物聯網應用：移動平臺智能家電控制系統設計

呂新潮

【摘 要】隨著物聯網應用的普及和電子信息技術的不斷發展，家電產品也朝著智能化的方向駛去。作為物聯網技術滲入生活的一種方式，本文研究了一種基于Android平臺的家電控制系統，就其應有的工作方式和大體結構進行了小組討論，最終提出了一種設計方案。本系統使用個人安卓系統客戶端作為“大腦”控制家電，獲得權限的安卓移動設備在認證通過的情況下可通過系統發送各類控制命令讓家電執行。

【關鍵詞】物聯網，遠程控制，Android，智能家居

中圖分類號： TP242文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）26-0018-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.26.007

0 前言

家電智能化是目前不可阻擋的趨勢，很多大型科技企業都做起了各自的智能家電生態。與此同時，隨著Android手機在智能手機市場中的份額不斷增長，Android系統已經存在于我們身邊的每個角落，它被廣泛應用于手機、平板電腦、車載導航儀等常用的移動設備中。

Android是一個比較完善的操作系統，而且比較適用于智能家電系統的開發。具體原因有以下幾點。它支持Java/C++/C語言進行編程開發，擁有比較好的開發環境。Android系統自帶的消息推送接口和廣播推送器，一個比較適用于定時推送智能家電信息，另一個適用于智能家電報告自身異常狀況。同時，Android還支持對HTTPS、DUP、SSL等通信協議的封裝，可以使用套接字編程，在終端實現功能很方便。

綜上，將設計的家電控制系統基于Android平臺是一種很好的設計選擇方向。可以讓人們充分利用起身邊的安卓手機、安卓平板等移動Android設備，體驗到物聯網技術所帶來的便利。

1 系統總體組成設計

經過與小組成員的討論和實驗，本系統大致結構分為三個部分： 帶有Android客戶端的操作平臺、用來傳輸數據信息的通信WiFi設備、還有各種帶有無線功能的智能家電。 本次設計以裝有Android系統的設備作為發送控制命令的控制端，路由器提供WiFi服務，用局域網將各類智能家電連接起來，再將安卓控制平臺接入到智能家電群所在無線網絡中，從而實現家電控制的功能，達到系統設計的目的。

2 系統整體設計概述

整體模塊主要由三部分組成：安卓控制端用戶界面設計、無線網絡相關模塊、家電智能化調節三部分。大致構成框圖如圖1所示。

安卓客戶端界面設計的設想是設計為多種選擇的遙控器的外觀，盡量功能界面簡潔明了，便于用戶通過客戶端實現家電的功能控制，以及不同家電控制間的切換。

WiFi相關的嵌入式模塊的作用是把串口轉成無線網絡通信標準，用來連接起Android控制端和智能家電群，從而實現兩者的信息數據傳輸，為各個終端模塊提供無線網絡功能，讓它們工作在無線網絡之中。

最底層用一些可以建立網絡節點的集成芯片作為硬件核心，例如TI（德州儀器）公司開發的CC2530、CC2531等。以芯片為核心的仿真器在連接具體外設后，通過USB數據線和個人電腦進行連接，下載具體程序進行針對性的仿真功能調試。

2.1 Android平臺界面設計

手機端的用戶界面設計需要將其風格更加貼近日常使用的各類家電遙控器，這樣更為直觀，便于用戶理解和操作。實現所用語言是Java編程語言，使用的編譯器是Android studio。

2.2 安卓控制端連接設計

系統設計采用了UDP通信協議。在網絡層實現Socket套接字接口進行數據的傳輸通信，綁定通信對象的IP地址和端口號的方式是使用基于UDP協議的DatagramPacket（）。先去添加藍牙響應權限，從而允許安卓控制端使用藍牙功能。搜索藍牙設備可以通過調用Bluetooth Adapter的Discovery（）來實現。利用連接設備的功能信息生成藍牙Socket通信，用來連接協議實現各個終端之間的通信。具體代碼可以通過Java編程實現。

利用socket.send發送控制命令數據，具體過程如下：

A.從應用程序中創建socket;

B.通過bind將socket信息通知到網絡驅動層;

C.網絡驅動層將網絡中與從socket對應的數據接收并放入到socket中去;

D.從socket中將數據讀出。

利用socket.receiver接受命令，并顯示在控制端的用戶界面上，具體過程如下：

A.從應用程序中創建socket;

B.通過bind將socket信息通知到網絡驅動層;

C.將要發送的數據寫入到socket中;

D.網絡驅動層從socket中取出數據通過網卡發送出去。

2.3 串口轉WiFi模塊設計

串口WiFi模塊有多種選擇，比如TI公司的CC3000，或者海凌科公司一些新產品。我們小組選擇了通過查閱資料和參考價格，選擇了海凌科公司的HLK-RM08K型號來實現智能家電的WiFi功能，價格大概在100元左右。HLK-RM08K型號的模塊是深圳海凌科電子有限公司推出的低成本嵌入式串口-以太網-無線網模塊，可以較低成本地實現用戶串口、以太網、WiFi（無線網絡）這三個接口之間的數據轉換，因為該嵌入式模塊擁有通用串行的接口、而且符合網絡標準內置TCP/IP協議，使用該模塊，即使是傳統的串口設備，也不需要更改相關配置，便可以通過Internet網絡。該模塊的使用可以為系統設計中的串口設備通過網絡傳輸數據提供快速安全且低成本的解決方案。綜上所述，在各類WiFi模塊中，HLK-RM08K比較適用于本次智能家居物聯網設計。

連接過程：首先在所連接的電腦設備管理器中選擇相應的串口號，單擊搜索模塊。然后進行一些使串口參數與開發板一致的參數設置，最后一步是配置無線網絡的IP地址和端口號，使IP地址與試驗場地的路由器處于同一個網段，否則數據通信將無法進行連接。連接過程中所有的操作和設置完成之后需要重啟模塊。

2.4 底層硬件設計

在底層的智能家電硬件電路設計中，選用TI公司開發的CC2531芯片作為核心控制器，它的優勢在于可以用較低的成本建立網絡節點。除此之外，CC2531還擁有2.4GHz的RF收發器、工業標準的增強型8051單片機、系統內可編程的256KB閃存、8KB的RAM和許多其他強大的功能。可用在系統參數的配置和外部設備的管理等。

在具體的硬件電路設計中，根據不同的家電實際需求，增添不同的外設。比如在智能空調的硬件電路設計中，可以外接SHT10數字溫濕度傳感器，用來同時測量溫度和濕度，然后將測出的數據傳給CC2531芯片進行處理，通過 PID調節器改變直流電動機的功率來控制溫度。

核心控制器還需要外接串口模塊用于發送具體數據，同時用于接收安卓客戶端傳來的控制指令。

3 智能家電系統前景展望

智能家電系統作為一種富有科技含量的行業，和傳統家電的堆砌相比，它能給我們的日常生活帶來更多的便利，甚至可以說是享受。智能家電系統其實就是將傳統家電通過物聯網技術連接在一起，將各類家電服務整合在一起，高效的進行管理，就像是擁有一名不會疲倦的管家，給我們帶來高效、舒適、便利、安全、環保的生活環境和優秀的信息交互體驗。它的優勢很多，比如可以使戶主和家庭內部始終保持著信息交流，節省了親自動身調整設備的時間，清晰了解設備的狀況，可以借此來判斷是否繳費和是否需要維修，保證了能源費用的節約以及設備安全性。除此之外還有很多應用的場景，都從各個方面優化了人們的生活方式。隨著目前物聯網技術的飛速發展和深入應用，智能家電系統正朝著更加信息化、智能化、人性化的方向發展。

與此同時，國家相關政策也有鼓勵相關行業的發展，由工信部牽頭的《互聯網“十二五”規劃》中所支持的九大應用領域，分別是智能家居、智能安防、智能環保、智能電網、智能工業、智能農業、智能醫療、智能交通、智能醫療。其中的智能家居領域最能貼近人民生活，更能明顯地提升民眾生活品質，擁有更為迫切的應用需求，其發展前景不可估量。

以上背景對于智能家電市場來說，是新的浪潮也是新的挑戰，這個市場只會越來越龐大，只有擁有更好用戶體驗、更能滿足當下消費者需求的智能家電才能占據更大的市場份額。

4 結語

通過這段時間的資料查閱和小組討論，我對于智能家居相關技術和市場方面加深了了解，并以此為基礎，結合一些現有的物聯網技術設計了一種智能家電系統。本系統的設計方式比較簡潔，但可以實現Android控制端對于家電的無線控制。

【參考文獻】

[1]王劍龍.基于Android的智能家居控制系統的研究與實現[D].長春：吉林大學.2013.

[2]基于android的智能家電控制系統的設計與研究[J].鄭清蘭.攀枝花學報.2016（05）.

[3]基于物聯網的智能家電控制方案設計[J].林澤佳.電子技術和軟件工程.2018（16）.

[4]基于物聯網的智能家居發展前景探討[J].張慧燕.電子制作.2017（11）.