基于Android平臺的保險箱異動監(jiān)控系統(tǒng)的設計

摘要：為了實現(xiàn)遠程監(jiān)控保險箱，及時地預警和報警，降低損失，在傳統(tǒng)保險箱基礎上增加了振動傳感器、GPS模塊、GSM模塊、攝像頭模塊等監(jiān)控設備，并利用WSN，GPS，GSM，拍照等現(xiàn)有的技術提出了一種基于Android平臺的保險箱異動監(jiān)控系統(tǒng)。介紹了保險箱監(jiān)控系統(tǒng)體系結構和硬件平臺，重點論述了Android平臺下保險箱異動監(jiān)控客戶端的設計思路與實現(xiàn)過程。在無線局域網(wǎng)絡的環(huán)境下對保險箱進行測試，實現(xiàn)了Android手機對保險箱定位，圖片顯示，遠程拍照等功能，達到了利用手機進行保險箱異動監(jiān)控的目的。
關鍵詞：遠程監(jiān)控；Android；異動監(jiān)控；客戶端；手機監(jiān)控

0 引言
    隨著黃金，白銀等貴金屬價格的飆升，人們投資黃金的熱情不斷高漲，投資類金條屢次簽出大單，黃金飾品銷量也隨之攀升，越來越多的家庭開始擁有黃金、珠寶首飾等貴重物品以及大量現(xiàn)金或房產(chǎn)證等，這些貴重物品的保管成了一個難題。傳統(tǒng)的保險箱雖然有防火，防盜，防潮等功能，但還存在很多弊端，主要表現(xiàn)在：
    (1)物主不在家中貴重物品被盜時物主不能及時被通知，也不能捕捉犯罪證據(jù)，報警后也難以立案，給辦案人員增加了不少困難。
    (2)物主要時常打開保險箱查看里面的貴重物品是否丟失和變質(zhì)，以及保險箱內(nèi)環(huán)境是否潮濕，給物主帶來不便，尤其是物主長期在外出差。
    為了解決以上問題，存?zhèn)鹘y(tǒng)保險箱基礎上增加一些必要的傳感器，如振動傳感器，傾角傳感器，濕度傳感器、通信模塊，如GSM(Global System for Mobile Communications)全球移動通信系統(tǒng)／GPRS(General Paeket Radio Service)通用分組無線服務模塊，GPS(Global Posi tioning System)全球定位系統(tǒng)定位模塊、攝像頭模塊，數(shù)據(jù)處理設備等，利用現(xiàn)有的WSN(Wireless Sensor Network)無線傳感器網(wǎng)絡技術，GSM技術，GPS技術，攝像頭拍照技術對保險箱當前狀態(tài)進行監(jiān)測，當保險箱出現(xiàn)異常狀態(tài)時能將保險箱狀態(tài)等信息可靠的發(fā)送到指定的服務平臺。同時保險箱也能解析從服務平臺發(fā)送過來的特定指令，如保險箱防盜配置，查看等互動操作指令，并且能根據(jù)這些指令做出相應的動作。本文將使用Android智能手機為保險箱異動監(jiān)控系統(tǒng)的客戶終端，開發(fā)出一套網(wǎng)絡化，智能化的保險箱異動監(jiān)控系統(tǒng)移動客戶終端。

1 保險箱異動監(jiān)控系統(tǒng)簡介
    保險箱異動監(jiān)控系統(tǒng)整體分為硬件部分和軟件部分。硬件設備有監(jiān)測設備，數(shù)據(jù)庫，服務器，電腦，手機終端組成，其中監(jiān)測設備的硬件框圖如圖1所示。

    監(jiān)測設備主要包括供電模塊、傳感模塊(振動傳感器、傾角傳感器、紅外傳感器、攝像頭)、控制模塊、GSM／GPRS模塊、GPS模塊、蜂鳴器、Ethernet以太網(wǎng)卡、存儲卡。軟件部分從功能上分為數(shù)據(jù)采集程序，數(shù)據(jù)傳輸程序，數(shù)據(jù)處理程序等。軟件部分各功能子模塊程序獨立設計運行，從而使系統(tǒng)運行更流暢，更具靈活性。整個系統(tǒng)的網(wǎng)絡架構如圖2所示。

    (1)監(jiān)控設備負責感知整個保險箱的狀態(tài)。例如，如果有報警事件被觸發(fā)，則要么通過短信方式，要么通過GPRS方式，將報警信息發(fā)送至GSM／GPRS網(wǎng)絡。
    (2)GSM／GPRS／Internet網(wǎng)絡負責數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)。
GSM／GPRS與Internet之間內(nèi)部是通過專有網(wǎng)關負責轉(zhuǎn)發(fā)。
    (3)服務器是一臺連入公網(wǎng)的服務器，負責接收來自Internet網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)。
    (4)PC(Personal Computer)個人計算機終端與服務器相連，可獲得來自服務器端數(shù)據(jù)信息，在終端顯示。
    (5)手機終端可獲取報警的短信信息，通過手機客戶端軟件實現(xiàn)對保險箱定位，圖片顯示，遠程拍照等功能，達到利用手機對保險箱異動監(jiān)控的目的。

2 Android系統(tǒng)介紹
    Android是Google公司開發(fā)的基于Linux平臺的開源手機操作系統(tǒng)。Android顯著的開放性使其擁有眾多的開發(fā)者，應用日益豐富，不僅應用于智能手機，也向平板電腦等方向急速擴張。同時，Android智能手機操作系統(tǒng)具有5大優(yōu)勢：開放性，擺脫運營商的束縛，豐富的應用選擇，開發(fā)商不受任何限制和無縫合的Google應用。Android平臺由操作系統(tǒng)，中間件，用戶界面和應用軟件組成。它的體系結構主要分為4層，從高層到低層分別是應用程序(Application)，應用程序框架(Application Framework)，核心類庫(Libraries and Android Runtime)，Linux內(nèi)核(Linux Kernel)。
    應用程序?qū)邮茿ndroid系統(tǒng)自帶的一系列核心應用程序的集合，其中所有的應用程序都是采用Java語言編寫的。
    應用程序框架層是Android平臺為應用程序的開發(fā)設計的，開發(fā)者完全可以訪問核心應用程序所使用的框架APIs。應用程序的體系結構旨在簡化組件的重用，任何應用程序都能發(fā)布它的功能且任何其他應用程序可以使用這些功能(需要服從框架執(zhí)行的安全限制)。
核心類庫層包括一個被Android系統(tǒng)中各種不同組件所使用的C／C++類庫，同時包含了一個提供Java編寫語言核心庫的大多數(shù)功能的核心庫。
Linux內(nèi)核層是系統(tǒng)內(nèi)核層。Android核心系統(tǒng)服務依賴于Linux 2．6內(nèi)核，Linux內(nèi)核作為硬件和軟件之間的抽象層，它隱藏了具體硬件的一些細節(jié)而為上層提供統(tǒng)一的服務。
    開發(fā)Android應用程序最簡捷的方式是安裝Android SDK和Eclipse IDE。Eclipse提供了一個豐富的Java環(huán)境，Java代碼通過編譯后，Android DeveloperTools會將它打包，用于安裝。

3 監(jiān)控客戶端的設計與實現(xiàn)
    Android智能手機在硬件上有CPU等設備，在系統(tǒng)運行上有更高的數(shù)據(jù)處理能力。利用智能手機對數(shù)據(jù)處理能力，結合保險箱異動監(jiān)控系統(tǒng)可以實現(xiàn)對保險箱定位，圖片顯示，遠程拍照等應用，從而進一步提高整個監(jiān)控系統(tǒng)的運行效率。
3．1 監(jiān)控客戶端的設計
    作為保險箱監(jiān)控系統(tǒng)的移動客戶端，Android智能手機在功能上主要實現(xiàn)用戶登錄，保險箱定位，實時圖片顯示，主動拍照等功能，同時為了能滿足客戶端程序的可移植性，在客戶端程序上還設計了用戶配置的輔助功能。手機客戶端與服務器采用C／S(Client／Server)客
戶端服務器架構進行設計開發(fā)。為了程序的可移植性，手機客戶端軟件不直接跟監(jiān)控設備連接。手機客戶端采用HTTP(Hypertext Transport Protocol)超文本傳送協(xié)議和SOAP(Simple Object Access Protocol)簡單對象訪問協(xié)議同Web服務器通信來進行數(shù)據(jù)交互?？蛻舳斯δ茉O計如圖3所示。

    當保險箱受到外力非法破壞，傾斜后會自動啟動GPS模塊，在GPS能正常接收到衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)后把保險箱當前的位置信息不問斷地發(fā)送到服務器。用戶手機通過設定固定的數(shù)據(jù)請求頻率請求服務器中保險箱的經(jīng)度，緯度信息，同時調(diào)用高德Android地圖API，達到對保險箱實時定位的功能，為用戶了解保險箱去向和警察破案提供了一定的幫助。
    當保險箱受到振動時保險箱自動啟動攝像頭拍照，將拍攝到的圖片或視頻存到SD卡以及通過GSM／GPRS上傳到服務器，用戶手機可以讀取服務器上的最近圖片，為用戶遠程的了解當前誰動過保險箱，也為報警提供了很有利的證據(jù)。
    保險箱內(nèi)安裝濕度傳感器，當保險箱內(nèi)超過一定的濕度后會提醒用戶。同時，用戶也可以通過手機請求服務器中保險箱的濕度信息實時的查看保險箱內(nèi)的潮濕度，方便用戶更好地管理保險箱內(nèi)貴重物品，使貴重物品不易被受潮損壞。
    遠程拍照是用戶通過手機調(diào)用系統(tǒng)內(nèi)短信發(fā)送功能，向攝像頭發(fā)送啟動拍照指令。攝像頭收到指令后開始拍照，并同時向服務器發(fā)送拍照圖片信息。這樣用戶可以通過手機隨時地拍照保險箱前的環(huán)境，了解保險箱的狀態(tài)。
    用戶登錄后可以查看個人信息，可以選擇保險箱號，了解自己某一個保險箱當前狀態(tài)。同時，可以查看當前版本號和對系統(tǒng)的更新操作。
    通過對服務器地址和數(shù)據(jù)元等信息的配置，從一定程度上提高了系統(tǒng)的移植性。
    對于整個系統(tǒng)，對于保險箱位置信息的獲取可以提供系統(tǒng)的其他模塊進行利用，比如超出一定范圍觸發(fā)報警，啟動蜂嗚器。實時圖片功能，箱內(nèi)潮濕度功能和遠程拍照功能增強了監(jiān)控中心對保險箱的監(jiān)控力度，提高了預警率，降低了誤警率。隨著手機功能的不斷增強，利用手機可以實現(xiàn)的功能還有很多，資源還待利用，功能還待完善。
3．2 監(jiān)控客戶端的實現(xiàn)
    從客戶端主要功能上看，手機主要需要用到地圖調(diào)用，圖片操作，遠程調(diào)用攝像頭，手機與服務器之間數(shù)據(jù)的交互。
    保險箱定位地圖采用的是高德地圖。在Android應用程序中使用高德地圖API的步驟如下：
    (1)創(chuàng)建工程，并在工程Build Path>ConfigureBuild Path．．．>Libraries中選擇“Add External JARs…”，選定MapApi．iar，點擊OK，這樣就可以將高德地圖Android API庫文件引入。
    (2)在工程Build Path>Configure Build Path…>Order and Export中將引入的庫文件MapApi．iar選中，點擊OK，這樣可以在Android應用程序中使用高德地圖API了。
    地圖圖片的顯示利用Android中View類來實現(xiàn)。地圖的顯示基于一個圖層管理器上，每張圖片的顯示都是由多個圖層組成，每個圖層都由View構成。通過建立Canvas畫布來顯示高德地圖，保險箱位置等信息，同時利用圖片的放大縮小系數(shù)實現(xiàn)圖片的放大縮小和地圖坐標的改變實現(xiàn)圖片移動等圖片處理功能。
    實時圖片和遠程拍照功能都是通過調(diào)用監(jiān)控設備上的攝像機模塊來實現(xiàn)的。遠程拍照功能以短信指令向監(jiān)控設備發(fā)送，監(jiān)控設備接收到短信，解析短信內(nèi)容后，啟動攝像頭拍照。之后獲取拍照圖片跟實時圖片功能機制一樣。當攝像頭拍照后，監(jiān)控設備將圖片數(shù)據(jù)信息以字符輸出流的形式保存到SD卡，同時以GSM／GPRS方式發(fā)送到服務器，服務器接收到相應的字符流后以規(guī)定的協(xié)議把圖片數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成相應的圖片并存到指定的位置上，手機從服務器指定的位置獲取相應的圖片。這樣，用戶手機實現(xiàn)了實時圖片的獲取和遠程拍照功能。手機終端與服務器間的通信的數(shù)據(jù)格式采用XML(Extensible Markup Language)可擴展標記語言格式，手機通過HTTP和SOAP方式與服務器進行數(shù)據(jù)交互。手機界面設計和界面間的轉(zhuǎn)換主要是通過Activity類來實現(xiàn)，每個界面采用一個Activity類進行界面UI設計，同時通過利用Intent類中的setClass方法對頁面間的轉(zhuǎn)換進行設置，并通過startActivity來實現(xiàn)頁面間的轉(zhuǎn)換。
3．3 系統(tǒng)功能展示
    保險箱異動監(jiān)測系統(tǒng)很有實用意義，基于保險箱異動監(jiān)測系統(tǒng)功能的實現(xiàn)還能衍生出更多的應用，比如公司保險柜安防，銀行保險柜安防等等。目前，該系統(tǒng)已經(jīng)在實驗室進行了測試，客戶端軟件安裝在Android手機上，通過WiFi接入到無線局域網(wǎng)中與服務器建立連接，可實現(xiàn)遠程查看保險箱位置，獲取實時圖片，查看保險箱潮濕度，遠程拍照等操作。監(jiān)控客戶端界面如圖4所示，其中左邊的是保險箱定位界面，右邊的是實時圖像拍照界面。保險箱定位界面中紅圈表示保險箱當前的位置，同時通過對手機的操作可以對圖片進行放大縮小功能，使用戶更加清楚地知道保險箱所處的位置。實時圖像拍照界面中的圖像表示保險箱發(fā)生振動報警時記錄下來的情景。

4 結語
    通過對整個保險箱異動監(jiān)控系統(tǒng)的介紹，對手機監(jiān)控功能進行設計，開發(fā)了一套基于C／S模式的保險箱異動監(jiān)控系統(tǒng)Android手機客戶端程序。程序通過HTTP和SOAP與服務器進行數(shù)據(jù)交互，并對系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行分析和展現(xiàn)。通過對系統(tǒng)的設計，一方面推廣了Android智能手機等移動設備的應用領域，另一方面也增強了保險箱監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)控力度。該保險箱異動監(jiān)控系統(tǒng)能讓用戶全面及時地遠程觀察保險箱情況，并可在異常情況發(fā)生時自動發(fā)出報警，捕捉犯罪現(xiàn)場證據(jù)，及時地提醒用戶，這體現(xiàn)了監(jiān)控系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)的融合。此監(jiān)控系統(tǒng)具有良好的便攜性，預警率高，誤警率低，功能較為完善。