摘  要： 使用GPRS與ZigBee相結(jié)合的通信方式搭建了LED路燈遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng),。重點(diǎn)設(shè)計了基于Android的移動終端軟件,，實(shí)現(xiàn)了通過移動終端對路燈進(jìn)行監(jiān)控。系統(tǒng)以PC做為服務(wù)器對所有路燈節(jié)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控,Android移動終端不與路燈節(jié)點(diǎn)直接通信,，而是通過服務(wù)器向路燈發(fā)送命令并接收服務(wù)器發(fā)送的路燈狀態(tài)和報警信息,。軟件采用Socket通信，采用了二級權(quán)限的設(shè)計方式,，兼顧了移動終端的安全性與方便性,。最后對軟件進(jìn)行了測試，能夠達(dá)到所需的控制要求,，可以應(yīng)用于實(shí)際工程當(dāng)中,。
關(guān)鍵詞： Android； LED路燈,； ZigBee,； 移動終端

    智能化、無線化是路燈照明系統(tǒng)的主要發(fā)展趨勢,。本文采用了ZigBee通信技術(shù)組網(wǎng),，并利用Android移動終端來對路燈進(jìn)行監(jiān)控，重點(diǎn)是設(shè)計Android移動終端軟件,。利用手機(jī)監(jiān)控路燈,，工作人員可以在任何時間地點(diǎn)控制路燈開,、關(guān)，隨時掌握路燈運(yùn)行情況,，及時發(fā)現(xiàn)路燈不亮,、常亮,、漏電等各種故障,，有效提高對市政管理的工作效率。
    Android 是 Google 開發(fā)的基于Linux的開源移動終端開發(fā)平臺,，其構(gòu)架包括應(yīng)用程序?qū)?、?yīng)用程序構(gòu)架層、系統(tǒng)運(yùn)行層和Linux內(nèi)核層[1] 4層,。Android系統(tǒng)在2005年加入開放手機(jī)聯(lián)盟(The Open Handset Alliance),，2008年10月第一款A(yù)ndroid系統(tǒng)的手機(jī)問世。Android手機(jī)誕生后發(fā)展迅速,，不僅應(yīng)用軟件數(shù)量巨大,，而且做為移動終端在對其他領(lǐng)域進(jìn)行監(jiān)控方面也有飛速發(fā)展[2-5]。羅飛教授將Android手機(jī)應(yīng)用于污水處理系統(tǒng),通過GSM技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控[4];畢經(jīng)平研究員用Android手機(jī)替代車載設(shè)備,，實(shí)現(xiàn)了汽車狀態(tài)感知上傳,、GPS定位等功能[5]；魏崇毓教授將Android手機(jī)用于視頻監(jiān)控,，通過手機(jī)調(diào)整攝像頭的角度和焦距,，并在手機(jī)上顯示監(jiān)控畫面[2];王秀敏教授設(shè)計并實(shí)現(xiàn)了基于Android平臺的橋梁檢測車安全監(jiān)控系統(tǒng),可以根據(jù)實(shí)際情況虛擬障礙物，實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂與障礙物碰撞的逼真模擬與報警[3],。
1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計
    系統(tǒng)由監(jiān)控中心及移動控制端,、無線網(wǎng)絡(luò)、路燈節(jié)點(diǎn)3部分組成,。監(jiān)控中心以PC做為服務(wù)器,，工作人員通過服務(wù)器對路燈進(jìn)行監(jiān)控。同時,，Android移動終端通過Socket與服務(wù)器相連接,，工作人員用手持移動終端向服務(wù)器傳遞信息并通過服務(wù)器查詢路燈的狀態(tài)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)移動設(shè)備對路燈的監(jiān)控,。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示,。

    無線網(wǎng)絡(luò)采用ZigBee技術(shù)和GPRS技術(shù)相結(jié)合進(jìn)行通信。ZigBee是短距離,、低功耗,、低效率的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，協(xié)議棧緊湊簡單,，實(shí)現(xiàn)要求低[6],。GPRS模塊從Internet接收服務(wù)器的信息并通過RS232傳遞給ZigBee協(xié)調(diào)器,，協(xié)調(diào)器再將信息傳遞給各個路燈節(jié)點(diǎn)。本系統(tǒng)中ZigBee模塊選用的是CC2530芯片,，網(wǎng)絡(luò)采用樹狀連接,，ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器起著組織、管理網(wǎng)絡(luò)和發(fā)號施令的作用,，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中有節(jié)點(diǎn)加入時,，它會為新節(jié)點(diǎn)分配地址，因此不能掉電也不存在低功耗狀態(tài),。
    路燈節(jié)點(diǎn)由電源模塊,、控制器和車輛檢測器、光傳感器和ZigBee路由器組成,，完成通信數(shù)據(jù)的收發(fā),、現(xiàn)場數(shù)據(jù)及控制命令的處理、LED路燈及相關(guān)檢測器的啟動關(guān)閉任務(wù),。路燈的控制器選用ATmega128芯片,LED驅(qū)動芯片選用XN2115,。
2 移動終端軟件設(shè)計
    系統(tǒng)以PC做為服務(wù)器來對路燈進(jìn)行集中控制， Android移動終端可通過Socket來連接服務(wù)器進(jìn)而對路燈進(jìn)行遠(yuǎn)程控制,，而非直接與路燈節(jié)點(diǎn)連接通信,。Android移動終端可視界面對應(yīng)了Activity，不可視的任務(wù)由Service完成,。軟件要完成路燈信息查詢,、路燈控制、接收報警等任務(wù),需要多個Activity和Service配合完成[7],。程序流程如圖2所示,。

2.1 通信方式
    軟件在啟動后需要主動與服務(wù)器進(jìn)行連接，還要能夠從服務(wù)器讀取路燈信息,、向服務(wù)器傳遞控制指令,、接收服務(wù)器發(fā)出的報警信號。移動終端與服務(wù)器連接時可采用WebServices或者Socket,。WebServices比較穩(wěn)定但不能進(jìn)行雙向通信(可與服務(wù)器主動連接,，但是無法接收服務(wù)器主動發(fā)出的報警信號)，且占用內(nèi)存比較大,； Socket技術(shù)構(gòu)架存在不穩(wěn)定問題,，但建立連接后服務(wù)器與客戶端都可以主動向?qū)Ψ桨l(fā)出信息。這里使用Socket技術(shù)進(jìn)行通信,。
    客戶端與服務(wù)端建立連接后,，通過InputStream和InputStream進(jìn)行雙向通信。使用Socket需要訪問網(wǎng)絡(luò),，在AndroidManifest.xml 文件中要加入訪問網(wǎng)絡(luò)的權(quán)限,。
2.2 安全性
    移動終端的安全問題是制約其發(fā)展的主要問題之一,，即當(dāng)手機(jī)丟失后，必須保證得到手機(jī)的人不能通過手機(jī)來控制路燈系統(tǒng),。軟件采用了兩級權(quán)限的設(shè)計方式,，查詢權(quán)限與控制權(quán)限分離開，一級密碼,、二級密碼分別對應(yīng)了不同的權(quán)限,。軟件啟動后輸入一級密碼進(jìn)行登錄獲得查詢權(quán)限，可以查看所有的路燈信息,、接收服務(wù)器報警信息,，但是不能對路燈進(jìn)行控制,；當(dāng)退出系統(tǒng)時自動退出一級密碼登錄,。對路燈進(jìn)行控制需要輸入二級密碼獲取控制權(quán)限，輸入二級密碼后系統(tǒng)會自動生成密碼文件并進(jìn)行計時(此處計時2 min),，對路燈進(jìn)行控制時系統(tǒng)自動讀取密碼文件信息并加載到控制信息中,，服務(wù)器接收控制信息并分離二級密碼信息，若密碼正確,，則按要求控制路燈,。計時結(jié)束后，系統(tǒng)自動刪除密碼文件,，若要繼續(xù)對路燈進(jìn)行控制,，則需要重新輸入二級密碼。這樣就兼顧了軟件的安全性和方便性：非工作人員得到手機(jī)后能查看信息但不能控制路燈,；工作人員要控制路燈不需要每次都輸入二次密碼,，輸入一次后就有2 min的控制時間。其界面如圖3所示,。軟件中計時部分不在界面中顯示,，所以不采用復(fù)雜的計時器，而是直接使用線程計時,。

2.3 報警模塊
    軟件啟動后,要隨時準(zhǔn)備接收服務(wù)器的報警信息,。因為系統(tǒng)何時報警并不確定，客戶端無法通過主動查詢的方式去獲取報警信息,，只能被動地等待服務(wù)器報警,。Socket的一個優(yōu)點(diǎn)是連接一旦建立，服務(wù)器與客戶端的區(qū)別就不再明顯,，雙方都可以主動向?qū)Ψ桨l(fā)送信息,。路燈節(jié)點(diǎn)的XN2115芯片會自動檢測路燈是否出現(xiàn)故障，若出現(xiàn)故障,，將會通過無線網(wǎng)絡(luò)向服務(wù)器發(fā)送報警信號,。服務(wù)器接收到路燈的報警信號后,，會將這一信息傳遞給手機(jī)，手機(jī)通過鈴聲來向工作人員發(fā)出警報,，并在報警歷史文件中更新報警信息,。
    Socket技術(shù)框架存在不穩(wěn)定問題，為了增加軟件的的可靠性,，當(dāng)客戶端接到報警信息后會發(fā)給服務(wù)器一個反饋信息,。若服務(wù)器發(fā)送了報警信息卻在2 s內(nèi)收不到反饋信息，則重新發(fā)送報警信息,。若持續(xù)5次仍然沒有收到反饋,，則系統(tǒng)認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)連接斷開。
2.4 查詢模塊
    服務(wù)器每隔1 min會查詢路燈節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài),，并生成或者更新工作狀態(tài)記錄文件,。持有移動終端的工作人員在輸入一級密碼之后，軟件連接服務(wù)器并自動讀取工作狀態(tài)記錄文件,，然后按照工作狀態(tài)記錄文件中的內(nèi)容將路燈狀態(tài)顯示出來,。也可以通過“刷新”按鈕來獲取新的工作狀態(tài)記錄文件。
3 實(shí)驗驗證與結(jié)論
    Android應(yīng)用程序可在Eclipse環(huán)境下開發(fā),，需要下載Android SDK開發(fā)工具包,。Android可以通過ADB動態(tài)下載、卸載指定的APK文件,。新的APK文件在下載成功后,，包管理器會對其進(jìn)行分析，讀取應(yīng)用程序的相關(guān)信息,，并將它加入到應(yīng)用程序列表,。更換模塊時，只需要換上相應(yīng)的APK即可,，而不像其他系統(tǒng)那樣需要重新編譯和替換所有模塊,。
    本系統(tǒng)在局域網(wǎng)內(nèi)進(jìn)行了測試。測試手機(jī)使用三星I5200,，服務(wù)器程序是在Eclipse環(huán)境下用JAVA編寫的,。手機(jī)客戶端可以控制單片機(jī)上LED燈的啟動與關(guān)閉，路燈的工作情況,、報警信息也可以在手機(jī)上顯示,。程序工作界面如圖4所示。

    通過Android移動終端,、PC,、GPRS和ZigBee來組建LED路燈控制網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)崿F(xiàn)移動終端對路燈的遠(yuǎn)程監(jiān)控,為工作人員帶來了極大的方便,具有較大的應(yīng)用價值,。
參考文獻(xiàn)
[1] 詹成國,朱偉,徐敏.基于Android的測控裝置人機(jī)界面的設(shè)計與開發(fā)[J].電力自動化設(shè)備,2012,32(1):119-122.
[2] 魏崇毓,張菲菲. 基于Android平臺的視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].計算機(jī)工程,2012,38(14):214-216.
[3] 張麒,王秀敏,任建新.基于Android的橋梁檢測車安全監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計[J] .吉林大學(xué)學(xué)報（信息科學(xué)版）,2012,30(3):285-290.
[4] 盧伯澎, 羅飛. 基于Android和GSM的遠(yuǎn)程污水處理系統(tǒng)[J].計算機(jī)工程,2011,37(S1):300-308.
[5] 高峰,畢經(jīng)平,郭景峰,等.汽車狀態(tài)感知系統(tǒng)的Android客戶端[J].清華大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）,2011,51(S1):1393-1396.
[6] KWON Y, KIM H. Efficient group key management of  ZigBee network for home automation[C]. 2012 IEEE International Conference on Consumer Electronics(ICCE),，IEEE, 2012:378-379.
[7] 楊豐盛.Android應(yīng)用開發(fā)揭秘[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,，2010.