基于FS_S5PC100和Android平臺的智能模擬系統的設計與實現

摘要：基于FS_S5PC100硬件平臺和Android框架，設計與實現了一個智能家居系統。首先，在Android框架下設計與實現了智能家居系統的JNI程序、底層Linux驅動程序和基于Java的用戶界面程序，然后在板級資源基礎上模擬實現了智能家居系統中的室內光源控制、異常報警、溫度采集和控制、電壓采集和控制等七個功能模塊。最后經測試，系統運行穩定，操作方便，可擴展性強，對日后開發相似智能系統具有一定的借鑒價值。

關鍵詞：Android；JNI；Linux；智能家居

中圖分類號：TP3681 文獻標識碼：A文章編號：2095-2163（2013）02-0065-03

0引言

智能家居是以住宅為平臺，兼備新式建筑、網絡通信、信息家電、設備自動化等諸類優勢，群集系統、結構、服務、管理于一體而打造的以高效、舒適、安全、便利、環保為主旨特征的高科技時代先進居住環境。該類型家居不僅具有傳統意義上的居住功能，更為人們提供了舒適安享的家庭生活空間，而且通過把智能高科技帶進家庭，由此使全方位的信息交換成為可能[1]。目前，隨著基于3G和WIFI功能的各類智能產品逐步進入人們的生活，基于Android的智能家居系統也必將引領未來的家具潮流。

本文在FS_S5PC100硬件平臺上，利用Android框架，模擬實現了智能家居系統。系統功能主要有，通過LED燈模擬控制室內光源，通過蜂鳴器模擬報警功能，通過按鍵模擬室內人員移動方向，通過RTC時鐘實現采集并控制時鐘，通過溫度傳感器、電位器等模擬室內相應的數據采集模塊。測試結果表明，該系統可擴展性強、操作方便，為實際制作基于Android的智能家居系統提供了有益的理論參考。

1需求分析

11任務描述

通過本系統，可以對家庭的各項數據進行采集、進而對家用電器實行遠程控制；當室內出現異常狀況時，用戶能夠及時得到通知并通過網絡實施操作以降低損失。在使用上，本系統應該適合大眾消費群體，用戶利用手機界面上的相應按鈕能夠快速達到精通，并可以對系統進行全面觀察和監控，執行相應動作。

系統中，Android是一個源碼開放、且為移動電話而專門設計的操作系統。在深入了解Java編程、Hal架構編程、Linux驅動編程基礎上，將Android與傳感器技術相結合，加以技術開發，設計得到了基于Android的智能家居系統，系統層次架構如表1所示。

12任務目標

本模擬系統以FS_S5PC100開發板為硬件平臺，利用Android系統實現了前端數據采集和后臺控制兩部分，即實現了遠程控制和本地監控兩大功能，具體包括七個功能模塊，這七個模塊分別是：

（1）LED模塊：模擬控制光源。

（2）蜂鳴器模塊：模擬報警功能。

（3）按鍵檢測模塊：模擬室內人員移動方向。

（4）RTC實時時鐘模塊：采集并控制時鐘。

（5）溫度傳感器模塊：采集溫度數據。

（6）ADC電位器模塊：采集電壓信息。

（7）方向傳感器模塊：模擬三個軸方向信息。第2期王冬星，等：基于FS_S5PC100和Android平臺的智能模擬系統的設計與實現智能計算機與應用第3卷

2HAL框架的設計與實現

硬件抽象層通過open（），read（），write（）， ioctl（），poll（）等函數調用的方式，與底層設備驅動程序進行交互，而這些函數調用是底層設備驅動程序預先定制的。對于目前的HAL，可做如下認定：Android給出了HAL層結構框架，可通過多個接口訪問硬件，從而在調用方式上達到了統一[2]。

以LED模塊操作為例，其在HAL架構的各層接口，包括應用層和驅動層，具體如圖1所示。

HAL層實現了四個模塊：LED、蜂鳴器、按鍵檢測和RTC。在此，重點說明LED模塊，其它模塊實現方法與其類似，具體可參見LED模塊即可。

2.1LED模塊

LED模塊主要模擬實現智能家居的光源情況，用戶可以根據室內光照的明暗程度對光源進行控制，在整合Android各個框架的基礎上，實現對硬件設備LED的控制。具體的設計和實現如下。

2.1.1驅動設計與實現

GPG3（0-3）控制LED亮滅，電路中，當GPG3（0-3）各位均輸出高電平時LED亮，反之則滅。對GPG3CON進行設置，將對應的4位設定成輸出位；對GPG3DAT給以賦值，控制各LED亮滅。在ioctl（）中增加一個arg參數，通過傳遞參數對4個LED燈進行選擇，并在ioctl前就對arg參數加以判斷，確定其是否合法。在驅動程序中應用的宏和全局變量如表2、表3所示。

2.1.2HAL層設計與實現

HAL層中應用宏，如表4所示。

該層實現了可供JNI層調用的接口，實現代碼如下：

在這些函數實現中，利用底層驅動提供的接口，即ioctl，控制寄存器完成控制LED燈的亮滅操作。

該層調用了led_device_open函數和led_device_close函數。其中的led_device_close函數可用來釋放led_device_open函數中申請的結構體指針，并關閉文件設備fd。

實例化后的led_control_device_t地址返回給JNI層，其后JNI層就可以直接調用led_on等方法，還可以操作處理stub的函數，進而控制函數。JNI層使用的全局變量如表5所示。

22蜂鳴器模塊

蜂鳴器模塊主要模擬現實家居的報警功能，用戶可以根據室內物體移動等情況決定是否開啟報警系統，其驅動實現、HAL層實現和JNI層實現類似LED模塊。

23按鍵檢測模塊

按鍵檢測模塊主要模擬現實家居中人員的移動方向，用戶可以根據室內人員的方向來判定。

在FS_S5PC100平臺上，6個按鍵分別對應EINT1-7。其在核心板上對應為：GPH0_1-GPH0_7。根據接收中斷的不同，賦給全局變量key的值也就不同，以此代表不同的中斷，并將key傳給用戶界面。

2.4RTC實時時鐘模塊

RTC實時時鐘模塊主要對現實家居中時鐘的數據采集和進行相應設置。

3Sensor架構程序設計與實現

Android的傳感器系統，為開發者提供了統一的程序框架來實現系統中的多個傳感器功能。試舉一例，在本系統中利用磁場傳感器來模擬AD轉換，并實現了溫度傳感器數據采集。

作為直接與驅動程序相聯系的接口，Sensor_Hal_Stub實現了所有傳感器的基本操作程序接口，同時又結合了傳感器系統的特點，將所有傳感器整合到統一框架中，實現了多個傳感器的訪問控制[3]。

4系統測試

經測試，系統運行穩定，基本實現了需求分析中的既定任務目標。例如，點擊LED控制室內光源的測試，相應控件提示點亮信息，并將結果反饋給用戶，告知與其關聯硬件LED燈點亮。模擬控制室內光源測試效果如圖2所示。

5結束語

本文以FS_S5PC100為平臺，基于Android框架，模擬實現了一個智能家居系統。經測試，實驗室中的系統實現了既定的任務目標，但還有許多不足和有待改進之處，如界面設計不夠友好，互動性功能不完備等，這些均需要在下一步的研究工作中進行完善和提高[4]。

參考文獻：

[1]賀翔，孟小華.嵌入式智能家居終端人機界面設計與實現[J].計算機工程與設計，2010，31（10）：2166-2168.

[2]楊豐盛. Android技術內幕[M].北京：機械工業出版社，2011：3-100.

[3]鄧凡平.深入理解Android[M]. 北京：機械工業出版社，2011：1-41.

[4]王藝璇.基于Android平臺的移動圖書館客戶端設計與實現[J]. 智能計算機與應用，2011，1（4）：28-30，33.