面向手機控制的智能家居系統(tǒng)設(shè)計分析

王慶江

摘 要：智能家居系統(tǒng)的控制器采用的是ARM11技術(shù)，前臺的客戶端程序采用的是手機藍牙技術(shù)，通過對后臺服務(wù)以及控制器之間的搭建，集合智能家居體系和藍牙手機等，以達到手機藍牙遠程通訊的目的。通過對該項系統(tǒng)的試驗分析，我們可以發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)能夠達到設(shè)計的初衷，使智能家電能夠通過手機進行控制。

關(guān)鍵詞：手機控制；藍牙；智能家居系統(tǒng)；服務(wù)器

中圖分類號：TP273+.5 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.10.031

手機藍牙可以支持10 m內(nèi)的短距離無線通信，這種技術(shù)主要是采用分散式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、快跳頻以及短包技術(shù)來實現(xiàn)的，它能夠進行點對點以及點對多點的無線通信。本次對手機控制智能家居系統(tǒng)的設(shè)計研究就是利用手機的藍牙技術(shù)來設(shè)計一個嵌入式的家電控制系統(tǒng)，成本較低、操作簡單且有很強的實用性，能夠面向社會進行推廣。目前，手機基本上都帶有藍牙功能，能夠結(jié)合帶藍牙模塊的系統(tǒng)，使手機具有無線控制的功能，與智能家電的遙控器整合在一起。

1 智能操作系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)分析

1.1 藍牙通訊協(xié)議

藍牙通訊協(xié)議由兩部分組成，即藍牙主機和藍牙模塊。藍牙主機主要包括HCI層和HCI層以上的協(xié)議，其實現(xiàn)的形式是軟件，能夠運行各種應(yīng)用程序，包括服務(wù)程序，且它們都是以藍牙耳機的協(xié)議層來實現(xiàn)的；藍牙模塊主要是HCI層以下的協(xié)議，主要是對主機的信息進行傳遞，靠硬件中的固件來實現(xiàn)。

藍牙技術(shù)的系統(tǒng)由三部分組成，即底層的硬件模塊、中間的協(xié)議層和高層應(yīng)用。藍牙技術(shù)系統(tǒng)最關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)是中間協(xié)議層。本次研究的控制系統(tǒng)應(yīng)用的原理就是藍牙技術(shù)的中間協(xié)議層的無線API。

藍牙的中間協(xié)議層由硬件和軟件兩部分組成，分別由不同的設(shè)備和軟件來為它們功能的實現(xiàn)提供支持。

1.2 CGI技術(shù)的使用

CGI技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)eb環(huán)境下的客戶端信息傳遞給Web服務(wù)器，然后 Web服務(wù)器將相關(guān)信息存入到環(huán)境變量，接著啟動指定CGI腳本來完成那些指定工作。CGI腳本的運行需要從環(huán)境中獲得相關(guān)的信息才能啟動，其執(zhí)行的結(jié)果需要通過HTML的格式輸出，傳輸?shù)綖g覽器端。CGI技術(shù)能夠增強瀏覽器與服務(wù)器的交互性，主要是由于用戶傳遞給CGI腳本的參數(shù)都是不同的。CGI技術(shù)應(yīng)用到智能家電的控制系統(tǒng)中能夠通過客戶端的網(wǎng)頁來控制攝像頭轉(zhuǎn)動的角度。

1.3 Web技術(shù)的使用

Web技術(shù)能夠完成以下三種功能的指令：①發(fā)布動態(tài)與靜態(tài)的網(wǎng)頁信息；②能夠為其他設(shè)備提供接口來檢測現(xiàn)場的設(shè)備；③通過接口的連接實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的控制。BOA服務(wù)器屬于

Web服務(wù)器的一種，它非常小巧但高效，能夠支持CGI技術(shù)的運行，可以應(yīng)用到嵌入式的系統(tǒng)當(dāng)中，是一個單任務(wù)http服務(wù)器；能夠接受、分析、響應(yīng)客戶端請求，并將請求的結(jié)果返回到客戶端。BOA服務(wù)器在智能家電控制系統(tǒng)中屬于底層服務(wù)器，其主要目的是將攝像頭拍攝的圖片信息傳遞到PC端。其傳遞的過程為：①完成初始化工作，比如建立環(huán)境的變量、綁定端口、偵聽并進入到循環(huán)結(jié)構(gòu)等，還包括等待接受客戶端的連接請求；②客戶端發(fā)出連接請求時，Web服務(wù)器就要接受客戶端的請求，然后將這些請求信息保存起來；③在接收到連接請求后，接下來就是分析這些請求信息，同時解析請求的URL目標(biāo)、方法以及表單信息等一系列內(nèi)容，同時還要根據(jù)這些信息迅速做出處理反應(yīng)；④在Web服務(wù)器將連接請求做出處理后，要將相關(guān)的信息發(fā)送到客戶端瀏覽器上，同時關(guān)閉TCP的連接。

2 智能家電控制系統(tǒng)的設(shè)計

2.1 系統(tǒng)的設(shè)計說明

應(yīng)用嵌入式的智能家電控制系統(tǒng)的意義主要有：①將智能手機客戶端作為智能家電的遙控器，整合了智能家電與手機?，F(xiàn)在的智能手機程序移植非常方便，手機基本上都可以運行該程序，且目前的手機技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)速度非常快。②藍牙技術(shù)的通信采用的是藍牙地址，而不是IP網(wǎng)絡(luò)地址，這也就大大節(jié)約了即時通訊產(chǎn)生的費用，并且通信效率也要高出即時通訊很多。③藍牙技術(shù)數(shù)據(jù)傳輸效率高、能耗低，并且體積小、成本低，芯片的使用壽命較長，因此采用藍牙技術(shù)有很強的實用性。

手機控制的智能家居系統(tǒng)主要是由上位機和下位機兩部分組成，上位機建立在手機藍牙平臺控制之上，下位機則是ARM11的后臺服務(wù)器。手機藍牙能夠與ARM11服務(wù)器進行連接，并且將控制命令發(fā)送到服務(wù)器，然后控制客戶端。試驗的系統(tǒng)平臺是J2ME技術(shù)，利用藍牙L2CAP協(xié)議與無線通信API來實現(xiàn)。下位機采用的是手機藍牙地址連接的技術(shù)，只需要搜索藍牙地址就能進行匹配連接。下位機能夠有效將藍牙的無線通信技術(shù)與后臺控制連接在一起，實現(xiàn)了同客戶端的互傳數(shù)據(jù)及通訊，并能夠檢測系統(tǒng)中不同的傳感器，使家電家居進入智能化時代。 2.2 智能家居控制系統(tǒng)功能介紹

智能家居控制系統(tǒng)主要有以下幾個功能：①J2ME控制功能。首先能夠與服務(wù)器進行初始化連接，進入到控制程序中，然后通過藍牙通信控制家電；其次，它能夠接收到家電傳遞的信息，了解房屋的濕度和溫度等信息。②室內(nèi)智能監(jiān)控。視頻監(jiān)控的智能控制主要是利用CGI技術(shù)為支持，通過ARM11來建立Web服務(wù)器，采用藍牙和HTML來對監(jiān)控系統(tǒng)進行智能控制。我們需要在監(jiān)控攝像頭下方安裝步進電機，然后采用藍牙和網(wǎng)線分布發(fā)送指令來控制攝像頭的轉(zhuǎn)動，最后采用HTML來設(shè)計網(wǎng)頁，并在這個網(wǎng)頁上添加不同的控制按鈕來調(diào)節(jié)攝像頭的角度。③門禁視頻監(jiān)控。門禁智能監(jiān)控是建立在ARM1的基礎(chǔ)上，用來運行攝像頭，然后利用手機藍牙發(fā)送遠程命令來對其進行控制。④傳感器的應(yīng)用。智能家居的系統(tǒng)中，傳感器占有很大的比例，它能夠?qū)Ψ块g內(nèi)的信息進行全方位的監(jiān)控，也需要我們布置大量不同的傳感器，比如紅外傳感器、溫度濕度傳感器、防盜傳感器和聲控傳感器等。各種傳感器的功能如表1所示。

3 智能家居控制系統(tǒng)的實現(xiàn)

3.1 實現(xiàn)上位機的功能控制

上位機功能的實現(xiàn)主要是利用J2ME進行的，基本行為包括初始化功能、尋找藍牙設(shè)備、藍牙服務(wù)、連接藍牙設(shè)備、控制命令的發(fā)送以及傳輸服務(wù)器的數(shù)據(jù)。上位機功能與服務(wù)器之間的無線通信實現(xiàn)了其功能，包括發(fā)送、接受控制的命令。主要工作流程是：啟動上位機的程序，然后通過密碼來識別身份，輸入正確的密碼才能與藍牙服務(wù)器進行連接，連接成功后，才能將命令發(fā)送到藍牙服務(wù)器上，實現(xiàn)系統(tǒng)的控制。

3.2 實現(xiàn)下位機的功能控制

下位機通過在ARM11上建立藍牙服務(wù)器，通過無線通信與客戶端進行連接，然后控制家電家居。下位機的實現(xiàn)表現(xiàn)在以下幾個方面：①ARM11的開發(fā)環(huán)境。該系統(tǒng)是在藍牙技術(shù)的基礎(chǔ)上建立的，必須要在UP-CUP6410上搭建藍牙服務(wù)器，先編寫ARM11的內(nèi)核，然后配置根文件系統(tǒng)中添加一個藍牙驅(qū)動，這主要是為搭建一個藍牙服務(wù)的后臺運行環(huán)境。②Web服務(wù)器和視頻服務(wù)器的運行配置。本次試驗采用的是BOA服務(wù)器，它能夠為藍牙的視頻發(fā)生和CGI控制提供必要的幫助。視頻服務(wù)器則采用的是spcaview模塊，能夠為攝像頭的視頻采集提供一個穩(wěn)定的后臺運行環(huán)境。③步進電機的采用實現(xiàn)了控制攝像頭的轉(zhuǎn)動。我們在計算機上建立一個CGI客戶端，在ARM11上建立Web服務(wù)器，然后利用HTML來驅(qū)動CGI腳本，實現(xiàn)對步進電機的控制。

在系統(tǒng)應(yīng)用中，我們也發(fā)現(xiàn)，在多種藍牙服務(wù)的干擾下，客戶端在藍牙搜索時會出現(xiàn)一定的演示，并且每次進行藍牙連接時，僅僅只有一個客戶端能夠成功連接服務(wù)器，保證了系統(tǒng)通信的安全與可靠。

4 結(jié)束語

手機控制智能家居的系統(tǒng)操作簡單、安全可靠，且成本較低，在科技技術(shù)快速發(fā)展的今天，已經(jīng)不存在技術(shù)上的問題。在以后的應(yīng)用中，我們也可以不斷對其進行改進，進而改善我們的生活。

參考文獻

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〔編輯：王霞〕