基于物联网与Android平台的环境感知模型构建与实现

刘一鸥

（西安外事学院陕西西安710077）

基于物联网与Android平台的环境感知模型构建与实现

刘一鸥

（西安外事学院陕西西安710077）

针对当前教学环境温度采集与交互需要，结合当前的物联网技术与移动智能终端，提出一种基于Android系统与物联网的教学环境感知模型。以物联网等基础硬件设备作为支撑，通过传感器对教学环境参数进行实时采集，并通过汇聚节点将数据上传到服务器，从而实现教室内空调温度的调节与控制。借助Android系统开发工具，在室内温度控制模块基础上，引入教学评价、学习交流等模块，实现对各个场景环境的感知。最后通过测试，验证该设计方案的可行性。

物联网；Android移动终端；环境感知模型；温度传感器；系统测试

随着我国信息技术的发展，物联网开始成为继互联网之后的又一次网络技术革命。对物联网技术来讲，其具有全面感知、智能控制和快捷传送等特点，使得其能够在各个领域被广泛应用，并极大都改变人们传统的生活方式。对于物联网技术的定义，最初是指通过RFID+互联网、GPS定位、气体传感器等实现物与物之间的连接。而随着物联网的应用，开始逐步延伸到物与物、人与物和人与人之间的交流。但通过对当前基于物联网的应用发现，大部分集中在物与物的层面，忽视物联网的基础是互联网。如廖建尚、陈宇轩等通过物联网对室内温度进行采集，并通过终端界面实现对温度的调节。而笔者认为，物联网的连接不能仅仅局限在传统的物与物之间通过互联网连接，还应该引入人与人之间的交流。如广西经济管理干部学院的程珊珊则提出借助物联网的感知功能，将其应用到教学环境中，实现室内温度控制、教师与学生交流的多功能模型。对此，本文针对当前的物联网技术，以教学环境作为背景，提出一种可实现物与物、人与人、人与物交流的多功能交互感知模型，并对模型的实现进行详细的设计。

1 基于物联网的环境感知模型构建

本模型构建的目的是借助传感器技术、互联网和智能终端操作平台，实现一款包括教学环境温度采集与控制、教学交流和评价的多功能系统，从而实现物联网与现代信息技术的深度融合，更好的为不同教学场景提供个性化的网络服务。对此，结合上述的目的，将环境感知模型设计为如图1所示。

图1 基于物联网的环境的感知模型

通过图1看出，在借助传统物联网对教学环境进行采集与控制的情况下，引入教学交流和教学评价模块，从而通过该软件可实现多功能操作。

2 硬件部分设计

硬件部分主要实现对教学环境中温度数据的采集。结合数据采集与空调控制流程，硬件部分对温度的采集与控制采用FPGA作为主控芯片，并通过Wi Fi转串口模块实现与Android的通信。具体架构设计如图2所示。

图2 硬件部分整体架构

通过图2可以看出，通过Wi Fi转R232串口通信的方式实现Android终端与FPGA处理器之间的通讯问题，从而让FPGA处理器及时接收来自Android终端的操作指令。在接收指令后，FPGA主控芯片对空调进行调节，实现对温度的调节。而通过温度传感器对温度的采集，再经过处理器将数据传递给Android客户端，从而将教学环境中的温度数据展示给Android用户。

3 软件部分设计

软件部分设计包括两个部分：一部分为基于FPGA的软件部分设计，另一部分为后台服务器软件设计。

3.1 基于FPGA的软件主控流程设计

结合本文选用的FPGA处理，选用QuartusⅡ集成环境和VHDL编程语言对主控程序软件进行设计。其中，VHDL作为一种单片机编程语言，可从多个不同的层次和角度对数字系统进行建模，同时在编程语言的的开发应用、结构化设计方面表现出极强的应用潜力。因此，对于VHDL编程来讲，其支持各种模式设计。而结合温度采集与控制的流程，将基于FPGA的主程序设计为如图3所示。

图3 主控程序流程图

3.2 Android客户端软件设计

客户端软件的开发首先需要结合本系统开发的目的和使用对象，从而确定其开发框架、功能等。针对当前的APP开发热，本文则提出在Android客户端开发一款移动APP，从而让教学环境中的教师和学生通过这款APP即可实现对不同功能的操作。

3.2.1 具体数据流程设计

数据的传输是系统业务逻辑版面设计的前提。通过将教学环境中的采集到的数据传输到SQL Server数据库，然后再将教室内的环境温度参数分享出去。以asp.net作为开发技术，通过Web将采集到的展示出来。同时，为提高该系统的实用性能，依托web服务器，引入教学质量评价、教学交流模块，从而从教学环境到最后的课堂评价等各个方面的感知。因此，其具体的数据流程则如图4所示。

图4 系统数据流向设计

3.2.2 客户端软件架构设计

结合当前主流的访问架构设计模式，本文则采用b/s访问模式对系统整体架构进行设计，其主要是因为web用户只需要点击APP即可完成对远端数据的查询、删除、录入、修改等操作。同时服务器则采用IIS7.0版本。具体架构如图5所示。

图5 系统整体架构设计

4 系统实现

4.1 Android网络通信的实现

对Android操作系统本身来讲，其支持TCP、TUP等不同通信方式。在通信方式中，主要包括发送方、接收方和协议栈3部分构成。其中协议栈主要对通信的双方的通信标准进行规定。通信方式通常包括无线和面向两种，无线连接不需要建立通信链路，而面向连接需要建立通信链路，并在通信结束之后释放该链路。在Android架构中的应用程序层，给广大的用户提供了开放的Web Kit浏览器API接口。因此，在实际的应用中，通常导入android.webkit包的方式，从而将其作为软件的引擎。该浏览器具有渲染效果好，同时可兼容web标准，并存在良好的可扩展性。

Web Kit引擎由Java引擎和Web Core引擎。因此要实现客户端与服务器端的通信，通过webkit引擎中的java引擎库，实现Android与服务器端中的不同应用程序的通信；通过webkit引擎Web Croe引擎库实现对实际网页的生成。同时通过在Activity声明web的使用对象，从而通过Web View对象对网页进行浏览，并根据已经开发的系统uri，结合Android Button，实现Android和后台服务器的通信。

4.2 APP页面布局实现

在Android的开发中，View是界面的基础元素。一般的屏幕布局和内容属性都是通过View来对其进行存储。在本文的页面布局设计中，其窗体则通过Widget来实现，通过容器将view对象加入到Androidgroup当中。而布局的组件则通过Layout来完成元素和元素的排列。对于用户与系统的交互，则通过Layout建立好.xml布局文件之后，再和相应的Activity内容进行绑定，实现与后台程序的交互功能。

4.3 系统界面实现

通过开发可以得到如图6所示的开发界面。

图6 APP开发界面

5 结束语

本文结合物联网技术+ASP.NET+Android webkit技术实现了一款对教学环境中各个场景的感知软件，包括教室环境温度控制、教学评价等。而结合教学的需要，该系统开可以拓展适合教学需求的功能，从而更好的实现了计算机技术的应有推广。

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Construction and implementation of environmental perception model based on Internet of things and Android platform

LIU Yi⁃ou
（Xi'an International University，Xi’an710077，China）

In view of the current teaching environment temperature acquisition and interactive needs，combined with the current Internet of things technology and mobile intelligent terminal，a model based on Android system and Internet of things is proposed.In networking and other infrastructure hardware as the support，through the sensor to collect the parameters of the teaching environment，and through the sink node to upload data to the server，so as to realize the indoor temperature，light regulation and control.With Android system development tools，based on the indoor temperature control module，the introduction of teaching evaluation，learning and communication module，to achieve the perception of the environment of each scene.Finally，the feasibility of the design scheme is verified by testing.

Internet of things；Android mobile terminal；environmental sensing model；temperature sensor；system test

TN0

A

1674-6236（2017）22-0015-03

2016-10-12稿件编号：201610051

2016年西安市社会科学规划基金项目（16IN13）；2015年陕西省教育厅科学研究项目（15JK2113）；2015年陕西省高等教育教学改革研究项目（15J37）

刘一鸥（1978—），女，陕西西安人，硕士，讲师。研究方向：人工智能、软件工程。