基于Android平台的污水处理设备监控系统研究

引言

随着我国城镇化建设进程的加快,城市建设规模不断扩大,一个城市的宜居性在一定程度上取决于该城市的基础设施建设和环保体系建设。城市污水处理作为一个城市现代化和先进性的主要标识之一,城市周边建设的污水处理厂得到了快速发展。

我国污水处理厂对于各种污水处理设备的使用已经非常熟悉,设备引进力度也非常大,特别是一些大型的先进的国外进口污水处理设备。然而在污水处理厂日常设备监管方面仍然存在很多问题,主要包括以下3个方面:

(1）大部分污水处理厂仍然存在"重投入、轻管理"现象,造成很多设备资源的浪费,污水处理成本居高不下:

(2）仍然采用传统的人工操作或定期巡检方式进行污水处理厂的设备运行监管,工作效率低下,时效性差。

（3）针对设备管理人员的素质培养落后,污水设备管理人员有一些是外聘的第三方人员,另一些是经验不足的年轻技工,日常设备管理技术培训及管理意识培养工作不到位。

基于以上问题,本文根据某污水处理厂设备监管需求,研发了一套污水处理厂设备监管与分析系统。该课题的研究主要有以下3个方面的意义:

（1）提高污水处理厂设备运行、监管工作质量和效率,通过信息化技术和互联网技术,提高设备管理部门之间的沟通效率,便于日常设备运行数据的存储,保证设备数据的准确性:

（2）通过对设备运行数据的收集、规整和存储,对其进行进一步分析处理,从而挖掘设备运行趋势,设备运行环境的影响,生产对应的运行报表,为污水处理厂的日常管理决策提供支持:

（3）提高日常设备监管的时效性、准确性及智能化程度,通过即时通信技术及时提供设备运行状况,提高污水处理设备的运行稳定性和可靠性。

本文设计并实现了基于Android平台的污水处理设备监控系统,该系统充分利用成熟的互联网技术和web技术,随时随地进行系统的访问和业务处理,提高了设备管理部门的工作效率,减轻了污水处理厂设备管理工作人员的工作压力。

11ndroid系统概述

Android系统是最新一代移动通信平台,拥有更加先进的硬件和软件架构,是Goog1e公司于2007年底发布的开源手机操作系统,如今已经发布至5.0版本,提供了极其丰富的应用层API,支持多种无线通信方式,支持强大的硬件配置。

与其他操作系统一样,Android系统采用分层架构设计,其架构主要分为4个层次,从低到高分别是Linux核心层、系统运行库层、应用程序框架层、应用程序层。Linux核心层为系统提供内存管理、设备驱动、进程管理等基本功能:应用程序架构层由组件库和虚拟机提供支持,其包含重要的C文件库和Java运行环境:应用框架层则是开发应用程序所关心的部分。Android应用程序都是基于应用框架层所提供的基本框架和API进行开发。

针对大多数Android应用开发,Goog1e发布了AndroidsDK（softwareDeve1opingKits）。其中,包括若干开发工具集和一整套基于Java开发的API。Goog1e公司又针对C/C＋＋开发者提供了NDK（NativeDeve1opingKits）。NDK开发程序仍需通过JNI（JavaNativeInterface）方式与Java层代码进行交互才能构成一个完整的应用程序。NDK开发能在一定程度上加快程序运行速度,但会增加程序开发的复杂度。

2系统总体设计

2.1系统功能结构设计

污水处理设备监控系统的体系架构设计示意图如图1所示。本系统在设计过程中采用分层和分模块方法,主要包含接口层、表示层、通用类库、数据访问层和业务逻辑层等5个部分。下面简单介绍这5个组成部分的主要工作内容:

（1）接口层,该层主要负责与外围系统进行通信。该层主要与本系统的数据采集模块交互完成系统所需数据的提取工作。

（2）通用类库,其集成了系统开发过程中所需要的各种通用类库及组件,例如进行数据加密时需要用到的MD5加密方法:Exce1文件导入和导出需要的处理方法:数据打印所用到的打印组件等。

（3）表示层,该层中集成了系统与前端用户交互页面,用户通过该层向系统发出业务操作请求,同时该层也将后台处理结果反馈给前端用户,该层通过采用AsP.NET、Javascript以及j○uery库完成系统界面的设计和开发工作。

（4）业务逻辑层,该层是本系统的核心构件之一,其主要负责本系统的所有业务操作处理工作,在业务逻辑层中包含了设备资料管理、数据采集、数据分拣、数据入库、数据监控、数据分析、数据报表管理、数据综合检索、数据上报管理、数据安全管理以及系统运维管理等模块。其中数据采集模块与接口层通信完成其他模块所需数据的提取工作:查询分析模块负责系统业务数据的检索和分析处理。

(5）数据访问层,该层包含了文件访问组件和数据库访问组件,其中文件访问组件负责与系统涉及文件(文本文件、报表文件、语音文件、视频文件等）的存取和管理工作:数据库访问组件则负责与后台的s0Lserver数据库通信完成结构化的数据存储工作。

2.2系统流程设计

污水处理设备监控系统的业务需求总体流程如图2所示。污水处理设备监控系统的核心功能是对设备的日常运行数据进行统计分析,数据统计分析过程中需要收集大量真实、准确的设备数据,数据来源于污水处理厂运行的各种设备和仪器,例如鼓风机的风量数据,进水和出水泵的水流量数据,分解池中的氨氮量数据,进水井的液位数据等,这些数据通过西门子的PLC模块从设备中读取。本系统通过oPC接口读取PLC中数据并进行存储:然后对设备数据进行格式化处理,格式化处理的主要工作是将原始数据进行筛选和格式转化,从而获得数据分析所需要的数据:然后进行数据的分类和存储处理,主要是将设备数据按照不同属性进行分类和存储,以便于进行后续分析:最后进行设备数据的分析并生成相应的分析报告。

2.3系统总体架构设计

污水处理设备监控系统的Android客户端框架设计如图3所示。客户端的框架设计基于Android平台和Eclipse平台,客户端数据库使用嵌入式s○Lite数据库,与服务端的通信采用webservice技术。Android客户端框架设计使用MVC分层思想,使用j0ueryMobile前端框架以及HTML5完成客户端页面的布局和设计:使用Java编程语言完成业务逻辑的判断和处理:使用webservice完成数据的处理。

2.4数据库访问设计

污水处理设备监控系统的数据库操作示意图如图4所示。前台应用程序在进行运行设备管理业务处理时,通过调用NET平台的ADoNET数据接口技术进行器材设备管理的库、表操作,数据库会将数据处理产生的结果集反馈给应用程序进行处理。

污水处理设备监控系统的前台应用程序通过ADoNET接口对后台数据库进行操作,其通过Connection对象与s○Lserver数据库建立连接:通过Command对象在s○Lserver数据库中执行s○L语句:使用DataReader类的相关方法获得Database中的相应数据:使用Dataset类的相关方法获得Database返回的结果集。

3真机运行效果

本系统通过APP客户端完成进水泵房监控、出水泵房监控、化验数据设备扫描、统计分析及行业新闻发布等功能操作。APP客户端模块的实现基于系统需求、框架设计、模块设计展开,其包括模块的界面实现、业务逻辑实现和数据访问实现。其中界面实现采用了strutsMVC框架技术和HTML5技术:业务逻辑的实现使用了Java完成程序代码编写,使用spring框架完成程序的调度和控制:数据访问的实现采用了Hibernate框架技术和JDBC接口技术。App客户端的首页实现界面如图5所示。

4结语

本课题的研究目的是提高污水处理厂设备运行、监管的工作质量和效率,利用信息化技术和互联网技术,提高设备管理部门之间的沟通效率,便于日常设备运行数据的存储,保证设备数据的准确性:通过对设备运行数据的收集、规整和存储,对其进行进一步分析处理,从而挖掘设备运行趋势,设备运行环境的影响,生产对应的运行报表,为污水处理厂的日常管理决策提供支持:提高日常设备监管的时效性、准确性以及智能化程度,通过数据分析技术及时提供设备运行状况,提高了设备的运行稳定性和可靠性。