基于Android的智能家居系統(tǒng)的設(shè)計
2014-11-15 20:09:14張玉輝王冬霞
軟件工程 2014年11期
張玉輝 王冬霞
摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和計算機技術(shù)的進(jìn)步，智能家居系統(tǒng)逐漸進(jìn)入部分家庭。本文基于Android平臺，結(jié)合2.4G、紅外線和藍(lán)牙局域網(wǎng)無線通信技術(shù)，設(shè)計了一套智能家居系統(tǒng)。本文概述了系統(tǒng)的主要功能模塊，并對分析了關(guān)鍵部分的設(shè)計方案，最后對系統(tǒng)功能的增加提出了解決方案。
關(guān)鍵詞：Android；智能家居；無線通信
中圖分類號：TP311.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
1 引言（Introduction）
隨著計算機技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，日本和歐美等發(fā)達(dá)國家于上世紀(jì)八十年代提出了智能家居的新概念[1]。進(jìn)入新世紀(jì)，隨著我國人民生活水平的提高、移動通信技術(shù)的發(fā)展和家居設(shè)備智能化程度的提高，智能家居產(chǎn)品逐漸進(jìn)入部分家庭。本系統(tǒng)通過基于Android系統(tǒng)的智能終端（如智能手機），實現(xiàn)家電控制、家庭安保和環(huán)境監(jiān)控等各項功能，實現(xiàn)一個功能全面的智能家居環(huán)境[2]。
2 智能家居系統(tǒng)的需求分析（Needs analysis of
smart home system）
基于Android系統(tǒng)的開放性和使用的廣泛性，本系統(tǒng)選用基于Android系統(tǒng)的智能終端作為智能家居系統(tǒng)的控制設(shè)備。控制設(shè)備通過對受控制設(shè)備發(fā)送控制命令實現(xiàn)對受控設(shè)備的控制，為了實現(xiàn)環(huán)境監(jiān)控和家庭安保，監(jiān)控設(shè)備會將獲取的信息有選擇性的發(fā)送給控制設(shè)備。
設(shè)備之間的有效通信是智能家居系統(tǒng)運行的基礎(chǔ)，為了省去在房屋內(nèi)重新布線的麻煩，設(shè)備之間采用2.4G、紅外線和藍(lán)牙無線通信技術(shù)，將各設(shè)備互聯(lián)，組成一個家庭無線局域網(wǎng)，對于不具有無線通信功能的家電產(chǎn)品，通過給家電添加無線通信模塊加入至家居系統(tǒng)中[3]。
通過對小區(qū)用戶的生活方面與應(yīng)用方面的需求進(jìn)行分析，系統(tǒng)功能需求如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)功能模塊
Fig.1 System function module
智能家居系統(tǒng)的功能模塊主要有：（1）家庭網(wǎng)關(guān)，接收控制智能發(fā)送的控制命令，并將命令轉(zhuǎn)換成受控設(shè)備可以識別的方式實現(xiàn)各種控制，家庭網(wǎng)關(guān)還需接收來自受控設(shè)備發(fā)送的信息，并將信息轉(zhuǎn)發(fā)給控制設(shè)備實現(xiàn)各種監(jiān)控。（2）家電控制，對家電所具有的功能實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。（3）燈光控制，實現(xiàn)燈光的開頭，還可設(shè)定情景模式，實現(xiàn)燈光的組合控制、光線強度的控制。（4）家庭安保，實現(xiàn)對家庭環(huán)境內(nèi)外的監(jiān)控，對意外情況可根據(jù)設(shè)定發(fā)送信息給用戶、小區(qū)保安或報警。（5）組合控制，根據(jù)用戶的生活需求，組合控制窗簾的開關(guān)、燈光的調(diào)節(jié)等功能。系統(tǒng)可根據(jù)每個家庭的實際情況增加或刪除受控設(shè)備和功能。
3 系統(tǒng)功能設(shè)計（The function design of system）
3.1 操作界面的設(shè)計
家居系統(tǒng)的操作終端為基于Android系統(tǒng)的智能手機或平板電腦，Androd系統(tǒng)在設(shè)計之初就為開發(fā)者提供了豐富的界面開發(fā)模式，并且隨著系統(tǒng)版本的不斷更新，提供的界面設(shè)計控件也越來越豐富，主要的界面開發(fā)方式有三種：（1）通過XML配置文件生成。（2）通過代碼創(chuàng)建控件對象。（3）通過繼承控件接口類方式自定義控件。Android系統(tǒng)靈活多變的界面設(shè)計方式，保證了家居系統(tǒng)界面的方便性與易用性。
3.2 設(shè)備控制設(shè)計
為了實現(xiàn)對設(shè)備的有效控制，基于Android系統(tǒng)的控制設(shè)備采用Java語言中JNI（Java Native Interface）技術(shù)進(jìn)行控制功能的開發(fā)，通過JNI技術(shù)可將C/C++編寫的代碼植入到系統(tǒng)中，采用這種開發(fā)方式，不但可利用Java平臺強大的功能，也可以使用受控設(shè)備中用C/C++語言設(shè)計良好功能模塊，實現(xiàn)模塊之間的無縫結(jié)合。
3.3 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計
為了設(shè)備互連的方便性和可擴(kuò)展性，網(wǎng)絡(luò)通過2.4G、藍(lán)牙和紅外線無線通信技術(shù)互連，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計如圖2所示。
圖2 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計
Fig.2 Network design
如圖2所示的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計不僅將不同類型的受控設(shè)備連接在一起，并且充分的利用了設(shè)備本身所具有無線通信模塊，對于不具有無線通信模塊的設(shè)備，可為根據(jù)設(shè)備實際情況添加一種通信模塊。控制設(shè)備通過2.4G與轉(zhuǎn)發(fā)中心進(jìn)行通信，如發(fā)送控制命令和接收受控設(shè)備發(fā)送給轉(zhuǎn)發(fā)中心的信息。轉(zhuǎn)發(fā)中心管理一定區(qū)域的家居設(shè)備，對于不同的家居設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)中心將選用與之對應(yīng)的通信模塊進(jìn)行通信。轉(zhuǎn)發(fā)中心通過2.4G互聯(lián)，組成了一個完整的家庭局域網(wǎng)，當(dāng)控制設(shè)備發(fā)送控制命令給轉(zhuǎn)發(fā)中心，如果該命令所對應(yīng)的受控設(shè)備不屬于該轉(zhuǎn)發(fā)中心，轉(zhuǎn)發(fā)中心將該命令轉(zhuǎn)發(fā)給相鄰的轉(zhuǎn)發(fā)中心，直到命令傳遞給對應(yīng)的受控設(shè)備。
4 結(jié)論（Conclusion）
本文基于Android平臺，結(jié)合無線通信技術(shù)設(shè)計了一套適合大多數(shù)家庭的智能家居系統(tǒng)，系統(tǒng)利用了Android平臺的開發(fā)性和多種無線局域網(wǎng)通信技術(shù)的通信特點。為了使系統(tǒng)應(yīng)用更全面，系統(tǒng)可根據(jù)用戶的需求增加廣域網(wǎng)通信功能，在系統(tǒng)中融入Internet與3G或4G遠(yuǎn)程通信技術(shù)，實現(xiàn)對家居系統(tǒng)的遠(yuǎn)程訪問和控制。
參考文獻(xiàn)（References）
[1] 劉麗娜.物聯(lián)網(wǎng)引領(lǐng)智能家居新生活[J].智能建筑與城市信
息，2011，（2）：21-25.
[2] S Lee，JW Jeon. Evaluating performance of Android platform
using native C for embedded system[C].Control Automation
and Systems，2010：1160-1163.
[3] 王華華.基于無線通信的家居控制系統(tǒng)的研制[D].重慶：重慶
大學(xué)，2006：15-18.
作者簡介：
張玉輝（1983-），男，碩士，講師.研究領(lǐng)域：計算機網(wǎng)絡(luò).
王冬霞（1983-），女，碩士，講師.研究領(lǐng)域：嵌入式系統(tǒng).endprint
摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和計算機技術(shù)的進(jìn)步，智能家居系統(tǒng)逐漸進(jìn)入部分家庭。本文基于Android平臺，結(jié)合2.4G、紅外線和藍(lán)牙局域網(wǎng)無線通信技術(shù)，設(shè)計了一套智能家居系統(tǒng)。本文概述了系統(tǒng)的主要功能模塊，并對分析了關(guān)鍵部分的設(shè)計方案，最后對系統(tǒng)功能的增加提出了解決方案。
關(guān)鍵詞：Android；智能家居；無線通信
中圖分類號：TP311.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
1 引言（Introduction）
隨著計算機技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，日本和歐美等發(fā)達(dá)國家于上世紀(jì)八十年代提出了智能家居的新概念[1]。進(jìn)入新世紀(jì)，隨著我國人民生活水平的提高、移動通信技術(shù)的發(fā)展和家居設(shè)備智能化程度的提高，智能家居產(chǎn)品逐漸進(jìn)入部分家庭。本系統(tǒng)通過基于Android系統(tǒng)的智能終端（如智能手機），實現(xiàn)家電控制、家庭安保和環(huán)境監(jiān)控等各項功能，實現(xiàn)一個功能全面的智能家居環(huán)境[2]。
2 智能家居系統(tǒng)的需求分析（Needs analysis of
smart home system）
基于Android系統(tǒng)的開放性和使用的廣泛性，本系統(tǒng)選用基于Android系統(tǒng)的智能終端作為智能家居系統(tǒng)的控制設(shè)備。控制設(shè)備通過對受控制設(shè)備發(fā)送控制命令實現(xiàn)對受控設(shè)備的控制，為了實現(xiàn)環(huán)境監(jiān)控和家庭安保，監(jiān)控設(shè)備會將獲取的信息有選擇性的發(fā)送給控制設(shè)備。
設(shè)備之間的有效通信是智能家居系統(tǒng)運行的基礎(chǔ)，為了省去在房屋內(nèi)重新布線的麻煩，設(shè)備之間采用2.4G、紅外線和藍(lán)牙無線通信技術(shù)，將各設(shè)備互聯(lián)，組成一個家庭無線局域網(wǎng)，對于不具有無線通信功能的家電產(chǎn)品，通過給家電添加無線通信模塊加入至家居系統(tǒng)中[3]。
通過對小區(qū)用戶的生活方面與應(yīng)用方面的需求進(jìn)行分析，系統(tǒng)功能需求如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)功能模塊
Fig.1 System function module
智能家居系統(tǒng)的功能模塊主要有：（1）家庭網(wǎng)關(guān)，接收控制智能發(fā)送的控制命令，并將命令轉(zhuǎn)換成受控設(shè)備可以識別的方式實現(xiàn)各種控制，家庭網(wǎng)關(guān)還需接收來自受控設(shè)備發(fā)送的信息，并將信息轉(zhuǎn)發(fā)給控制設(shè)備實現(xiàn)各種監(jiān)控。（2）家電控制，對家電所具有的功能實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。（3）燈光控制，實現(xiàn)燈光的開頭，還可設(shè)定情景模式，實現(xiàn)燈光的組合控制、光線強度的控制。（4）家庭安保，實現(xiàn)對家庭環(huán)境內(nèi)外的監(jiān)控，對意外情況可根據(jù)設(shè)定發(fā)送信息給用戶、小區(qū)保安或報警。（5）組合控制，根據(jù)用戶的生活需求，組合控制窗簾的開關(guān)、燈光的調(diào)節(jié)等功能。系統(tǒng)可根據(jù)每個家庭的實際情況增加或刪除受控設(shè)備和功能。
3 系統(tǒng)功能設(shè)計（The function design of system）
3.1 操作界面的設(shè)計
家居系統(tǒng)的操作終端為基于Android系統(tǒng)的智能手機或平板電腦，Androd系統(tǒng)在設(shè)計之初就為開發(fā)者提供了豐富的界面開發(fā)模式，并且隨著系統(tǒng)版本的不斷更新，提供的界面設(shè)計控件也越來越豐富，主要的界面開發(fā)方式有三種：（1）通過XML配置文件生成。（2）通過代碼創(chuàng)建控件對象。（3）通過繼承控件接口類方式自定義控件。Android系統(tǒng)靈活多變的界面設(shè)計方式，保證了家居系統(tǒng)界面的方便性與易用性。
3.2 設(shè)備控制設(shè)計
為了實現(xiàn)對設(shè)備的有效控制，基于Android系統(tǒng)的控制設(shè)備采用Java語言中JNI（Java Native Interface）技術(shù)進(jìn)行控制功能的開發(fā)，通過JNI技術(shù)可將C/C++編寫的代碼植入到系統(tǒng)中，采用這種開發(fā)方式，不但可利用Java平臺強大的功能，也可以使用受控設(shè)備中用C/C++語言設(shè)計良好功能模塊，實現(xiàn)模塊之間的無縫結(jié)合。
3.3 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計
為了設(shè)備互連的方便性和可擴(kuò)展性，網(wǎng)絡(luò)通過2.4G、藍(lán)牙和紅外線無線通信技術(shù)互連，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計如圖2所示。
圖2 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計
Fig.2 Network design
如圖2所示的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計不僅將不同類型的受控設(shè)備連接在一起，并且充分的利用了設(shè)備本身所具有無線通信模塊，對于不具有無線通信模塊的設(shè)備，可為根據(jù)設(shè)備實際情況添加一種通信模塊。控制設(shè)備通過2.4G與轉(zhuǎn)發(fā)中心進(jìn)行通信，如發(fā)送控制命令和接收受控設(shè)備發(fā)送給轉(zhuǎn)發(fā)中心的信息。轉(zhuǎn)發(fā)中心管理一定區(qū)域的家居設(shè)備，對于不同的家居設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)中心將選用與之對應(yīng)的通信模塊進(jìn)行通信。轉(zhuǎn)發(fā)中心通過2.4G互聯(lián)，組成了一個完整的家庭局域網(wǎng)，當(dāng)控制設(shè)備發(fā)送控制命令給轉(zhuǎn)發(fā)中心，如果該命令所對應(yīng)的受控設(shè)備不屬于該轉(zhuǎn)發(fā)中心，轉(zhuǎn)發(fā)中心將該命令轉(zhuǎn)發(fā)給相鄰的轉(zhuǎn)發(fā)中心，直到命令傳遞給對應(yīng)的受控設(shè)備。
4 結(jié)論（Conclusion）
本文基于Android平臺，結(jié)合無線通信技術(shù)設(shè)計了一套適合大多數(shù)家庭的智能家居系統(tǒng)，系統(tǒng)利用了Android平臺的開發(fā)性和多種無線局域網(wǎng)通信技術(shù)的通信特點。為了使系統(tǒng)應(yīng)用更全面，系統(tǒng)可根據(jù)用戶的需求增加廣域網(wǎng)通信功能，在系統(tǒng)中融入Internet與3G或4G遠(yuǎn)程通信技術(shù)，實現(xiàn)對家居系統(tǒng)的遠(yuǎn)程訪問和控制。
參考文獻(xiàn)（References）
[1] 劉麗娜.物聯(lián)網(wǎng)引領(lǐng)智能家居新生活[J].智能建筑與城市信
息，2011，（2）：21-25.
[2] S Lee，JW Jeon. Evaluating performance of Android platform
using native C for embedded system[C].Control Automation
and Systems，2010：1160-1163.
[3] 王華華.基于無線通信的家居控制系統(tǒng)的研制[D].重慶：重慶
大學(xué)，2006：15-18.
作者簡介：
張玉輝（1983-），男，碩士，講師.研究領(lǐng)域：計算機網(wǎng)絡(luò).
王冬霞（1983-），女，碩士，講師.研究領(lǐng)域：嵌入式系統(tǒng).endprint
摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和計算機技術(shù)的進(jìn)步，智能家居系統(tǒng)逐漸進(jìn)入部分家庭。本文基于Android平臺，結(jié)合2.4G、紅外線和藍(lán)牙局域網(wǎng)無線通信技術(shù)，設(shè)計了一套智能家居系統(tǒng)。本文概述了系統(tǒng)的主要功能模塊，并對分析了關(guān)鍵部分的設(shè)計方案，最后對系統(tǒng)功能的增加提出了解決方案。
關(guān)鍵詞：Android；智能家居；無線通信
中圖分類號：TP311.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
1 引言（Introduction）
隨著計算機技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，日本和歐美等發(fā)達(dá)國家于上世紀(jì)八十年代提出了智能家居的新概念[1]。進(jìn)入新世紀(jì)，隨著我國人民生活水平的提高、移動通信技術(shù)的發(fā)展和家居設(shè)備智能化程度的提高，智能家居產(chǎn)品逐漸進(jìn)入部分家庭。本系統(tǒng)通過基于Android系統(tǒng)的智能終端（如智能手機），實現(xiàn)家電控制、家庭安保和環(huán)境監(jiān)控等各項功能，實現(xiàn)一個功能全面的智能家居環(huán)境[2]。
2 智能家居系統(tǒng)的需求分析（Needs analysis of
smart home system）
基于Android系統(tǒng)的開放性和使用的廣泛性，本系統(tǒng)選用基于Android系統(tǒng)的智能終端作為智能家居系統(tǒng)的控制設(shè)備。控制設(shè)備通過對受控制設(shè)備發(fā)送控制命令實現(xiàn)對受控設(shè)備的控制，為了實現(xiàn)環(huán)境監(jiān)控和家庭安保，監(jiān)控設(shè)備會將獲取的信息有選擇性的發(fā)送給控制設(shè)備。
設(shè)備之間的有效通信是智能家居系統(tǒng)運行的基礎(chǔ)，為了省去在房屋內(nèi)重新布線的麻煩，設(shè)備之間采用2.4G、紅外線和藍(lán)牙無線通信技術(shù)，將各設(shè)備互聯(lián)，組成一個家庭無線局域網(wǎng)，對于不具有無線通信功能的家電產(chǎn)品，通過給家電添加無線通信模塊加入至家居系統(tǒng)中[3]。
通過對小區(qū)用戶的生活方面與應(yīng)用方面的需求進(jìn)行分析，系統(tǒng)功能需求如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)功能模塊
Fig.1 System function module
智能家居系統(tǒng)的功能模塊主要有：（1）家庭網(wǎng)關(guān)，接收控制智能發(fā)送的控制命令，并將命令轉(zhuǎn)換成受控設(shè)備可以識別的方式實現(xiàn)各種控制，家庭網(wǎng)關(guān)還需接收來自受控設(shè)備發(fā)送的信息，并將信息轉(zhuǎn)發(fā)給控制設(shè)備實現(xiàn)各種監(jiān)控。（2）家電控制，對家電所具有的功能實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。（3）燈光控制，實現(xiàn)燈光的開頭，還可設(shè)定情景模式，實現(xiàn)燈光的組合控制、光線強度的控制。（4）家庭安保，實現(xiàn)對家庭環(huán)境內(nèi)外的監(jiān)控，對意外情況可根據(jù)設(shè)定發(fā)送信息給用戶、小區(qū)保安或報警。（5）組合控制，根據(jù)用戶的生活需求，組合控制窗簾的開關(guān)、燈光的調(diào)節(jié)等功能。系統(tǒng)可根據(jù)每個家庭的實際情況增加或刪除受控設(shè)備和功能。
3 系統(tǒng)功能設(shè)計（The function design of system）
3.1 操作界面的設(shè)計
家居系統(tǒng)的操作終端為基于Android系統(tǒng)的智能手機或平板電腦，Androd系統(tǒng)在設(shè)計之初就為開發(fā)者提供了豐富的界面開發(fā)模式，并且隨著系統(tǒng)版本的不斷更新，提供的界面設(shè)計控件也越來越豐富，主要的界面開發(fā)方式有三種：（1）通過XML配置文件生成。（2）通過代碼創(chuàng)建控件對象。（3）通過繼承控件接口類方式自定義控件。Android系統(tǒng)靈活多變的界面設(shè)計方式，保證了家居系統(tǒng)界面的方便性與易用性。
3.2 設(shè)備控制設(shè)計
為了實現(xiàn)對設(shè)備的有效控制，基于Android系統(tǒng)的控制設(shè)備采用Java語言中JNI（Java Native Interface）技術(shù)進(jìn)行控制功能的開發(fā)，通過JNI技術(shù)可將C/C++編寫的代碼植入到系統(tǒng)中，采用這種開發(fā)方式，不但可利用Java平臺強大的功能，也可以使用受控設(shè)備中用C/C++語言設(shè)計良好功能模塊，實現(xiàn)模塊之間的無縫結(jié)合。
3.3 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計
為了設(shè)備互連的方便性和可擴(kuò)展性，網(wǎng)絡(luò)通過2.4G、藍(lán)牙和紅外線無線通信技術(shù)互連，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計如圖2所示。
圖2 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計
Fig.2 Network design
如圖2所示的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計不僅將不同類型的受控設(shè)備連接在一起，并且充分的利用了設(shè)備本身所具有無線通信模塊，對于不具有無線通信模塊的設(shè)備，可為根據(jù)設(shè)備實際情況添加一種通信模塊。控制設(shè)備通過2.4G與轉(zhuǎn)發(fā)中心進(jìn)行通信，如發(fā)送控制命令和接收受控設(shè)備發(fā)送給轉(zhuǎn)發(fā)中心的信息。轉(zhuǎn)發(fā)中心管理一定區(qū)域的家居設(shè)備，對于不同的家居設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)中心將選用與之對應(yīng)的通信模塊進(jìn)行通信。轉(zhuǎn)發(fā)中心通過2.4G互聯(lián)，組成了一個完整的家庭局域網(wǎng)，當(dāng)控制設(shè)備發(fā)送控制命令給轉(zhuǎn)發(fā)中心，如果該命令所對應(yīng)的受控設(shè)備不屬于該轉(zhuǎn)發(fā)中心，轉(zhuǎn)發(fā)中心將該命令轉(zhuǎn)發(fā)給相鄰的轉(zhuǎn)發(fā)中心，直到命令傳遞給對應(yīng)的受控設(shè)備。
4 結(jié)論（Conclusion）
本文基于Android平臺，結(jié)合無線通信技術(shù)設(shè)計了一套適合大多數(shù)家庭的智能家居系統(tǒng)，系統(tǒng)利用了Android平臺的開發(fā)性和多種無線局域網(wǎng)通信技術(shù)的通信特點。為了使系統(tǒng)應(yīng)用更全面，系統(tǒng)可根據(jù)用戶的需求增加廣域網(wǎng)通信功能，在系統(tǒng)中融入Internet與3G或4G遠(yuǎn)程通信技術(shù)，實現(xiàn)對家居系統(tǒng)的遠(yuǎn)程訪問和控制。
參考文獻(xiàn)（References）
[1] 劉麗娜.物聯(lián)網(wǎng)引領(lǐng)智能家居新生活[J].智能建筑與城市信
息，2011，（2）：21-25.
[2] S Lee，JW Jeon. Evaluating performance of Android platform
using native C for embedded system[C].Control Automation
and Systems，2010：1160-1163.
[3] 王華華.基于無線通信的家居控制系統(tǒng)的研制[D].重慶：重慶
大學(xué)，2006：15-18.
作者簡介：
張玉輝（1983-），男，碩士，講師.研究領(lǐng)域：計算機網(wǎng)絡(luò).
王冬霞（1983-），女，碩士，講師.研究領(lǐng)域：嵌入式系統(tǒng).endprint
