港口設(shè)備點(diǎn)檢移動(dòng)終端系統(tǒng)設(shè)計(jì)

，，，，

(武漢理工大學(xué) 能源與動(dòng)力工程學(xué)院，武漢 430063)

港口的設(shè)備具有種類多，組成復(fù)雜，運(yùn)行過(guò)程中流動(dòng)性大，作業(yè)區(qū)域廣，影響港口設(shè)備質(zhì)量的因素多而且波動(dòng)性大，設(shè)備技術(shù)復(fù)雜，生產(chǎn)作業(yè)線長(zhǎng)，作業(yè)環(huán)境惡劣等特點(diǎn)。對(duì)港口設(shè)備的管理和質(zhì)量監(jiān)測(cè)有較大的難度[1]。

目前，港口設(shè)備點(diǎn)檢制在港口的實(shí)施較為廣泛，各種不同的點(diǎn)檢管理信息系統(tǒng)在設(shè)備管理中得到了應(yīng)用[2-5]，但點(diǎn)檢信息的采集過(guò)程均由手工和離線完成，存在信息的采集不及時(shí)和不準(zhǔn)確的問(wèn)題。為此，應(yīng)用RFID和WIFI技術(shù)，開(kāi)發(fā)基于Android操作系統(tǒng)的設(shè)備點(diǎn)檢移動(dòng)終端，以解決信息采集的在線和準(zhǔn)確性問(wèn)題。

1 港口設(shè)備點(diǎn)檢移動(dòng)終端系統(tǒng)

港口設(shè)備點(diǎn)檢移動(dòng)終端系統(tǒng)組成見(jiàn)圖1。

圖1 港口設(shè)備點(diǎn)檢移動(dòng)終端系統(tǒng)組成

港口設(shè)備點(diǎn)檢移動(dòng)終端系統(tǒng)由信息采集模塊、手持終端、服務(wù)器系統(tǒng)三部分組成。

1.1 信息采集模塊

信息采集模塊完成設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息的采集，信息采集模塊由傳感器、RFID(射頻識(shí)別)寫(xiě)入設(shè)備和電子標(biāo)簽組成。傳感器采集設(shè)備的運(yùn)行信息，通過(guò)RFID模塊寫(xiě)入到電子標(biāo)簽(MIFARE卡)中。

射頻識(shí)別模塊主要實(shí)現(xiàn)信息的傳輸。輸入部分與傳感器連接，傳感器獲取設(shè)備的運(yùn)行信息；由單片機(jī)控制進(jìn)行定時(shí)寫(xiě)入信息，通過(guò)msp430定時(shí)控制啟動(dòng)傳感器，采集設(shè)備信息；啟動(dòng)RFID，此時(shí)讀寫(xiě)器產(chǎn)生RF場(chǎng)，射頻卡天線在RF場(chǎng)中獲得感應(yīng)電流，在內(nèi)部產(chǎn)生電源；在感應(yīng)電流中所帶的信息通過(guò)射頻前端的電路檢測(cè)到后，得到數(shù)字信號(hào)，送入邏輯控制電路進(jìn)行信息處理。讀入部分通過(guò)串口與ARM實(shí)現(xiàn)通信。當(dāng)RFID標(biāo)簽進(jìn)入讀寫(xiě)器工作場(chǎng)時(shí)，其天線產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而RFID標(biāo)簽獲得能量被激活，獲取射頻卡存儲(chǔ)器中的信息；再經(jīng)過(guò)邏輯電路送至射頻卡前端電路進(jìn)行調(diào)制；最后由天線送回給讀寫(xiě)器，讀寫(xiě)器接收到來(lái)自標(biāo)簽的載波信號(hào)，對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和解碼后，將識(shí)別信息反饋到ARM主控制芯片中。ARM主控芯片為MFRC522。

1.2 手持終端

手持終端由微處理器、存儲(chǔ)器、顯示設(shè)備和外部接口組成。微處理器執(zhí)行點(diǎn)檢記錄與處理過(guò)程，存儲(chǔ)器存儲(chǔ)點(diǎn)檢信息，顯示設(shè)備為液晶觸摸屏，外部接口包括視屏/音頻模塊、WIFI模塊、RFID模塊和信息輸入與輸出模塊。通過(guò)RFID讀取電子標(biāo)簽中的設(shè)備運(yùn)行信息，可以實(shí)現(xiàn)信息的記錄、瀏覽和拍照等功能，并通過(guò)WIFI無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將信息及時(shí)傳到服務(wù)器。手持終端主要包括WIFI模塊、RFID模塊和點(diǎn)檢信息系統(tǒng)。

WIFI模塊為串口或TTL電平轉(zhuǎn)WIFI通信的一種傳輸轉(zhuǎn)換產(chǎn)品，是基于Uart接口的符合無(wú)線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式模塊，內(nèi)置無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議IEEE802.11協(xié)議以及TCP/IP協(xié)議，能夠?qū)崿F(xiàn)用戶串口或TTL電平數(shù)據(jù)到無(wú)線網(wǎng)絡(luò)之間的轉(zhuǎn)換。

點(diǎn)檢信息系統(tǒng)功能見(jiàn)圖2。

圖2 點(diǎn)檢系統(tǒng)功能示意

點(diǎn)檢信息系統(tǒng)中用戶信息、設(shè)備信息、故障知識(shí)為靜態(tài)與動(dòng)態(tài)基本信息，其中故障知識(shí)庫(kù)為設(shè)備的維護(hù)、保養(yǎng)與修理提供了支持信息?？梢詫?shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備相關(guān)信息的輸入、修改與查詢功能，在使用過(guò)程中可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的自動(dòng)檢查與更新功能。

點(diǎn)檢任務(wù)按由高到低的級(jí)別分類，以表格的形式展現(xiàn)，點(diǎn)檢任務(wù)在更新點(diǎn)檢信息的時(shí)候從主機(jī)下載，點(diǎn)檢內(nèi)容可以通過(guò)RFID獲取或者手動(dòng)填寫(xiě)，最終生成點(diǎn)檢表格，可在移動(dòng)終端上查看點(diǎn)檢表，也可根據(jù)實(shí)際情況對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拍照和記錄，以及對(duì)圖片記錄的相關(guān)處理。

系統(tǒng)設(shè)置模塊包括服務(wù)器IP設(shè)置、WIFI設(shè)置監(jiān)聽(tīng)搜索和鏈接、屏幕設(shè)置等功能。

1.3 服務(wù)器系統(tǒng)

服務(wù)器系統(tǒng)由信息傳輸模塊和點(diǎn)檢管理系統(tǒng)組成。設(shè)備信息通過(guò)射頻識(shí)別或者手動(dòng)記錄得到點(diǎn)檢數(shù)據(jù)之后儲(chǔ)存在移動(dòng)終端中，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將點(diǎn)檢結(jié)果上傳，服務(wù)器端獲取的關(guān)鍵字進(jìn)行匹配，移動(dòng)終端獲取響應(yīng)碼，當(dāng)響應(yīng)成功，獲取響應(yīng)信息，服務(wù)器獲取移動(dòng)終端信息并記錄在點(diǎn)檢管理信息系統(tǒng)中。

2 港口設(shè)備點(diǎn)檢移動(dòng)終端系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1 港口設(shè)備點(diǎn)檢移動(dòng)終端系統(tǒng)架構(gòu)與實(shí)現(xiàn)

港口設(shè)備點(diǎn)檢移動(dòng)終端系統(tǒng)架構(gòu)見(jiàn)圖3。

圖3 點(diǎn)檢系統(tǒng)架構(gòu)示意

移動(dòng)終端軟件部分基于Android操作系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，從下至上包括4個(gè)層次，其中第一層是Linux內(nèi)核層，包括Linux操作系統(tǒng)及驅(qū)動(dòng)，該層用來(lái)提供系統(tǒng)的底層服務(wù)，包括安全機(jī)制、內(nèi)存管理、進(jìn)程管理、網(wǎng)絡(luò)堆棧及一系列的驅(qū)動(dòng)模塊；第二層是核心的擴(kuò)展類庫(kù)，如SQLite，WebKit，OpenGL等，它們可以通過(guò)JAVA本地調(diào)用JNI的接口函數(shù)實(shí)現(xiàn)和上層之間的通信；第三層是包含所有開(kāi)發(fā)所用的SDK類庫(kù)和某些未公開(kāi)接口的框架層，是整個(gè)Android平臺(tái)核心機(jī)制的體現(xiàn)；第四層是應(yīng)用層，系統(tǒng)部分應(yīng)用和第三方開(kāi)發(fā)的應(yīng)用都是位于這個(gè)層次上[6-7]。

移動(dòng)終端通過(guò)Android操作系統(tǒng)控制串口文件來(lái)控制RFID的工作。Android程序部分在Serialport接口中將Open、Close、Send、Receive等函數(shù)命名為本地函數(shù)。定義Rfidport繼承Serialport，對(duì)上述本地函數(shù)進(jìn)行重寫(xiě)，創(chuàng)建監(jiān)聽(tīng)器，實(shí)現(xiàn)調(diào)用Open函數(shù)，打開(kāi)串口文件并在串口文件中寫(xiě)入指令，調(diào)用Send函數(shù)發(fā)送，同時(shí)調(diào)用RECEIVE函數(shù)接收RFID讀到的數(shù)據(jù)信息。RFID讀入信息的過(guò)程由讀卡程序控制，讀卡程序的設(shè)計(jì)思路是首先進(jìn)行初始化，當(dāng)有卡進(jìn)入射頻天線的有效范圍內(nèi)的時(shí)候，讀卡程序則按順序啟動(dòng)防沖突程序和認(rèn)證程序，如果在射頻識(shí)別有效范圍內(nèi)有多張MIFARE卡時(shí)，將執(zhí)行Select選卡操作，在驗(yàn)證MIFARE卡的過(guò)程中，將密碼集(KEYSET)中的一組與MIFARE卡的密碼比較，若匹配，說(shuō)明合法，驗(yàn)證成功后操作卡片進(jìn)行讀寫(xiě)。讀寫(xiě)函數(shù)從已通過(guò)密碼驗(yàn)證的扇形區(qū)內(nèi)讀取一個(gè)數(shù)據(jù)塊，對(duì)卡的操作結(jié)束后，將卡掛起，此時(shí)讀卡器不再對(duì)卡進(jìn)行任何操作。

軟件開(kāi)發(fā)采用基于Java的整合型可擴(kuò)展平臺(tái)Eclipse，包括JDK的安裝和環(huán)境變量的配置等。在Eclipse開(kāi)發(fā)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能代碼的編寫(xiě)，并通過(guò)模擬器運(yùn)行調(diào)試。首先完成項(xiàng)目的創(chuàng)建，并在項(xiàng)目中創(chuàng)建了8個(gè)包文件，依次負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序的各個(gè)功能主界面和層次界面的設(shè)計(jì)；登陸界面功能設(shè)計(jì)、照相和圖片處理；串口通訊；點(diǎn)檢任務(wù)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)的建立和操作；用戶信息的查詢及一系列適配器的建立；各個(gè)線程的建立和正常運(yùn)行；數(shù)據(jù)的更新，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳和下載，以及資源更新等功能。完成代碼編寫(xiě)并在Android模擬器上正常運(yùn)行后，將生成的apk文件導(dǎo)出，安裝在Android客戶端上。

2.2 應(yīng)用實(shí)例

針對(duì)港口設(shè)備管理系統(tǒng)應(yīng)用界面如圖4所示，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期設(shè)定的各個(gè)功能；系統(tǒng)初始使用時(shí)通過(guò)設(shè)定IP地址，可以搜索鏈接WIFI網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)rfid與傳感器鏈接可以獲取點(diǎn)檢信息并生成點(diǎn)檢表，點(diǎn)檢記錄可以在移動(dòng)終端保存、查看，點(diǎn)檢記錄表在移動(dòng)終端查看效果如圖

5所示；點(diǎn)檢記錄界面如圖6所示，圖中列表展示的各項(xiàng)為需要點(diǎn)檢的項(xiàng)目，其中右端標(biāo)有對(duì)號(hào)的表示已完成點(diǎn)檢，未標(biāo)明的表示未完成點(diǎn)檢。當(dāng)點(diǎn)檢工作完成后可將數(shù)據(jù)成功通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上傳至服務(wù)器。目前該點(diǎn)檢終端已經(jīng)在某港口和油港設(shè)備點(diǎn)檢工作中得到使用。

圖4客戶端界面

圖5 點(diǎn)檢表

3 結(jié)論

針對(duì)港口設(shè)備點(diǎn)檢工作特點(diǎn)設(shè)計(jì)港口設(shè)備點(diǎn)檢移動(dòng)終端，率先采用Android操作系統(tǒng)，使用RFID和傳感器采集信息，避免了手動(dòng)采集效率低、準(zhǔn)確性差的缺點(diǎn)，WIFI網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)及時(shí)性好，可靠性高，有利于在港口設(shè)備點(diǎn)檢工作中廣泛應(yīng)用。下一步的工作是繼續(xù)優(yōu)化系統(tǒng)性能，為了縮小設(shè)備體積,擴(kuò)展其它外設(shè)，硬件部分的集成研究是必要的。

圖6 點(diǎn)檢記錄

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