基于Android和Zigbee技術的小型IOT開發平臺研究報告

朱承東　蒙政　汪國珍　潘相成　趙文斌

【摘 要】本文結合android編程，ZigBee組網，互聯網TCP通信，云平臺共享技術，并以節點溫度測控為例，完成了一個功能完備的小型智能IOT平臺的開發。形成一個比較完整統一的標準，屏蔽掉差異，可以根據需要隨意模塊化地組合測控設備，并實現智能系統和硬件的無縫配合。二次開發人員可以依托此測控平臺實現高效率地搭建智能物聯系統。

【關鍵詞】Android；ZigBee；IOT

中圖分類號： TU855 文獻標識碼： A 文章編號：2095-2457（2018）06-0143-002

【Abstract】This paper combines the Android programming， ZigBee networking， Internet TCP communication， and cloud platform sharing technology. Taking node temperature measurement and control as an example， the development of a fully-functional small-scale intelligent IOT platform is completed. Form a relatively complete and unified standard， shield out the differences， and can arbitrarily and modularly combine the measurement and control devices as required， and realize the seamless cooperation between the intelligent system and the hardware. The secondary developer can rely on this monitoring platform to build an intelligent IoT system with high efficiency.

【Key words】Android； ZigBee； IOT

0 緒論

（1）研究背景與意義

隨著社會的發展，網絡已經走入了千家萬戶，而網絡通信也和各行各業有了緊密的聯系。比如餐飲店已經開啟了網上預定模式，電影院，火車站也都有了網上訂票功能……然而網絡的發展是需要不低的成本的。就用傳輸媒介說，通信技術包含了有線通信和無線通信。有線通信包括了同軸電纜與光纖媒介，雖可靠，但建設成本很高，對基礎設施依賴很大，很難擴展。無線通信用射頻接收器收發信號，把傳播介質無形化，簡化了網絡的布線組建，鏈接起來更方便。短距離無線通信作為無線通信的一個重要組成部分，也得到了較大發展。

短距離無線通信包含如下特征：首先，它的通信距離很短，一般在百米范圍之內，只適合小區域使用。由于距離較短，傳輸過程中遇到障礙物的幾率較小，所以可以用較小的發射功率發射信號，功耗低；其次，對等通信是短距離無線通信的重要特性，它不需要中轉設備，可以在發送端和接受端直接進行數據的傳輸，方便快捷；最后，成本低廉，節省了布線資源。

在短距離無線通信中又有多個分支，為了便于比較，就拿ZigBee標準與藍牙和IEEE802.11WLAN進行比對比。

ZigBee的低數據速率意味他不是無線互聯網連接或CD音質無線耳機的好選擇，因為這需要1Mbps以上數據傳輸速率。但是，若無線通信的目的為發送或接收簡單命令，或傳感器收集信息，比如溫度、濕度傳感器等，那么這樣ZigBee將提供比藍牙與IEEE 802.11b更有效、性價比更高的方案。

（2）ZigBee的概況

蜜蜂發現花叢，就會通過一種特殊肢體語言來告知同伴新發現的食物源位置信息，這一種肢體語言就是ZigZag行跳舞，是蜜蜂之間簡單傳達信息的有效方式。借此意義，Zigbee作為新代無線通信技術命名。在這之前，ZigBee又被稱做“HomeRF Lite”、“RF- EasyLink”、或者“fireFly”無線電技術，所以就統一稱做ZigBee。

簡單地說，ZigBee無非就是一種可靠性很高的無線數據傳輸網絡，它就相當于CDMA與GSM網絡。ZigBee數據傳輸模塊，就類似于移動網絡的基站。它的有效地通訊距離，從標準的75米到幾百米、甚至幾公里，且支持無線的擴展。

跟移動通信的CDMA網或GSM網相比，ZigBee網的功能主要目的是，實現工業現場自動化控制數據傳輸，所以，它就要簡單，方便使用，易上手，且工作安全可靠，價格低廉。然而移動通信網主要為語音通信建立，每一個基站的價值都在百萬元人民幣以上，但是我們每一個ZigBee“基站”價格都不到1000元人民幣，那么這就很便宜了。

而且每個ZigBee網絡的節點，不但本身可作為監控對象，比如它連接的傳感器，就直接進行數據采集與監控，還可以自動中轉其他的網絡節點傳輸過來的數據。每個ZigBee的網絡節點（FFD）還可以在本身信號覆蓋的范圍之中，和多個不承擔網絡信息的中轉任務的孤立的子節點（RFD）進行無線連接。

在ZigBee模塊上，我們添加了以太網串口透傳模塊組建專用無線數據通信網絡，使得數據的傳輸更加可靠方便。初次之外，我們的產品更適合于IOT平臺，使用范圍更加廣泛。

（3）與android手機的結合

現在，基本上人人都有一臺手機，便攜與已經普及了的智能手機是最好的控制端。Android系統具有很大的市場，很多電腦上流行的軟件都開發了android版，android應用的使用幾乎成了一種潮流與趨勢。而將ZigBee與android結合起來以后，也不需要固定呆在某個地方，在笨重的電腦前面操作，只需要拿出隨身攜帶的手機輕輕點一點即可達到與另一端控制的目的。同時這也擴大了市場，迎合了當下的發展潮流。

1 發展前景

當下科技的發展主流是降低成本，簡化制造機構。Zigbee無線網絡傳輸技術應運而生，而Zigbee與Android客戶端相結合，不僅能接收到數據的信息，還能及時對智能設備進行控制。這樣使得基于Zigbee和Android技術在遠程控制家電、監控工業領域等多個行業獲得廣泛應用。

1.1 智能家居

Zigbee無線網絡傳輸技術應用最早的領域就是智能家居領域，只要在智能電器上面安裝了Zigbee模塊，然后通過傳感器采集信息（溫度、光照等傳感器信息），并通過ZigBee網絡進行傳輸，同時傳輸對智能電器的控制信號。另外，將Zigbee網絡和移動客戶端（Andorid技術制作的APP等）相連接，可以在手機客戶端上實現對智能電器的遠程控制，還可以從手機客戶端上得到相關信息。

1.2 智能工業

工業方面Zigbee無線網絡傳輸很有力的解決了比如油田、煤炭、戶外監控等特殊環境帶來的規劃布線、線路擴容下構建網絡時帶來的問題，采用Zigbee網絡可以對許多工業項目進行各類的信息收集從而達到信息監控，移動客戶端做出相對應的操作以達到控制作用。

1.3 智能照明

照明方面運用Zigbee無線網絡傳輸技術也非常廣泛，傳感器通過Zigbee無線網絡傳輸信號到移動客戶端，然后移動客戶端按照設置智能自動化的對照明設備達到打開關閉、調整亮度等功能。

2 總結

隨著近年來物聯技術飛速發展，各種各樣的智能化系統也隨之應運而生。其中客戶端軟件，智能組網，互聯通信，云共享是智能化系統中的重要組成部分。由于國內在智能物聯化系統軟硬件研發應用方面的起步較晚，目前應用的方案還存在組網困難、綜合成本高、可靠性差等問題。

為了解決智能物聯存在的問題，急需研發出既能實現基本功能又能符合于國內市場應用的實用系統。本課題針對智能物聯系統中的移動便攜設備客戶端軟件開發、智能組網，互聯通信，云平臺存儲和控制等方面作了調研和設計工作。并以節點溫度測控為工程實例，通過安卓設備和云平臺對實現高效安全的數據存儲和對象控制功能。

本文設計并實現了一個基于Android和Zigbee技術的小型IOT開發平臺，利用Android技術設計上位機客戶端APP，用Zigbee模塊和以太網串口透傳模塊組建專用無線數據通信網絡，用STC的1T高速單片機設計下位機，綜合開發一個小型IOT（Internet of Things）測控應用平臺，能通過移動客戶端APP管理下位機，采集下位機數據。同時將數據上傳到遠程云平臺，也可以從云平臺管理控制下位機。

【參考文獻】

[1]（英）邁耶（Meier， R.）著.Android4高級編程.清華大學出版社.2013-4-1.

[2]劉華君.物聯網技術.電子工業出版社.2010-9-1.

[3]（美）法拉哈尼著.ZigBee無線網絡與收發器.北京：北京航空航天大學出版社，2013.8.