基于Android平臺(tái)的保險(xiǎn)箱異動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘要：為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控保險(xiǎn)箱，及時(shí)地預(yù)警和報(bào)警，降低損失，在傳統(tǒng)保險(xiǎn)箱基礎(chǔ)上增加了振動(dòng)傳感器、GPS模塊、GSM模塊、攝像頭模塊等監(jiān)控設(shè)備，并利用WSN，GPS，GSM，拍照等現(xiàn)有的技術(shù)提出了一種基于Android平臺(tái)的保險(xiǎn)箱異動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)。介紹了保險(xiǎn)箱監(jiān)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)和硬件平臺(tái)，重點(diǎn)論述了Android平臺(tái)下保險(xiǎn)箱異動(dòng)監(jiān)控客戶端的設(shè)計(jì)思路與實(shí)現(xiàn)過(guò)程。在無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境下對(duì)保險(xiǎn)箱進(jìn)行測(cè)試，實(shí)現(xiàn)了Android手機(jī)對(duì)保險(xiǎn)箱定位，圖片顯示，遠(yuǎn)程拍照等功能，達(dá)到了利用手機(jī)進(jìn)行保險(xiǎn)箱異動(dòng)監(jiān)控的目的。
關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程監(jiān)控；Android；異動(dòng)監(jiān)控；客戶端；手機(jī)監(jiān)控

0 引言
    隨著黃金，白銀等貴金屬價(jià)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(lái)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(gè)難題。傳統(tǒng)的保險(xiǎn)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(shí)物主不能及時(shí)被通知，也不能捕捉犯罪證據(jù)，報(bào)警后也難以立案，給辦案人員增加了不少困難。
    (2)物主要時(shí)常打開保險(xiǎn)箱查看里面的貴重物品是否丟失和變質(zhì)，以及保險(xiǎn)箱內(nèi)環(huán)境是否潮濕，給物主帶來(lái)不便，尤其是物主長(zhǎng)期在外出差。
    為了解決以上問(wèn)題，存?zhèn)鹘y(tǒng)保險(xiǎn)箱基礎(chǔ)上增加一些必要的傳感器，如振動(dòng)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(dòng)通信系統(tǒng)／GPRS(General Paeket Radio Service)通用分組無(wú)線服務(wù)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(shè)備等，利用現(xiàn)有的WSN(Wireless Sensor Network)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，GSM技術(shù)，GPS技術(shù)，攝像頭拍照技術(shù)對(duì)保險(xiǎn)箱當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)保險(xiǎn)箱出現(xiàn)異常狀態(tài)時(shí)能將保險(xiǎn)箱狀態(tài)等信息可靠的發(fā)送到指定的服務(wù)平臺(tái)。同時(shí)保險(xiǎn)箱也能解析從服務(wù)平臺(tái)發(fā)送過(guò)來(lái)的特定指令，如保險(xiǎn)箱防盜配置，查看等互動(dòng)操作指令，并且能根據(jù)這些指令做出相應(yīng)的動(dòng)作。本文將使用Android智能手機(jī)為保險(xiǎn)箱異動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的客戶終端，開發(fā)出一套網(wǎng)絡(luò)化，智能化的保險(xiǎn)箱異動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)移動(dòng)客戶終端。

1 保險(xiǎn)箱異動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介
    保險(xiǎn)箱異動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)整體分為硬件部分和軟件部分。硬件設(shè)備有監(jiān)測(cè)設(shè)備，數(shù)據(jù)庫(kù)，服務(wù)器，電腦，手機(jī)終端組成，其中監(jiān)測(cè)設(shè)備的硬件框圖如圖1所示。

    監(jiān)測(cè)設(shè)備主要包括供電模塊、傳感模塊(振動(dòng)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(chǔ)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(dú)立設(shè)計(jì)運(yùn)行，從而使系統(tǒng)運(yùn)行更流暢，更具靈活性。整個(gè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖2所示。

    (1)監(jiān)控設(shè)備負(fù)責(zé)感知整個(gè)保險(xiǎn)箱的狀態(tài)。例如，如果有報(bào)警事件被觸發(fā)，則要么通過(guò)短信方式，要么通過(guò)GPRS方式，將報(bào)警信息發(fā)送至GSM／GPRS網(wǎng)絡(luò)。
    (2)GSM／GPRS／Internet網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)。
GSM／GPRS與Internet之間內(nèi)部是通過(guò)專有網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)。
    (3)服務(wù)器是一臺(tái)連入公網(wǎng)的服務(wù)器，負(fù)責(zé)接收來(lái)自Internet網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)。
    (4)PC(Personal Computer)個(gè)人計(jì)算機(jī)終端與服務(wù)器相連，可獲得來(lái)自服務(wù)器端數(shù)據(jù)信息，在終端顯示。
    (5)手機(jī)終端可獲取報(bào)警的短信信息，通過(guò)手機(jī)客戶端軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)保險(xiǎn)箱定位，圖片顯示，遠(yuǎn)程拍照等功能，達(dá)到利用手機(jī)對(duì)保險(xiǎn)箱異動(dòng)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(tái)的開源手機(jī)操作系統(tǒng)。Android顯著的開放性使其擁有眾多的開發(fā)者，應(yīng)用日益豐富，不僅應(yīng)用于智能手機(jī)，也向平板電腦等方向急速擴(kuò)張。同時(shí)，Android智能手機(jī)操作系統(tǒng)具有5大優(yōu)勢(shì)：開放性，擺脫運(yùn)營(yíng)商的束縛，豐富的應(yīng)用選擇，開發(fā)商不受任何限制和無(wú)縫合的Google應(yīng)用。Android平臺(tái)由操作系統(tǒng)，中間件，用戶界面和應(yīng)用軟件組成。它的體系結(jié)構(gòu)主要分為4層，從高層到低層分別是應(yīng)用程序(Application)，應(yīng)用程序框架(Application Framework)，核心類庫(kù)(Libraries and Android Runtime)，Linux內(nèi)核(Linux Kernel)。
    應(yīng)用程序?qū)邮茿ndroid系統(tǒng)自帶的一系列核心應(yīng)用程序的集合，其中所有的應(yīng)用程序都是采用Java語(yǔ)言編寫的。
    應(yīng)用程序框架層是Android平臺(tái)為應(yīng)用程序的開發(fā)設(shè)計(jì)的，開發(fā)者完全可以訪問(wèn)核心應(yīng)用程序所使用的框架APIs。應(yīng)用程序的體系結(jié)構(gòu)旨在簡(jiǎn)化組件的重用，任何應(yīng)用程序都能發(fā)布它的功能且任何其他應(yīng)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(kù)層包括一個(gè)被Android系統(tǒng)中各種不同組件所使用的C／C++類庫(kù)，同時(shí)包含了一個(gè)提供Java編寫語(yǔ)言核心庫(kù)的大多數(shù)功能的核心庫(kù)。
Linux內(nèi)核層是系統(tǒng)內(nèi)核層。Android核心系統(tǒng)服務(wù)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(xì)節(jié)而為上層提供統(tǒng)一的服務(wù)。
    開發(fā)Android應(yīng)用程序最簡(jiǎn)捷的方式是安裝Android SDK和Eclipse IDE。Eclipse提供了一個(gè)豐富的Java環(huán)境，Java代碼通過(guò)編譯后，Android DeveloperTools會(huì)將它打包，用于安裝。

3 監(jiān)控客戶端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
    Android智能手機(jī)在硬件上有CPU等設(shè)備，在系統(tǒng)運(yùn)行上有更高的數(shù)據(jù)處理能力。利用智能手機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)處理能力，結(jié)合保險(xiǎn)箱異動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)保險(xiǎn)箱定位，圖片顯示，遠(yuǎn)程拍照等應(yīng)用，從而進(jìn)一步提高整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行效率。
3．1 監(jiān)控客戶端的設(shè)計(jì)
    作為保險(xiǎn)箱監(jiān)控系統(tǒng)的移動(dòng)客戶端，Android智能手機(jī)在功能上主要實(shí)現(xiàn)用戶登錄，保險(xiǎn)箱定位，實(shí)時(shí)圖片顯示，主動(dòng)拍照等功能，同時(shí)為了能滿足客戶端程序的可移植性，在客戶端程序上還設(shè)計(jì)了用戶配置的輔助功能。手機(jī)客戶端與服務(wù)器采用C／S(Client／Server)客
戶端服務(wù)器架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)。為了程序的可移植性，手機(jī)客戶端軟件不直接跟監(jiān)控設(shè)備連接。手機(jī)客戶端采用HTTP(Hypertext Transport Protocol)超文本傳送協(xié)議和SOAP(Simple Object Access Protocol)簡(jiǎn)單對(duì)象訪問(wèn)協(xié)議同Web服務(wù)器通信來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互?？蛻舳斯δ茉O(shè)計(jì)如圖3所示。

    當(dāng)保險(xiǎn)箱受到外力非法破壞，傾斜后會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)GPS模塊，在GPS能正常接收到衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)后把保險(xiǎn)箱當(dāng)前的位置信息不問(wèn)斷地發(fā)送到服務(wù)器。用戶手機(jī)通過(guò)設(shè)定固定的數(shù)據(jù)請(qǐng)求頻率請(qǐng)求服務(wù)器中保險(xiǎn)箱的經(jīng)度，緯度信息，同時(shí)調(diào)用高德Android地圖API，達(dá)到對(duì)保險(xiǎn)箱實(shí)時(shí)定位的功能，為用戶了解保險(xiǎn)箱去向和警察破案提供了一定的幫助。
    當(dāng)保險(xiǎn)箱受到振動(dòng)時(shí)保險(xiǎn)箱自動(dòng)啟動(dòng)攝像頭拍照，將拍攝到的圖片或視頻存到SD卡以及通過(guò)GSM／GPRS上傳到服務(wù)器，用戶手機(jī)可以讀取服務(wù)器上的最近圖片，為用戶遠(yuǎn)程的了解當(dāng)前誰(shuí)動(dòng)過(guò)保險(xiǎn)箱，也為報(bào)警提供了很有利的證據(jù)。
    保險(xiǎn)箱內(nèi)安裝濕度傳感器，當(dāng)保險(xiǎn)箱內(nèi)超過(guò)一定的濕度后會(huì)提醒用戶。同時(shí)，用戶也可以通過(guò)手機(jī)請(qǐng)求服務(wù)器中保險(xiǎn)箱的濕度信息實(shí)時(shí)的查看保險(xiǎn)箱內(nèi)的潮濕度，方便用戶更好地管理保險(xiǎn)箱內(nèi)貴重物品，使貴重物品不易被受潮損壞。
    遠(yuǎn)程拍照是用戶通過(guò)手機(jī)調(diào)用系統(tǒng)內(nèi)短信發(fā)送功能，向攝像頭發(fā)送啟動(dòng)拍照指令。攝像頭收到指令后開始拍照，并同時(shí)向服務(wù)器發(fā)送拍照?qǐng)D片信息。這樣用戶可以通過(guò)手機(jī)隨時(shí)地拍照保險(xiǎn)箱前的環(huán)境，了解保險(xiǎn)箱的狀態(tài)。
    用戶登錄后可以查看個(gè)人信息，可以選擇保險(xiǎn)箱號(hào)，了解自己某一個(gè)保險(xiǎn)箱當(dāng)前狀態(tài)。同時(shí)，可以查看當(dāng)前版本號(hào)和對(duì)系統(tǒng)的更新操作。
    通過(guò)對(duì)服務(wù)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(duì)于整個(gè)系統(tǒng)，對(duì)于保險(xiǎn)箱位置信息的獲取可以提供系統(tǒng)的其他模塊進(jìn)行利用，比如超出一定范圍觸發(fā)報(bào)警，啟動(dòng)蜂嗚器。實(shí)時(shí)圖片功能，箱內(nèi)潮濕度功能和遠(yuǎn)程拍照功能增強(qiáng)了監(jiān)控中心對(duì)保險(xiǎn)箱的監(jiān)控力度，提高了預(yù)警率，降低了誤警率。隨著手機(jī)功能的不斷增強(qiáng)，利用手機(jī)可以實(shí)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(shí)現(xiàn)
    從客戶端主要功能上看，手機(jī)主要需要用到地圖調(diào)用，圖片操作，遠(yuǎn)程調(diào)用攝像頭，手機(jī)與服務(wù)器之間數(shù)據(jù)的交互。
    保險(xiǎn)箱定位地圖采用的是高德地圖。在Android應(yīng)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(diǎn)擊OK，這樣就可以將高德地圖Android API庫(kù)文件引入。
    (2)在工程Build Path>Configure Build Path…>Order and Export中將引入的庫(kù)文件MapApi．iar選中，點(diǎn)擊OK，這樣可以在Android應(yīng)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(lái)實(shí)現(xiàn)。地圖的顯示基于一個(gè)圖層管理器上，每張圖片的顯示都是由多個(gè)圖層組成，每個(gè)圖層都由View構(gòu)成。通過(guò)建立Canvas畫布來(lái)顯示高德地圖，保險(xiǎn)箱位置等信息，同時(shí)利用圖片的放大縮小系數(shù)實(shí)現(xiàn)圖片的放大縮小和地圖坐標(biāo)的改變實(shí)現(xiàn)圖片移動(dòng)等圖片處理功能。
    實(shí)時(shí)圖片和遠(yuǎn)程拍照功能都是通過(guò)調(diào)用監(jiān)控設(shè)備上的攝像機(jī)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)的。遠(yuǎn)程拍照功能以短信指令向監(jiān)控設(shè)備發(fā)送，監(jiān)控設(shè)備接收到短信，解析短信內(nèi)容后，啟動(dòng)攝像頭拍照。之后獲取拍照?qǐng)D片跟實(shí)時(shí)圖片功能機(jī)制一樣。當(dāng)攝像頭拍照后，監(jiān)控設(shè)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(shí)以GSM／GPRS方式發(fā)送到服務(wù)器，服務(wù)器接收到相應(yīng)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(yīng)的圖片并存到指定的位置上，手機(jī)從服務(wù)器指定的位置獲取相應(yīng)的圖片。這樣，用戶手機(jī)實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)圖片的獲取和遠(yuǎn)程拍照功能。手機(jī)終端與服務(wù)器間的通信的數(shù)據(jù)格式采用XML(Extensible Markup Language)可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言格式，手機(jī)通過(guò)HTTP和SOAP方式與服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。手機(jī)界面設(shè)計(jì)和界面間的轉(zhuǎn)換主要是通過(guò)Activity類來(lái)實(shí)現(xiàn)，每個(gè)界面采用一個(gè)Activity類進(jìn)行界面UI設(shè)計(jì)，同時(shí)通過(guò)利用Intent類中的setClass方法對(duì)頁(yè)面間的轉(zhuǎn)換進(jìn)行設(shè)置，并通過(guò)startActivity來(lái)實(shí)現(xiàn)頁(yè)面間的轉(zhuǎn)換。
3．3 系統(tǒng)功能展示
    保險(xiǎn)箱異動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)很有實(shí)用意義，基于保險(xiǎn)箱異動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)還能衍生出更多的應(yīng)用，比如公司保險(xiǎn)柜安防，銀行保險(xiǎn)柜安防等等。目前，該系統(tǒng)已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了測(cè)試，客戶端軟件安裝在Android手機(jī)上，通過(guò)WiFi接入到無(wú)線局域網(wǎng)中與服務(wù)器建立連接，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程查看保險(xiǎn)箱位置，獲取實(shí)時(shí)圖片，查看保險(xiǎn)箱潮濕度，遠(yuǎn)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(xiǎn)箱定位界面，右邊的是實(shí)時(shí)圖像拍照界面。保險(xiǎn)箱定位界面中紅圈表示保險(xiǎn)箱當(dāng)前的位置，同時(shí)通過(guò)對(duì)手機(jī)的操作可以對(duì)圖片進(jìn)行放大縮小功能，使用戶更加清楚地知道保險(xiǎn)箱所處的位置。實(shí)時(shí)圖像拍照界面中的圖像表示保險(xiǎn)箱發(fā)生振動(dòng)報(bào)警時(shí)記錄下來(lái)的情景。

4 結(jié)語(yǔ)
    通過(guò)對(duì)整個(gè)保險(xiǎn)箱異動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的介紹，對(duì)手機(jī)監(jiān)控功能進(jìn)行設(shè)計(jì)，開發(fā)了一套基于C／S模式的保險(xiǎn)箱異動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)Android手機(jī)客戶端程序。程序通過(guò)HTTP和SOAP與服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，并對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和展現(xiàn)。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，一方面推廣了Android智能手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備的應(yīng)用領(lǐng)域，另一方面也增強(qiáng)了保險(xiǎn)箱監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)控力度。該保險(xiǎn)箱異動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)能讓用戶全面及時(shí)地遠(yuǎn)程觀察保險(xiǎn)箱情況，并可在異常情況發(fā)生時(shí)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警，捕捉犯罪現(xiàn)場(chǎng)證據(jù)，及時(shí)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(yù)警率高，誤警率低，功能較為完善。