快速、 準確地采集和監(jiān)控到工地上塔式起重機(簡稱塔機)的工作數(shù)據(jù)信息在建筑工程領(lǐng)域極為重要。但是， 由于受到現(xiàn)場環(huán)境的影響以及測量工具的限制， 明顯存在數(shù)據(jù)信息傳遞速度慢、 準確度低和補救措施實施慢等缺點， 很容易造成緊急事件處理的延誤。因此， 工作人員希望對塔機的工作數(shù)據(jù)進行更為方便的遠程監(jiān)控， 如基于通用分組無線服務(wù)技術(shù)(General Packet Radio Service， GPRS)、 網(wǎng)頁和個人計算機(Personal Computer， PC)客戶端的塔機監(jiān)控技術(shù)手段。然而這種監(jiān)控方式也讓工作人員的工作地點僅僅局限在辦公室等室內(nèi)有計算機的地方。本文設(shè)計了一種基于 Android 操作系統(tǒng)的智能移動終端信息監(jiān)控系統(tǒng)， 充分利用手機的便利性， 只要能上網(wǎng)， 就能隨時隨地觀測到全國各地每臺塔機的工作數(shù)據(jù)。

1.監(jiān)控系統(tǒng)方案設(shè)計

便攜式塔機監(jiān)控系統(tǒng)基于硬件的數(shù)據(jù)采集功能，其工作步驟是:先將裝有傳感器的采集電路板采集到的各個數(shù)據(jù)信息(高度、 幅度、 角度和載重等)發(fā)送到處理器 ARM9 中;然后將這些數(shù)據(jù)從 ARM9 處理器通過串口發(fā)送到 GPRS 模塊， 通過這個模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(MySQL)中;最后在網(wǎng)頁和 Android 操作系統(tǒng)界面上可以方便地觀測采集到的數(shù)據(jù)信息。便攜式塔機監(jiān)控系統(tǒng)的總體框架如圖 1 所示。

2.硬件基礎(chǔ)綜述

在便攜式塔機監(jiān)控系統(tǒng)中，硬件部分主要負責數(shù)據(jù)的采集和發(fā)送，其核心模塊包括:處理器模塊、各個參數(shù)的數(shù)據(jù)采集模塊和GPRS模塊。其中，處理器芯片采用三星公司精簡指令集微處理器(Advanced RISC Ma-chines， ARM9)系列中的S3C2440 微處理器，該芯片不僅能夠嵌入相關(guān)操作系統(tǒng)，對控制起到管理的作用，并且具有較高的工作頻率和獨立的硬件資源。

數(shù)據(jù)采集模塊市場上有很多種，基本原理都是利用傳感器來進行模擬/數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換， 將采集到的模擬信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，發(fā)送給ARM9微處理器，對于這些傳感器的選擇，重點參考其性價比和精確度。

在整個監(jiān)控系統(tǒng)的硬件部分，GPRS模塊是最關(guān)鍵的，因為它決定著數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)男省１鞠到y(tǒng)選擇西門子MC37i 雙頻GSM/GPRS模塊，它具有重量輕、功耗低等特點， 并且是目前市場上尺寸最小的雙頻GSM/GPRS模塊，其優(yōu)勢在于永久在線連接、快速數(shù)據(jù)存儲和更快的數(shù)據(jù)下載速度。在軟件方面，通過AT指令控制GPRS模塊MC37i。AT指令一般用于終端設(shè)備與PC應(yīng)用之間的連接和通信，它是從終端設(shè)備或數(shù)據(jù)終端設(shè)備、向終端適配器或數(shù)據(jù)電路終端設(shè)備發(fā)送的。

此外，通過PPP協(xié)議實現(xiàn)GPRS模塊與GPRS網(wǎng)絡(luò)的連接，這種連接方式方便將來與 Internet相連并將數(shù)據(jù)發(fā)送到PC服務(wù)器端的數(shù)據(jù)庫MySQL中，這樣，既可以將數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)在網(wǎng)站的顯示界面上監(jiān)控，也可以在 Android 操作系統(tǒng)平臺終端的界面上進行觀測。網(wǎng)頁上的監(jiān)控數(shù)據(jù)界面如圖2 所示，下面，針對后者各部分設(shè)計原理及流程進行詳細介紹。

要想實現(xiàn)本系統(tǒng)在 Android 操作系統(tǒng)平臺終端上的應(yīng)用，總體上可分Web服務(wù)器端的架構(gòu)搭建和Android 操作系統(tǒng)平臺客戶端應(yīng)用軟件的設(shè)計。其中服務(wù)器端負責數(shù)據(jù)接收和存儲，客戶端軟件(即智能手機)負責信息的接收以及界面顯示。

3.服務(wù)器端設(shè)計

3.1 SSH 整合框架概念

塔機監(jiān)控系統(tǒng)中的服務(wù)器端Web 架構(gòu)使用了SSH整合框架。所謂SSH整合框架就是:Web 層最成熟穩(wěn)定的技術(shù)Struts +業(yè)務(wù)層框架Spring+存取數(shù)據(jù)庫的解決方案Hibernate。本系統(tǒng)中SSH整合框架為:Hibernate +Struts2 +Spring，其中2指產(chǎn)品的版本代號。下面闡述各個框架的概念以及整合的特點。

（1）Hibernate 框架

Hibernate 是一個功能強大的開源對象關(guān)系映射(Object Relational Mapping，ORM)框架工具，允許開發(fā)者使用常見的Java 語言特性實現(xiàn)對象模型到關(guān)系數(shù)據(jù)庫的映射，它利用反射機制在運行時實現(xiàn)持久化一個對象的各種操作，保證了源碼的簡練和完全地面向?qū)ο箫L格。同時，Hibernate也是一個非常流行的、開源的、易于配置和運行的且基于 Java 數(shù)據(jù)庫連接標準(Java DataBase Connectivity Standard，JDBC)的對象- 關(guān)系映射(JORM)引擎，支持 Oracle、DB2、SQL Server 和MySQL 等主流數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。此外，Hibernate可以用在任何需要將Java對象和數(shù)據(jù)庫表格中的數(shù)據(jù)進行操作的Java應(yīng)用中。

Hibernate包括兩類配置文件。第一類配置文件為hibernate．cfg．xml。在服務(wù)器啟動時，Hibernate 查詢第一類配置文件里面的屬性來進行操作，例如數(shù)據(jù)庫連接字符串和密碼第二類配置文件是映射描述文件(文件擴展名為* ． hbm． xml)，它將告訴 Hibernate如何將特定的Java類和一個或者多個數(shù)據(jù)庫表格中的數(shù)據(jù)進行映射。

（2）Struts2 框架

Struts 是基于MVC(Model，View，Controller)體系結(jié)構(gòu)的Web應(yīng)用程序框架，MVC設(shè)計模式由模型(M)、視圖(V)和控制器(C)三部分組成。Struts 最大的用途就是自動獲取表單參數(shù)(FormBean)，以及將控制器與視圖分離，將應(yīng)用程序分解為業(yè)務(wù)邏輯、控制邏輯和表現(xiàn)邏輯，降低了各邏輯層之間的耦合度，提高了應(yīng)用程序的開發(fā)速度以及可維護性和可重用性。

本系統(tǒng)中用到的是Struts2框架，其代碼和Struts1的代碼并不兼容，包括的包文件和配置文件都不一樣，Struts1 的程序必須加以修改才能運行于Struts2 之下，可以認為它們是兩個不同的框架。與Struts1相比，Struts2 在Action類、線程模式、Servlet 依賴和可測性方面都有其獨特的優(yōu)點。

Struts2 的執(zhí)行流程為: Web 服務(wù)器啟動解析struts．xml、初始化消息文件和Action路徑映射等資源，初始化框架→用戶請求(．a(chǎn)ction)→Struts2過濾器使用對象工廠(Object Factory，可以是自帶或者是Spring 框架)創(chuàng)建 Action 類的示例→執(zhí)行輕量級的控制反轉(zhuǎn)(IOC)和攔截器(包括解析表單參數(shù)，文件上傳，將解析結(jié)果注入 Action 對象)→調(diào)用 Action 中用戶編寫的業(yè)務(wù)方法→根據(jù)返回的結(jié)果(Result)路徑轉(zhuǎn)向視圖層。

本文的返回結(jié)果設(shè)為Json列表格式，并且直接Android 終端(客戶端)的應(yīng)用程序讀取。

（3）Spring 框架

Spring是基于企業(yè)間Java環(huán)境(Java 2 Enterprise Edition，J2EE)平臺上分層的應(yīng)用程序框架。簡單來說，它是一個輕量級的控制反轉(zhuǎn)(IOC) 和面向切面(AOP)的容器框架。

首先，Spring 的IOC包括控制反轉(zhuǎn)和依賴注入。控制反轉(zhuǎn)就是由容器來控制程序之間的(依賴)關(guān)系，而非傳統(tǒng)實現(xiàn)中，由程序代碼直接操控;依賴注入就是組件之間的依賴關(guān)系由容器在運行期決定，由容器將某種依賴關(guān)系動態(tài)地注入到組件之中。

其次，Spring就是其AOP應(yīng)用。Spring 容器集成了TransactionTemplate 處理方式，它封裝了所有對事務(wù)處理的功能，包括異常時事務(wù)回滾、操作成功時的數(shù)據(jù)提交等復雜業(yè)務(wù)功能。這些功能都由Spring 容器來管理，大大減少了程序員的代碼量，也能對事務(wù)進行很好的管理和控制。

（4）SSH 框架的整合

在本系統(tǒng)開發(fā)中，Struts2、Spring 和Hibernate這三個開源框架在Web應(yīng)用中各自的側(cè)重 點不同。Struts2主要側(cè)重把表現(xiàn)層和邏輯層分開;Spring 主要是對業(yè)務(wù)層的層次細化，即更深層次的降低耦合程度;Hibernate主要負責Java對象和關(guān)系數(shù)據(jù)庫之間的映射。SSH 整合框架正結(jié)合了這三個框架各自的特點及Web應(yīng)用分層思想，并為Web 應(yīng)用各層提供了相應(yīng)的整合策略。Web應(yīng)用中SSH整合框架的分層架構(gòu)圖如圖3 所示。

3.2服務(wù)器系統(tǒng)設(shè)計

（1）數(shù)據(jù)庫設(shè)計

服務(wù)器系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫使用的是 MySQL，用來存儲塔機監(jiān)控設(shè)備上的GPRS模塊發(fā)送過來的采集到的數(shù)據(jù)信息(載重、幅度和高度等)，以及手機客戶端應(yīng)用程序中需要顯示的關(guān)于設(shè)備的詳細信息(比如:所在省市、設(shè)備編號、日期時間，以及相應(yīng)的文字圖片)，這些信息都要顯示在網(wǎng)頁上和 Android 操作系統(tǒng)界面上，以便工作人員觀測。所以，有必要新建一個數(shù)據(jù)表格tower，并新增Id、city等字段來存放相應(yīng)的數(shù)據(jù)，部分SQL代碼如下:

CREATE TABLE 'tower' ('Id' int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT，/ /設(shè)置表格Id的自增方式' province' varchar(20) DEFAULT NULL，/ /為tower創(chuàng)建province 屬性

'city' varchar(20) DEFAULT NULL，/ /創(chuàng)建 city 屬性— — —城市

'pic' varchar(20) DEFAULT NULL，/ /創(chuàng)建 pic 屬性— — —圖片

'dir' varchar(20) DEFAULT NULL，/ /創(chuàng)建 dir 屬性

PRIMARY KEY ('Id') / /將本表的 Id 作為主鍵) ENGINE = MyISAMAUTO_INCREMENT = 1 DEFAULT CHAR-SET = utf8/ /設(shè)置字符集編碼為utf8

（2）數(shù)據(jù)持久層設(shè)計

數(shù)據(jù)持久層是通過Hibernate框架來完成的。根據(jù)本文第（1）節(jié)中所闡述的數(shù)據(jù)庫表格 tower的設(shè)計，可以為MyEclipse 編譯環(huán)境的Web工程添加Hi-bernate功能來創(chuàng)建相應(yīng)的配置文件hibernate．cfg．xml，然后配置連接數(shù)據(jù)庫和所操作實體類對應(yīng)配置文件信息的

Hibernate參數(shù)，利用MyEclipse 的“反向工程技術(shù)”生成相應(yīng)實體類和實體映射文件 tower．hbm．xml，此時，實體類和實體關(guān)系表一一對應(yīng)，而實體映射文件描述了這種對應(yīng)關(guān)系。

（3）業(yè)務(wù)層設(shè)計

業(yè)務(wù)層的設(shè)計主要是通過 Spring 框架來完成的。為了將控制層和業(yè)務(wù)層分開，又可將業(yè)務(wù)層分為Dao層、業(yè)務(wù)邏輯層以及Web層。Dao層完成對持久化對象的交互;業(yè)務(wù)邏輯層是以 Dao層為基礎(chǔ)，通過對Dao組件的調(diào)用，封裝完成業(yè)務(wù)邏輯層的工作;Web 層包括 MVC 模式中的控制層和表現(xiàn)層，采用Struts2 完成。因此，在本項目中通過在源代碼文件夾(src)中創(chuàng)建以下的“包類”來實現(xiàn)。

1）com．tower．a(chǎn)ction包中的 RiverAction．java類負責響應(yīng)手機端發(fā)出的請求。該類繼承com．opensym-phony．xwork2．ActionSupport 類，這樣極大地簡化了Struts2 的Action 開發(fā)。

2）com．twoer．biz 包中的TowerBiz．java負責處理獲取“關(guān)注設(shè)備”的列表方法 getTowerImpList()以及獲取各省份分類設(shè)備列表 getTowerListByType()。

3) com．twoer．dao包中的TowerDAO．java負責編寫數(shù)據(jù)處理的方法，由TowerBiz．java 獲取。

4)在 web．xml和struts．xml這兩個配置文件中分別設(shè)置Struts2的過濾器和返回Json 格式列表:

＜action name = " towerAction" class = " com．twoer．a(chǎn)ction．TowerAc-tion"＞＜result type = "json" /＞＜/action＞

4.Android 客戶端應(yīng)用設(shè)計

1.Android 操作系統(tǒng)

Android 是Google公司開發(fā)的基于Linux開源的移動設(shè)備終端平臺，它包括操作系統(tǒng)、 用戶界面、中間件和應(yīng)用程序，同時其開放性不存在任何以阻礙移動產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的專有權(quán)障礙。

首先，Android的操作系統(tǒng)架構(gòu)采用了分層的形式其架構(gòu)圖如圖4所示。從圖4所示可以看出，Android操作系統(tǒng)分為四層，從高層到低層分別是應(yīng)用程序?qū)印?yīng)用程序框架層、 系統(tǒng)運行庫層和Linux 核心層。

其次，Android 操作系統(tǒng)應(yīng)用極為廣泛，它的優(yōu)點如下。1)其簡單性使得軟件解決方案很容易找到并實施，為開源軟件開發(fā)人員提供方便的框架和平臺。2)其開放性讓軟件本身的靈活性比專有軟件產(chǎn)品具有更大的自由和個性化。3)Android操作系統(tǒng)由Google 公司主導研發(fā)，應(yīng)用方面擁有其他系統(tǒng)無可比擬的優(yōu)勢。用戶在使用 Android 的在線軟件時，可以與本系統(tǒng)在計算機上使用的Google服務(wù)進行真正的無縫連接，實現(xiàn)Google服務(wù)的完全同步。

      Android操作系統(tǒng)中建立的是Android SDK + Java JDK 6 + Eclipse 3.5的開發(fā)環(huán)境，該環(huán)境是基于Android 2.3.3版本的模擬器開發(fā)的。

2數(shù)據(jù)監(jiān)控應(yīng)用開發(fā)

（1）客戶端應(yīng)用結(jié)構(gòu)

手機客戶端應(yīng)用程序的操作主要包括刷新設(shè)備列表和查看設(shè)備參數(shù)兩個步驟， 這兩個步驟都通過源代碼中的三類(客戶端工具類、 實體類和界面相關(guān)類)來實現(xiàn)， 客戶端應(yīng)用程序結(jié)構(gòu)圖如圖 5 所示。

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（2）客戶端操作流程

用戶使用 Android 操作系統(tǒng)極其簡單， 運行軟件后進入設(shè)備選擇的主界面， 在主界面可以看到最上面一欄有四個圖標， 分別代表四類屬性的設(shè)備， 即關(guān)注設(shè)備、 江蘇設(shè)備、 安徽設(shè)備和浙江設(shè)備， 然后根據(jù)用戶所要監(jiān)控設(shè)備所在的屬性/城市點擊相應(yīng)的圖標， 將其所對應(yīng)的參數(shù) “type” 發(fā)送給服務(wù)器端， 并讀取服務(wù)器返回的數(shù)據(jù)列表(格式為 Json 列表)， 在 Activity 界面中顯示， 設(shè)備列表畫面如圖6a 所示。讀取 Json 列表這部分代碼在工具類 ConnetWeb． java 中實現(xiàn)。Json 列表部分代碼如下:

String str = connWeb(url);/ /根據(jù)請求的地址參數(shù) url 獲取返回結(jié)果

JSONObject job = new JSONObject(str);/ /轉(zhuǎn)換 JsonObject 對象

JSONArray jay = job． getJSONArray ( " sblist");/ /獲取 JsonArray對象

for (int i = 0;i ＜ jay． length();i + = 1) {JSONObject temp = (JSONObject) jay． get(i);……/ /在此設(shè)置塔機設(shè)備參數(shù)并添加到列表中}

由于屏幕空間問題， 在列表中只列出了設(shè)備的地址和編號， 所以， 在每條列表條目上設(shè)置了監(jiān)聽器來跳轉(zhuǎn)到另一個 Activity 界面， 查看相應(yīng)設(shè)備的詳細信息， 跳轉(zhuǎn)代碼如下:tripListView． set． OnItemClickListener(new OnItemClickListener()) / /設(shè)置監(jiān)聽器代碼

用戶進入設(shè)備列表后， 點擊列表中的設(shè)備即可觀測到相應(yīng)設(shè)備的詳細信息， 設(shè)備詳細信息畫面如圖 6b 所示。此時已經(jīng)將設(shè)備采集到的即時數(shù)據(jù)全部快速、 準確地顯示在手機上， 并且每次刷新都能重新獲取最新數(shù)據(jù)。塔機監(jiān)控系統(tǒng)手機顯示畫面如圖6 所示。 mani? ?<??[ z="" an="" style="mso-bidi-font-size:14px">Google公司開發(fā)的基于Linux開源的移動設(shè)備終端平臺，它包括操作系統(tǒng)、 用戶界面、中間件和應(yīng)用程序，同時其開放性不存在任何以阻礙移動產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的專有權(quán)障礙。

首先，Android的操作系統(tǒng)架構(gòu)采用了分層的形式其架構(gòu)圖如圖4所示。從圖4所示可以看出，Android操作系統(tǒng)分為四層，從高層到低層分別是應(yīng)用程序?qū)印?yīng)用程序框架層、 系統(tǒng)運行庫層和Linux 核心層。

其次，Android 操作系統(tǒng)應(yīng)用極為廣泛，它的優(yōu)點如下。1)其簡單性使得軟件解決方案很容易找到并實施，為開源軟件開發(fā)人員提供方便的框架和平臺。2)其開放性讓軟件本身的靈活性比專有軟件產(chǎn)品具有更大的自由和個性化。3)Android操作系統(tǒng)由Google 公司主導研發(fā)，應(yīng)用方面擁有其他系統(tǒng)無可比擬的優(yōu)勢。用戶在使用 Android 的在線軟件時，可以與本系統(tǒng)在計算機上使用的Google服務(wù)進行真正的無縫連接，實現(xiàn)Google服務(wù)的完全同步。

（3）報警通知

   報警是便攜式塔機監(jiān)控系統(tǒng)的一個重要組成部分， 及時報警可以幫助工作人員及時了解塔機設(shè)備現(xiàn)場的狀況。現(xiàn)有技術(shù)中經(jīng)常會用到蜂鳴器報警， 但是， 如果有了手機監(jiān)控的加入， 可以添加手機短信報警功能(短信是通過硬件系統(tǒng)中的 GPRS 芯片 MC37i發(fā)送)， 通過短信報警實現(xiàn)負責人不在現(xiàn)場也能及時提示工作人員對系統(tǒng)進行修復， 起到了多重監(jiān)督的作用， 防止對設(shè)備造成損壞以及不堪的后果。

報警短信程序如下:

if(WEIGHTH ＞ 6000． 00 | | HEIGHTH ＞ 120． 00 | | RANGE ＞50． 00 | | ANGLE ＞ 120． 00 | | LIJU ＞ 300000． 00 ){beep(…) ;sentsms (…);}elseendif