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基于Android系统的光谱传感物联网移动终端设计

更新时间：2019-12-21 19:47:22 大小：1M 上传用户：xiaohei1810 查看TA发布的资源 标签：android 光谱传感物联网移动终端 下载积分：1分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

提出了一种基于Android系统的光谱传感物联网移动终端软件设计,可以实现用户与光谱传感物联网的数据交互及数据处理功能;移动终端包括用户信息,节点信息,数据信息三个模块,使用ViewPager类搭建双列表界面展示节点信息,使用SOAP协议与云服务器进行数据交互,可以将得到的光谱以及环境数据以图像的形式展示,并支持图像的保存功能;进一步在移动终端上实现了光谱数据的归一化,一阶微分,二阶微分,峰值寻找等数据处理功能;环境数据包括温度、湿度、二氧化碳浓度以及光照强度数据,可以实时显示最新环境数据,也可选择时间段对环境数据进行查询绘图;经测试,该应用程序运行稳定,可满足光谱传感物联网移动终端的基本应用需求.

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DOI：10．16526／j．cn

中图分类号：TP319

文献标识码：A

文章编号：1671—4598(2019)03一013l—06

ki．11—4762／tp．2019．03．026

基于Android系统的光谱传感物联网移动终端设计

魏永畅1'2’3，．，王绪泉1一，魏杨1，2’3’4，黄松垒1”，方家熊1’2

(1．中国科学院上海技术物理研究所传感技术联合国家重点实验室，上海200083；

2．中国科学院上海技术物理研究所中国科学院红外成像材料与器件重点实验室，上海200083；

100049；4．上海科技大学，上海200083)

3．中国科学院大学，北京

摘要：提出了一种基于Android系统的光谱传感物联网移动终端软件设计。可以实现用户与光谱传感物联网的数据交互及数

据处理功能；移动终端包括用户信息，节点信息，数据信息三个模块，使用ViewPager类搭建双列表界面展示节点信息，使用

SOAP协议与云服务器进行数据交互，可以将得到的光谱以及环境数据以图像的形式展示．并支持图像的保存功能；进一步在移

动终端上实现了光谱数据的归一化，一阶微分，二阶微分，峰值寻找等数据处理功能；环境数据包括温度、湿度、二氧化碳浓度

以及光照强度数据，可以实时显示最新环境数据，也可选择时间段对环境数据进行查询绘图；经测试，该应用程序运行稳定，可

满足光谱传感物联网移动终端的基本应用需求。

关键词：移动终端；Android；近红外；光谱数据处理；光谱传感物联网

Internet of

of Mobile Terminal

Spectral Sensing

Things

Design

Based on Android Platform

Wei

Xuquanl¨ ，Wei Yan91’2’3一，Huang Songleil～，Fang Jiaxion91’2

Yongchan91· 2· 3一，Wang

of Transducer

Key^Laboratories

(1．State

Institute of Technical

Physics，Chinese Academy

Technology，Shanghai

of lnfrared

Materials and

lnstitute of

Sciences。Shanghai 200083，China；2．Key I，aboratory

Imaging

Sciences，Shanghai 200083，China；3．University

200083，China)

Detectors，Shanghai

Technjcal

Physics，Chjnese Academy

Sciences，Be订ing 100049，China；4．Shanghai

of Chinese

Academy

Tech

University，Shanghai

mobjle terminal software

of the

Internet of based on An—

Things(10T)

Abstnct：This paper proposes

design

spectral sensing

and

Three modules in—

10T．

droid

realize data interaction and data

functions between user

spectral sensing

the class to build double—list interface to dis—

ViewPager

system．

processing

user information，node information and data information．

cluding

Using

node

the SoAP

to do the data interaction with the cloud server． The

and environ—

pIay

information，using

protocol

resulting spectral

software data

realizing spectraI

mental data can be

in the form of

and it

be saved in the

displayed

graphic

phone．Furthermore，the

function such as normalization。first—order and second—order

data

processing

differential，peak—finding．Environmental

including

and

the latest environmentaI data in real

time，

dioxide concentration

data．It

temperature，humidity，carbon

light intensity

display

and also

select time

and

environmentaI data． After

software runs

and

reallze

period

query

plot

testing，the developed

stably

things

the

mobile

_sensing10T

terminal software

requirements．

spectral

data

internet of

Keywords：mobile terminal；Android；near infrared；spectral

processing；spectral sensing

药、食品、纺织、石油化工等多个领域n3。将近红外采集设

备与物联网结合起来也是当下的研究热点。

引言

近红外光谱是指波长在780一2526nm范围内的电磁

据工信部报道，世界物联网用户已经突破十亿，并且

每一季度仍保持2．5％的增速口]。在物联网的飞速发展中，

感知层成功实现了温湿度信息、位置信息、视频监控等信

息的获取和感知，关于物质光谱的定性、定量分析可以通

过近红外技术来实现。传统的光谱分析仪器由于体积和成

本的限制，难以直接应用于物联网领域。为方便用户随时

随地获取物质光谱信息，本课题组以白研光谱感知节点¨ ]，

波[1]。由于绝大多数无机化合物和有机化合物的化学键的

振动在近红外光谱区会产生的倍频和合频的吸收，通过对

物质的近红外光谱分析可定性或定量的分析其组分心]。近

红外光谱分析技术具有无损、快速高效、便于在线分析以

及测量结果稳定性好等优点∞]，已经广泛应用于农业、医

收稿日期：2018一08—25；修回日期：2018—10一25。

基金项目：科技部重点研发(2016YFB0402401)；国家自然科学

基金(61475179，61604159，61704180)。

搭建了光谱传感物联网。如图1所示，光谱传感物联网由

节点区域(BL()CK，包括光谱节点与环境节点，其中环境

节点包括二氧化碳浓度节点、温度节点、湿度节点以及光

照强度节点)、云服务器、数据库、移动终端四部分构成。

光谱节点采集光谱数据上传到云数据库，移动终端通过访

作者简介：魏永畅(1993一)，男．山东济宁人，研究生，主要从事

光谱传感物联网技术及应用方向的研究。

通讯作者：黄松垒(1984一)，男，福建莆田人，副研究员，主要从

事超大规模集成电路设计方向的研究。

万方数据

132

计算机测量与控制

第27卷

问云服务器请求数据，云服务器从云数据库获取移动终端

所请求的对应时间、区域的光谱数据传输给移动终端。

成分传感物联网结构：

．

B乩0c“甓羞矽

数据库

图2移动终端系统功能结构图

每0_骁

建

墨

用户信息模块实现登录与注册功能。节点信息模块中

由于光谱节点与环境节点是以Block为区域进行排布的，一

个Block中包含数十个光谱节点与环境节点。为了提高查找

对应节点信息的效率，先获取其所在Blcok信息，再从中进

行查找。数据信息模块包括访问数据库获取数据，数据绘

近年来国内微型光谱仪移动终端软件发展迅速。哈尔

滨工业大学赵杨进行了基于Android平台的激光光谱仪数据

处理的研究，作者采用Android平台，利用USB接口连接

光谱仪与移动终端实现数据传输H]。江苏大学耿德春进行

了基于Android平台近红外光谱仪控制及工作状态监测的开

发研究，实现通过移动终端对光谱仪的硬件控制，光谱扫

描，数据与处理，模型调用等功能[8]。桂林电子科技大学

糜荣，王永，熊显名等进行了基于Android平台的微型光谱

仪数据传输与显示研究，通过wifi网络将光谱仪与移动终

端进行连接凹]。但应用于光谱传感物联网的移动终端软件

研究未见报道。

图，数据处理以及将图像保存在系统相册的功能。

1．2移动终端开发环境

计算机系统：macOs 64位操作系统；Java Jdk版本：

Sdk；An—

1．8．O；Android开发工具：Eclipse及Android

droid调试环境：Android虚拟机及魅族手机一台。

云服务器：阿里云服务器，配置是1核cpu，2 G内存，

Mbps带宽。

Server

2008。

数据库版本：SQL

2移动终端功能实现

光谱传感物联网可突破感知节点与终端设备距离的限

制，用户在蜂窝网络下即可获取数据。其中移动终端是用

户与光谱传感物联网数据交互的媒介，本文对光谱传感物

联网专用移动终端软件设计进行了研究。可展示物联网下

光谱节点及环境节点信息，通过蜂窝网络获取数据并以图

形化形式显示，以及对图像进行保存，进一步在移动终端

上实现了光谱数据的归一化，一阶微分，二阶微分，峰值

寻找的数据处理功能。

2．1用户信息模块

用户信息模块实现了登录与注册这两种移动终端常用

功能。

注册功能要求用户录入账户名称、密码、手机号码以

及常用邮箱。当用户点击确认注册按钮时，先判断注册信

息是否符合格式：格式不符合要求时会提醒用户更改注册

信息，格式正确的话使用Socket与服务器进行通信。服务

器端判断数据库中用户表里是否已经存在此账户名，如果

存在则提示用户“用户名已存在，请更换”，如果不存在且

用户各项信息格式正确，则在数据库用户表中新增用户，

并在手机上显示注册成功。

1移动终端总体设计

近年来Android系统发展迅速，测控系统和仪器设备有

使用基于Android操作系统的移动设备代替计算机设备的趋

势，从而具有体积小、轻便易携、功耗低、处理能力强等

优点口。Android是由谷歌公司推出的移动设备操作系统，

基于Linux，主要包括应用程序层、应用程序框架层、程序

库、Android运行库和Linux内核等部分口“。

在注册时用到的socket又称“套接字”，其本质是编程

接口，对TcP／IP进行封装。客户端和服务器进行通信，两

者都要实例化一个Socket对象。客户端和服务器端的Sock—

et是不一样的，客户端可以实现远程连接服务器、发送数

据、接收数据、关闭连接等功能；服务器端还需实现绑定

端口、监听到达的数据、接受来自远程机器的连接等功能。

Android在包java．net里提供了两个类：SOcket和Server—

本项目开发的移动终端重点在于实现手机与云服务器

之间的通信及数据交互，使用户在使用蜂窝网络时可以随

时随地访问数据库获取任意时刻的光谱或者环境数据，进

行图形化展示及光谱数据的预处理，并将结果保存在手机。

1．1移动终端功能设计

Socket，前者用于实例化客户端Socket对象，后者用于实

例化服务器Socket对象口“。客户端向服务器发送注册信息

步骤如下：

移动终端作为用户与光谱传感物联网交互的入口，需要

实现登录注册，节点信息获取，数据获取与处理，图像数据

保存功能。可分为三大模块：用户信息模块、节点信息模块

以及数据信息模块，移动终端系统功能图由图2所示。

1)创建Socket对象

Socket socket—new

2)创建输出流

Socket(ip，port)；

万方数据

· 133·

第3期

魏永畅，等：基于Android系统的光谱传感物联网移动终端设计

ds—new

Dataoutputstream

定选择某一个环境节点后会跳转到时间段选择页面，用户可

以选择时间段从而获取此时间段内采集的所有环境信息。

环境信息菜单请求服务器获取数据的方式与光谱信息菜单

的方式相同。

(socket．get()utputStream())；

3)将注册信息传送给服务器

ds．writeUTF(register-info)；

4)关闭输出流与Socket

以上所涉及到的网络通信均采用SOap协议。So印(简单

对象访问协议)是一种标准化的通信规范，主要用于web服

务。S0ap基于XML标准，用于在分布式环境中发布信息，并

执行远程过程调用。使用Soap不用考虑任何特定的传输协议

(通常选用H1vrP协议)，就能使数据序列化口“。本实例中

S0ap调用webService的获取光谱数据具体步骤如下：

1)添加ksoap2包。webService是一种基于SOAP协议

的远程调用标准，通过webservice可以将不同的操作系统平

台，不同技术，不同语言整合在一块。在Android sDK中没

ds．close()：

socket．close()；

其中ip指服务器IP地址，port指服务器连接端口，reg—

ister-info指客户端发送至服务器的注册信息。

登录功能的实现使用Soap协议与服务器进行通信(Soap

协议将在节点信息模块介绍)，服务器端将用户名和密码与数

据库用户表中的信息进行匹配，匹配成功后登录成功。

2．2节点信息模块

在移动终端节点展示界面上采用双List列表形式展示，

有提供调用webService的库，因此需要使用第三方的SDK

来调用webservice。在这里采用ksoap2第三方SDK。

2)指定命名空间和调用的方法名，如：

String namespace一”http：／／spectrum—data”；

Stringmethodname一”spectrunLdata”；

左边一列展示Block信息，右边一列显示所选Block下的节点

信息。为了区分光谱节点以及环境节点，在界面底部设置菜

单栏，分别为光谱信息、环境信息及个人信息，由图3所示。底

部菜单栏的设计提高了移动终端功能开发的灵活性，因为各

个菜单栏下的开发相互独立，可以分别开发最后合并，方便日

后由于移动终端功能的改变对于模块的增加修改。

为实现菜单栏左右滑动切换页面view的效果，移动终端

中采用ViewPager类。其为Android扩展包v4中的类。建

立底部菜单栏的方法如下：

Soapobjectreq—new Soapobject(namespace，methodname)；

3)设置调用方法的参数值：

req．addProperty(”username”，username)；

req．addProperty(”block”，blockname)；

req．addProperty(”llghtnode”，lightnode)；

req．addProperty(”time”，time)；

1)为底部菜单栏新建一个布局。

2)将ViewPage添加到页面布局，其下方添加底部菜单

栏布局。

4)生成调用webService方法的Soap请求信息。该信

息由SoapSerializationEnvelope描述：

SoapSerializationEnvelope envelope—new SoapSerializationEn—

veIope(SoapEnvelope．VERlO)；

3)为每个菜单对应的页面内容建立各自的布局，通过适

配器关联各个页面与ViewPager。

4)监听viewPager与底部菜单栏事件，进行页面的切换

enveIope．bodyout—req；

展示。

5)创建HttpTransportssE对象，访问云服务器url：

String URL=”IP-port”+／spectrumdata

／services／spectrum—data”；

■冒圈■■l

8L蝴'

光谴节虚"}

光蕾节点2号

光诣节点3号

珲墒毫盎1号

肄壤节蠢2母

环怖盛a号

耳曩$融粤

R唆$赢礴

薜境节赢6譬

札OCK

HttpTransportSE transport—new HttpTransportSE(URL)；

6)使用call方法调用webService方法：

transport．calI(null，envelope)；

7)使用getResponse方法获得webService返回的结果：

result一(Soapobject)envelope．getResponse()；

8)解析返回的内容。

*}慨

1{q悼■

■

≠^t■■●酶

Ⅷ

—————一——●■—_

在进行网络请求时需创建一个新的线程。Android4．o

之后在主线程里执行网络请求会报NetworkOnMainThread—

Exception的异常。网络请求会耗费大量时间，造成主线程

的阻塞，使移动终端运行时出现阻塞卡顿，所以不能在主

图3节点信息展示界面

登陆成功后会跳转到节点显示界面，此界面默认获取云

数据库中用户名下的Block并进行显示。在光谱信息菜单栏

时，当选择具体的Block后，移动终端会向服务器上传用户名

以及Block信息以请求对应Block下的光谱节点信息，云服

务器从数据库中获取对应数据后传输给移动终端进行展示。

环境节点包括温度、湿度、二氧化碳浓度与光照强度节

点。页面上的环境信息节点被选择后会跳转环境节点数据

显示页面，此页面会显示4种环境节点采集的最新数据。特

线程里进行网络请求。创建线程并启动的方法为：

Thread t1=new Thread(webInstance)；

t1．start()；

其中webInstance是创建的网络请求类的对象。

2．3数据信息模块

2．3．1数据绘图

经光谱感知节点采集到的数据信息为204个离散的光

万方数据

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