黃廣發(fā)+吳先球

摘 要： 為了讓實(shí)驗(yàn)者在移動(dòng)終端上完成遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)的異地操作，設(shè)計(jì)一種基于Android平臺(tái)的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)客戶端。通過對(duì)開源播放器VLC進(jìn)行二次開發(fā)，使用Socket通信傳輸跨平臺(tái)控制指令，利用HTML5中的canvas標(biāo)簽繪畫波形圖，實(shí)現(xiàn)客戶端進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)的視頻監(jiān)控、遠(yuǎn)程控制實(shí)驗(yàn)儀器和數(shù)據(jù)處理等功能。以單擺法測(cè)重力加速度實(shí)驗(yàn)進(jìn)行效果驗(yàn)證，實(shí)測(cè)結(jié)果表明，客戶端具有穩(wěn)定可靠、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理精度高、人機(jī)交互性好等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞： 遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)； Android； 客戶端； HTML5

中圖分類號(hào)： TN911.2?34； TP311.52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2015）14?0089?03

0 引 言

在當(dāng)今信息技術(shù)高速發(fā)展的時(shí)代，學(xué)習(xí)的自主化、智能化和終身化使得遠(yuǎn)程教育必須要與時(shí)俱進(jìn)，就是要運(yùn)用信息技術(shù)改善遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)以滿足人們的迫切需求。遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)[1]是通過互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程操作實(shí)驗(yàn)儀器，在異地完成真實(shí)的實(shí)驗(yàn)過程。遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)不受時(shí)空限制，特別是隨著平板電腦、智能手機(jī)等移動(dòng)終端的普及，Android系統(tǒng)占據(jù)了主流，只要連接了Internet，就可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)者的水平和需要，隨時(shí)隨地使用客戶端去選做各種實(shí)驗(yàn)，這種移動(dòng)學(xué)習(xí)環(huán)境下的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式增加了教學(xué)的靈活性，具有廣泛的應(yīng)用前景。

為了滿足移動(dòng)學(xué)習(xí)的需求，本文結(jié)合遠(yuǎn)程控制實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種基于Android的客戶端，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制實(shí)驗(yàn)的移動(dòng)性操作。

1 系統(tǒng)硬件及其工作原理

遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示，服務(wù)器通過串口連接控制模塊，控制模塊連接實(shí)驗(yàn)儀器，通過執(zhí)行服務(wù)器傳送過來的指令控制實(shí)驗(yàn)儀器，并采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。攝像機(jī)捕獲現(xiàn)場(chǎng)儀器的運(yùn)行情況通過USB接口反饋給服務(wù)器，服務(wù)器再通過網(wǎng)絡(luò)及時(shí)反饋給遠(yuǎn)程的操作者。

控制模塊主要由主控單片機(jī)和相關(guān)外設(shè)組成，服務(wù)器上使用LabVIEW軟件與控制模塊進(jìn)行通信，使用VLC media player進(jìn)行流媒體數(shù)據(jù)的編碼和傳輸，使用Tomcat進(jìn)行搭建Web應(yīng)用服務(wù)器，響應(yīng)HTML頁面的請(qǐng)求訪問，提供了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理功能。

2 客戶端設(shè)計(jì)

客戶端是遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的一部分，實(shí)驗(yàn)者直接在客戶端上進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)的操作，具有實(shí)時(shí)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程控制實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)接收與處理等功能。

圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

2.1 Android應(yīng)用程序開發(fā)環(huán)境

開發(fā)環(huán)境[2]由JDK（Java開發(fā)工具包）、Eclipse（開發(fā)Java程序的軟件工具）、Android SDK（Android專屬的軟件開發(fā)工具包）、ADT（開發(fā)Android應(yīng)用程序的插件）、NDK（原生開發(fā)工具包）5部分組成，通過安裝和進(jìn)行相應(yīng)的配置即可完成開發(fā)環(huán)境的搭建。

2.2 功能流程

遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)儀器是實(shí)際設(shè)備，遠(yuǎn)程用戶使用客戶端通過網(wǎng)絡(luò)對(duì)其進(jìn)行操作，控制實(shí)驗(yàn)設(shè)備的運(yùn)行?？蛻舳说恼w功能如圖2所示，其中觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象部分是先要接入流媒體服務(wù)器，再把通過HTTP協(xié)議傳輸過來的H.264視頻流進(jìn)行解碼[3]，最后通過控件SurfaceView播放出來；控制實(shí)驗(yàn)儀器部分主要是Socket通信，在主線程下申請(qǐng)子線程進(jìn)行處理，具體采用Handler消息傳遞機(jī)制；數(shù)據(jù)處理部分是下載服務(wù)器端采集為txt格式的數(shù)據(jù)文件，讀取后在HTML5上使用canvas繪制波形圖，這種可視化的數(shù)據(jù)分析可以讓實(shí)驗(yàn)者讀取數(shù)據(jù)進(jìn)行公式運(yùn)算。

圖2 功能流程圖

2.3 關(guān)鍵技術(shù)

2.3.1 JNI接口

將開源播放器VLC[4]應(yīng)用到Android上，需要通過將VLC的源代碼編譯成庫文件，再通過Android提供的JNI接口調(diào)用，因?yàn)閂LC的代碼完全由C/C++編寫，在需要調(diào)用第三方C/C++庫文件時(shí)，使用JNI接口的應(yīng)用[5]可以讓開發(fā)者實(shí)現(xiàn)一些用Java語言難以實(shí)現(xiàn)的功能。

在上層通過以下代碼載入已經(jīng)編譯好的libvlcjni.so庫文件：

{

System.loadLibrary（“vlcjni”）；

}

LibVLC類通過聲明庫中的本地函數(shù)就可以在上層應(yīng)用程序調(diào)用。

在主類MainActivity中，調(diào)用VLC接收服務(wù)器端發(fā)送的視頻流，經(jīng)過程序處理后進(jìn)行播放，關(guān)鍵代碼如下：

private LibVLC mLibVLC = null；

mLibVLC = Util.getLibVlcInstance（）；

if （mLibVLC ！ = null）

{

String pathUri = "http：//222.200.152.122：8080/x"；

mLibVLC.playMyMRL（pathUri）；

}

2.3.2 多線程應(yīng)用

采用多線程技術(shù)可以避免UI線程的阻塞，其中Handler Message[6]方法最為常用。具體操作是在新啟動(dòng)的線程中發(fā)送消息，在主線程中獲取、處理消息，通過回調(diào)的方式，主線程能夠處理先啟動(dòng)線程所發(fā)送的消息。

在觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的同時(shí)，要對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行控制，這就需要使用多線程來實(shí)現(xiàn)，主線程是視頻播放，實(shí)驗(yàn)儀器控制就會(huì)開啟新的子線程來執(zhí)行，簡(jiǎn)單的代碼實(shí)現(xiàn)如下：

在主線程中定義handler：

private Handler handler = new Handler（）

{

@Override

public void handleMessage（Message msg） {

super.handleMessage（msg）；

switch（msg.what）{

case 1：

……

break；

} } }

在另一線程中執(zhí)行任務(wù)：

Message message = new Message（）；

message.what = 1；

handler.sendMessage（message）；

控制實(shí)驗(yàn)儀器通過Socket通信[7]實(shí)現(xiàn)，包括3個(gè)步驟：建立連接、發(fā)送數(shù)據(jù)、關(guān)閉套接字。核心代碼如下：

private Socket client = null；

client = new Socket（"222.200.152.122"，8888）；

PrintWriter out = new

PrintWriter（client.getOutputStream（））；

out.println（"#"）；

out.flush（）；

client.close（）；

整個(gè)Socket通信過程需要采用try…catch機(jī)制。

2.3.3 HTML5 標(biāo)簽

標(biāo)簽是HTML5中的新標(biāo)簽[8?9]，只是一種圖形容器，必須使用腳本來繪制圖形，有一個(gè)基于JavaScript的繪圖API，所以在繪圖方面非常方便。其基本的使用步驟如下：

在Android WebView控件中使用JavaScript，必須在WebView中使能JavaScript，還要解決亂碼問題，代碼如下：

webView.getSettings（）.setDefaultTextEncodingName（"gbk"）；

webView.getSettings（）.setJavaScriptEnabled（true）；

3 應(yīng)用實(shí)例

使用該客戶端進(jìn)行操作遠(yuǎn)程控制實(shí)驗(yàn)，選用單擺法測(cè)重力加速度實(shí)驗(yàn)[10]，因?yàn)榇藢?shí)驗(yàn)需要實(shí)時(shí)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、遠(yuǎn)程控制電機(jī)的開關(guān)、采集傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算等內(nèi)容，最后通過實(shí)驗(yàn)的完成進(jìn)而算出重力加速度。通過讀圖，輸入t1=2.79 s，t2=0.83 s，然后客戶端會(huì)自動(dòng)計(jì)算出重力加速度，計(jì)算原理是由周期T=t2-t1，T=2π[Lg]，得到重力加速度g=[4π2LT2]，客戶端的數(shù)據(jù)處理界面如圖3所示。

4 結(jié) 語

本文設(shè)計(jì)的客戶端，結(jié)合基于C/S模式的遠(yuǎn)程控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了在客戶端上通過互聯(lián)網(wǎng)完成遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)的操作過程。實(shí)時(shí)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、低延時(shí)控制實(shí)驗(yàn)設(shè)備、準(zhǔn)確處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等功能增強(qiáng)了遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)的真實(shí)感，有助于更好地掌握實(shí)驗(yàn)原理。本客戶端除了應(yīng)用到以上實(shí)驗(yàn)外，還可以應(yīng)用到其他物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)當(dāng)中?；贏ndroid平臺(tái)的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)客戶端突破了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的時(shí)空限制，提高了實(shí)驗(yàn)設(shè)備的利用率，最大限度地共享實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源。

圖3 數(shù)據(jù)處理界面圖

參考文獻(xiàn)

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