Wi-Fi獲取機器人實時拍攝的現(xiàn)場視頻信息、運行狀態(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算機技術(shù)、自動控制技術(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)備有機結(jié)合成一體的系統(tǒng)。家居遠程控制是智能家居系統(tǒng)中不可或缺的一部分。

文獻[17]和文獻[18]通過Wi-Fi服務(wù)器建立了基于Android平臺的智能家居遠程控制系統(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、Arduino平臺對傳感器采集到的信號進行處理分析后傳遞給Android平臺，并借助外接的紅外收發(fā)模塊將Android平臺發(fā)送的指令進行分析后，控制家居電氣工作。

文獻[19]設(shè)計了由Android平臺、嵌入式終端、物聯(lián)網(wǎng)和云計算平臺組成的智能家居安全保護系統(tǒng)，該系統(tǒng)中重點加入了對安全的考量，在Android平臺客戶端與服務(wù)器的數(shù)據(jù)傳輸中實現(xiàn)了基于Token的身份驗證機制，加強了身份認證功能，增加了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴?/p>

文獻[20]設(shè)計的智能家居遠程控制系統(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、藍牙和移動通信（短信）3種無線連接方式實現(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，遠程醫(yī)療成為必然發(fā)展趨勢。

文獻[21]設(shè)計了一種用于觀察心電圖的基于Android平臺的遠程監(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，通過藍牙實時傳送到Android平臺，進行顯示并分析。文獻[22]設(shè)計的人體健康檢測應(yīng)用，通過藍牙遠程獲取采集到的人體各項生理指標(biāo)并進行顯示，同時基于多數(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[23]設(shè)計的遠程醫(yī)療信息系統(tǒng)，在清華大學(xué)研制的可實時獲取被測者健康數(shù)據(jù)的嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)上，借助Android平臺的移動性和兼容性，使醫(yī)生不受空間限制，遠程實時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)的不斷進步，為提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平和改善當(dāng)前的勞動環(huán)境，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)也朝著精細化、數(shù)字化方向發(fā)展。

文獻[24]設(shè)計的溫室大棚智能遠程監(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算處理后，實現(xiàn)了本地監(jiān)控與調(diào)節(jié)，以及基于移動通信的遠程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和數(shù)據(jù)存儲。

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

4下一步研究重點

基于Android平臺的遠程監(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)用范圍的不斷擴大和應(yīng)用深度的不斷拓展，借助無線通信的遠程監(jiān)控系統(tǒng)如何保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r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。

（1）遠程監(jiān)控的安全性。在以Android平臺為客戶端的遠程監(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，將會給監(jiān)控數(shù)據(jù)帶來嚴(yán)重的安全隱患。同時，基于云服務(wù)的遠程監(jiān)控系統(tǒng)中越來越多的個人隱私、生產(chǎn)經(jīng)營、實驗結(jié)果等信息在云端存儲，這些都對遠程監(jiān)控的安全性提出更多的考驗。

（2）遠程監(jiān)控的實時性。無線通信中數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性受當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的影響會出現(xiàn)延遲，導(dǎo)致遠程監(jiān)控系統(tǒng)在需要根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)實時做出控制調(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)雜化和管理的精細化，遠程監(jiān)控數(shù)據(jù)量的持續(xù)增加將給傳輸實時帶來更大的難度。

5結(jié)束語

本文分析了基于Android平臺的遠程監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)特點，并通過實例說明了其在工業(yè)、家居、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)等多個領(lǐng)域中的應(yīng)用。但該系統(tǒng)的應(yīng)用遠不止于此，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)進步，基于移動終端的遠程監(jiān)控系統(tǒng)在未來將具有更廣闊的應(yīng)用前景。