基于安卓的智能家居系統(tǒng)設(shè)計

文/黎素云 葉展勇 俞曉彤

科技時代的來臨，徹底改變了人們的生產(chǎn)生活方式，這也使越來越多的智能化家電設(shè)備進入到千家萬戶，尤其是Android 智能手機的普及與應(yīng)用，為智能家居領(lǐng)域提供了新的設(shè)計思路。通過安卓系統(tǒng)來對智能家居系統(tǒng)進行遠程控制，必將為人們的日常生活帶來極大的便利，為此，有必要對基于安卓的智能家居系統(tǒng)設(shè)計進行深入的研究。

1 系統(tǒng)總體框架的設(shè)計

在基于安卓的智能家居系統(tǒng)設(shè)計中，其共由四個部分所組成，分別是Web 服務(wù)器、ZigBee 智能網(wǎng)關(guān)、安卓系統(tǒng)客戶端以及ZigBee 傳感節(jié)點。在ZigBee 智能網(wǎng)關(guān)中，其由板座、Wifi 模塊和ZigBee 協(xié)調(diào)器三個部分組成，ZigBee協(xié)議棧的轉(zhuǎn)換樞紐是網(wǎng)關(guān)板模塊，其能夠?qū)f(xié)調(diào)器中的數(shù)據(jù)進行解析，ZigBee智能網(wǎng)關(guān)所解析的數(shù)據(jù)則可通過Wi-Fi 模塊來進行封裝，從而使無線網(wǎng)關(guān)能夠進行雙模轉(zhuǎn)換。在對基于安卓的智能家居系統(tǒng)設(shè)計中，所采用的芯片為8051 射頻芯片，Wi-Fi 模塊則采用ESP8266 模塊，數(shù)據(jù)可從Wi-Fi 模塊中的ZigBee傳感節(jié)點傳輸至安卓系統(tǒng)客戶端之中，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與控制指令下達等功能。在智能家居系統(tǒng)中，其網(wǎng)關(guān)控制器為安卓系統(tǒng)的智能手機，智能手機可利用安卓系統(tǒng)來對智能家居系統(tǒng)中的ZigBee 網(wǎng)關(guān)板進行Wi-Fi 連接，無線通信命令則可利用ZigBee 協(xié)調(diào)器向終端節(jié)點進行傳輸，從而使智能手機能夠?qū)χ悄芗译娺M行無線控制。

2 系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計

2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

在基于安卓的智能家居系統(tǒng)設(shè)計中，其硬件包括ZigBee 終端節(jié)點與網(wǎng)關(guān)板兩個組成部分，通過模塊化設(shè)計思路來對電路板進行設(shè)計。其中，網(wǎng)關(guān)板由核心板與底板組成，底板是由CH341A芯片與ESP8266Wi-Fi芯片所組成的，CH341A 芯片具有串口通信功能，ESP8266Wi-Fi 芯片則具有Wi-Fi 功能。ZigBee 終端節(jié)點包括核心板與網(wǎng)關(guān)底板兩個部分，F(xiàn)T232 串口芯片位于其底板之上。在智能網(wǎng)關(guān)電路中，無線數(shù)據(jù)會通過Wi-Fi 模塊接收，然后利用串口將其進行轉(zhuǎn)換，使其成為UART 數(shù)據(jù)，而ZigBee模塊則會將接收的數(shù)據(jù)進行解析處理，然后通過ZigBee 協(xié)調(diào)器利用網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)傳送，進而使指令被傳輸至ZigBee 終端節(jié)點中進行執(zhí)行。Wi-Fi 模塊可利用ZigBee 協(xié)調(diào)器進行操作，串口數(shù)據(jù)則會通過ZigBee 芯片進行Wi-Fi 信號轉(zhuǎn)換與傳輸，然后通過與ZigBee 芯片相連接的智能網(wǎng)關(guān)將轉(zhuǎn)換后的Wi-Fi 信號在安卓客戶端中進行展示。

2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

在基于安卓的智能家居系統(tǒng)中，其協(xié)調(diào)器軟件除了能夠?qū)Σ煌K端的無線數(shù)據(jù)進行收發(fā)以外，還能實現(xiàn)Wi-Fi 模塊間的串口收發(fā)。在ZigBee 網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建中，可利用ZigBee 協(xié)調(diào)器來對相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)號段與信道進行選擇，然后通過ZigBee 節(jié)點進行入網(wǎng)。安卓手機所發(fā)送的TCP 數(shù)據(jù)包會由智能家居系統(tǒng)中的Wi-Fi 模塊所接收，然后通過串口將TCP 數(shù)據(jù)包中的價值數(shù)據(jù)傳輸至協(xié)調(diào)器中，在此過程中，需要設(shè)計人員對協(xié)調(diào)器的接收串口的函數(shù)進行設(shè)置。

3 系統(tǒng)客戶端及服務(wù)器的設(shè)計

3.1 客戶端

在基于安卓的智能家居系統(tǒng)客戶端中，其要包括情景模式、智能控制以及用戶控制三個組成部分，客戶端利用http 請求服務(wù)來進行用戶登陸與模塊注冊，并借助于狀態(tài)碼來反饋狀態(tài)。用戶在利用智能手機連接智能家居系統(tǒng)時，需要通過ZigBee-Wi-Fi 智能網(wǎng)關(guān)來建立連接，智能手機和智能家居系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信方式采用socket，用戶可在智能手機的顯示界面中，選擇不同的情景模式來實現(xiàn)對智能家電的運行狀態(tài)進行快速設(shè)置，也可通過定時管理的方式來對智能家電的運行時間進行遠程控制。

3.2 服務(wù)器

基于安卓的智能家居系統(tǒng)在服務(wù)器設(shè)計中，是以安卓APP 平臺為基礎(chǔ)進行設(shè)計的，用戶可利用智能手機來登陸APP服務(wù)器平臺，以此根據(jù)用戶實際需求來遠程控制各種智能家電。在智能家居的安卓APP 服務(wù)器平臺中，其主要由基本信息管理模塊、情景模式模塊、智能控制模塊等三大模塊組成，在基本信息管理模塊中則包括用戶信息與數(shù)據(jù)采集信息兩個子模塊，在情景模式中又包括外出模式、起床模式與就寢模式三個子模塊。用戶可利用智能手機向智能家居系統(tǒng)的安卓服務(wù)器平臺發(fā)送http 請求，服務(wù)器在收到http 請求后，會自動將http 請求進行轉(zhuǎn)換，使其成為SQL 語句，然后在數(shù)據(jù)庫中對其進行處理，待數(shù)據(jù)庫處理完畢后，會自動將處理結(jié)果反饋給安卓服務(wù)器平臺，由安卓服務(wù)器對處理結(jié)果進行接收，然后將其轉(zhuǎn)換成json 格式的數(shù)據(jù)，并利用http協(xié)議將其發(fā)送給安卓客戶端，安卓客戶端在接收到數(shù)據(jù)后會自動進行解析，然后在UI 界面中顯示數(shù)據(jù)的解析結(jié)果。

4 結(jié)語

總而言之，在現(xiàn)代化信息技術(shù)的不斷發(fā)展中，基于安卓的智能家居系統(tǒng)的出現(xiàn)，使其能夠結(jié)綜合應(yīng)用Web 服務(wù)器技術(shù)、通信技術(shù)、Wi-Fi 技術(shù)等多種現(xiàn)代化信息技術(shù)，從而大大提高了智能家居系統(tǒng)的技術(shù)含量。在豐富了智能家居系統(tǒng)功能的同時，也大大便捷了用戶的使用與控制，從而給用戶帶來了更加優(yōu)質(zhì)的家居服務(wù)體驗。