基于物聯網智能家居的設計與實現

摘 要：隨著科技的進步，物聯網不斷發展，呈現出如火如荼的態勢。針對市場的需要，本方案基于目前普遍流行的Android系統，設計出一套完善的物聯網解決方案，使得人們能通過智能終端，遠程跨網控制LED等智能設備，同時能夠實施感知家中溫度，濕度等各類信息。該系統經過多次測試，性能穩定、實時性好、成本低廉，同時能很好滿足人們智能家居的需求。

關鍵詞：物聯網；Android；智能家居；遠程控制

引言

有無數人可能遇到過這樣的問題：剛剛走到樓下準備去上班，卻忘記自己是否關閉好門窗、電器，只得回到家里查看卻發現實際上已經關閉好了。又或者孩子在家里睡覺，家長去上班卻總擔心要是空調一直開著會不會讓孩子著涼...似乎現實中還有眾多的可能，讓人總是那么不“放心”。

在面臨生活中種種的不方便后，我們開始設計了這樣一種作品。忘記有沒有關好電器、門窗？打開我們的“家居助手”，輕輕的點擊一下，智慧與科技會從手機開始流過網線、流過服務器、流過路由器、流進家里...最終你能了解家中所有的情況，隨時隨地地操控。而這種種的一切均在彈指一瞬間完成。

當未來的世界里，你能通過手機便能開關燈、打開電熱水器、開啟空調、關閉門窗、甚至能看到家里電量使用狀況、能付款、能控制車庫、能當做汽車鑰匙......這種將生活“一手掌控”的時代是多么的令人興奮！

本設計的主要特點如下：

（1）基于目前廣泛流行的Android系統進行設計，在軟件上兼容Android4.4-Android6.0，覆蓋市場主流Android版本。同時使用Material Design設計理念，使客戶端更加便捷智能，更具UI友好性。

（2）本設計可以實現對家中設備的跨網控制，直接通過公網控制家中智能設備，且對設備IP類型無任何限制，更具實用性。

（3）家庭主機采用基于ARM Cortex-A7的樹莓派，功耗更低，穩定性更強，可擴展性更高。

1 系統總體架構

本作品主要針對智能家居進行控制，根據需求，采用C/S（客戶端/服務器）模式。客戶端為Android智能終端與家庭主機，服務端為Linux服務器。在本設計中，智能家居工作原理為：在家庭主機與智能終端連上Internet后，家庭主機通過POST，GET實施向服務器發送溫度，濕度等家庭信息，同時讀取服務器中操作指令。服務器接收到家庭主機溫度、濕度等信息后將其存儲到相應空間。智能終端通過Httpurlconnection向服務器發送操作指令，同時讀取服務器中存儲的家庭信息，并在終端實時更新。通過設備間不斷協調，實現終端對家居設備的遠程控制。

2 系統設計

2.1 Android客戶端UI設計

Android客戶端設計主要包括UI界面，Httpurlconnection通信及線程的相關應用等。Android應用程序由一個Activity和若干個Fragment組成，遵循Google的Material Design設計語言，通過陰影將并不鋪滿頁面的內容從背景層中剝離，并通過陰影深度來表達層級。同時，通過Navigation Drawer導航菜單的應用，提供了在非頂級視圖間導航的能力，更加美觀與易用。MD設計語言的存在使得UI更加豐富、歡快，予用戶一種愉快的操作體驗。可以通過向左側劃動劃出導航欄，點擊不同的欄目以進入不同的房間進行操作。

2.2 Android客戶端程序設計

在Android M，出于能耗的考量，Google官方移除了開源項目HttpClient的支持，提倡使用Httpurlconnection，為了保持良好的兼容性與穩定性，本項目采用Httpurlconnection進行Get、Post的網絡操作。同時，為了保持良好的操作體驗，在本設計中，所有的網絡耗時操作都放在子線程中進行，通過Handler機制進行線程間消息的傳輸及UI的更新，每個HttpURLConnection實例都可用于生成單個請求，但是其他實例可以透明地共享連接到HTTP服務器的基礎網絡。請求后在HttpURLConnection的InputStream或OutputStream上調用close（）方法可以釋放與此實例關聯的網絡資源，但對共享的持久連接沒有任何影響。如果在調用disconnect（）時持久連接空閑，則可能關閉基礎套接字。

客戶端與服務器之間的通信一般需要以下幾個步驟：

（1）建立Httpurlconnection對象，初始化請求頭。

（2）建立連接，向服務器發送Get/Post請求。

（3）服務器響應客戶端請求。

（4）服務器處理并向客戶端發送響應信息。

（5）客戶端接受服務器返回的信息并進行處理。

2.3 家庭主機設計

本作品采用基于基于ARM Cortex-A7的樹莓派2b。樹莓派2代的Model B采用Broadcom BCM2836 900MHz的四核SoC，1GB內存，是新一代開拓者，兼容1代B+。但相比之下，樹莓派2的性能提升6倍，內存翻了一番。強大的性能提供了更高的穩定性及擴展性。

2.4 公網服務器選擇

本作品采用Yeelink第三方云服務器提供安卓端與家庭主機數據的中轉。并且通過直接訪問其API接口，進行操作指令的傳輸與信息的訪問。Yeelink獨有設計的高并發接入服務器和云存儲方案，能夠同時完成海量的傳感器數據接入和存儲任務，確保數據能夠安全的保存在互聯網上，先進的鑒權系統和安全機制，能夠確保數據只允許的范圍內傳輸。

3 結束語

設計完成后，通過項目的整體測試運行，達到了通過智能終端APP跨網控制家居設備的要求，并且穩定性及功耗均在理想范圍內。通過本系統，用戶可以隨時隨地掌握家居環境狀態，并且對家居設備進行集中監控與管理。由于本項目基于Android開發，因此在市場推廣及潛在用戶上具有極大優勢。同時，由于其強大的可擴展能力及用戶友好性，相信其具備極大的市場應用價值。

參考文獻

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