基于ARM與Android的智能家居移動終端

朱嵐

摘 要 本文設(shè)計了一款基于ARM和Android的智能家居移動終端來作為智能家居控制器。在ARM平臺上，結(jié)合安卓系統(tǒng)，基于WiFi技術(shù)構(gòu)建了以智能家居控制器為中心的家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。具體工作包括：對比了當(dāng)前較為流行的幾種可用于構(gòu)建智能家居內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)技術(shù)，確定以WiFi技術(shù)作為家庭網(wǎng)絡(luò)通信工具。以ARM核心開發(fā)板搭建了智能家居控制器的硬件實驗平臺，實現(xiàn)智能家居的無線控制功能。

關(guān)鍵詞 ARM 智能家居 Android WiFi

中圖分類號：TP18 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0引言

本文通過對各種智能家居系統(tǒng)進(jìn)行分析，針對目前智能家居的背景情況，依托ARM平臺和WIFI通信技術(shù)，設(shè)計了一種可行的基于網(wǎng)絡(luò)的智能家居控制系統(tǒng)，實現(xiàn)信息家電的管理。首先設(shè)計了智能家居系統(tǒng)的整體架構(gòu)，以S3C6410作為智能家居系統(tǒng)的主控制器，家庭內(nèi)網(wǎng)Zigbee將家中環(huán)境和家用電器有機(jī)組合在一起，并與Internet和GPRS網(wǎng)絡(luò)共同組成了一個安全、方便、舒適的家居環(huán)境。

1 Android 系統(tǒng)

本文所設(shè)計的智能家居移動終端是基于Android平臺開發(fā)的，如智能手機(jī)、PPC、PDA等，服務(wù)器為基于ARM11架構(gòu)的Tiny6410嵌入式系統(tǒng)。

1.1 Android的開放性

本系統(tǒng)是基于Android平臺開發(fā)的。Android是由開放手機(jī)聯(lián)盟發(fā)布的基于Linux的開源手機(jī)平臺。它由操作系統(tǒng)、中間件、用戶界面和應(yīng)用軟件組成，是第一個為移動終端專用的真正開放的移動軟件開發(fā)平臺。Android移動終端平臺將憑借其出色的優(yōu)越性超越其他終端平臺。

1.2 Android的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

從軟件分層的角度來看，Android開放平臺由應(yīng)用程序、應(yīng)用程序框架、Android Runtime、庫以及Linux內(nèi)核組成，如圖1所示 。

圖1 Android 系統(tǒng)架構(gòu)

2智能家居移動終端

2.1智能家居移動終端主要功能

智能家居移動終端的主要功能有家電控制功能、家居安全防控功能、信息采集功能、信息共享和服務(wù)功能、家庭娛樂和辦公功能、智能化控制功能

2.2 智能家居移動終端基本構(gòu)架設(shè)計

智能家居系統(tǒng)對于提高現(xiàn)代人類的生活質(zhì)量，創(chuàng)造便利、安全、舒適的生活空間有著非常重要的意義。智能家居的基本構(gòu)架如圖2所示。

2.3 智能家居移動終端組成模塊

智能家居移動終端組成模塊如圖3所示。

（1）信息處理模塊：為了使相互獨立的信息家電可以實現(xiàn)信息共享與協(xié)同工作，智能家居系統(tǒng)中必須具有專門的信息處理模塊。

（2）通信模塊：如果說信息處理模塊是智能家居系統(tǒng)的大腦，那么通信模塊就是實現(xiàn)信息傳導(dǎo)的神經(jīng)。

（3）功能驅(qū)動模塊：功能驅(qū)動模塊是信息流入、流出各個信息電器的接口。

（4）外界信息接口模塊：該模塊可以看成是一個家庭通向外界（如internet）的網(wǎng)關(guān)。

3移動視頻監(jiān)控系統(tǒng)方案設(shè)計

3.1移動視頻監(jiān)控服務(wù)器端設(shè)計

移動視頻監(jiān)控服務(wù)器是一個嵌入式Android系統(tǒng)，是集高速視頻采集、視頻傳輸、識別與跟蹤目標(biāo)于一體的智能化嵌入式裝置。它可以通過串口控制攝像機(jī)的行為，也可以通過S3C6410的攝像頭接口（Camera）接收CCD攝像機(jī)采集的視頻數(shù)據(jù)，并傳送給硬件編解碼（MFC）模塊進(jìn)行視頻壓縮，并把得到的經(jīng)過H.264壓縮的數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)卡打包發(fā)送到無線路由器，服務(wù)器端總體框圖如圖4所示。

圖4 移動視頻監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器端總體框圖

3.2移動視頻監(jiān)控客戶端設(shè)計

（1）Android移動終端應(yīng)用通過輸入用戶名和密碼（用戶已向服務(wù)器注冊用戶名和密碼）登錄終端，并僅以用戶名向服務(wù)器發(fā)送請求，使用TCP協(xié)議。

（2）嵌入式監(jiān)控服務(wù)器接收到請求，通過用戶名查詢對應(yīng)服務(wù)器IP地址及分配端口號，通過TCP協(xié)議發(fā)送同應(yīng)，回應(yīng)中應(yīng)包含需要監(jiān)控的端口號。

（3）Android移動終端接收到請求回應(yīng)，解析出端口號，以此地址、端口及用戶登錄的密碼向服務(wù)器發(fā)起數(shù)據(jù)請求，使用UDP協(xié)議。此請求采用命令字（包括了對密碼的MD5加密后的數(shù)據(jù)）。

（4）服務(wù)器接收到數(shù)據(jù)請求，向Android移動終端發(fā)送視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)。

（5）Android移動終端接收到數(shù)據(jù)后，從緩沖區(qū)中讀取數(shù)據(jù)，調(diào)用V4L2接口進(jìn)行解碼、轉(zhuǎn)換及顯示播放。

（6）在監(jiān)控過程中，Android移動終端可以切換通道，即可以切換到不同監(jiān)視器，包括模擬監(jiān)視器和數(shù)字監(jiān)視器。Android移動終端發(fā)送相應(yīng)命令到服務(wù)器，并接收對應(yīng)監(jiān)視器的數(shù)據(jù)。

（7）在監(jiān)視過程中，Android移動終端可以設(shè)置視頻質(zhì)量，發(fā)送視頻質(zhì)量等級命令請求到服務(wù)器，服務(wù)器發(fā)送調(diào)整幀率后的數(shù)據(jù)。

3.3圖形界面單元的實現(xiàn)

本設(shè)計的界面是基于Android的GUI系統(tǒng)實現(xiàn)的。它由C語言框架和Java語言框架組成。對下層，Android的GUI系統(tǒng)通過調(diào)用顯示輸出設(shè)備和輸入設(shè)備的驅(qū)動，從而將Android的軟件系統(tǒng)和底層的硬件聯(lián)系起來。對上層，Android的GUI系統(tǒng)提供了Java層次的繪圖結(jié)構(gòu)，Android的Java框架層調(diào)用這些繪圖接口來構(gòu)建各種UI元素，這些繪圖接口也可供Java應(yīng)用程序?qū)觼碚{(diào)用。用戶在Android移動終端啟動軟件進(jìn)入遠(yuǎn)程控制登陸界面，如圖5所示。

圖5 登陸界面

4結(jié)束語

本文基于ARM和Android的智能家居移動終端的設(shè)計，以Android系統(tǒng)作為智能家居終端設(shè)備的操作系統(tǒng)，并在Android系統(tǒng)上使用了MVC模式設(shè)計了智能家居主程序，極大地降低了系統(tǒng)各層的依賴，有利于組件的重用。整個系統(tǒng)充分利用了Android 內(nèi)部資源，極大地提高了開發(fā)效率。實驗結(jié)果表明，系統(tǒng)的穩(wěn)定性極高，具有較強(qiáng)的實用性。

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