基于物联网的调速器试验台安卓端开发

李 维 孙培岩

（大连理工大学能源与动力学院，辽宁 大连 116024）

随着计算机、互联网技术、智能手机和控制理论的发展，传统柴油机试验台架通过结合物联网技术迎来了新一轮技术变革。调速器的测试环节是内燃机生产制造过程中的重要环节。通过耐久台架试验，对调速器进行稳定性和安全性的测试，可以保证柴油机整个调速系统的稳态特性和动态特性[1]。建立“物联网式”的调速器试验台能够推动试验台的信息化和智能化，帮助试验人员对试验数据进行处理和分析，提高调速器工况参数的精确性和时效性。文章基于物联网的调速器试验台安卓系统，结合数据库、无线通信技术，设计一款适用于试验台数据远程传输和管理的系统软件，使试验人员在安卓移动端可以实时获取试验台试验数据，实现对试验数据的快速检索和数据处理。

1 系统总体架构和工作原理

调速器试验台通过STC8H4K64单片机和磁电转速传感器获取发动机在稳态运行、突加和突减负载状态时的转速数据，WiFi和TCP协议存入数据库。安卓移动端通过检索数据库以及在本地进行数据处理，得到电子调速器性能指标，评测调速器的静态和动态稳定性。设计开发采用C/S架构，即客户端/服务器（Client/Server）架构，包括数据库、Web服务器和App客户端。数据库采用MySQL数据库对试验数据进行存储，建立用户信息表、台架信息表和试验机数据表。用户信息表存放用户登录名和密码；台架信息表存放调速器信息、试验组号、工号、试验时间；试验数据表存放组号和转速，避免数据冗余，提升检索效率[2]。为简化开发过程，安卓端采用JDBC直连数据库。JDBC提供了一种标准的应用程序设计接口，可以通过调用接口的方法，完成应用程序与数据库服务器之间的连接服务，使用标准的SQL命令对数据库进行CRUD等操作，确保数据事务的正常进行。JDBC具有简单、安全的特点，使用JDBC在简化数据库连接开发的同时能够提高开发速度。

系统总体结构设计如图1所示。

2 数据处理算法

由于调速器试验台数据采集系统采集的数据有干扰信号，使数据采集系统显示值不稳。为对信号进行准确测量，需要对被测信号进行滤波处理[1-3]。滑动平均滤波法的实现较为简单，对于一些常见问题，滑动平均滤波法可以在减少随机白噪声的同时保持最清晰的阶跃响应。文章选择30倍的算法滑动窗口，保证在最低的边缘清晰度的情况下，对随机噪声的抑制效果较好[3]。

对于样本量为n的数据序列x，滑动平均序列运算公式为：

式中：k——滑动长度，k=30。

在实际算法设计中由式（1）计算得出j=1的值（即处理后第一个数据的值）。j＞1时，计算公式为：

经过滑动平均滤波处理后的数据可以用于计算调速器的各项性能指标，调速器性能好坏的评测主要分为动态特性和静态特性[4-5]。

内燃机调速器的动态特性性能指标主要有4个。最高转速：内燃机在突卸负载后的瞬间达到的最大转速。瞬时调速率：内燃机在稳定转速运行时，突卸或突加负载后瞬间达到的最高或最小转速与负载变化前稳定转速的差值与标定转速的比值即为瞬时调速率；稳定时间（转速波动时间）：内燃机负载突变后，从转速瞬间变化到转速稳定在设定范围所经历的时间，稳定时间的长短是反应调速器稳定性能好坏的主要标志之一；波动次数：内燃机负载突变后，转速重新达到稳定所用时间内的波动次数。

式中：δ1——瞬时调速率（%）；nmax——突加负荷前的瞬时最高转速（r/min）；nmin——突加负荷前的最低转速（r/min）；n0——柴油机标定转速，即调速器的额定转速（r/min）。

内燃机调速器的静态特性性能指标主要有2个。转速波动范围：内燃机在负载不变的工况下运行，在一定的时间间隔内最高转速和最低转速分别与额定转速之差；转速波动率：内燃机在负载不变的工况下运行，在一定的时间间隔内最高转速和最低转速之差与额定转速的比值即为转速波动率。

3 安卓端设计

3.1 Android设计结构

开发的Android应用程序采用模块化的设计方式，由登录界面、注册界面、检索界面、绘图界面4个界面组成。每个界面都有各自xml布局和Java功能文件。

3.1.1 界面构成

Android应用程序界面构成如图2所示。

图2 Android应用程序界面构成

3.1.2 登录界面

主界面即为登录界面，验证登录人员身份。xml中采用LinearLayout的布局方式，对用户名和密码进行核实。对密码错误或未输入账号密码等情况，通过Toast消息方式提示用户核对登录信息，核实成功后会自行跳转至检索界面。

登录界面如图3所示。

图3 Android应用程序登录界面

3.1.3 检索界面

检索界面通过LinearLayout和RelativeLayout嵌套进行使用，起始时间、结束时间、试验台号、调速器序列号、工号作为检索条件。为了优化检索条件，需要对单个或多个条件进行优化。在SQL语句中采用占位符和对检索条件是否为空进行判断，实现任意条件均可进行检索，检索结果以ListView组件呈现。用户通过点击ListView中的检索结果直接跳转至绘图界面。

检索界面如图4所示。

图4 Android应用程序检索界面

3.1.4 绘图界面

绘图界面以LinearLayout 的布局方式，使用MpChart专用的LineChart组件作为图表的显示容器。LineChart默认为折线图，通过setCircleRadius方法和setMode方法可以将折线图转为曲线图。MpChart的LineChart类提供了较多的属性方法可以对图表进行设置。文章采用了曲线、颜色、线宽以及坐标轴等设置。

绘图界面如图5所示。

3.2 数据库连接

通过建立DbOpenHelper类存放数据库连接代码，设计getConnection和closeAll两个公有静态方法作为连接数据库和关闭数据的公有方法；设计UserDao类继承DbOpenHelper类作为数据库操作类。直连数据库是个耗时操作，需要建立线程池[6]。在UserDao类中，通过SQL语句和预编译集实现对数据的CRUD操作。

3.3 MpChart图表

MpChart是Android上易于使用的开源图表库，支持绘制各种统计表，可以对图表进行拖动和缩放操作。

通过在build.gradle中添加依赖，即可实现对MpChart的引用。通过建立MpChartsActivity类，重写onCreate方法和实例化UserDao类。ArrayList是存放UserDao中的结果集，但由于使用了UserDao类，需要开辟新的线程，防止连接过程耗时。最后对MpChart图表进行设置。

4 结语

针对柴油机电子调速器试验台远程数据传输和管理问题，文章基于物联网技术设计了一款数据管理软件。在通过WiFi通信技术实现试验台数据上传服务器的基础上设计数据库，实现数据库和Android软件之间的通信，提供了用户登录、检索、绘图和数据处理功能，简化了测试过程中数据存储过程，提高了对数据的快速检索能力。对比安卓端和本地LabVIEW图像，曲线形状趋势大致相同。作为校企合作项目，对系统的实用性、美观性和便捷性有一定要求，因此，本系统仍有优化空间。