基于Android系統(tǒng)的自動(dòng)氣象站設(shè)計(jì)

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書基于Android系統(tǒng)的自動(dòng)氣象站THEAUTOMATICWEATHERSTATIONBASEDONANDROIDSYSTEM學(xué)院（部）：電氣與信息工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)：通信工程學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：教授第1章引言1.1項(xiàng)目背景從古至今，天氣以及氣溫的變化就與人們的日常生活息息相關(guān)，如今伴隨著人們生活水平的逐步提高、科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，人們對(duì)于各種氣象信息的需求量越來越大、與之相應(yīng)的要求也越來越高。同時(shí)，對(duì)重大活動(dòng)日天氣、災(zāi)害性的天氣的監(jiān)測(cè)及提前預(yù)報(bào)也提出了更高的要求。一線氣象觀測(cè)者為了使自己能夠減輕作業(yè)負(fù)擔(dān)，減少單調(diào)而重復(fù)的手動(dòng)記錄氣象數(shù)據(jù)等勞動(dòng)，同時(shí)也為了在時(shí)間、空間方面取得較高的觀測(cè)密度，獲得較高的觀測(cè)精度和觀測(cè)質(zhì)量，所以他們的當(dāng)務(wù)之急就是盡快實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化、智能化得氣象觀測(cè)，也即自動(dòng)氣象站的建立。所謂自動(dòng)氣象站，就是指按照工作需要而預(yù)先設(shè)定的各項(xiàng)技術(shù)要求，能夠自動(dòng)地采集、傳輸和處理多種氣象要素值并能夠及時(shí)進(jìn)行預(yù)警信息發(fā)布等的地面氣象觀測(cè)設(shè)備系統(tǒng)。并且自動(dòng)氣象站能夠在電子儀器或計(jì)算機(jī)的自主控制下自動(dòng)地進(jìn)行氣象要素觀測(cè)、資料收集、信息傳輸和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等動(dòng)作。傳統(tǒng)的氣象探測(cè)業(yè)務(wù)如果使用高效的地面觀測(cè)自動(dòng)氣象站之后，就可以凸顯出以下的優(yōu)勢(shì):1）能夠使氣象觀測(cè)的質(zhì)量大幅度提高；2）能夠使氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)成本降低、觀測(cè)條件得到極大的改善；3）能夠在短時(shí)間和小空間的環(huán)境條件下大幅提高作業(yè)效率。1.2國內(nèi)外研究發(fā)展?fàn)顩r1.2.1國外研究動(dòng)態(tài)自從上世紀(jì)九十年代開始，許多發(fā)達(dá)國家開始積極投入研究和發(fā)展自動(dòng)氣象站技術(shù)，并且相繼建立起了適合各自國家的綜合觀測(cè)業(yè)務(wù)和氣象監(jiān)測(cè)服務(wù)的自動(dòng)觀測(cè)站網(wǎng)。大多數(shù)發(fā)達(dá)國家的大部分觀測(cè)項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。美國、意大利、德國、芬蘭等國家建立起了數(shù)量較多的自動(dòng)氣象站，如美國使用的ASOS系統(tǒng);日本、韓國也逐步建立起了本國功能性較為良好的氣象自動(dòng)化觀測(cè)系統(tǒng)，如日本的AMEDAS系統(tǒng)；法國使用的MITSRAL系統(tǒng)等。上述這些國家的自動(dòng)氣象觀測(cè)系統(tǒng)的逐步建立和投入運(yùn)行，為天氣預(yù)報(bào)與觀測(cè)、科學(xué)利用氣候資源和合理開發(fā)等眾多社會(huì)活動(dòng)發(fā)揮了指導(dǎo)決策作用，并逐步完善了大量的氣象觀測(cè)資料。自動(dòng)氣象站逐步起步，從剛開始起步發(fā)展至今，它的作用不可小覷。1.2.2國內(nèi)研究動(dòng)態(tài)從1999年7月份開始，我國進(jìn)口了由芬蘭VAISALA公司研究和批量生產(chǎn)的自動(dòng)氣象觀測(cè)系統(tǒng)，在此之前，我國沒有一套完整的氣象觀測(cè)設(shè)備，該套設(shè)備的引進(jìn)并正式投入運(yùn)行意味著我國的氣象自動(dòng)觀測(cè)跨入一個(gè)嶄新的階段。之后的2000年1月1日我國自行研制生產(chǎn)的第一批自動(dòng)氣象觀測(cè)設(shè)備開始正式投入到氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)運(yùn)行之中。目前經(jīng)過中國氣象局自動(dòng)氣象產(chǎn)品審查合格的國內(nèi)廠家已經(jīng)有多個(gè)，他們生產(chǎn)的自動(dòng)氣象設(shè)備如長春氣象儀器廠生產(chǎn)的DYYZ-II系列、北京華創(chuàng)升達(dá)高科技發(fā)展公司的CAWS-600系列、天津氣象儀器廠、廣東省氣象技術(shù)裝備中心生產(chǎn)的ZDZ-II型系列己經(jīng)在全國的氣象服務(wù)站廣泛應(yīng)用。1.2.3自動(dòng)氣象觀測(cè)設(shè)備的發(fā)展改革開放后，我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)開始高速發(fā)展，各級(jí)政府部門、社會(huì)各行業(yè)在運(yùn)籌決策各項(xiàng)活動(dòng)、安排及制定一些政策時(shí)更加需要利用可靠的氣象信息因地制宜、趨利避害。我國地大物博，幅員遼闊，地形結(jié)構(gòu)復(fù)雜，地勢(shì)海拔等起伏大，地貌形式多樣，全國各地區(qū)的氣候差異非常明顯，各種氣象災(zāi)害頻繁發(fā)生，并且呈現(xiàn)出突發(fā)性和多樣性的顯著特點(diǎn)。我國現(xiàn)有氣象站各站點(diǎn)之間的相距間隔比較大，氣象觀測(cè)的次數(shù)也不夠頻繁，但是重大天氣災(zāi)害特別是暴雨、冰雹、大風(fēng)等氣象災(zāi)害主要發(fā)生在區(qū)域性中小范圍內(nèi)，一般范圍為十公里到十幾公里內(nèi)，但是當(dāng)前技術(shù)條件下對(duì)它們的監(jiān)測(cè)還存在很大的難度。因此，加快投入建設(shè)我國地面觀測(cè)現(xiàn)代化、自動(dòng)化已迫在眉睫。當(dāng)今感測(cè)、電子、計(jì)算機(jī)和通信等科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，為氣象站的設(shè)計(jì)和發(fā)展開辟了一條寬闊的道路。1.3本文研究的目的及意義近幾年來移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)迅猛發(fā)展，與之相應(yīng)的應(yīng)用也越來越普及化、大眾化，從個(gè)人手機(jī)上網(wǎng)到辦公單位局域網(wǎng)再到國家廣域網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)及各種入網(wǎng)終端逐漸成為當(dāng)今社會(huì)的一種紐帶和工具。移動(dòng)通信行業(yè)近年來如火如荼的發(fā)展，也推動(dòng)了手機(jī)等移動(dòng)終端軟件的快速發(fā)展和更新，例如Android系統(tǒng)的設(shè)備已經(jīng)占據(jù)了當(dāng)今手機(jī)市場(chǎng)份額的一半以上。Android系統(tǒng)就是第一個(gè)專門為當(dāng)今社會(huì)眾多的移動(dòng)終端而量身開發(fā)的真正算是開放和完整的系統(tǒng)軟件。本文中研究的系統(tǒng)旨在建立一個(gè)自動(dòng)接收、存儲(chǔ)、處理和發(fā)送氣象災(zāi)情信息的移動(dòng)手持式終端，使一線氣象信息員在他們長期開展工作中有易于攜帶的微型設(shè)備、比較可靠的技術(shù)支持和保障，同時(shí)也使當(dāng)前的氣象信息收集、存儲(chǔ)及轉(zhuǎn)發(fā)流程自動(dòng)化、高效化，也使各種氣象信息的收集、處理和保存更加標(biāo)準(zhǔn)、及時(shí)、可靠。本系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)目標(biāo)是設(shè)計(jì)一個(gè)基于Android系統(tǒng)的自動(dòng)氣象移動(dòng)終端設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)戶外快捷、高效、及時(shí)的信息傳輸及災(zāi)情直報(bào)工作。1.4Android系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)1.4.1Android系統(tǒng)介紹Android系統(tǒng)是Google公司花費(fèi)巨資精心設(shè)計(jì)開發(fā)出來的，它是基于Linux操作平臺(tái)的一個(gè)開源手機(jī)或者智能終端的操作系統(tǒng)。Android系統(tǒng)幾乎包括了移動(dòng)電話工作時(shí)必要的所有軟件，即用戶界面、操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序三個(gè)部分。許多手機(jī)操作系統(tǒng)都存在專有權(quán)，但Android系統(tǒng)因?yàn)槭情_放式的所以不會(huì)出現(xiàn)這種情況。Android系統(tǒng)是由Google公司與開放手機(jī)聯(lián)盟的所有成員并肩合作共同設(shè)計(jì)開發(fā)出來的，手機(jī)聯(lián)盟主要由中國移動(dòng)、德州儀器、KDDI和三星等公司在內(nèi)的總共34家技術(shù)和無線應(yīng)用的大型企業(yè)組建而成。與開發(fā)商、運(yùn)營商、設(shè)備制造商和其他相關(guān)各方面達(dá)成深層次的合作伙伴關(guān)系，依靠這種合作關(guān)系來建立一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化、開放式的移動(dòng)手機(jī)軟件開發(fā)平臺(tái)，這樣就可以在豐富的移動(dòng)終端產(chǎn)業(yè)內(nèi)部形成一個(gè)完全開放式的優(yōu)秀軟件生態(tài)系統(tǒng)。1.4.2Android系統(tǒng)架構(gòu)Android的應(yīng)用程序是用Java語言編寫而成的，它是在一個(gè)程序虛擬機(jī)VM中運(yùn)行。Android系統(tǒng)是單獨(dú)地運(yùn)行在Linux系統(tǒng)的內(nèi)核之上的，在此需要我們留意的是，這里的虛擬機(jī)是指DalvikVirtualMachine，它是一種名副其實(shí)的開源技術(shù)方案。每一個(gè)Android的應(yīng)用程序都是在虛擬機(jī)中的一個(gè)實(shí)例進(jìn)程之中運(yùn)行，實(shí)例一般停留在一個(gè)由Linux系統(tǒng)內(nèi)核管理的進(jìn)程當(dāng)中。系統(tǒng)的架構(gòu)圖如圖1-1所示。圖1-1Android系統(tǒng)架構(gòu)第2章自動(dòng)氣象站2.1自動(dòng)氣象站的組成框圖一個(gè)自動(dòng)氣象站的基本模塊如圖2-1所示。圖2-1自動(dòng)氣象站組成框圖2.2自動(dòng)氣象站硬件組成根據(jù)世界氣象組織編寫的《氣象儀器和觀測(cè)方法指南》一文中對(duì)硬件組成部分的描述，平常一個(gè)較為典型的自動(dòng)氣象觀測(cè)設(shè)備要求包括傳感器、采集器和外部設(shè)備三個(gè)主要部分。自動(dòng)氣象站的主要硬件結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。圖2-2自動(dòng)氣象站硬件組成框圖為了使自動(dòng)氣象儀能夠方便靈活擴(kuò)充，故提前預(yù)設(shè)一定的可選傳感器接口，如機(jī)場(chǎng)中需要的可見度傳感器、種植戶需要的土壤溫度傳感器等，并且對(duì)設(shè)備空間、數(shù)據(jù)處理能力、供電電源容量、存儲(chǔ)器容量等留有一定的余量，同時(shí)提供較靈活的軟件工作環(huán)境以便于修改系統(tǒng)配置和各項(xiàng)參數(shù)。2.2.1傳感器傳感器是一種高級(jí)檢測(cè)裝置，它能夠靈敏地感受到被測(cè)量當(dāng)前及變化的狀態(tài)，并能夠?qū)⑵鋵?shí)時(shí)感受到的信息按一定的轉(zhuǎn)換規(guī)律變換成為電、光信號(hào)或其他所指定形式的各種信號(hào)形式輸出，目的在與達(dá)到信息的記錄、傳輸、存儲(chǔ)、處理、控制和顯示等各項(xiàng)技術(shù)要求。溫濕度傳感器、雨量、氣壓傳感器、風(fēng)向風(fēng)速傳感器等是當(dāng)前日常氣象工作中經(jīng)常使用的傳感器，盡管內(nèi)部測(cè)量原理不同，但是總體工作流程類似。傳感器基本工作流程如圖2-3所示。圖2-3傳感器工作原理圖傳感器的主要參數(shù)有：1）分辨率傳感器的分辨率是指其能夠測(cè)量出來，并且能顯示出被測(cè)量值的最小間隔。分辨率必須能夠滿足氣象測(cè)量的要求，分辨率越高測(cè)量值越精確。2）靈敏度傳感器在相對(duì)比較穩(wěn)定的工作狀態(tài)下，參數(shù)輸出變化量值△y與參數(shù)輸入變化量值△x之比，稱為傳感器的靈敏度K。k=3）量程量程是指能夠測(cè)量和表示出來的被測(cè)量值的最大的范圍。被測(cè)量的氣象要素的值決定了量程的范圍。2.2.2采集器采集器是自動(dòng)氣象站中最為核心的部分，也稱為中央處理機(jī)。它從傳感器中采集到數(shù)據(jù)，然后由其系統(tǒng)內(nèi)部的微處理器CPU芯片按照預(yù)先指定的數(shù)據(jù)算法來進(jìn)行各類氣象數(shù)據(jù)運(yùn)算處理和控制，從而生成各種氣象要素觀測(cè)值，再接著以預(yù)先指定的數(shù)據(jù)格式將處理后的觀測(cè)值存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器內(nèi)，并能按照規(guī)定響應(yīng)各類信息的傳輸要求。采集器的主要功能是完成數(shù)據(jù)的原始采集、存儲(chǔ)、及時(shí)處理、實(shí)時(shí)傳輸和整個(gè)系統(tǒng)的總體運(yùn)行管理等多項(xiàng)功能，所以一個(gè)采集器一般情況下是由外部傳感器接口電路部分、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器部分、系統(tǒng)微處理器部分和通信接口等四大部分組成。2.2.3外部設(shè)備自動(dòng)氣象站的外部設(shè)備通常是指除了傳感器和采集器這兩大部分以外，自動(dòng)氣象站本身所配置的設(shè)備,通常情況下主要包括系統(tǒng)的供電電源設(shè)備、氣象系統(tǒng)業(yè)務(wù)終端設(shè)備、數(shù)據(jù)通信傳輸設(shè)備等,也把其附屬的實(shí)時(shí)時(shí)鐘設(shè)備和監(jiān)控檢測(cè)設(shè)備都?xì)w類為外部設(shè)備。每個(gè)自動(dòng)氣象站并不一定配備全部的外部設(shè)備，而是根據(jù)承擔(dān)任務(wù)的需要來配備所用到的外部設(shè)備，這樣就可以減少電源消耗，減輕設(shè)備體積和重量，從而降低建設(shè)和維護(hù)成本，實(shí)現(xiàn)性能利用效率最大化。2.3自動(dòng)氣象站軟件組成自動(dòng)氣象站在運(yùn)行時(shí)必須依靠軟件的支撐，采集軟件和系統(tǒng)業(yè)務(wù)軟件是自動(dòng)氣象站工作的兩個(gè)主要運(yùn)行軟件。采集軟件是指，在該系統(tǒng)的采集器內(nèi)部程序中運(yùn)行，常用來控制氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)的收集、處理、控制、存儲(chǔ)、系統(tǒng)狀態(tài)的檢測(cè)和實(shí)時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)傳送等各項(xiàng)流程的一個(gè)軟件。業(yè)務(wù)軟件用于接收儀器觀測(cè)時(shí)收集的數(shù)據(jù)，手動(dòng)輸入人工觀測(cè)所得數(shù)據(jù)，它一般性的功能是進(jìn)行各種氣象數(shù)據(jù)和資料的處理，梳理和歸納各類地面氣象數(shù)據(jù)的資料報(bào)表，實(shí)時(shí)傳送、存儲(chǔ)氣象觀測(cè)的全部資料和整個(gè)自動(dòng)氣象站系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，編排氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)文件和及時(shí)生成地面氣象觀測(cè)資料及信息的報(bào)告等。在業(yè)務(wù)終端或者能夠在自動(dòng)氣象系統(tǒng)中心網(wǎng)站上運(yùn)行的軟件也即是業(yè)務(wù)軟件。業(yè)務(wù)終端的應(yīng)用主要是指移動(dòng)終端上安裝的氣象信息查詢、預(yù)警信息發(fā)布及環(huán)境監(jiān)測(cè)等軟件，在氣象中心網(wǎng)站上運(yùn)行的軟件主要是各種信息發(fā)布及應(yīng)用軟件。2.4自動(dòng)氣象站運(yùn)行流程自動(dòng)氣象站運(yùn)行流程為：1）將各傳感器通過防雷板上相應(yīng)的安全通道接入到數(shù)據(jù)采集器，檢查各個(gè)傳感器工作正常后將自動(dòng)氣象站通電開始工作。2）數(shù)據(jù)采集器的內(nèi)部程序加載完畢后會(huì)對(duì)各采集通道進(jìn)行檢測(cè)并初始化。例如對(duì)于I/0口的狀態(tài)初始化、計(jì)數(shù)器端口參數(shù)值初始化、CPU工作寄存器狀態(tài)的初始化、時(shí)間和日期重置等。3）數(shù)據(jù)采集器再根據(jù)內(nèi)部程序預(yù)先設(shè)定好的時(shí)間間隔或者斷點(diǎn)進(jìn)入到各項(xiàng)任務(wù)的并行運(yùn)行狀態(tài)，定時(shí)器的中斷處理程序和定時(shí)控制程序來完成各項(xiàng)任務(wù)的定時(shí)操作功能，并且也具有自動(dòng)地計(jì)算年、月、日、時(shí)、分、秒的功能，它可以高效地完成系統(tǒng)中需要運(yùn)行的各項(xiàng)任務(wù)所要求的定時(shí)或者延時(shí)等動(dòng)作。自動(dòng)氣象站測(cè)量工作流程如圖2-4。圖2-4自動(dòng)氣象站運(yùn)行流程2.5本章小結(jié)本章部分最開始著重介紹了一個(gè)自動(dòng)氣象站的組成框圖，接著分硬件和軟件兩方面介紹。硬件部分著重介紹了傳感器及其主要指標(biāo)、采集器的功能、外部設(shè)備等。軟件部分著重介紹了該自動(dòng)氣象站的兩個(gè)核心軟件，即數(shù)據(jù)采集軟件和業(yè)務(wù)運(yùn)行軟件，最后較詳細(xì)地梳理了自動(dòng)氣象站的完整運(yùn)行流程。本章主要論述了自動(dòng)氣象站的基本運(yùn)行流程和一些相關(guān)知識(shí)，對(duì)氣象站的工作原理和各部分模塊也有較為詳細(xì)的闡述。本章的論述，為后面構(gòu)建系統(tǒng)奠定了硬件方面的技術(shù)知識(shí)，是該系統(tǒng)完整構(gòu)建的基礎(chǔ)。第3章基于Android開發(fā)平臺(tái)的構(gòu)建3.1Android操作系統(tǒng)Android系統(tǒng)是以Linux平臺(tái)為基礎(chǔ)的嵌入式開源手機(jī)操作系統(tǒng)，該系統(tǒng)的開發(fā)平臺(tái)是由操作系統(tǒng)部分、中間件部分、用戶界面部分和應(yīng)用軟件四大部分構(gòu)成，它是第一個(gè)為眾多移動(dòng)終端設(shè)備而編寫和開發(fā)的一個(gè)名副其實(shí)的開放且完整的系統(tǒng)軟件。3.1.1Android系統(tǒng)的特點(diǎn)Android不僅僅是一個(gè)面向移動(dòng)設(shè)備的免費(fèi)開源操作系統(tǒng)，它也是一個(gè)創(chuàng)建移動(dòng)設(shè)備應(yīng)用程序的優(yōu)秀開源開發(fā)平臺(tái)，它擁有許多卓越的特性。1）開放性Android平臺(tái)中的開放性可以描述為：該系統(tǒng)允許也歡迎任何的移動(dòng)終端廠商及運(yùn)營商、設(shè)備制造商等都能夠積極加入到Android聯(lián)盟中來。開放性對(duì)于Android的發(fā)展最大的受益就是使它擁有了非常豐富的軟件資源。2）應(yīng)用間無界限Android第一次打破了應(yīng)用程序之間的傳統(tǒng)界限，例如Android操作系統(tǒng)內(nèi)部嵌入了基于開源引擎的系統(tǒng)內(nèi)部集成瀏覽器，程序設(shè)計(jì)開發(fā)人員完全可以把Web上的數(shù)據(jù)與本地終端上的聯(lián)系人、位置信息、通話記錄、日歷等數(shù)據(jù)有效地結(jié)合起來，為Android終端用戶創(chuàng)造出一種全新的生活體驗(yàn)。3）應(yīng)用開發(fā)快捷方便Android平臺(tái)為最大的優(yōu)點(diǎn)就是它為應(yīng)用開發(fā)人員提供了一些非常有用的工具和實(shí)用庫，這些工具和實(shí)用庫能夠幫助開發(fā)人員快速高效地開發(fā)出自己滿意的應(yīng)用。例如基于終端定位的應(yīng)用程序的開發(fā)在其他手機(jī)平臺(tái)上開發(fā)是非常復(fù)雜的，但是因?yàn)锳ndroid系統(tǒng)內(nèi)部在設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)集成了GoogleMap，所以開發(fā)人員只需調(diào)用其中的幾個(gè)API函數(shù)就能夠快速地實(shí)現(xiàn)一個(gè)地圖的應(yīng)用，由此可見其開發(fā)的方便快捷程度。除此之外，Android操作系統(tǒng)還有效支持GSM電話、照相機(jī)、GPS、藍(lán)牙、WIFI、3G等諸多功能，它自身也集成了標(biāo)準(zhǔn)輕量級(jí)的數(shù)據(jù)庫，并能播放各種當(dāng)前主流的音視頻和靜態(tài)影像文件，包括MP3格式,JPG格式,MPEG-4格式,PNG格式等，其功能異常強(qiáng)大。3.1.2Android操作系統(tǒng)的體系架構(gòu)Android開發(fā)平臺(tái)的系統(tǒng)架構(gòu)運(yùn)用了總體整合的策略和思想，它的系統(tǒng)層次的體系結(jié)構(gòu)總共可以分為四個(gè)層次，自下而上的體系結(jié)構(gòu)層次按照順序依次是Linux之內(nèi)核層、普通的類庫層、應(yīng)用框架整體所在層和應(yīng)用程序?qū)?，其中在第三層的?yīng)用框架層中還包括Android運(yùn)行環(huán)境。如圖3-1所示。圖3-1Android系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)3.2Android開發(fā)環(huán)境在設(shè)計(jì)和開發(fā)自動(dòng)氣象站系統(tǒng)之前，我們首先需要構(gòu)建基于Linux嵌入式操作系的應(yīng)用開發(fā)環(huán)境。設(shè)置好開發(fā)環(huán)境之后即可開始搭建該系統(tǒng)，開發(fā)出我們需要的項(xiàng)目。3.2.1開發(fā)環(huán)境的搭建Android系統(tǒng)的所有應(yīng)用程序常常都是運(yùn)行在它的虛擬機(jī)上的，因而可以在任何支持開發(fā)人員所需的工具的平臺(tái)上來編寫這些程序。為了在這些平臺(tái)上能夠高效地進(jìn)行Android應(yīng)用程序的開發(fā)，我們還需要搭建一個(gè)正確的系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境，下面就簡(jiǎn)要介紹一下在Windows平臺(tái)上搭建開發(fā)環(huán)境的基本步驟。（1)安裝JDKAndroid的所有程序都運(yùn)行在Java虛擬機(jī)上，因此其開發(fā)環(huán)境需要JRE的支持，在官網(wǎng)中下載JDK，版本要求在1.5以上。安裝JDK完畢之后，還需要對(duì)它的環(huán)境變量進(jìn)行一些詳細(xì)的設(shè)置。如圖3-2所示。圖3-2環(huán)境變量的設(shè)置1）在“我的電腦”菜單欄的“屬性”對(duì)話框中打開“環(huán)境變量”選項(xiàng)，在用戶變量欄中新建一個(gè)變量“java_path”，其值一欄就是我們電腦中JDK的安裝路徑;2）在下面“系統(tǒng)環(huán)境變量”一欄中編輯變量Path選項(xiàng)的值，將JDK的bin目錄路徑添加到后面，用“;”與其它已經(jīng)存在的值分隔開。(2)下載安裝AndroidSDKAndroidSDK的官方網(wǎng)站中給出了許多不同操作系統(tǒng)下的SDK開發(fā)包，以便滿足多種開發(fā)需求。在此，我們只需要下載Windows平臺(tái)上可以運(yùn)行的開發(fā)包，然后將SDK開發(fā)包解壓出來，打開運(yùn)行“SDKManager.exe"，如圖3-3所示。圖3-3AndroidSDK的安裝Availablepackages選項(xiàng)菜單中包含了我們可以安裝的API版本、各種驅(qū)動(dòng)和一些文檔，因考慮到要與當(dāng)前社會(huì)中主流的Android系統(tǒng)設(shè)備能夠相互兼容，所以在此選擇安裝“SDKPlatformAndroid2.3.API8,revision1”來進(jìn)行應(yīng)用程序的開發(fā)。當(dāng)安裝好AndroidSDK之后，在“AndroidSDKandAVDManager”的菜單選項(xiàng)欄中我們選擇“Virtualdevices”選項(xiàng)，然后就可以新建一個(gè)Android模擬器AVD，版本號(hào)為Android2.2。(3)安裝并配置EclipseEclipse是開發(fā)Android應(yīng)用程序首選的一個(gè)非常方便實(shí)用的集成開發(fā)環(huán)境（IDE），下載名稱為“EclipseIDEforJavaDevelopers"完畢之后，解壓運(yùn)行。Android平臺(tái)為Eclipse專門打造定制了一個(gè)ADT插件，運(yùn)行EclipseIDE出現(xiàn)系統(tǒng)界面之后，在“help”菜單中選擇“InstallNewSoftware”來安裝“AndroidDeveloperTools”和“AndroidDDMS”這兩個(gè)插件。其余的選項(xiàng)可設(shè)置默為認(rèn)值，也可按照個(gè)人需要更改。各選項(xiàng)的設(shè)置界面如圖3-4所示。圖3-4Eclipse中安裝ADT(4)設(shè)定AndroidSDKHome當(dāng)安裝插件完畢之后，還需要我們額外地設(shè)置SDK所在的主目錄菜單。點(diǎn)擊“windows”菜單欄選項(xiàng)下的“Preference”選項(xiàng)，在系統(tǒng)彈出的界面左側(cè)部分選擇“Android”項(xiàng)，在右面面板中設(shè)定AndroidSDK的所在的目錄項(xiàng)，單擊確認(rèn)鍵即可完成當(dāng)前選項(xiàng)的設(shè)置。3.2.2應(yīng)用程序開發(fā)示例完成以上開發(fā)環(huán)境的搭建后，就可以正式地在Eclipse軟件中開發(fā)出Android所有需要開發(fā)的應(yīng)用程序了。在菜單欄“File”中選擇“new”選項(xiàng)，即可在Eclipse軟件中初步創(chuàng)建出一個(gè)名稱為“HelloWorld”的新工程。創(chuàng)建好工程后，HelloWorld.java中己經(jīng)有了默認(rèn)的Activity，它用于在屏幕上顯示字符。點(diǎn)擊Eclipse軟件中Android模擬器按鈕即可在Android模擬器上運(yùn)行該程序，“HelloWorld”被默認(rèn)的Activity顯示在模擬器上。如圖3-5所示。圖3-5“HelloWorld”示例程序3.3Android應(yīng)用程序的主要組件Android系統(tǒng)有一個(gè)鮮明的特點(diǎn),就是在提供元素的應(yīng)用程序授權(quán)允許的情況下，其中的一個(gè)應(yīng)用程序能夠調(diào)用和使用另一個(gè)應(yīng)用程序中的部分元素，基于此，當(dāng)系統(tǒng)應(yīng)用程序中的任何一個(gè)部分收到程序調(diào)用或使用的請(qǐng)求命令時(shí)，系統(tǒng)就能馬上啟動(dòng)這個(gè)應(yīng)用程序?qū)?yīng)的相關(guān)進(jìn)程，與之相對(duì)應(yīng)的Java對(duì)象就被快速實(shí)例化。因而，Android應(yīng)用程序與其他大多數(shù)程序不同，它的代碼沒有一個(gè)單獨(dú)的入口，而是反復(fù)調(diào)用，穿插進(jìn)行。比如，Android系統(tǒng)的開發(fā)語言中沒有使用到main函數(shù)，但是它包含了程序運(yùn)行時(shí)所必不可少的應(yīng)用組件，從而該系統(tǒng)就能夠?qū)嵗顒?dòng)對(duì)象。Android系統(tǒng)中總共有四種重要的組件：1)活動(dòng)(Activity)在Android系統(tǒng)的開發(fā)中，一個(gè)活動(dòng)常常用來表示一些用戶的可視化界面，用戶可以在一個(gè)Activity上面進(jìn)行一些多樣化操作。一般來說，一個(gè)Android應(yīng)用平常只由一個(gè)Activity組成，當(dāng)然它也可以含有多個(gè)Activity。活動(dòng)的形式及內(nèi)容取決于應(yīng)用程序結(jié)構(gòu)及功能的設(shè)計(jì)。2)服務(wù)(Services)一個(gè)服務(wù)在后臺(tái)中的運(yùn)行時(shí)間一般是沒有限制的，但是服務(wù)的用戶界面一般是不可見的。程序可以連接或者綁定到一個(gè)正在運(yùn)行的服務(wù)，當(dāng)程序連接到一個(gè)服務(wù)之后，就可以通過這個(gè)服務(wù)所顯示出來的詳細(xì)接口信息來和此服務(wù)進(jìn)行內(nèi)部實(shí)時(shí)通信。服務(wù)常常運(yùn)行于一個(gè)程序進(jìn)程過程的主線程之中，它經(jīng)常為一些消耗時(shí)間比較長的任務(wù)單獨(dú)設(shè)置一個(gè)線程，此舉的目的在于不擁堵用戶界面或者其他的組件。3）廣播接收器(Broadcastreceivers)Android組件中的廣播接收器的功能只是用來接收廣播并對(duì)廣播信息作出及時(shí)反應(yīng)，廣播信息的很大一部分是由系統(tǒng)的內(nèi)部代碼發(fā)出的。在開發(fā)應(yīng)用程序時(shí)，一般定義多個(gè)廣播接收器，這樣就可以對(duì)有用的廣播信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)聽并能夠及時(shí)地作出反應(yīng)。4）內(nèi)容提供者(Contentproviders)組件中內(nèi)容提供者的作用，就是使當(dāng)前程序當(dāng)中某些特定格式的數(shù)據(jù)能夠被其他的應(yīng)用程序所使用。當(dāng)然這些特定格式的數(shù)據(jù)完全可以存儲(chǔ)在SQLite數(shù)據(jù)庫當(dāng)中，也可以存放在其他可以存儲(chǔ)該類數(shù)據(jù)的地方。3.4本章小結(jié)本章主要是構(gòu)建自動(dòng)氣象站的Android開發(fā)平臺(tái)。首先簡(jiǎn)略地分析了Android系統(tǒng)所特有的優(yōu)點(diǎn)，主要有開放性、應(yīng)用間無界限性、方便快捷的應(yīng)用開發(fā)等，接著分析了Android開發(fā)平臺(tái)的整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)。最主要的還是敘述了Android環(huán)境的搭建步驟，包括JDK、SDK的下載及安裝和Eclipse的參數(shù)配置等，簡(jiǎn)單地介紹了創(chuàng)建一個(gè)應(yīng)用的步驟。在本章的最后部分簡(jiǎn)要地介紹了Android應(yīng)用程序中的幾個(gè)主要的組件，主要有活動(dòng)、服務(wù)、廣播接收器、內(nèi)容提供者四部分。第4章基于Android系統(tǒng)自動(dòng)氣象站的實(shí)現(xiàn)4.1Android系統(tǒng)應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)在Android平臺(tái)下開發(fā)應(yīng)用程序的基本框架如圖4-1所示。圖4-1Android應(yīng)用程序框架在進(jìn)行Android系統(tǒng)應(yīng)用程序的具體設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)用的視圖、布局、XML文件及ID屬性是很重要的部分。4.2氣象站系統(tǒng)主界面的實(shí)現(xiàn)為了方便用戶，本系統(tǒng)從簡(jiǎn)潔原則出發(fā)，登錄即可顯示主頁面。本系統(tǒng)主頁面包3個(gè)按鈕，分別是登錄、幫助和關(guān)于我們，不同的圖標(biāo)點(diǎn)擊之后顯示不同的功能。該系統(tǒng)的人機(jī)交互主界面如圖4-2所示。圖4-2系統(tǒng)主界面視圖4.3幫助界面該系統(tǒng)幫助界面的目的在與方便快捷地向用戶提供操作指南及軟件版本信息，其界面如圖4-3所示。圖4-3幫助界面同時(shí)為了增加對(duì)主菜單的監(jiān)聽功能，所以要在程序中提前對(duì)活動(dòng)進(jìn)行注冊(cè)，只有注冊(cè)成功之后該功能才有效。4.4登錄界面當(dāng)用戶點(diǎn)擊主菜單中的登錄按鈕時(shí)，觸發(fā)了OnClick（）事件所以會(huì)自動(dòng)彈出相應(yīng)的登錄對(duì)話框，該登錄對(duì)話框優(yōu)先級(jí)高于活動(dòng)的提示窗口，所以Activity會(huì)迷失全部信息，這樣窗口便能夠接受所有的用戶信息交換。Android系統(tǒng)自動(dòng)氣象站系統(tǒng)登錄時(shí)界面如圖4-4所示。圖4-4用戶登陸界面另外，上述涉及到的對(duì)話框，常常用于應(yīng)用程序的小功能插件及各類信息的提示等。目前比較常用的對(duì)話框主要有：1、警告框2、進(jìn)度框3、時(shí)間選擇框4、日期選擇框4.5氣象數(shù)據(jù)查詢與顯示界面查詢界面實(shí)現(xiàn)代碼見附4-5。本系統(tǒng)的主要目的在與及時(shí)有效地處理氣象信息，用戶通過登陸之后，就可以查看各種氣象數(shù)據(jù)，把從各傳感器發(fā)送來的數(shù)據(jù)顯示在系統(tǒng)軟件界面。氣象要素值查詢信息反饋界面如圖4-5所示。圖4-5實(shí)時(shí)氣象參數(shù)其中上圖中溫度單位為攝氏度（℃），濕度指相對(duì)濕度，是一個(gè)百分比，無單位。風(fēng)速的標(biāo)準(zhǔn)單位為m/s,風(fēng)向的表示是以北方為基準(zhǔn)，以度為單位（°），氣壓?jiǎn)挝粸镵pa，雨量單位為mm。4.6本章小結(jié)本章主要內(nèi)容是用基于Android系統(tǒng)的氣象站應(yīng)用程序的開發(fā)，首先介紹了應(yīng)用程序框架總體設(shè)計(jì)。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)開發(fā)出了氣象站的完整項(xiàng)目，包括主界面、幫助信息界面、登錄界面和數(shù)據(jù)查詢界面等。并對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程中相關(guān)的一些技術(shù)做了簡(jiǎn)單介紹。本章完成了該項(xiàng)目的人機(jī)交互界面及上位機(jī)部分，軟件部分基本實(shí)現(xiàn)。第5章氣象數(shù)據(jù)傳輸及技術(shù)氣象信息的實(shí)時(shí)性非常重要，加之我國地域廣闊，地形及氣候條件復(fù)雜，各種天氣狀況變化多端，我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速向前發(fā)展又反過來對(duì)氣象數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性提出的要求更高一籌。Android客戶端用戶對(duì)于一些服務(wù)的實(shí)時(shí)性要求比較高，例如需要實(shí)時(shí)刷新當(dāng)前某節(jié)點(diǎn)的傳感器上的數(shù)值、要求動(dòng)態(tài)地顯示傳感網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)的路由拓?fù)鋱D、在客戶端上操作傳感器的節(jié)點(diǎn)能使其啟動(dòng)或休眠，這些功能的實(shí)現(xiàn)都需要依賴于可靠穩(wěn)定的客戶端‐服務(wù)器實(shí)時(shí)通信技術(shù)。本系統(tǒng)使用實(shí)時(shí)通信技術(shù)，能更好的結(jié)合當(dāng)今通信技術(shù)發(fā)展的成果。通過該系統(tǒng)中傳感器網(wǎng)絡(luò)的采集，氣象信息被上傳之后保存到服務(wù)器中的數(shù)據(jù)庫中，在服務(wù)器端使用實(shí)時(shí)通信技術(shù)和Web服務(wù)技術(shù)等，使得氣象工作人員及用戶能夠在Android系統(tǒng)的智能終端上，以曲線圖、表格等各種形式實(shí)時(shí)查看監(jiān)測(cè)區(qū)域的氣象信息，同時(shí)還能查看網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、接收預(yù)警信息等。5.1WebSocket實(shí)時(shí)通信技術(shù)隨著HTML5的興起，出現(xiàn)了一種新的實(shí)時(shí)通信機(jī)制：WebSocket。Web‐Socket是一種通信制式為全雙工的雙向通信技術(shù)，主要作用是在Web瀏覽器中或其他客戶端和Web服務(wù)器之間給出一種類似TCPsocket的持續(xù)的、雙向的、有狀態(tài)的實(shí)時(shí)通信方式。WebSocket實(shí)時(shí)通信技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于，客戶端和服務(wù)器之間能夠彼此互相推送消息。在Android系統(tǒng)的原生APP客戶端中，想要實(shí)現(xiàn)與WebSocket服務(wù)器之間的實(shí)時(shí)通信，還需要借助第三方開源庫：Autobahn-Android。綜合權(quán)衡WebSocket的性能優(yōu)勢(shì)之后，基于開源項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)Android客戶端與服務(wù)器之間的實(shí)時(shí)通信，服務(wù)器端能夠?qū)?shí)時(shí)更新的傳感器數(shù)據(jù)傳送到Android平臺(tái)客戶端，當(dāng)客戶端收到數(shù)據(jù)之后立即更新信息顯示界面。同時(shí)，Android系統(tǒng)的客戶端一側(cè)能夠向其所在的服務(wù)器端所在側(cè)實(shí)時(shí)地發(fā)送各種請(qǐng)求命令，用戶可以實(shí)時(shí)地操控傳感器節(jié)點(diǎn)來使它休眠或者啟動(dòng)。如圖5-1所示。圖5-1WebSocket工作模式5.2信息推送推送技術(shù)就是一種由網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器端口一方主動(dòng)地向客戶端所在方發(fā)送消息的通信技術(shù)，與拉取技術(shù)正好相反，推送并不需要用戶主動(dòng)刷新系統(tǒng)以檢查是否有沒及時(shí)更新的消息，它就是主動(dòng)將更新之后的信息發(fā)送給客戶端用戶。至今，推送服務(wù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種類型的智能手機(jī)應(yīng)用中，例如：天氣預(yù)報(bào)的應(yīng)用程序會(huì)主動(dòng)向用戶及時(shí)推送災(zāi)害性預(yù)報(bào)信息、新聞應(yīng)用會(huì)主動(dòng)向用戶及時(shí)推送重大新聞等等。通過推送服務(wù)，一方面能夠大幅提高用戶的黏度，另一方面能夠及時(shí)向用戶發(fā)布一些重要信息。在本系統(tǒng)中，推送服務(wù)的主要作用是將氣象預(yù)警信息及時(shí)推送給手持式氣象設(shè)備的Android客戶端，如：雨量傳感器測(cè)得單位小時(shí)降水量超出閾值、溫度傳感器節(jié)點(diǎn)測(cè)得的溫度超過閾值等。通過推送服務(wù)，只要用戶的Android智能終端開機(jī)且保持網(wǎng)絡(luò)已連接狀態(tài)，預(yù)警信息就能夠以通知的形式即時(shí)地顯示在屏幕上。推送主要有以下兩種技術(shù)方案。5.2.1長連接技術(shù)方案所謂長連接技術(shù)方案是指Android客戶端與服務(wù)器端之間維護(hù)一個(gè)長期的TCP連接，當(dāng)服務(wù)器有數(shù)據(jù)傳送時(shí)，通過該連接實(shí)時(shí)地將數(shù)據(jù)推送到客戶端，即Push。為了保持該TCP連接長時(shí)間存在，每隔10到30分鐘發(fā)送心跳包一次。從能耗方面來看，當(dāng)Android客戶端發(fā)送心跳時(shí)耗電比較多，但在不發(fā)送心跳時(shí)耗電會(huì)極少。從總體上看，通過TCP長連接方式來實(shí)現(xiàn)的推送服務(wù)耗電少而且實(shí)時(shí)性比較高。5.2.2開源技術(shù)方案目前，以可擴(kuò)展通訊和表示協(xié)議XMPP為基礎(chǔ)的開源項(xiàng)目androidopn是一種最為常用的開源項(xiàng)目解決方案。由于XMPP協(xié)議體是基于XML的，所以相對(duì)而言比較冗余，對(duì)于流量和電量較為敏感的手持式客戶端來說，開源方案并不是最好的選擇。5.3預(yù)警信息的實(shí)時(shí)發(fā)布在本系統(tǒng)中，為了快速開發(fā)、節(jié)約成本，運(yùn)用了極光推送服務(wù)來進(jìn)行氣象預(yù)警信息的推送。極光推送，即Jpush技術(shù)，它對(duì)一般的普通開發(fā)者免費(fèi)開放代碼，是一個(gè)第三方的信息推送服務(wù)。開發(fā)人員只需要在自己設(shè)計(jì)的客戶端中集成極光推送所需要的SDK包，就能夠簡(jiǎn)單方便地將PUSH功能添加進(jìn)自己設(shè)計(jì)出來的APP客戶端。極光推送原理如圖5-2所示。圖5-2信息推送流程圖為了運(yùn)用國內(nèi)的極光推送服務(wù)，Android客戶端中需要加入滿足極光推送的一個(gè)庫文件AndroidSDK，只要借助于這個(gè)庫文件，客戶端就能夠與極光云推送服務(wù)器之間保持比較穩(wěn)定的長連接，同時(shí)其內(nèi)部通過心跳包機(jī)制來實(shí)現(xiàn)跳線重連。在本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)的自建服務(wù)器中，通過數(shù)據(jù)收發(fā)板塊來過濾掉下層網(wǎng)絡(luò)傳來的氣象數(shù)據(jù)，及時(shí)檢測(cè)到預(yù)警信息并能夠?qū)崟r(shí)轉(zhuǎn)交給推送服務(wù)模塊。當(dāng)推送服務(wù)板塊收到預(yù)警信息后將消息生成易于識(shí)別的統(tǒng)一JSON數(shù)據(jù)格式，然后通過HTTP請(qǐng)求來調(diào)用極光推送的遠(yuǎn)程API將預(yù)警信息推送出去，幾秒鐘之內(nèi)Android客戶端用戶就能夠接收到Notification格式的氣象預(yù)警信息。5.4本章小結(jié)本章主要介紹了氣象數(shù)據(jù)傳輸及涉及到的主要技術(shù)。首先介紹了WebSocket實(shí)時(shí)通信技術(shù)，它主要作用是在Web瀏覽器中或其他客戶端和Web服務(wù)器之間給出一種類似TCPsocket的持續(xù)的、雙向的、有狀態(tài)的實(shí)時(shí)通信方式，它是一種通信制式為全雙工的雙向通信技術(shù)。接著介紹了其工作模式。其次，介紹了信息推送技術(shù)的定義，并簡(jiǎn)略介紹了兩種推送技術(shù)方案，即長連接技術(shù)方案和開源技術(shù)方案，分別簡(jiǎn)要地介紹了兩種技術(shù)方案。最后介紹了預(yù)警信息實(shí)時(shí)發(fā)布技術(shù)以及流程圖。通過本章，對(duì)氣象信息收集、傳輸及預(yù)警信息發(fā)布等流程有了較為深刻的認(rèn)識(shí)。結(jié)論本論文主要目標(biāo)在于設(shè)計(jì)出一種基于Android系統(tǒng)的自動(dòng)氣象站，目標(biāo)是提高終端靈活性和方便性，即設(shè)計(jì)出一種手持終端，方便信息采集、瀏覽、存儲(chǔ)和處理。本論文在大量閱讀了自動(dòng)氣象站和Android系統(tǒng)的相關(guān)資料的背景下，簡(jiǎn)單的介紹了自動(dòng)氣象站在國內(nèi)外的發(fā)展，提出了該系統(tǒng)的研究目標(biāo)和意義。在以Android系統(tǒng)為開發(fā)基礎(chǔ)的自動(dòng)氣象站的設(shè)計(jì)上，本文首先介紹了氣象站的組成、各部分傳感器及采集器的工作原理和流程等，在此基礎(chǔ)上，構(gòu)想出用Android系統(tǒng)來開發(fā)氣象站的目標(biāo)。接著問問介紹了Android系統(tǒng)的特點(diǎn)、體系結(jié)構(gòu)、開發(fā)平臺(tái)的搭建、軟件安裝和應(yīng)用程序的組件等知識(shí)。以上部分知識(shí)是開發(fā)該系統(tǒng)的基礎(chǔ)，接著本文介紹了應(yīng)用程序的框架，重點(diǎn)介紹了系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，另外介紹了系統(tǒng)的主界面、登錄界面、幫助界面等，還給出了系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)采集來的數(shù)據(jù)樣式。最后介紹了氣象數(shù)據(jù)傳輸及發(fā)布等所涉及到的一些技術(shù)，如WebSocket這種實(shí)時(shí)通信技術(shù)，信息推送技術(shù)等，并在最后介紹了預(yù)警信息的發(fā)布等，設(shè)計(jì)中的主要步驟基本完成。在整個(gè)設(shè)計(jì)過成功