基于Android的物联网监控手机软件设计毕业设计论文.docx
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基于Android的物联网监控手机软件设计毕业设计论文
重庆大学本科学生毕业设计（论文）
基于Android的物联网监控手机软件设计
GraduationDesign（Thesis）ofChongqingUniversity
DesignofAndroid-BasedInternetofthingsmonitoringphonesoftware
Undergraduate:
HeFeng
Supervisor:
Prof.ZhangLing
Major:
ElectronicInformationEngineering
CollegeofCommunicationsEngineering
ChongqingUniversity
June2012
学位论文原创性声明
本人郑重声明：
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：
日期：
年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名：
日期：
年月日
导师签名：
日期：
年月日
摘要
2007年美国Google公司向外界展示Android操作系统，将Android手机的兴起推向高潮。
Andriod系统的各大优点运用到了诸多领域，同时Android软件运用具有面向对象思想的Java语言编写，极大的促进了软件的灵活性。
另一方面，物联网也是新一代的高端技术，运用Android的高性能优点，将其运用到物联网监控中定会是一项非常前沿的技术。
本文将介绍如何用Android软件实现对物联网监控端进行实时监控。
该系统分为硬件端（监控端）和软件端（手机端），其硬件端主要通过STM32单片机实现，通过温度传感器，加速度传感器以及脉搏心跳传感器，对人体的体温、姿态、心跳速率及脉搏速率进行测量，并通过GPRS模块或串口采用三种法式（包括短信，WIFI和J2EE服务器）传送监控数据到手机端。
软件端主要采用Java语言编写，实现对数据的处理、显示以及备份等功能。
三种通信方式各有所长。
对于整个系统，已基本实现预期功能，同时也能对其进行拓展，例如手机与监控端的相互交互等。
对于后续的研究工作希望能和读者一起探讨。
关键词：
Android，物联网，热点，监控
ABSTRACT
In2007,Google'sAndroidoperatingsystemtoshowtheriseoftheAndroidphonetoaclimax.ThemajoradvantageoftheAndriodsystemappliedtomanyfields,whiletheuseoftheAndroidsoftwarewritteninJavalanguage,object-orientedthinking,topromotetheflexibilityofthesoftware.InternetofThings,ontheotherhand,isanewgenerationofhigh-endtechnology,theuseofhigh-performanceadvantagesofAndroidwillbeappliedtothemonitoringofInternetofThingswillbeaverycutting-edgetechnology.ThisarticledescribeshowtousetheAndroidsoftwaretoachievereal-timemonitoringofThingsmonitoringclient.
Thesystemisdividedintothehardwareside（controlside）andthesoftwareside（mobileterminal）,thehardwaresidebySTM32microcontroller,temperaturesensor,accelerometer,andthepulseoftheheartbeatsensor,bodytemperature,posture,heartrate,andpulseratemeasurement,andthreeFrench（includingSMS,WIFI,andaJ2EEserver）tosendcontroldatatothemobileterminalthroughtheGPRSmoduleorserial.SoftwaresideusingtheJavalanguagetowritethedataprocessing,displayandbackupfunctions.
Fortheentiresystemhasbeenbasicallyachievethedesiredfunctionality,butalsotoexpand,suchasmobilephonesandmonitortheclientinteractwitheachother.Andreaderstodiscussfollow-upresearch.
Keywords：
Android,Internetofthings,Wifi,monitor
中文摘要Ⅰ
ABSTRACTⅡ
1绪论1
1.1设计背景1
1.2国内外研究现状综述1
1.3设计特点2
1.4设计功能概述2
1.4.1物联网监控端的硬件2
1.4.2Android应用程序3
2相关技术及开发工具简介4
2.1Java语言简介4
2.1.1Java技术的特点4
2.1.2JavaME简介5
2.1.3JavaEE简介5
2.2Android系统简介6
2.3Java及Android开发工具简介7
2.3.1MyEclipse集成开发环境7
2.3.2AndroidSDK7
2.3.3AndroidADT8
3基于NiosII的物联网监控端设计9
3.1系统结构9
3.1.1硬件结构10
3.1.2软件结构10
3.2监控端硬件设计11
3.2.1信息采集端硬件设计11
3.2.2信息接收与传输硬件设计12
3.2.3监护端硬件设计12
3.3监控端软件设计13
3.3.1体征信息采集端的软件设计13
3.3.2体征信息接收与传输端软件设计15
4基于Android的手机软件设计16
4.1设计概述16
4.1.1研究目标16
4.1.2需求分析16
4.2基于UDP协议的Wifi通信设计17
4.2.1UDP协议简介17
4.2.1PC端串口程序设计18
4.2.3数据包的解析法则20
4.2.4UDP发送及接收程序设计22
4.2.5热点的配置23
4.3短信接收及解析设计25
4.3.1短信接收程序设计25
4.3.1文件的存储与读取26
4.4基于J2EE的网页监控设计27
4.4.1Tomcat服务器简介27
4.4.2基于Serverlet的网页设计27
4.4.3基于JDBC技术的MySQL数据库操作28
4.4.4手机端嵌入网页的设计29
4.5系统架构及界面设计29
4.5.1系统程序文件结构及功能29
4.5.2系统界面设计29
5总结31
参考文献32
附录A：
手机端程序主要源代码33
1绪论
1.1设计背景
近年来,Android手机兴起的趋势无法阻挡,而至今年Android手机已占据全球智能机市场48%的份额，并在亚太地区市场占据统治地位，在我国更是高达58%，终结了Symbian的霸主地位，跃居全球第一，在今后一段时间内Android将更广泛的普及和发展。
对于Android手机应用软件，中低端目前的主流应用很多，而现在Android最高版本为4.0.3，相比于苹果系统有过之而无不及，今后的发展一定相当乐观。
而Android系统的手机软件大多采用Java语言编写，其跨平台和面向对象的特点，无论是从界面还是性能来讲，都能更方便更强大地满足用户的高要求。
根据其良好的发展趋势，对本课题也值得去研究。
另一方面，物联网是新一代信息技术的重要组成部分，其概念一经提出就一直是一大热门，它在各种感知技术上的广泛应用以及对智能信息处理的能力并且对物体实施智能的控制已然成为下一个推动世界高速发展的重要生产力，具有节约成本提高经济效益等优势更可以为全球经济复苏提供技术动力。
如此高端热门且发展趋势十分乐观的两种产品——Android手机和物联网相结合而产生的该课题《基于Android的物联网监控手机软件的设计》必将广泛应用在今后的实际生活中。
1.2国内外研究现状综述
对于物联网的研究，国外要比国内研究较早，技术也相对成熟，在很早的时候美国施乐公司将其应用用到售货机上，而现今美国有很多大学在做了大量工作在物联网的研究生上。
同时国外很多知名企业都做了网联网技术方面的研究，例如美国的克尔斯博公司，它是国际上率先在该领域取得研究成果的先驱之一。
相比之下，国内在物联网技术上的研究相对落后，不过也在硬件和软件房间取得了相应的突破，在基于国外的技术之上开发了自己的中间软件。
另一方面，Android智能手机在国内也是越来越高端，像去年上市的小米手机轰动全国，与之匹敌的华为荣耀接而上市，把中国Android手机应用推向高潮。
当然，伴随着手机的兴起，无论是游戏还是应用软件，小到个体程序员大到世界五百强的软件公司，Android手机软件都必然将风靡全球。
与此同时，新兴的物联网监控技术与如今正如火如荼的第三代移动通信想结合，将改变现有的物联网监控模式，使监控人员无论身在何处无论何时都可以对需要进行监控的设备信息进行监控，这样也不用每天坐在办公室或监控室守着一台监控器，使这样实时的监控工作更加方便。
1.3设计特点
本系统主要针对人体如体温,姿态,心跳及脉搏等数据进行测量监控,对于这些数据监控,我们的监控端应该具备实时、可靠、无线连接、体积小等特点，同时应该尽量使监护行为不对用户的日常活动产生影响,即佩戴在人体身上让人不会有生理或心理负载同时也能准确的测量各种数据信息。
由此我们设计了面向家庭的便携式可穿戴的远程智能监护仪。
本作品分为信息采集端、信息接收与传输端和监护端。
在被监护人一端，只需佩带信息采集端，就能在满足低生理、心理负荷条件下，实现人体日常姿态、体温、脉搏、心跳等生命体征信息的获取，并且通过多种无线传输方式如短信,Wifi以及搭建J2EE服务器技术等最终将数据传输至便携式监护端、手机监护端、远程监护端进行分析和处理，监护人可远程查询被监护人的生理情况，在被监护人生理情况出现异常时，系统自动采取多种报警即应急措施。
本监护仪区别于传统的大型检测仪器，利用SOPC的思想将监测人体姿态、体温、脉搏、心跳等基本生命体征的传感器集中在一起，小巧方便可穿戴，减小了生理负担，便携易用。
医护人员可实时查看被检测人的姿态、体温、脉搏、心电等生命体征信息，并可以将实时信息存储到手机端SD卡等非易失存储设备中。
结合日益成熟的J2EE技术以及目前异军突起的Android技术，通过自行设计的Android手机软件，让Android智能手机也能成为本系统的监护端的一部分，可根据不同情况选择更适合的远程监护模式，随时随地被监护人的生理状况尽在掌握。
Android技术的运用使得本系统紧跟信息时代的步伐，给使用者提供了更为熟悉和便捷的用户体验。
1.4设计功能概述
本课题完成了基于Andriod的手机软件设计，以及STM32单片机对GPRS模块（M20）进行控制的硬件设计和软件设计。
用java语言完成的一款能够在Andriod手机运行的手机软件，通过可行的三种方式--短信、Wifi和网页，接收实验板发送的通过温度、加速度等传感器测量的数据，并在手机屏幕上实时显示同时将实时记录保存子手机SD卡的txt文件中。
1.4.1物联网监控端的硬件
物联网监控端可分为信息采集端、信息接收和传输端。
所用到的硬件开发平台包括DE2-70开发板、LB3开发板、物联网调试板。
在被监控的场所如汽车、寝室安装好该系统，通过温度、加速度传感器采集当前信息，并通过无线传输的方式发送给接收和传输端。
信息接收与传输端主要是通过串口将数据发送到PC端，让PC端进行数据处理和编码，最终发送到Android手机上。
同时该模块也要通过GPRS模块与Android手机取得通信，能接受Android手机反馈回来的信息。
1.4.2Android应用程序
该模块主要是在具有Android系统的手机上运行，以接收监控端发送过来的短信并进行解码，把实用的温度、加速度等信息直观明了简单的显示在该软件上。
其软件的编写将使用Java语言在MyEclipse集成开发软件上进行开发并搭建SDK和ADT10.0.0的Android模拟器，并且能达到界面美观信息显示方式大方明了且能对历史信息进行保存和查看的功能。
同时也可以根据该软件与监控开发板进行反馈。
2相关技术及开发工具简介
2.1Java语言简介
Java是一种面向对象的可以撰写跨平台应用软件的程序设计语言，SunMicrosystems公司在1995年5月推出了Java平台（即JavaSE,JavaEE,JavaME的总称）和Java程序设计语言。
本设计用到了JavaEE,JavaME两大技术。
Java技术具有卓越的通用性、高效性、平台移植性和安全性，广泛应用于个人PC、数据中心、游戏控制台、科学超级计算机、移动电话和互联网，本论文中实现的物联网监控系统就是基于Java技术编写的，因此，在本章将对Java技术作一个简要的介绍。
2.1.1Java技术的特点
JAVA是非常新的一种语言（1995年正式发布），具有面向对象、分布式、解释执行、健壮性和安全性、体系结构中立、可移植、多线程、以及动态性等特点。
和其他编程语言相比，它有很多优点。
使用JAVA的优点具体体现在以下几个方面:
（1）封装
Java是一种面向对象的语言，它的封装特性是将具有一定特征的事物封装成一个类，在类中用Private将所有成员变量定义成私有的，要想通过另一个类得到或改变该成员变量必须调用该类的Get和Set方法。
这样就可以将一个类封装成一个独立的事物，有助于程序代码的维护。
（2）继承
顾名思义，Java继承就是是使用已存在的类的定义作为基础建立新类，新类可以用父类的功能，也可以增加新的数据或新的功能，但不能选择性地继承父类。
这种技术使得复用以前的代码非常容易，能够大大缩短开发周期，降低开发费用。
（3）多态
多态具体表现在重写和重载，多态就是类的多种表现方式，比如在同一个类中可以有名字相同但参数不同的方法，同时子类也可以重写父类的方法。
这样便可以改善代码的组织结构，增强代码的可读性。
2.1.2JavaME简介
JavaME以往称作J2ME（JavaPlatform，MicroEdition），是为机顶盒、移动电话和PDA之类嵌入式消费电子设备提供的Java语言平台，包括虚拟机和一系列标准化的JavaAPI。
它和JavaSE、JavaEE一起构成Java技术的三大版本，并且同样是通过JCP（JavaCommunityProcess）制订的。
根据Sun的定义：
JavaME是一种高度优化的Java运行环境，主要针对消费类电子设备的，本课题中的Android手机应用就是JavaME最广泛的应用。
2.1.3JavaEE简介
JavaEE是J2EE的一个新的名称，其主要是企业级的运用。
其三大框架（Spring、Struts、Hibernet）将该技术构建的淋漓尽致。
JavaEE技术很多时候运用于网站的搭建上，采用MVC模式建立自己的网站会是一个很完整的过程。
如图所示JavaEE的架构图：
图2.1JavaEE架构图
2.2Android系统简介
Android是AndyRubin公司开发的一种以Linux为基础的开放源代码操作系统，主要使用于便携设备例如手机MP4等。
2005年由Google收购注资，2007年正式向外界推出Android系统，逐渐扩展到平板电脑及其他领域上。
Android系统在手机上的应用已经占据了主要市场。
2011年第一季度，Android在全球的市场份额首次超过之前独步天下的塞班系统，跃居全球第一。
2012年2月数据，Android系统占据全球智能手机操作系统市场52.5%的份额，中国市场占有率更高，为68.4%。
Android的系统采用了分层的架构，这也是与其它操作系统的不同之处。
Android分为四个层，从低层到高层分别是linux核心层、系统运行库层、应用程序框架层、应用程序层。
Android手机软件主要采用Java语言编写，打包为.apk格式供用户下载安装到Android系统上。
所以结合Java面向对象的语言特点，Android软件在游戏、界面等方面居于显著的优点。
图2.2为Android系统架构图。
图2.2Android系统架构图
2.3Java及Android开发工具简介
开发Java程序一般会用到EclipseIDE工具，开发Android程序需要在Eclipse中集成AndroidSDK以及ADT模拟器，这样就可以方便开发及测试Android程序了，下面将介绍这几种开发环境。
2.3.1MyEclipse集成开发环境
MyEclipse是一个用于开发Java的软件集成环境，十分好用，其功能非常强大，支持也特别广泛，特别是对各种开源产品的支持想当不错。
它是在EclipseIDE的基础上进行了扩展，我们可以利用它更方便的在数据库和JavaEE的开发、发布以及应用程序服务器的整合方面完成工作。
同时它也是功能丰富的JavaEE集成开发环境，包括了完备的编码、调试、测试和发布功能，完整支持HTML,Struts,JSP,CSS,Javascript,Spring,SQL,Hibernate。
在结构上，MyEclipse的特征可以被分为7类：
1）JavaEE模型
2）WEB开发工具
3）EJB开发工具
4）应用程序服务器的连接器
5）JavaEE项目部署服务
6）数据库服务
7）MyEclipse整合帮助
以上每一种功能上的类别都可以再Eclipse中得到相应的体现，并通过一系列的插件来实现它们。
MyEclipse在Eclipse的基础上，可以让我们在不影响其他模块的情况下，对任一模块进行单独的升级和扩展。
也就是说，MyEclipse是Eclipse的插件，也是一款功能强大的Java集成开发工具，支持代码编写、调试以及Debug等，MyEclipse6.0以前版本需先安装Eclipse。
MyEclipse6.0以后版本安装时不需安装Eclipse。
目前,MyEclipse经历了许多版本，本课题用到MyEclipse8.5版本。
经过了MyEclipse8.5M1和MyEclipse8.5M2两个版本，MyEclipseEnterpriseWorkbench8.5forEclipse3.5.2终于在2010年3月28号正式发布了！
在官方网站上MyEclipse8.5可以下载了，该版本集成了Eclipse3.5.2，提升了团队协作开发、开发周期管理以及Spring和Hibernate的更好支持。
2.3.2AndroidSDK
SDK（softwaredevelopmentkit）是指软件开发工具包。
被软件开发工程师用于为特定的软件包、软件框架、硬件平台、操作系统等建立应用软件的开发工具的集合。
因此，AndroidSDk指的既是Android专属的软件开发工具包。
开发android必须下载及安装AndroidSDK，现在已有很多SDK版本，本课题用是是AndroidAPI10也就是Android2.3。
下载好AndroidSDK后，开始安装，AndroidSDK采用了Java语言，所以需要先安装JDK5.0及以上版本。
直接下载jdk安装文件安装更为方便。
[1] AndroidSDK不用安装，下载后，直接解压即可，将下载后的SDK的压缩包解压到适当的位置，就这么简单；SDK安装OK。
使用Eclipse进行android应用开发需要给Eclipse装adt插件，这样Eclipse就可以和androidsdk建立连接，可以在Eclipse中启动android模拟器进行程序调试等ADT插件安装这里不再累赘，也可以下载adt的zip包安装安装完插件后，需要做一些简单的配置：
1）在MyEclipse中，选择Window>Preference；
2）从左侧的菜单中，选择Android项；
3）设置SDKLocation，点Browse选择SDK的安装根目录；
4）OK，完成。
2.3.3AndroidADT
在开发Android的过程中，不可能一直用真机进行测试，因此必须安装ADT插件，这样就可以再MyEclipse中使用Android模拟器进行调试了。
ADT就是一些特定的软件包、软件框架、硬件平台、操作系统等建立应用软件的开发工具的集合。
在Android中，它为开发者提供了库文件以及其它开发所用到的工具。
也就是说它是开发工具包集合，是整体开发中所用到的工具包。
有了这个工具包就可以对程序进行模拟器测试,如图2.3Android模拟器界面:
图2.3Android模拟器界面
3基于NiosII的物联网监控端设计
本章将介绍整个硬件监控端以及信息接收端的设计，由于硬件电路板已经是做好的，而且本课题主要重点在于手机端软件的设计，所以本章只是从理论上介绍其设计实现。
如何用温度和加速度等各种传感器检测到人体的体温和姿态，如何将检测到的数据进行编码，如何将检测到的数据通过无线发送到信息接收端，如何将信息接收端接收到的数据打包准备发送到手机以及通过串口发送到PC机，这些问题都将在本章得到解决。
3.1系统结构
本系统以AlteraFPGA开发平台为核心，采用各种人体传感器对人的体温、脉搏、心电等生命体征信息进行采集，利用三轴加速度传感器实现对人体姿态的采集，通过无线的方式进行传输，通过软件应用程序在触摸屏上显示交互界面，通过触
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