基于Android平台的智能咖啡烘焙机
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摘 要：针对当今咖啡烘焙行业中烘焙操作门槛高、过程性数据缺乏记录关联、口感持续改进困难以及综合交流平台匮乏等痛点，该产品聚焦咖啡烘焙机智能化需求，基于Android平台配合智能监控模块提供了360°咖啡烘焙服务。该软件依托烘焙过程数据为用户提供了生豆信息管理、烘焙曲线监控、一键烘焙复刻、专业杯测记录、多元豆圈应用五大核心功能。
关键词：Android平台 咖啡烘焙 智能监控
中图分类号：TP31 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）11（b）-0014-02
中国咖啡市场正在经历现磨咖啡逐渐普及的阶段，现磨咖啡需求量不断上升、实体咖啡店数量增加、销售形式趋于多样化。咖啡烘焙机作为加工现磨咖啡原材料的主要工具仍高度依赖人工手动进行控制，依靠烘焙师的经验判断烘焙状态，智能化程度低。烘焙过程产生的大量烘焙信息和数据缺少记录以及关联手段，难以形成完整的记录体系。除此之外，咖啡行业链条长、环节多、渠道分散且各环节专业化程度较高的特点使得咖啡产业链上下游各司其职，目前尚未完成产业链布局。
针对以上问题，此文聚焦咖啡烘焙机智能化需求，提出了一套全方位咖啡烘焙方案。此方案中APP端使用蓝牙接收智能监测模块传输的数据，实现集原料管理、烘焙监测、智能反控、综合评价、多维互动为一体的360°咖啡烘焙服务，为用户提供专业的咖啡豆烘焙状态数据监控和实现基于优质温控曲线的傻瓜式烘焙过程复刻。
1 系统总体方案
该产品采用智能咖啡烘焙机+APP端+Server端的物理架构模式进行开发[1]，其中智能硬件为烘焙监控模块，用于采集咖啡豆烘焙过程的一系列数据，结合PID算法反控咖啡烘焙机;APP基于Android平台开发，依托烘焙过程数据为用户提供豆柜管理、烘焙监测、一键反控、评测记录、豆圈应用等多维度一体化咖啡烘焙服务[2];Server端实时同步烘焙数据，实现数据存储、解析、转发处理。
2 APP总体设计
该软件通过面向对象的方法进行设计，采用C/S架构部署服务器，主要用到的技术工具有Tomcat7.0应用服务器，MySql数据库，使用Java语言开发。
2.1 系统核心功能
APP端提供了生豆信息管理、烘焙曲线监控、一键烘焙复刻、专业杯测记录、多元豆圈应用5大核心功能。
（1）生豆信息管理。记录生豆库存信息，利用多种筛选条件为用户提供个性化的原材料管理功能。
（2）烘焙曲线监控。APP通过智能监测设备实时采集多路温度数据，并采用直观烘焙曲线、数据列表两种方式呈现。烘焙结束时，生成烘焙报告。同时，将数据同步到服务端进行存储。
（3）一键烘焙复刻。根据选择的参考烘焙曲线解析出温度数据，通过蓝牙将数据发送至硬件終端调节烘焙温度[3]。
（4）专业杯测记录。依据SCAA标准制定包括口感，瑕疵等14个评价指，并根据指标数据分析评价结果供用户随时查阅。
（5）多元豆圈应用。围绕咖啡文化设计具有多种增值功能的互动应用平台，为生豆及附属品供应商、咖啡烘焙师及爱好者们架起沟通桥梁。
2.2 实现过程
实现智能咖啡烘焙监测系统需利用AndroidSDK结合Java代码，通过apkbuilder生成apk文件，即Android应用程序。
此产品采用BLE4.0协议实现APP与智能咖啡烘焙控制模块之间的数据交互，通过发送不同的指令来获取相对应的数据[5]。为了提高烘焙品质，我们自主研发了基于傅里叶级数的PID算法，并不断优化算法，将其从1.0版本更新到4.0版本以实现精准温控[4]。
2.2.1 建立静态UI
首先，为了实现多个功能所需的多个页面，需新建多个xml布局文件，分别加载各个功能页面。其次，新建多个Java文件继承APPCompatActivity分别对应每个xml布局文件，通过编码实现组件的动态更新与显示。
2.2.2 实现蓝牙连接与数据传输
首先，为了使APP可以使用蓝牙的相关功能，需在AndroidManifest.xml文件中添加蓝牙相关权限。其次，在打开APP时，通过Android平台提供的BLE4.0API功能，扫描附近可连接设备（如果没有开启蓝牙功能会自动开启），选择智能检测模块设备进行连接（如果是第二次连接，BLE会根据上一次连接的MAC地址查询当前蓝牙列表是否存在该设备）。
搜索蓝牙时将会根据智能监测模块的MAC地址进行连接，第一次连接之后会将该设备的MAC地址存入本地文件中，下次连接时将会自动连接。连接成功后，APP通过蓝牙服务读取智能监控模块记录的豆温、进风温、出风温和环境温，并在APP首页形成温度曲线;用户可以通过选择自动烘焙模式启用烘焙曲线，APP根据选择的曲线解析数据，通过蓝牙将数据发送至硬件终端，烘焙监控模块根据数据反控咖啡烘焙机。
2.2.3 更新UI
当接收到服务器或者智能监控模块发送的数据时调用Handler的sendEmptyMessage方法更新相关的UI。
2.2.4 后台完成耗时操作
在收发服务器和智能监控模块发送的数据时会消耗一些时间，为了避免用户在使用该软件时遇到卡顿等现象，这里启动了两个新的线程，分别用于服务器和智能监测模块的数据发送和接收。
3 研究结果与分析
在该文中，我们介绍了一个基于BLE4.0和Android应用程序的蓝牙通信软件以及用于监控的智能设备的全方位咖啡烘焙方案。该方案实现方式简单，BLE4.0是当今智能手机的标准配置，并且无线网络几乎无处不在，在使用上不会存在任何问题。该软件使用了小米MIX 2S、华为P20和vivoNEX进行了测试，兼容性良好。
4 结语
该软件实现了集原料管理、烘焙监测、智能反控、综合评价、多维互动为一体的360°咖啡烘焙服务，用科技改变咖啡烘焙，为用户提供专业的咖啡豆烘焙状态数据监控和实现基于优质温控曲线的傻瓜式烘焙过程复刻。
参考文献
[1] 吴珊.Android的系统及应用的架构[J].电子技术与软件工程，2019（3）：148.
[2] 芮素文.基于Android平台软件开发方法的研究与应用[J].信息通信，2015（3）：106.
[3] 吴传宇.云南咖啡豆烘焙温度曲线试验研究[J].集美大学学报：自然科学版，2013（5）.
[4] 刘家琪，刘嵩，韦亚萍，等.基于单片机的PID温度控制系统设计[J].湖北民族学院学报：自然科学版，2019，37（2）：219-222.
[5] 胡成.基于Android系统的低功耗蓝牙技术[J].电子技术与软件工程，2018（16）：45.
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