面向手機控制的智能家居系統設計分析

王慶江

摘 要：智能家居系統的控制器采用的是ARM11技術，前臺的客戶端程序采用的是手機藍牙技術，通過對后臺服務以及控制器之間的搭建，集合智能家居體系和藍牙手機等，以達到手機藍牙遠程通訊的目的。通過對該項系統的試驗分析，我們可以發現，該系統能夠達到設計的初衷，使智能家電能夠通過手機進行控制。

關鍵詞：手機控制；藍牙；智能家居系統；服務器

中圖分類號：TP273+.5 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.10.031

手機藍牙可以支持10 m內的短距離無線通信，這種技術主要是采用分散式的網絡結構、快跳頻以及短包技術來實現的，它能夠進行點對點以及點對多點的無線通信。本次對手機控制智能家居系統的設計研究就是利用手機的藍牙技術來設計一個嵌入式的家電控制系統，成本較低、操作簡單且有很強的實用性，能夠面向社會進行推廣。目前，手機基本上都帶有藍牙功能，能夠結合帶藍牙模塊的系統，使手機具有無線控制的功能，與智能家電的遙控器整合在一起。

1 智能操作系統的關鍵技術分析

1.1 藍牙通訊協議

藍牙通訊協議由兩部分組成，即藍牙主機和藍牙模塊。藍牙主機主要包括HCI層和HCI層以上的協議，其實現的形式是軟件，能夠運行各種應用程序，包括服務程序，且它們都是以藍牙耳機的協議層來實現的；藍牙模塊主要是HCI層以下的協議，主要是對主機的信息進行傳遞，靠硬件中的固件來實現。

藍牙技術的系統由三部分組成，即底層的硬件模塊、中間的協議層和高層應用。藍牙技術系統最關鍵的結構是中間協議層。本次研究的控制系統應用的原理就是藍牙技術的中間協議層的無線API。

藍牙的中間協議層由硬件和軟件兩部分組成，分別由不同的設備和軟件來為它們功能的實現提供支持。

1.2 CGI技術的使用

CGI技術的應用能夠將Web環境下的客戶端信息傳遞給Web服務器，然后 Web服務器將相關信息存入到環境變量，接著啟動指定CGI腳本來完成那些指定工作。CGI腳本的運行需要從環境中獲得相關的信息才能啟動，其執行的結果需要通過HTML的格式輸出，傳輸到瀏覽器端。CGI技術能夠增強瀏覽器與服務器的交互性，主要是由于用戶傳遞給CGI腳本的參數都是不同的。CGI技術應用到智能家電的控制系統中能夠通過客戶端的網頁來控制攝像頭轉動的角度。

1.3 Web技術的使用

Web技術能夠完成以下三種功能的指令：①發布動態與靜態的網頁信息；②能夠為其他設備提供接口來檢測現場的設備；③通過接口的連接實現對現場設備的控制。BOA服務器屬于

Web服務器的一種，它非常小巧但高效，能夠支持CGI技術的運行，可以應用到嵌入式的系統當中，是一個單任務http服務器；能夠接受、分析、響應客戶端請求，并將請求的結果返回到客戶端。BOA服務器在智能家電控制系統中屬于底層服務器，其主要目的是將攝像頭拍攝的圖片信息傳遞到PC端。其傳遞的過程為：①完成初始化工作，比如建立環境的變量、綁定端口、偵聽并進入到循環結構等，還包括等待接受客戶端的連接請求；②客戶端發出連接請求時，Web服務器就要接受客戶端的請求，然后將這些請求信息保存起來；③在接收到連接請求后，接下來就是分析這些請求信息，同時解析請求的URL目標、方法以及表單信息等一系列內容，同時還要根據這些信息迅速做出處理反應；④在Web服務器將連接請求做出處理后，要將相關的信息發送到客戶端瀏覽器上，同時關閉TCP的連接。

2 智能家電控制系統的設計

2.1 系統的設計說明

應用嵌入式的智能家電控制系統的意義主要有：①將智能手機客戶端作為智能家電的遙控器，整合了智能家電與手機。現在的智能手機程序移植非常方便，手機基本上都可以運行該程序，且目前的手機技術傳輸數據速度非常快。②藍牙技術的通信采用的是藍牙地址，而不是IP網絡地址，這也就大大節約了即時通訊產生的費用，并且通信效率也要高出即時通訊很多。③藍牙技術數據傳輸效率高、能耗低，并且體積小、成本低，芯片的使用壽命較長，因此采用藍牙技術有很強的實用性。

手機控制的智能家居系統主要是由上位機和下位機兩部分組成，上位機建立在手機藍牙平臺控制之上，下位機則是ARM11的后臺服務器。手機藍牙能夠與ARM11服務器進行連接，并且將控制命令發送到服務器，然后控制客戶端。試驗的系統平臺是J2ME技術，利用藍牙L2CAP協議與無線通信API來實現。下位機采用的是手機藍牙地址連接的技術，只需要搜索藍牙地址就能進行匹配連接。下位機能夠有效將藍牙的無線通信技術與后臺控制連接在一起，實現了同客戶端的互傳數據及通訊，并能夠檢測系統中不同的傳感器，使家電家居進入智能化時代。 2.2 智能家居控制系統功能介紹

智能家居控制系統主要有以下幾個功能：①J2ME控制功能。首先能夠與服務器進行初始化連接，進入到控制程序中，然后通過藍牙通信控制家電；其次，它能夠接收到家電傳遞的信息，了解房屋的濕度和溫度等信息。②室內智能監控。視頻監控的智能控制主要是利用CGI技術為支持，通過ARM11來建立Web服務器，采用藍牙和HTML來對監控系統進行智能控制。我們需要在監控攝像頭下方安裝步進電機，然后采用藍牙和網線分布發送指令來控制攝像頭的轉動，最后采用HTML來設計網頁，并在這個網頁上添加不同的控制按鈕來調節攝像頭的角度。③門禁視頻監控。門禁智能監控是建立在ARM1的基礎上，用來運行攝像頭，然后利用手機藍牙發送遠程命令來對其進行控制。④傳感器的應用。智能家居的系統中，傳感器占有很大的比例，它能夠對房間內的信息進行全方位的監控，也需要我們布置大量不同的傳感器，比如紅外傳感器、溫度濕度傳感器、防盜傳感器和聲控傳感器等。各種傳感器的功能如表1所示。

3 智能家居控制系統的實現

3.1 實現上位機的功能控制

上位機功能的實現主要是利用J2ME進行的，基本行為包括初始化功能、尋找藍牙設備、藍牙服務、連接藍牙設備、控制命令的發送以及傳輸服務器的數據。上位機功能與服務器之間的無線通信實現了其功能，包括發送、接受控制的命令。主要工作流程是：啟動上位機的程序，然后通過密碼來識別身份，輸入正確的密碼才能與藍牙服務器進行連接，連接成功后，才能將命令發送到藍牙服務器上，實現系統的控制。

3.2 實現下位機的功能控制

下位機通過在ARM11上建立藍牙服務器，通過無線通信與客戶端進行連接，然后控制家電家居。下位機的實現表現在以下幾個方面：①ARM11的開發環境。該系統是在藍牙技術的基礎上建立的，必須要在UP-CUP6410上搭建藍牙服務器，先編寫ARM11的內核，然后配置根文件系統中添加一個藍牙驅動，這主要是為搭建一個藍牙服務的后臺運行環境。②Web服務器和視頻服務器的運行配置。本次試驗采用的是BOA服務器，它能夠為藍牙的視頻發生和CGI控制提供必要的幫助。視頻服務器則采用的是spcaview模塊，能夠為攝像頭的視頻采集提供一個穩定的后臺運行環境。③步進電機的采用實現了控制攝像頭的轉動。我們在計算機上建立一個CGI客戶端，在ARM11上建立Web服務器，然后利用HTML來驅動CGI腳本，實現對步進電機的控制。

在系統應用中，我們也發現，在多種藍牙服務的干擾下，客戶端在藍牙搜索時會出現一定的演示，并且每次進行藍牙連接時，僅僅只有一個客戶端能夠成功連接服務器，保證了系統通信的安全與可靠。

4 結束語

手機控制智能家居的系統操作簡單、安全可靠，且成本較低，在科技技術快速發展的今天，已經不存在技術上的問題。在以后的應用中，我們也可以不斷對其進行改進，進而改善我們的生活。

參考文獻

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〔編輯：王霞〕