基于Android的智能家居系統設計與實現

摘 要：針對目前Android系統的廣泛應用，在對智能家居控制系統做了深入探討后，提出了一種成本低廉，易于擴展的智能家居控制系統。此系統是基于目前最流行的Android平臺，由于該平臺的開放性，所以利用此系統提供的各種接口包，本文建立了基于Android平臺設備的控制端軟件，而家中設備利用ARM平臺搭建，中間件為一個控制網關，此系統的成功實現表明本系統不僅很好的把家用設備與Android設備緊密的結合起來，還能經過擴展，還能應用到其他諸如智能酒店等。

關鍵詞：Android；控制網關；智能廚房

1 引言

智能家居概念的提出已經一段時間了，用戶是以住宅為平臺，融合了各種新興的技術，如通信、自動控制等，集成了諸如家電、安防等設施。造就一個安全、便利、舒適、環保的家居生活環境“目前智能家居正朝著具備無線遠程和近程控制相結合、多媒體，游戲娛樂功能于一身、快速便利的家電控制等功能的方向發展，其核心技術為擴展性強的智能家居控制器和滿足信息傳輸快而準需要的家庭網絡”[1-3]。

2 系統總體方案設計

本文主要是針對家庭里的家居等進行控制。該系統根據客戶要求，采用了C/S（客戶端/服務端）模式，在客戶端本文采用的是具有Android系統的設備，服務端是基于ARM平臺的家用設備及網關。

客戶可以在任何時間和任何地點在有網絡的時候查看和控制家中設備。

智能家居系統主要利用GPRS、3G、WIFI等技術實現遠程監控通信。系統整個框圖如圖1所示。

具有Android系統的智能設備通過GPRS、3G、WIFI連接到家庭內部網絡，控制網關通過以太網連接到家庭內部的網絡，家庭中所有設備都會與家庭網關相連，家庭網關配有WIFI模塊和3G模塊。用戶使用智能設備進行操作控制，發指令代碼通過網絡到控制網關，控制網關在接收到指令后，就會根據指令對家用設備進行控制，并執行相關的動作。當然這中間有一個交互的過程，就是當智能設備發送指令后，網關應該先回一個指令反饋查詢的家庭設備狀態。

2.1 硬件設計

由于本文所控制的所有設備都只是一些開關信號，所以只選擇一種進行設計控制即可。

（1）主控模塊。由帶Android系統的智能終端。其主要功能是通過手持終端設備，利用網絡無線通信技術實現對整個系統的各個網關進行控制和查看。

（2）溫度控制模塊控制。該系統采用的是數字溫度傳感器-DS18B20，此傳感器是是數字型傳感器，單總線結構，所以不但可以減少接口電路，還可以避免模擬電路帶來的干擾。

（3）時間芯片。本系統采用的是DS1302充電時鐘芯片。

（4）本系統采用的是12864LCD來顯示，這樣不僅直觀，并且可以最大限度的滿足大多數人的需求，系統狀態等信息都可以循環顯示在上面，并且可靠性高，驅動靈活。

由于硬件比較簡單，限于篇幅，在這里就不一一贅述。家用設備等電器主要是接收控制網關發來的數據。

2.2 控制網關設計

本系統的控制網關采用的是ARM 802.11n+3G模式，這樣的設計系統性能穩定，又易于擴展。ARM可以把以太網接收數據，并把這些指令轉發到智能廚具上，或者把廚具接收的數據發送到以太網上。其控制關系原理框圖如圖2所示。

3 Android終端的具體設計

Android智能設備終端是通過網絡與家用設備進行數據交換的。

如果出門在外時，智能終端是通過WIFI或者3G網絡進行操作，由于發送的數據不多，所以所需要流量也比較少。當然在家時，完全可以通過家中WIFI來控制。本系統所發指令主要是對家用電器進行控制。本文主要研究具有Android系統的智能設備對上述部分的管理和控制。智能終端如果要控制和管理家用設備，首先要發送一個控制指令給網關，以便網關能獲取智能設備管理的手機IP地址，這樣的鏈路建立起來才能進行下一步的通信，以方便多智能終端進行多設備同時控制。

家中設備的控制：當持有智能終端的客戶打開智能終端的APP時，連接網絡后主人可以直接通過網關對家中的設備進行管理和控制。當智能終端向網關發送連接通信指令時，網關會返回相關指令，以便可以明確建立一個通信鏈路，若要控制家中帶有紅外線控制的設備，如電視等，此時，通過網絡就可以直接發送控制指令進行控制；若是非紅外線控制設備，則啟動相應的非紅外智能控制指令，如廚房設備，此時，只要控制開關的開與關兩種狀態即可。這樣做的好處是可以分開控制，不至于信號交叉導致控制錯誤，當然對開關要進行相應的改造。

控制器（control）對象：是根據用戶的輸入，控制用戶界面數據顯示及更新model對象狀態的部分，控制器更重要的一種導航功能，響應用戶出發的相關事件，交給Model層處理。由于Android的控制層有眾多的Activity，所以每一個Activity響應時間是5s，所以耗時的程序都不會放在這里。Controller層是控制界面，也可以隨時監聽用戶在操作界面上的動作以便及時能根據這些操作做出相應的反應。

4 結束語

本文是基于Android平臺設計的智能家居系統，采用的是目前主流的C/S模式。網關部分采用的是ARM+WIFI+3G。服務端采用ARM為處理器的網關，具有Android系統的設備為客戶端，基本實現了對現有家用設備的控制，具有擴展性強，操作靈活等特點。

創新點：本文設計的基于Android平臺的智能家居終端，不僅極大的方便了目前手機用戶，利用手機上的APP可以直接對家用設備進行直接控制，MVC結構的三層框架也方便了Android系統的二次開發和修改。WIFI+3G的模式，方便了有用戶，WIFI和3G自由切換，節約了手機流量，使用戶有了更好的體驗。

參考文獻

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[2]李宗恒，李儉偉. 主要智能手機操作系統發展現狀及前景展望[J]. 移動通信， 2010.

[3]Wireless Medium Access Control （MAC） and Physical Layer （PHY） Specifications for Low Rate Wireless Personal Area Networks （LR-WPANs）. IEEE Std 802.11.b. IEEE Computer Society， 2003.

[4]Ivan Memruk， http：//mindtherobot.com/blog/656/ the-robot-is-back.

[5]Shawn Van Every Pro Android Media [M].USA：Apress，2009.

作者簡介：張銀君（1984-），男 ，碩士， 講師。