基于Android的手机电池保姆软件的设计与实现本科毕业设计论文.docx
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基于Android的手机电池保姆软件的设计与实现本科毕业设计论文
大连理工大学本科毕业设计（论文）
基于Android的手机电池保姆软件的设计与实现
TheDesignAndRealizationOfHandsetBatteryNannySoftwareBasedOnAndroid
大连理工大学
DalianUniversityofTechnology
摘要
在移动智能设备高速兴起的时代，各大移动操作系统进行了激烈的竞争，Google的Android操作系统以59.5％的市场份额占主导地位，因此Android移动设备的具有庞大的占有量。
随着Google对AndroidSDK的更新，最新版本已经到了Android4.2，Android系统变得越来越受到大众的喜爱，它的市场占有率也会随着系统的更新和完善变得越来越大。
现在各大手机厂商纷纷角逐Android智能手持设备，硬件和软件的竞争也越演越烈。
由于智能移动设备耗电快，电池续航能力一直是大家关注的焦点，除了更换更大容量的电池，电池优化软件也起着越来越重要的作用，因此在Android平台开发一款电池管理软件是非常必要的。
本软件主要是针对装有Android系统的移动设备进行电池电量监控，以及软件的耗电量管理。
本软件设计运用了软件工程的思想，沿着软件可行性研究，需求分析，系统设计和实现，以及系统测试步骤进行开发。
以Android为平台，设计出一个具有省电管理、充电管理、模式管理及耗电排行多功能于一体的手机电池保姆软件。
关键词：
Android操作系统；电源管理；智能手机；AndroidSDK
TheDesignAndRealizationOfHandsetBatteryNannySoftwareBasedOnAndroid
Abstract
Intheeraoftheriseofhigh-speedmobilesmartdevices,majormobileoperatingsystemvendorscompetevehemently,Google’sAndroidoperatingsystemistheleadingrolewiththemarketshareof59.5%,soAndroidmobiledeviceshaveveryhugeamount.WiththeGoogleAndroidSDKupdate,thelatestversionhastoAndroid4.2,Androidsystembecomesmoreandmorelovedbythegeneralpublic,itsmarketsharewillbecomelargerandlargerasthesystemupdateandimprove.ThemajormobilephonemanufacturerstakepartinmanufacturingAndroidsmarthandhelddevices,hardwareandsoftwareRushalsointensified.Asthefastpowerconsumptionofsmartmobiledevices,batterylifehasbeenthefocusofattention,batteryoptimizationsoftwareplaysanincreasinglyimportantroleintheAndroidplatformexceptreplacinglargercapacitybattery,soitisnecessarytodevelopabatterymanagementsoftwareintheAndroidplatform.
Thissoftwareismainlytomonitorbatterypower,andsoftwarepowerconsumptionmanagementformobiledevicesequippedwithAndroidsystem.Thissoftwareisdesignedwiththethinkingofthesoftwareengineering,alongwiththesoftwarefeasibilitystudy,requirementsanalysis,systemdesignandimplementation,andsystemteststepsfordevelopment.WedevelopasoftwareofMobileBatteryNannywhichhasthefunctionsofpowermanagement,chargemanagement,modelmanagementandpowerconsumptionrankontheAndroidplatform.
KeyWords：
AndroidOperatingSystem；PowerManagement；SmartPhone；AndroidSDK
引言
3G牌照在国内发放之后，各通信公司对3G网络进行了大规模的建设，智能手机也开始在国内快速发展，移动互联网进入了一个蓬勃发展的时代。
与此同时，4G网络也逐渐进入人们的视野，中国移动陆续在杭州、北京等城市进行4GLTE网络的测试，移动互联网越来越成为未来发展的主力军。
Google、苹果、黑莓等各大软硬件公司纷纷使出了自己移动领域的杀手锏，想从移动网络市场分得一杯羹。
Android（安卓）是一种开源平台,它实现了在相同的硬件配置上展现更优性能的承诺,并且获取软件的成本较低,这有助于在运营商容量过度的网络中开展新的数据服务[1]。
随着AndroidSDK的更新，Android系统变的越来越强大，Android正快速地迈入现代生活的各个角落。
Android注重与手机厂商以及全球的软件开发者进行交流，这是一种强大的商业吸引模式，在短短的几年时间里，它超越了曾经风光无比的iOS操作系统，其app数量和系统市场占有量都稳居第一，伴随着装有Android操作系统的移动设备数量的增加，基于Android的应用程序的需求和发展空间必定增加。
Android作为近几年来新兴的技术，在国内这方面的技术和资源还不是很丰富，目前仍属于起步和探索阶段，为了赶超国际阵营，大家赶紧加入Android应用开发联盟中来吧！
目前随着移动设备的普及，越来越多的移动设备厂商开始布局移动设备，导致了移动设备硬件的快速的提升，移动系统平台也处于激烈的竞争状态。
由于电池技术没有遵循摩尔定律法则，移动设备的续航能力越来越成为智能设备进一步提升的瓶颈，在这样的条件下，可以尝试从软件的角度解决或是改善智能设备的续航能力这一难题，本人就是在该思想的指导下进行尝试，设计了一款电池保姆软件来解决该问题。
本软件以节省和监控电池电量为核心，通过实时监控手机各个软件耗电数据以及为用户提供各种省电技巧来达到延长电池使用时间的目的。
同时也在用户体验和软件界面上下功夫，为用户提供舒服且实用的服务，更尽可能地提高移动设备的续航能力。
根据以上需求，本文将致力于开发一款省心、省电的电池保姆软件，提供一键省电按钮，方便快捷的解决手机耗电问题；在充电过程中动态的显示手机电池的充电变化，及时提醒用户充电信息；为用户提供多种手机模式，同时也可以定时的自动切换到用户所定义的模式，及时的为用户省电；记录并展示各种软件所耗电量，方便用户及时关掉耗电“大户”。
1背景及技术简介
1.1背景及现状
2007年1月9日史蒂夫·乔布斯在Macworld宣布推出一款智能手持设备iPhone，将创新的移动电话、可触摸宽屏iPod以及具有桌面级电子邮件、网页浏览、搜索和地图功能的突破性因特网通信设备这三种产品完美地融为一体，让用户用手指即可操控iPhone。
iPhone树立了移动设备软件尖端功能新的里程碑，为用户们重新定义了移动电话的功能。
这一款iPhone开创了移动市场的新纪元，而一年后的2008年9月，首款搭载Android的智能手机上市，移动市场便开始了Android和iOS角逐的时代，后来又慢慢出现了其它手机操作系统。
Android系统是由Google在2007年11月5日发布的基于Linux内核的手机系统平台，它作为Google布局移动互联网战略的重要组成部分。
从技术角度而言，Android和iPhone都是采用WebKit浏览器引擎，具备触摸屏和上网功能，但是Android是一个开源的系统，给予开发者很大的自由开发平台，Android又不断更新自己的版本，从Android1.1，到目前已经更新到Android4.2，系统不断加入新元素，从单点触控到多点触控，从低分辨率到高分辨率，从以前的普通联系人到现在的数据同步，从简单的浏览器到现在的HTML5，Android已经从一个追求稳定的系统转变到追求完美系统的阶段其功能越来越强大，使用越来越方便。
此外Android不仅仅支持Java，还支持C、C++等主流的编程语言，还支持Ruby等脚本，Google又不惜重金举办Android开发大赛，吸引了众多开发者的目光，借助强大的Android，以及开放和免费优势，全球范围的电信行业，手机制造商纷纷加入到Android开放手机联盟中来。
目前共有三大移动操作系统瓜分着市场份额，他们分别是Android，iOS和WindowsPhone。
其中Android份额最大，iOS次之，由于Android免费和其开源性，所以各大手机厂商纷纷选择加入Android阵容，也都推出了相应的Android手机和平板设备，其中包括HTC、高通、摩托罗拉、三星、LG以及中国移动在内的多家企业，他们都基于该平台开发手机的新型业务，应用程序之间的通用性和互联性将在最大程度上得到保持[2]。
iOS是由苹果公司开发的手持设备操作系统。
苹果公司最早于2007年1月9日的Macworld大会上公布这个系统。
iOS与苹果的MacOSX操作系统一样，它也是以Darwin为基础的。
截止到2012年第四季度，iOS的市场份额为21.0%。
WindowsPhone是微软发布的一款手机操作系统，2010年10月11日晚9点30分，微软公司正式发布其智能手机操作系统WindowsPhone，同时将谷歌的Android和苹果的iOS列为主要竞争对手。
2011年2月，诺基亚与微软达成全球战略同盟并深度合作。
截止到2012年第四季度，WindowsPhone的市场份额为2.6%。
到2013年第一季度，全球智能移动设备出货量为3.087亿部，同比增长37.4%。
谷歌Android操作系统在第一季度全球智能移动设备市场上所占份额为59.5%，占据主导地位；苹果公司的iOS操作系统次之，为19.3%；微软Windows和WindowsPhone再次，为18.1%。
Android手机在全球智能手机出货量中所占比例为75.6%，其中三星再度占据主导地位，其出货量同比增长64.3%，所占份额超过32%；苹果公司智能手机全球出货量同比增长6.7%，至3700万部，创下自2007年发布首款iPhone以来的最低增幅[3]。
由此可见，Android移动操作系统拥有庞大的用户群。
此外，还有黑莓的OS系统，火狐OS等，国外各大硬软件厂商纷纷角逐移动领域，使得竞争变的越来越烈。
但是随着移动设备硬件和软件性能的提升，它们面临的短板也慢慢凸显出来，续航能力就是首要待解决的问题，久困于瓶颈中且无法取得突破的手机电池技术越发受人诟病，自从1992年首款商用锂离子电池问世以来至今的20年间，锂离子电池就再没有如当年取代镍氢电池那般具有革命意义的进步了，有些手机连一天也撑不过去，一天一充也成为了常态。
科学家们并非放弃了对手机电池的研发，到目前为止已经有多种电池解决方案诞生。
早在去年11月份，美国的科学家就已经完成新型的锂离子电池技术研究，它拥有10倍于现在锂离子电池的容量，而充电时间却缩短到目前水平的十分之一。
另外还有大家熟悉的燃料电池也将会在今年投入上市，但是这些新兴技术需要时间和市场的考验，真正得到广泛应用还需时日。
1.1.1国内研究现状
与国外相比，国内目前还缺乏自主创新的独立操作系统，但是国家也在大力投入，移动的Ophone，小米的MIUI，华为的Emotional等基于Android的手机操作系统也呈现欣欣向荣，百家争鸣的景象。
随着4G建设的开始和逐渐普及，移动领域将会是未来科技的主力军，国家现在正在发力建设4G网络，2006年，中国移动与全球六大电信运营商等共同成立了NGMN（下一代移动网络组织）[4]，2008年初，中国移动联合沃达丰、Verizon在巴塞罗那启动三方联合测试，正式拉开了TD-LTE产业化的序幕。
经过近4年的研发和测试，目前，全球主流的设备商都已参与到TE-LTE产业链中。
高通、爱立信等国内外厂商的芯片有望在今年实现量产；在终端设备上，除了中兴、华为外，三星等大市场份额的品牌厂家支持TE-LTE网络。
而且中国移动的4G网络已经处于测试和试行阶段，未来的一到两年，人们很快就会尝到4G网络的甜头，目前，中国移动已在北京、上海、杭州、南京、广州、深圳、厦门、青岛、天津、沈阳、宁波、成都、福州共计13座城市部署了TD-LTE试验网。
中国移动表示，2013年将新建20万个TD-LTE基站，目标实现全国覆盖。
但是如果没有一款属于自己的操作系统，始终会受制于人。
同时，由于各大移动厂商纷纷拼手机硬件，Android的开发者则着力拼软件的数量，昔日性能手机“机王”赖以炫耀的4寸乃至4.7寸的触摸屏，双核乃至四核的CPU，和更快速的内存都已即将沦为今日手机“标配”，对于消费者来说，技术的进步永远能够带给人欢喜。
然而，触控屏幕是个“耗电大户”，处理器、信号、系统等对于电量的需求也有增无减，但严格受限于外观体积，智能手机内部所能容纳的锂电池容量却很难再做提升，因此，手机电池续航性能成为制约手机性能提升的瓶颈。
而在所有主流智能手机系统平台中，尤以安卓系统耗电问题最为凸显，约有60%的安卓软件，都存在过度耗电问题。
经调查，手机电池中1500mAh以下产品仍是目前市场上的主流，其价格、功能对于消费者都比较有吸引力；1501-2000mAh产品虽然仅占9.1%，但有31.1%的消费者表示对其感兴趣，这部分产品的电池容量优势并不大，但因为功能、配置、外观等其他原因，其吸引的关注人数比例比其产品占比要大得多[5]；而2001-3000mAh的产品无论是产品占比还是关注比例均在2.0%左右，其产品数量较少，上市时间较短，价格往往也较高，因此一般消费者并不会特别关注；最后3000mAh以上的产品特征与2001-3000mAh产品较为接近，因此产品占比和关注比例均不足0.1%，如图1.1所示。
图1.12013年3月中国手机市场不同电池容量产品占比与关注比例对比
目前，国内各移动互联网厂商推出了形形色色的电池管理软件，从格外强调电池保养的金山电池医生，到一个月连续更新三个版本的360省电王，都在为用户们延长手机电池的续航时间各出奇招。
可见如何延长电池使用时间，是一个急需解决的问题。
1.2技术介绍
开发Android应用最常用的语言为java语言，本软件也是使用java进行Android开发，开发工具为EclipseRelease3.7.2，AndroidSDK版本为4.0。
开发过程中使用数据库SQLite。
1.2.1java技术
Java是一种夸平台的面向对象的编程语言，在1995年5月，由SunMicrosystems公司推出。
Java技术有着非常优秀的高效性、安全性、通用性和平台移植性，所以它被广泛的应用在数据中心、电脑、游戏设计和控制、Supercomputer、手机和Internet等领域，同时它也有着全球最大的开发团体和社区群体。
Java是有Java编程语言、Java类文件格式、Java应用程序接口和JavaVM组成。
其中JavaVM和Java应用程序接口（API）构成了Java平台，由于Java平台有自己的虚拟机和API，所以它基本可以嵌入在所有的操作系统中，而且Java程序可以只需编译一次，就可以在各种操作系统中运行[6]。
Java作为一种开发的技术，是目前已经非常流行和成熟的技术。
Java语言的特点
（1）简单性
Java是个精简的系统，无需强大的硬件支撑。
Java和主流的开发语言C和C++很类似，所以很容易学习和使用。
同时Java摒弃了C++中一些令人难以理解、容易犯错、很少使用的一些特性，如多重继承、运算符重载、指针和内存管理等，Java语言具有支持多线程、自动垃圾收集特性，程序开发者们则不必再为内存管理而担忧。
（2）面向对象
面向对象是Java最基本的特性。
Java语言的设计完全是面向对象的，只支持单继承，但是可以实现接口之间的多继承，并且具有类和接口之间的实现机制，且支持动态绑定功能。
它没有像C语言那样的面向过程的程序设计技术，所有的Java程序和applet均是对象。
（3）分布式
Java支持Internet的应用开发，它具有一个网络编程接口，包括一个支持HTTP和FTP等基于TCP/IP协议的子库。
因此，Java应用程序打开和访问网络上的对象特别方便。
Java的远程方法激活机制在为开发者开发分布式应用时提供了一个重要的手段。
（4）健壮性
Java是一种强类型语言，它在编译和运行时要进行大量的类型检查。
类型检查帮助检查出许多开发早期出现的错误。
Java自已操纵内存减少了内存出错的可能性。
Java的数组并非采用指针实现，从而避免了数组越界的可能。
Java通过自动垃圾收集器避免了许多由于内存管理而造成的错误。
Java在程序中由于不采用指针来访问内存单元，从而也避免了许多错误发生的可能。
（5）结构中立
作为一种网络语言，Java程序在Java平台上要编译成中立的格式，这样才可以在该平台运行。
所有运行Java的机器都可以运行这种中立的格式。
所以同一个应用程序可以在不同平台上运行。
（6）安全性
Java通常被运用与网络，网络环境下，安全性是非常重要的。
Java提供了一套安全的机制来防止恶意攻击。
一方面，Java删除了C++中指针和释放内存等功能的操作，避免了黑客通过利用内存来进行破坏。
另一方面，Java语言创建的浏览器，把语言功能和浏览器自身所提供的功能相结合，确保它更加安全。
Java拥有多个层次的互锁保护措施，能够有效阻挡恶意破坏行为的发生。
Java也对通过网络下载类提供一个安全防范机制，并且提供安全管理机制来为Java应用设置安全保护。
（7）可移植性
Java体系的可移植性来源于Java结构的中立性，这使得Java应用程序可以在任何具有Java解释器和Java虚拟机的任何操作系统上运行，这是Java得以可移植性的基础条件。
Java有自己的基本数据类型及其运算法则，使Java数据得以在任何硬件平台上保持一致，同样也保证了Java语言的可移植性。
同时Java编译器也是通过Java语言编写，Java运算系统的编制是依赖于POSIX方便移植的限制，Java的运行环境是用ANSIC实现的，这说明Java本身也具有可移植性。
另一方面，Java语言的类库也体现可移植性。
（8）解释型的
Java程序在Java平台上被编译成字节格式，Java运行系统能直接对Java字节码进行解释执行，执行的过程中需要在类连接过程中嵌入到运行环境中。
链接程序通常比编译程序所需资源少。
（9）高性能
虽然Java是解释执行程序，但是与那些解释型的高级脚本语言相比，但它具有非常高的性能。
并且，Java可以在运行时直接将目标代码翻译成机器指令，因此这时候它具有更高的性能。
（10）多线程
对于Java语言来说，线程相当于一种特殊的对象，线程有时也称小进程，是一个大进程里分出来的小的独立运行的基本单位。
它必须由Thread类来创建线程，通常有两种方法：
Thread的构造子将一个实现了的Runnable接口对象通过包装转换成一个线程；Thread类中派生出一个子类并重写Run方法，这个类创建的对象成为一个线程。
Java提供的多线程可以在同一个时间执行多个任务，即同时进行不同的操作或处理不同的事件。
Java语言提供了多个线程之间的同步，多线程具有更好的网上交互性能和实时控制性能，并且在多媒体功能更能展现出多线程的优势。
（11）动态性
Java语言可以适应动态环境的变化。
程序动态地装入运行过程中所需要的类，也可以在网络上来载入所需要的类信息。
Java中的类有一个运行状态时刻的表示方法，可以进行类型检查，这是采用C++语言进行面向对象程序设计时所无法实现的。
1.2.2Android技术
2007年11月5日，Google宣布一款基于Linux开发平台的开源手机操作系统Android，这款操作系统最初是由AndyRubin开发，主要是运用于手机等移动平台，现在已经被Google收购注资。
Android主要用于便携手持设备，与Android竞争对象主要是苹果公司的iOS和微软公司的WindowsPhone。
Android作为一款开放式的操作系统，开发者可以用Java作为编程语言来开发应用程序，也可以使用C/C++作为编程语言来开发应用程序，同时也可以应用一些脚本语言来开发编程，如tcl、php、python等等，通过MonoDroid工具，开发还能够运用C#作为编程语言来为Android开发应用程序。
另外，2009年，Google特别发布了一款针对初学者的开发语言AndroidSimple，以方便初学者快速学会Android开发。
在网页编程方面，各种开发语言，像HTML5、jquery、JavaScript、mobl等等都已经可以在Android上使用[7]。
Android系统架构和其他操作系统一样，采用了分层的思想。
Android系统主要分为四个层，分别为应用程序层（Application）、应用程序框架层（ApplicationFramework）、系统运行库层（Libraries）、linux核心层（LinuxKernel），如图1.2所示。
（1）应用程序层
Android平台包含了许多应用程序，它不仅仅是一款操作系统，比如SMS短信客户端程序、闹钟程序、锁屏程序、相机程序、Web浏览器、文件管理器等应用程序。
这些应用程序都是运用Java语言开发，但是也可以用其他开发语言。
Android开发者可以在该层开发各种应用程序，所有的应用程序都是共享系统中的数据库信息和系统库信息。
（2）应用程序框架层
应用程序框架层是我们从事Android开发的基础，很多核心应用程序也是通过这一层来实现其核心功能的，该框架的架构设计简化了组件的重用，开发人员可以完全访问系统核心应用程序所需用的API框架信息，只要遵循框架的安全性机制，每一个程序都可以使用它所发布的功能模块，也可以通过继承而实现个性化的拓展。
应用程序都是需要一系列的服务和系统来支持，其中丰富而又可扩展的视图用来构建应用程序，内容提供器让应用程序之间数据共享，资源管理器提供非代码资源的访问，通知管理器可以在状态栏中显示应用程序的自定义信息，活动管理器用来管理常用的导航回退功能以及应用程序的生命周期。
（3）系统运行库层
系统运
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