基于Android的Xγ剂量率仪无线控制系统的研制

URANIUM MINING AND METALLURGYVol. 35 No, 3 Aug. 2016

基于Android的Xy剂量率仪无线控制系统的研制

关键，陈刚，苑海涛，申雪萍，冯威锋，王腾飞，李绍海

(核工业北京化工冶金研究院，北京101149)

摘要：研制一款Android系统的APP软件，实现对便携式X7剂量率仪的无线控制，使操作人员可以在安全距 离下操控辐射剂量率仪，减轻对操作人员造成的辐射伤害。APP软件用无线蓝牙控制便携式X7剂量率仪，使 用手机作为控制终端，提供更友好的用户界面，操作便捷简单；同时，利用智能手机强大的计算能力还可以为测 量提供实时数据分析等功能。

关键词：X7剂量率仪；蓝牙通讯;无线控制；Android中图分类号：TN925 文献标志码：Adoi： 10. 13426/j. cnki. yky. 2016. 03. 010

文章编号：1000-8063(2016)03-0200-05

随着我国经济的快速发展，环境保护已成为 人们面临的重大课题。国家环保局对环境辐射剂 量率提出了具体的控制标准，普通民众也对自己 周围环境中各种设备造成的辐射污染表示担忧。 为此各种便携式辐射测量设备如雨后春笋般出现

在市场上[1]。其中便携式X7剂量率仪就是在核 医学、环境科学、核科学等方面应用十分广泛的一 款辐射检测设备。现有的便携式测量设备为了减 小体积以达到方便携带的目的，将显示单元和测 量、控制单元集成在一起。在测量过程中，检测人 员必须手持仪表靠近检测对象，这大大增加了操 作人员被辐射的风险，因此设计一款针对便携式

2

X7剂量率仪的无线控制系统，就变得尤为重要。

随着蓝牙4. 0技术的发展和Android智能手机的 普及，为设计X7剂量率仪无线控制系统提供了 新的思路。

1系统总体结构

系统分为X7辐射剂量率仪设备和Android

智能手机控制端两部分。如图1所示，为了实现 对便携式X7剂量率仪的无线控制，需要在原有 设备电路上增加蓝牙控制模块，利用Android智 能手机上的蓝牙芯片就可以轻易实现设备和手机 的数据传输。

1 一便携式X7剂量率仪；2—蓝牙模块；3—Android智能手机。

图1

系统结构图

收稿日期：2016-01-27

第一作者简介：关键（1985—），男，北京市人，工程师，主要从事矿山专业仪器仪表及信息化的研发设计工作。

第3期关键，等：基于Android的X7剂量率仪无线控制系统的研制201

工作原理如图2所示，探测器将探测到的射 线能量转化为脉冲信号，经过调理电路整理为采 样电路可以处理的信号，采样后将模拟电路转换

为单片机可识别的数字信号。单片机将数据按照 预定好的协议进行处理，并通过串口把数据和控 制命令传递给蓝牙模块，蓝牙模块按照控制命令， 将数据通过蓝牙发到Android智能手机。手机的 控制电路获得数据后，可以绘制实时曲线、对数据 进行简单分析并把数据保存在SD卡里。

图2 系统原理图

2蓝牙模块

短距离无线通讯技术在过去十几年里经历了

迅猛的发展和变化，在成本、功耗、实用性和可靠 性等方面逐步趋于成熟，并在社会生产和人们生 活等诸多方面发挥了重要作用。其中蓝牙通讯技 术是全球短距离无线技术中使用最广泛的通讯标 准之一'。2.1 蓝牙4.0技术

蓝牙4. 0将过去传统蓝牙技术、蓝牙低功耗 技术及蓝牙高速技术等3种规格合而为一。蓝牙4. 0低功耗技术以其显著的低功耗特点为蓝牙技 术拓展了新的市场，如配有钮扣电池的无线装置、 传感器、医疗保健、运动及智慧电表等市场。总体

而言，蓝牙4. 0低功耗技术具有五大特点：低功

耗、低成本、高可靠性、高安全性和通讯距离加大， 其中以低功耗为技术核心[2]。由于蓝牙4.0技术 的优越性，X7剂量率仪无线控制系统采用了蓝牙 4. 〇技术作为检测仪表和手机控制单元的通讯方式。

2.2蓝牙通讯模块

HC-08是一款成熟的蓝牙通讯模块，模块选 用TI的CC2540作为核心芯片，支持蓝牙V4. 0 BLE协议，空旷环境下可保持80 m内通讯传输。

模块采用邮票孔封装方式，可以贴片焊接，模块大 小为26. 9 mmX13 mmX2. 2 mm，可以方便安装 在Xy剂量率仅的电路系统中。芯片支持AT指 令，用户可以根据需要设置波特率等通讯参数。 在本系统中蓝牙模块和单片机间通过串口发送数 据，C8051F单片机自带串口和HC-08蓝牙模块 通讯接口直接连接，实现数据通讯。图3是蓝牙 模块接口电路。

3 APP应用软件

目前Android智能手机处理能力越来越强 大，作为便携式设备的控制平台，成本也在不断降 低。传统便携式设备测量的数据需要连接电脑进 行后续处理分析，现在可以直接在智能手机上实 时完成。另一方面，为了减小体积、降低成本，传 统便携式仪表的键盘设计简陋，在参数设置时使 用繁琐，而以Android手机为平台的控制系统，利 用手机输人法可以便捷地完成参数设置等功能。 Android手机自带的蓝牙功能，也为系统通过蓝 牙对设备进行无线控制和数据传输提供了方便。 Android手机程序使用JAVA语言开发，本系统 使用Eclipse开发平台实现设计[3]。

3.1程序架构

为了实现对便携式X7辐射剂量率仪的无线 控制，软件主要有如图4所示的多种功能:包括软 件注册、蓝牙通讯、GPS数据读取、实时曲线、实 时数据分析、历史数据、参数设置和报警监控。每 个功能都设计了人性化的操作页面，替代传统单 色液晶屏显示单元。

3.2蓝牙通讯

蓝牙通讯功能包括蓝牙设备管理和实时数据

通讯2个部分。系统将Android手机作为蓝牙的 客户端，剂量率仪所配置的蓝牙模块作为服务端，

202抽矿冶第35卷

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25 P3I

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a—单机

b—蓝牙模块

图3 蓝牙模块接口电路

主设备，手机作为从设备主动连接主设备，所以选 用了通讯方式最简单的BluetoothAdapter类控 制手机和设备的蓝牙传输。该类用于描述一个本 地的蓝牙适配器，并提供了蓝牙扫描、配对、连接 等接口。通过这类扫描接口发现新的蓝牙设备， 并跟据扫描得到设备MAC地址创建一个代表远 端设备的BluetoothDevice对象，进而可以创建

BluetoothServerSocket对象来监听设备间的通

图4

信[4]。图5为蓝牙通讯传输流程。

Android APP功能图

3.3软件注册

软件注册功能是通过读取手机IMEI编码，

用户可以手动选择要连接设备，实现1台手机控 制多台设备的效果，完成数据传输。系统利用手 机自带的蓝牙功能与辐射剂量率仪配置的蓝牙模

块进行配对。Android提供几个主要类支持蓝牙

为手机设置申请码，通过相应编码后，操作人员可 以得到唯一的注册码，经过系统注册页面填写认 证后才能解锁软件其他功能，确保用户无法将应 用程序安装在其他手机设备上，对剂量率仪的正 常工作进行控制。

Socket操作。本项目以辐射剂量率仪作为通讯

第3期关键，等：基于Android的X\"/剂量率仪无线控制系统的研制203

进入一般测量模式 进入快速测量模式 发送测量数据

发送测量数据

结束测量

图5 蓝牙传输流程图

3.4 GPS信息读取

GPS数据读取功能为保存的测量数据提供 准确的GPS定位信息。利用LocationManager 类，可以通过GPS对手机位置进行定位，GPS信 息包括了时间、日期、经炜度和海拔等信息数据， 可以准确的记录测量的地理位置，并和测量结果 一起打包保存。

3.5实时数据曲线与分析

实时曲线功能在系统接到蓝牙传输的数据后 为用户在手机屏幕上绘制出数据的走势图。系统 利用SurfaceView类实现绘制实时曲线，除了显 示数据外，还会显示出设置的报警限制线。

通过实时数据分析功能，系统能计算出实时 数据的最大值和平均值，并将结果显示在手机屏 幕上。

3.6历史数据

历史数据功能，主要是保存和调用测量的结 果。历史数据存储在手机SD卡里。检测的实时 数据，通过FileWriter类保存在手机SD卡的txt 文本文件里，方便数据拷贝、转移。通过程序菜单 可以调用以前的测量结果，软件根据测量数据还

会绘制出实时曲线。

3.7参数设置

参数设置功能主要是配合剂量率仪的蓝牙模 块，对设备存储芯片进行读写，并在以后可以调出

查询。其中控制设备测量的几组参数，通过

SharedPreferences类以键值对的方式存储在手 机内存里，开机自动调用。

3.8报警监控

报警监控主要是监控参数设置中的报警阈 值，一旦测量数据超过报警阈值，手机页面将变为 红色，同时利用SoundPool类播放设置的报警提 示音。除此外SoundPool类也提供了数据接收音 等功能，用户可以根据需要在参数设置页面进行

选择。

4系统测试效果

X7剂量率仪无线控制系统完成后，在放射性

国防计量一级站进行标定，设备在辐射场中，持续 将测量数据实时发送到手机上。如图6所示，程序 将仪表的检测过程都显示在手机页面上，准确的绘 制了测量曲线，显示测量峰值和平均值，并显示 GPS经讳度信息。表1为系统在野外无遮挡环境下 显示数据与仪表自带液晶屏显示单元的对比结果。

图6 程序运行界面

204

表1

仪表和手机 距离/m

020406080

抽矿冶

显示数据对比结果

液晶显示值/ (jnGy • h_1)

0. 5470. 5510. 5210. 5530. 526

手机显示值/

(^iGy • h_1)

0. 5470. 5510. 5210. 553未显迅

第35卷

使用便携可靠，操作方便，实现对设备的远程控制 参数修改，对实时数据的显示、分析和保存等功 能。同时可以有效地增加设备和测量人员的距 离，在无遮挡测量条件下，可以将人员所受辐射降

低到传统便携式测量仪表的1/3 600,对测量人员 起到了保护的作用，减少检测人员所受辐射。

参考文献：

[1]

王琳，庹先国，王磊，等.蓝牙通信在数字7谱仪中 的应用[J].自动化与仪表，2013,28(2) :27-29.[2] THOMAS E B.蓝牙低功耗无线技术的价值[J].电

子设计技术，2008(8) : 128-130.[3] [4]

范晨灿.基于蓝牙4. 0传输的Android手机心电监 张硕.基于ANDROID的蓝牙多点文件传输系统 护系统[D].杭州：浙江大学，2013:69-72.[D].呼和浩特：内蒙古大学，2013:5-20.

经过测试，系统可以实现对设备的无线控制、

获得GPS信息和传输数据的实时显示等功能。 在野外空旷环境下60 m范围内测量数据实时传 输的正确性达到100%，完全符合设计需要。

5结论

基于Android的X7剂量率仪无线控制系统

The development of wireless control system for Xy radiation meter based on Android

GUAN Jian, CHEN Gang, YUAN Hai-tao, SHEN Xue-ping,

FENG Wei-feng, WANG Teng-fei? LI Shao-hai

(Beijing Research Institude of Chemical Engineering and Metallurgy, CNNC» Beijing 101149, China)

Abstract： An Android application is developed for Xy radiation meter to realize wireless control for the

portable device. Therefore，Xy radiation meter can be controlled by Workers in the safe distance in

order to reduce personal radiation. By application of Android phones, the system can control the in­strument by Bluetooth wireless communication with User Interface which is more convenient than tra­ditional control panel. At the same time, taking advantage of powerful calculation ability of smart­phone > the system can provide real-time drawing and analyzing of processed data etc. for the measure­ment.

Keywords： Xy radiation meter； Bluetooth； Wireless Control； Android