電池包氣密檢漏儀上位機(jī)查詢系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

孫映璇，王海濤，李佳欣，呂佳慧，陳 苗

（廣州新華學(xué)院信息與智能工程學(xué)院，東莞 523133）

0 引言

隨著制造技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品的質(zhì)量和性能也在不斷提高，有些電池類產(chǎn)品對(duì)自身的氣密性提出了很高的要求［1］。人們對(duì)電池氣密性的要求越來越高，為了方便用戶查詢電池氣密性的相關(guān)數(shù)據(jù)，通過設(shè)備之間的連接實(shí)現(xiàn)用戶和儀器的交互。設(shè)備和儀器檢測(cè)電池包的氣密性后通過無線網(wǎng)絡(luò)連接在移動(dòng)端查詢。在檢漏儀運(yùn)行過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和信息的存儲(chǔ)可以通過軟件實(shí)現(xiàn)。電池包氣密檢漏儀是測(cè)試電池包氣密性的設(shè)備，是基于差壓原理的空氣泄露測(cè)試儀，是利用壓縮空氣來檢測(cè)產(chǎn)品的精密檢測(cè)設(shè)備。除了能進(jìn)行電池包的氣密性檢測(cè)之外，還能進(jìn)行水冷系統(tǒng)氣密性檢測(cè)，工作過程中能進(jìn)行一些簡單的參數(shù)設(shè)置。檢漏儀按下儀器開關(guān)之后會(huì)有四個(gè)按鈕，包括：電池包氣密檢測(cè)、水冷系統(tǒng)氣密檢測(cè)、通道設(shè)置和系統(tǒng)設(shè)置，點(diǎn)擊測(cè)試開始后會(huì)有測(cè)試界面，測(cè)試完成之后會(huì)顯示測(cè)試壓力和是否合格，以及測(cè)試的壓力在合格壓力的哪一部分。

1 相關(guān)技術(shù)

1.1 Android

Android 是一款基于Linux 開發(fā)的開源操作系統(tǒng)，一般被用于移動(dòng)設(shè)備，由Google 公司和開放手機(jī)聯(lián)盟進(jìn)行開發(fā)。

1.2 Jetpack

JetPack是一套由谷歌公司開發(fā)的用于Android開發(fā)的組件庫，用于處理由設(shè)備不同或Android版本不一致所導(dǎo)致的兼容性和差異性問題［2］。JetPack 的組件按類別主要可以分為四個(gè)大類：基礎(chǔ)組件、架構(gòu)組件、行為組件和UI 組件，每個(gè)類別主要包含的組件如圖1所示。在這里主要介紹架構(gòu)組件中的Room 組件和View Model 組件。Room 是基于SQLite 的抽象層，它可以方便地訪問數(shù)據(jù)庫，同時(shí)也可以充分發(fā)揮SQLite 的強(qiáng)大功能。ViewModel 是一個(gè)以生命周期方式存儲(chǔ)和管理頁面數(shù)據(jù)的視圖模型，它能讓數(shù)據(jù)在發(fā)生配置改變后繼續(xù)留存。

圖1 JetPack包含的組件

2 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖2 所示。架構(gòu)中view 模塊對(duì)應(yīng)著系統(tǒng)開發(fā)的視圖。Controller 模塊為業(yè)務(wù)邏輯模塊，它會(huì)直接與JetPack 工具庫中的架構(gòu)組件中的View Model 模塊進(jìn)行通信，由View Model模塊更新數(shù)據(jù)，進(jìn)而去更新視圖使用通信的方式共享內(nèi)存，這樣避免了在控制器中保存按鈕與文本框等大多數(shù)視圖對(duì)象數(shù)據(jù)不一致問題，極大地優(yōu)化了程序的邏輯，降低了編碼出錯(cuò)概率［3］。持久模塊對(duì)應(yīng)著系統(tǒng)開發(fā)的數(shù)據(jù)庫，由Controller 模塊進(jìn)行對(duì)數(shù)據(jù)庫的管理。LT_Link為進(jìn)行通信時(shí)所使用的協(xié)議，當(dāng)在系統(tǒng)中輸入電池包氣密檢漏儀的IP 地址和端口號(hào)時(shí)，系統(tǒng)將作為客戶端與電池包氣密性檢漏儀上位機(jī)進(jìn)行連接；當(dāng)在電池包氣密性檢漏儀上位機(jī)中輸入系統(tǒng)所在的IP 地址和端口號(hào)時(shí)，此時(shí)的系統(tǒng)將作為服務(wù)端為電池包氣密性檢漏儀提供服務(wù)。

圖2 系統(tǒng)整體架構(gòu)

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

大部分上位機(jī)的總體功能可以分為接收數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)兩個(gè)模塊，包含的功能有發(fā)送指令、進(jìn)行通信、數(shù)據(jù)接收、展示數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理［4］。電池包氣密性檢漏儀上位機(jī)查詢系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)主要有四個(gè)部分：界面部分、通信模塊部分、保存數(shù)據(jù)模塊部分和數(shù)據(jù)庫部分。系統(tǒng)整體的功能模塊如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)整體功能模塊

3.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

SQLite 是一個(gè)不需要配置、不需要安裝也不需要管理員的輕量級(jí)事務(wù)性的SQL 數(shù)據(jù)庫引擎。占用資源低，支持大部分主流操作系統(tǒng)，同時(shí)能適應(yīng)各種編程語言，且SQLite 文件格式穩(wěn)定，可跨平臺(tái)向后兼容，速度極快。因此本設(shè)計(jì)采用SQLite數(shù)據(jù)庫。

測(cè)試開始時(shí)，儀器每隔一段時(shí)間傳回一段數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)庫中，根據(jù)不同的設(shè)備，儲(chǔ)存在不同的Test 表中。Test 表包括id（編號(hào)）、time（時(shí)間）、date（日期）、Test_Type（測(cè)試模式）、Test_Result（測(cè)試結(jié)果）、Test_pressure（測(cè)試壓力）、Voltage_Drop（壓降）、Leak（泄露）等字段。id 字段是自動(dòng)生成的，儀器每傳回一段數(shù)據(jù)，編號(hào)便會(huì)累加，我們將id 設(shè)置為主鍵。Time 字段用于儲(chǔ)存測(cè)試的時(shí)間。Date 字段用于儲(chǔ)存測(cè)試當(dāng)天的日期。Test_Type 字段記錄當(dāng)前測(cè)試的模式是否正確。Test_Result 字段記錄當(dāng)前測(cè)試結(jié)果是合格，不合格或異常。Test_Pressure 字段儲(chǔ)存測(cè)試電池此時(shí)的壓力值。Voltage_Drop 字段記錄測(cè)試過程中的壓降值。而Leak 字段則記錄了當(dāng)前電池泄露水平。

3.2 界面設(shè)計(jì)

整體界面主要為實(shí)時(shí)顯示檢漏儀的測(cè)試數(shù)據(jù)，為測(cè)試人員提供方便。該部分的主要研究內(nèi)容為，如何更好地將數(shù)據(jù)展示出來，以及在多臺(tái)檢漏儀連接的情況下，如何能分別顯示儀器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)或結(jié)果數(shù)據(jù)，能同時(shí)啟動(dòng)所有在連設(shè)備或者單獨(dú)啟動(dòng)某臺(tái)設(shè)備。此外，每個(gè)頁面都采用了統(tǒng)一的設(shè)計(jì)規(guī)范使得產(chǎn)品視覺風(fēng)格保持一致，同時(shí)可以保障良好的用戶體驗(yàn)。整個(gè)界面主要分為四部分。這四部分的頁面跳轉(zhuǎn)的實(shí)現(xiàn)我們采用了Android Jetpack 程序庫的Navigation 組件。先設(shè)計(jì)Fragment 布局以及存放NavHostFragment 的布局，然后設(shè)置Navigation 的XML 配置文件以及Activity 的ID，最后在邏輯代碼中實(shí)現(xiàn)頁面跳轉(zhuǎn)的邏輯。由于部分頁面包含內(nèi)容過多，無法一屏展示完全。所以我們使用了ScrollView 來實(shí)現(xiàn)上下滾動(dòng)的效果。第一部分如圖4（a）是設(shè)置查詢，由于客戶端主界面功能比較繁雜，不利于查看。所以配置了view-Pager2 實(shí)現(xiàn)分頁展示。主界面包含了8分頁，分別是首頁、時(shí)間/單位、壓力參數(shù)、測(cè)試參數(shù)、通訊設(shè)置、綜合設(shè)置、儀器信息、S20C 配置。可根據(jù)不同的分頁使用不同的功能。第二部分如圖4（b）是單機(jī)測(cè)試，對(duì)單臺(tái)儀器進(jìn)行測(cè)試得出實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。第三部分如圖4（c）是聯(lián)機(jī)測(cè)試，目前支持最多8 臺(tái)儀器組成，每個(gè)區(qū)域構(gòu)成與“單機(jī)測(cè)試”界面的主體部分類似。第四部分如圖4（d）是數(shù)據(jù)查詢，主要是數(shù)據(jù)的展示，保存數(shù)據(jù)時(shí)支持.CSV格式和excel文檔。

圖4 系統(tǒng)頁面展示

3.3 通信模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.3.1 連接方式

連接方式在需求分析中確定本軟件需要作為TCP 的Server 端與Client 端兩種方式連接儀器。

當(dāng)軟件中點(diǎn)擊開始監(jiān)聽時(shí)，軟件作為TCP協(xié)議的Server端，將監(jiān)聽輸入的端口。在儀器端輸入軟件所在IP及設(shè)定的端口建立連接。

當(dāng)在儀器中開啟監(jiān)聽，并且軟件中輸入儀器IP 及端口，點(diǎn)擊連接時(shí)，軟件將作為TCP 的Client端連接到儀器。

3.3.2 設(shè)計(jì)

（1）TCPLinkFactory 連接工廠模塊：使用設(shè)計(jì)模式中的工廠模式，在軟件中由TCPLink-Factory 負(fù)責(zé)與設(shè)備TCP 連接的創(chuàng)建、保管、維護(hù)、銷毀。

（2）TCPLink 接口：對(duì)TCP 連接的抽象，仿照epoll 模型。向上層的LTLink 協(xié)議服務(wù)，隱藏了作為Server 端與Client 端連接的細(xì)節(jié)。降低了上層模塊的復(fù)雜度，提高了系統(tǒng)開發(fā)效率。

3.3.3 實(shí)現(xiàn)

（1）TCPLinkS：TCPLink 接口的實(shí)現(xiàn)類之一。在CPLinkFactory 監(jiān)聽指定端口，儀器連接成功后會(huì)創(chuàng)建本對(duì)象。對(duì)象創(chuàng)建成功后，將被加入TCPLinkFactory內(nèi)的數(shù)組保存。在對(duì)象監(jiān)聽到連接斷開后自動(dòng)銷毀，從數(shù)組中移除。

（2）TCPLinkC：TCPLink 接口的實(shí)現(xiàn)類之一。在軟件中輸入儀器IP 及端口連接成功時(shí)創(chuàng)建，自動(dòng)加入TCPLinkFactory內(nèi)的數(shù)組保存。在對(duì)象監(jiān)聽到連接斷開后自動(dòng)銷毀，從數(shù)組中移除。

3.4 保存數(shù)據(jù)模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.4.1 設(shè)計(jì)

（1）數(shù)據(jù)接收模塊：在接收數(shù)據(jù)之前，軟件會(huì)發(fā)送一個(gè)開始測(cè)試的信號(hào)給儀器，這樣在儀器測(cè)試之后，會(huì)每隔一段時(shí)間通過相應(yīng)接口傳給主機(jī)，主機(jī)會(huì)對(duì)應(yīng)接口增加到相應(yīng)數(shù)據(jù)庫的表中。

（2）數(shù)據(jù)保存模塊：在收到數(shù)據(jù)之時(shí)，通過調(diào)用相應(yīng)代碼，將該數(shù)據(jù)存到相應(yīng)數(shù)據(jù)庫的表中，同時(shí)管理人員還有相應(yīng)權(quán)限，比如增刪查改，但用戶只有查看功能。為了避免占用過多空間，當(dāng)數(shù)據(jù)到達(dá)一定存儲(chǔ)量時(shí)，軟件會(huì)刪除陳舊數(shù)據(jù)，以達(dá)到節(jié)省空間的目的。

（3）數(shù)據(jù)顯示模塊：軟件接收到數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)處理好之后，以圖表形式完成數(shù)據(jù)的可視化，將其顯示在屏幕中。

3.4.2 實(shí)現(xiàn)

（1）后端：通過軟件與數(shù)據(jù)庫的連接，軟件可以控制數(shù)據(jù)的存取。在軟件接收到數(shù)據(jù)信號(hào)時(shí)，執(zhí)行存儲(chǔ)功能，將數(shù)據(jù)通過接口編號(hào)辨別，準(zhǔn)確存儲(chǔ)到相應(yīng)數(shù)據(jù)庫。并且在查看接收信號(hào)時(shí)，通過數(shù)據(jù)的查看功能，將數(shù)據(jù)傳到前端，供用戶查看。

（2）前端：前端用戶可通過點(diǎn)擊軟件的查看功能，通過軟件將數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)庫中傳至前端，以供查看數(shù)據(jù)。

4 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了電池包氣密檢漏儀上位機(jī)查詢系統(tǒng)，首先介紹了電池包氣密檢漏儀；其次介紹了在系統(tǒng)開發(fā)階段使用到的一些技術(shù)；然后對(duì)于系統(tǒng)的整體架構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)；最后對(duì)于系統(tǒng)的各個(gè)功能進(jìn)行了分析，實(shí)現(xiàn)了界面部分、通信模塊部分、保存數(shù)據(jù)模塊部分和數(shù)據(jù)庫部分等功能。本系統(tǒng)具有良好的人機(jī)交互能力，頁面布局簡潔，操作方便；利用數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，不僅能儲(chǔ)存大量的數(shù)據(jù)，而且還能方便地進(jìn)行數(shù)據(jù)的查詢與分析。符合了使用該系統(tǒng)的工作人員的基本需要，它能使工作人員在測(cè)試時(shí)更輕松，且能有效地提高工作效率。