基于Android平臺的智能家居系統設計與實現

索尼亞/內蒙古自治區標準化院

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基于Android平臺的智能家居系統設計與實現

索尼亞/內蒙古自治區標準化院

【摘 要】如今，隨著互聯網、物聯網和大數據的不斷發展，國家對“互聯網+”政策的大力推動，使人們在各個方面感受到移動互聯網信息化帶給日常工作生活的方便快捷。國家“智慧城市”建設在穩步向前推進，城市互聯網正在不斷形成并且逐步完善，對于社會的最小單元家庭來說，“智能家居”這一概念的思考與應用更能貼近日常生活的需要。作為現代化家居的發展方向，智能家居融合了無線傳感網絡技術、自動控制技術和計算機技術。據市場研究機構Gartner的數據顯示，截止2015年第三季度全球智能手機銷量相比去年同期的3.054億部增至3.528億部，其中Android系統占比84.7％，iOS占比13.1％，Windows占比1.7％，BlakBerry占比0.3％[1 ]。所以，基于Android平臺的智能家居控制系統更具生命力、影響力。

【關鍵詞】Android；智能家居；WIFI

本設計中選用了Android作為終端軟件設計平臺，這主要是由于安卓系統的開放性、易移植性，且具有豐富的硬件選擇，便于程序員進行程序開發[2]，Android終端系統通過點擊控制界面的按鈕向Server（服務器）端發送命令，因此，Android終端的主要工作是系統界面UI設計以及與Server端的Socket通信程序設計。

Server主要通過TCP/IP協議接收來自Android的數據，然后發送至網關，同時接收網關的數據，將其發送至Android客戶端。因此，Server主要工作TCP/IP通訊邏輯設計。

網關我們選用ARM11處理器，可以為各模塊提供友好的支持，可擴展性和可升級性強。并且ARM11具有功耗低，體積小，性能高，可擴展性高的優點[3]。

一、智能家居系統的關鍵技術

Android 操作系統的體系結構被分為了4 層。分別是應用程序層、應用程序框架層、核心類庫和 Linux 內核層[4]。

Android是由一個或者是多個基本組件組成，其四大核心組件分別Activity、Service、Content Provider、BroadcastRecevier[5]。它們主要負責對程序宏觀框架進行控制，同時必須在Android Manifest. xml文件中進行必要配置。

Android的開發環境主要包括：

1.Android SDK(Software Development Kit)，Android專屬軟件開發包；

2.Android ADT（Android Development Tools），開發Android的可視化工具。

WIFI，全稱Wireless Fidelity，又稱802.11b標準。它的最大優點就是傳輸速度較高，可以達到11Mbps，另外它的有效距離也很長，同時也與已有的各種802.11DSSS設備兼容。Wi-Fi，無線保真技術與藍牙技術一樣，同屬于在辦公室和家庭中使用的短距離無線技術。該技術使用的是2.4GHz附近的頻段，該頻段目前尚屬沒用許可的無線頻段[6]?？梢岳斫鉃?，WIFI替代了傳統的有線網絡，讓用戶可以方便、快捷的通過連接無線信號進行網絡上的一系列操作。當下，WIFI已經成為每個人日常快速、便捷上網的首選途徑。通過對無線路由器生成的無線網絡也就是我們日常認識到的WIFI無線網絡。

相比傳統的有限網絡，WIFI的優點有以下四點：

1.無線電波的覆蓋范圍廣；

2.速度快，可靠性高；

3.無需布線；

4.健康安全。

二、系統的需求分析以及整體設計

系統的最終目標是借助互聯網技術為家庭用戶享有更為便捷的生活體驗，使家庭設備根據人們主觀命令實現應有的功能。系統整體設計原則應綜合考慮可行性、健壯性以及可擴展性，如圖1所示為系統概要設計：

本系統基于Android平臺的智能家居系統設計，主要實現：基于WIFI的數據傳輸以及家庭設備控制功能。

三、Android客戶端的設計與實現

根據對系統的需求進行分析，對系統的各功能模塊進行設計規劃之后，對智能家居系統軟件終端模塊設計分別是用戶登錄、智能控制。其中智能控制是重點設計部分，包含了：房間添加模塊、房間信息編輯模塊、家電控制模塊。

圖1　系統概要設計圖

Android智能終端采取了典型的MVC系統設計模式，這種模式是系統應用開發的底層架構。主要由邏輯模型(Model)、視圖模型(View)、控制器(Controller)組成。通過將邏輯層和視圖層進行了分離，實現低耦合[7]。模型層主要是對業務邏輯進行開發以及對行為進行處理。視圖層是將界面效果呈現給用戶，是給用戶的結果反饋?？刂茖又饕墙邮罩噶?。

當用戶點擊界面中的登錄按鈕時，彈出登陸對話框，點擊登錄按鍵，用戶通過輸入密碼進行驗證登錄，同數據庫中的密碼進行匹配判斷，當驗證輸入的密碼正確后完成登錄操作。系統登錄界面如圖2所示：

圖2　系統登錄界面

登錄成功后，我們從房間列表中可以看到一些房間圖片和名稱，如圖3。用戶也就是通過對這些圖標按鈕的各個房間來實現對相應現實中房間的控制的。最后面有一個添加按鈕，也是為了適應生活中的一些變化，例如我們對新房間的增加，長按房間圖標對相應的房間的信息進行編輯或刪除。

圖3　登錄后主界面

當用戶點擊主臥按鈕圖標時，會觸發RoomClickListener監聽程序，程序取得圖片對應的房間ID以及名稱，然后在服務器中進行查詢，得到該房間內各種家電設備，同時將查詢到的設備在系統界面中顯示，如圖4。

圖4　選擇房間后主界面

我們以對空調控制為例進行智能控制，具體界面如圖5：

圖5　選擇設備后主界面

在Android設備終端進行對空調進行智能控制，當用戶點擊“開關”按鈕時，根據程序后臺邏輯則對所點擊按鈕進行制定發送，同時基于WIFI網絡，將給智能網關發送開關燈指令，然后智能網關通過紅外信號技術控制空調設備進行開關操作。

四、總結展望

隨著社會的不斷進步，科技的快速發展，人們生活水平也在不斷提高，“智能家居”概念已經逐漸融入我們生活的各方面中。對智能設備的控制也必將進行全方位的整合生成統一的移動終端。本文對基于Android平臺WIFI網絡環境下的智能家居技術進行了研究，并結合當前技術現狀提供了較為可靠的思路和方案。經過對系統需求、設計、功能、分析各個階段的實施驗法，總結出了較為嚴密的計劃方案。通過采用計算機軟件工程思路、Android技術以及WIFI網絡，設計并構建出一套較為可行的智能家居控制系統。通過實現基于手持Android設備客戶端與家居智能設備之間的通信，將家居設備能夠進行統一控制，能夠讓用戶方便、快捷、有效的對家庭智能設備進行控制。

智能家居系統無法獨立應用，必須依賴于整體的房屋建筑設計、小區網絡環境、小區信息化系統應用情況以及智能家居設備普及情況。然而，在這些依賴項上仍存在參差不齊的實際發展現狀。房屋建設設計初期是否能夠結合互聯網思維做好統一的只能監控設計？小區網絡建設是否滿足智能化系統的需求并給與承載？小區信息化應用現狀是否有較高的擴展性和穩定性？而對于核心的智能家居設備方面，當前還存在許多技術不成熟，現行的家居設備不能達到智能控制的最終要求，所以在智能家居系統推進過程中會遇到各種兼容問題。

綜合考慮，本設計還存在很多方面需要仍需進一步的改進和完善：

第一，改進終端軟件UI使人機交互更友好，增強系統兼容性與擴展性讓系統更穩定強大。

第二，本設計基于WIFI網絡進行實現Android端與Server通信，隨著網絡通訊技術革新更替，將來肯定應考慮結合手機移動網絡的應用研發。

第三，根據智能家具設備的時代變更，不斷擴展系統的設備兼容性。

第四，結合“智慧城市”“智能小區”“互聯網+”的國家整體互聯網戰略思維進行智能家居的系統功能完善和提升。

參考文獻：

[1]http://www.199it.com/archives/408226.html 2015年11月21日.

[2]面向大眾的移動技術：Android簡介[OL]http://www.ibm. com/developerworks/cn/java/j-mobileforthemasses1/.2013年4月22日.

[3]董玉明.基于ARM11的移動互聯設備硬件設計與實現[D].西安：西安電子科技大學，2010.

[4]張仕成.基于Google Android平臺的應用程序開發與研究[J].電腦知識與技術，2009，5(28): 7959-7962.

[5]Sun Soft I. User’s Guide[J].Comprehensive Renewable Energy，1992，4(4):1-14.

[6]http://wenku.baidu.com/link?url=FnzjyZxepstJZFMeb07WsXEbS NLTkOfUhMIGWrU3_TkmkNKvcKGGmUxMEvOom4ZcpyQ5PjoiiwIKX FmoNRSYnHwZYCf1ZnWyiHuU8OV17FK 什么叫WIFI，WIFI技術特點2012-02-21.

[7]許明輝.基于MVC的分層控制設計模型及其應用研究[D].華中科技大學，2006.