基于Android平臺(tái)的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

索尼亞

【摘 要】如今，隨著互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)的不斷發(fā)展，國(guó)家對(duì)“互聯(lián)網(wǎng)+”政策的大力推動(dòng)，使人們?cè)诟鱾€(gè)方面感受到移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)信息化帶給日常工作生活的方便快捷。國(guó)家“智慧城市”建設(shè)在穩(wěn)步向前推進(jìn)，城市互聯(lián)網(wǎng)正在不斷形成并且逐步完善，對(duì)于社會(huì)的最小單元家庭來(lái)說(shuō)，“智能家居”這一概念的思考與應(yīng)用更能貼近日常生活的需要。作為現(xiàn)代化家居的發(fā)展方向，智能家居融合了無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)。據(jù)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)Gartner的數(shù)據(jù)顯示，截止2015年第三季度全球智能手機(jī)銷量相比去年同期的3.054億部增至3.528億部，其中Android系統(tǒng)占比84.7%，iOS占比13.1%，Windows占比1.7%，BlakBerry占比0.3%[1]。所以，基于Android平臺(tái)的智能家居控制系統(tǒng)更具生命力、影響力。

【關(guān)鍵詞】Android；智能家居；WIFI

本設(shè)計(jì)中選用了Android作為終端軟件設(shè)計(jì)平臺(tái)，這主要是由于安卓系統(tǒng)的開(kāi)放性、易移植性，且具有豐富的硬件選擇，便于程序員進(jìn)行程序開(kāi)發(fā)[2]，Android終端系統(tǒng)通過(guò)點(diǎn)擊控制界面的按鈕向Server（服務(wù)器）端發(fā)送命令，因此，Android終端的主要工作是系統(tǒng)界面UI設(shè)計(jì)以及與Server端的Socket通信程序設(shè)計(jì)。

Server主要通過(guò)TCP/IP協(xié)議接收來(lái)自Android的數(shù)據(jù)，然后發(fā)送至網(wǎng)關(guān)，同時(shí)接收網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)，將其發(fā)送至Android客戶端。因此，Server主要工作TCP/IP通訊邏輯設(shè)計(jì)。

網(wǎng)關(guān)我們選用ARM11處理器，可以為各模塊提供友好的支持，可擴(kuò)展性和可升級(jí)性強(qiáng)。并且ARM11具有功耗低，體積小，性能高，可擴(kuò)展性高的優(yōu)點(diǎn)[3]。

一、智能家居系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

Android 操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)被分為了4 層。分別是應(yīng)用程序?qū)?、?yīng)用程序框架層、核心類庫(kù)和 Linux 內(nèi)核層[4]。

Android是由一個(gè)或者是多個(gè)基本組件組成，其四大核心組件分別Activity、Service、Content Provider、BroadcastRecevier[5]。它們主要負(fù)責(zé)對(duì)程序宏觀框架進(jìn)行控制，同時(shí)必須在Android Manifest.xml文件中進(jìn)行必要配置。

Android的開(kāi)發(fā)環(huán)境主要包括：

1.Android SDK（Software Development Kit），Android專屬軟件開(kāi)發(fā)包；

2.Android ADT（Android Development Tools），開(kāi)發(fā)Android的可視化工具。

WIFI，全稱Wireless Fidelity，又稱802.11b標(biāo)準(zhǔn)。它的最大優(yōu)點(diǎn)就是傳輸速度較高，可以達(dá)到11Mbps，另外它的有效距離也很長(zhǎng)，同時(shí)也與已有的各種802.11DSSS設(shè)備兼容。Wi-Fi，無(wú)線保真技術(shù)與藍(lán)牙技術(shù)一樣，同屬于在辦公室和家庭中使用的短距離無(wú)線技術(shù)。該技術(shù)使用的是2.4GHz附近的頻段，該頻段目前尚屬?zèng)]用許可的無(wú)線頻段[6]?？梢岳斫鉃椋琖IFI替代了傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)，讓用戶可以方便、快捷的通過(guò)連接無(wú)線信號(hào)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)上的一系列操作。當(dāng)下，WIFI已經(jīng)成為每個(gè)人日?？焖佟⒈憬萆暇W(wǎng)的首選途徑。通過(guò)對(duì)無(wú)線路由器生成的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)也就是我們?nèi)粘ＵJ(rèn)識(shí)到的WIFI無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。

相比傳統(tǒng)的有限網(wǎng)絡(luò)，WIFI的優(yōu)點(diǎn)有以下四點(diǎn)：

1.無(wú)線電波的覆蓋范圍廣；

2.速度快，可靠性高；

3.無(wú)需布線；

4.健康安全。

二、系統(tǒng)的需求分析以及整體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的最終目標(biāo)是借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為家庭用戶享有更為便捷的生活體驗(yàn)，使家庭設(shè)備根據(jù)人們主觀命令實(shí)現(xiàn)應(yīng)有的功能。系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)原則應(yīng)綜合考慮可行性、健壯性以及可擴(kuò)展性，如圖1所示為系統(tǒng)概要設(shè)計(jì)：

本系統(tǒng)基于Android平臺(tái)的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要實(shí)現(xiàn)：基于WIFI的數(shù)據(jù)傳輸以及家庭設(shè)備控制功能。

三、Android客戶端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

根據(jù)對(duì)系統(tǒng)的需求進(jìn)行分析，對(duì)系統(tǒng)的各功能模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)劃之后，對(duì)智能家居系統(tǒng)軟件終端模塊設(shè)計(jì)分別是用戶登錄、智能控制。其中智能控制是重點(diǎn)設(shè)計(jì)部分，包含了：房間添加模塊、房間信息編輯模塊、家電控制模塊。

Android智能終端采取了典型的MVC系統(tǒng)設(shè)計(jì)模式，這種模式是系統(tǒng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)的底層架構(gòu)。主要由邏輯模型（Model）、視圖模型（View）、控制器（Controller）組成。通過(guò)將邏輯層和視圖層進(jìn)行了分離，實(shí)現(xiàn)低耦合[7]。模型層主要是對(duì)業(yè)務(wù)邏輯進(jìn)行開(kāi)發(fā)以及對(duì)行為進(jìn)行處理。視圖層是將界面效果呈現(xiàn)給用戶，是給用戶的結(jié)果反饋?？刂茖又饕墙邮罩噶睢?/p>

當(dāng)用戶點(diǎn)擊界面中的登錄按鈕時(shí)，彈出登陸對(duì)話框，點(diǎn)擊登錄按鍵，用戶通過(guò)輸入密碼進(jìn)行驗(yàn)證登錄，同數(shù)據(jù)庫(kù)中的密碼進(jìn)行匹配判斷，當(dāng)驗(yàn)證輸入的密碼正確后完成登錄操作。系統(tǒng)登錄界面如圖2所示：

登錄成功后，我們從房間列表中可以看到一些房間圖片和名稱，如圖3。用戶也就是通過(guò)對(duì)這些圖標(biāo)按鈕的各個(gè)房間來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)現(xiàn)實(shí)中房間的控制的。最后面有一個(gè)添加按鈕，也是為了適應(yīng)生活中的一些變化，例如我們對(duì)新房間的增加，長(zhǎng)按房間圖標(biāo)對(duì)相應(yīng)的房間的信息進(jìn)行編輯或刪除。

當(dāng)用戶點(diǎn)擊主臥按鈕圖標(biāo)時(shí)，會(huì)觸發(fā)RoomClickListener監(jiān)聽(tīng)程序，程序取得圖片對(duì)應(yīng)的房間ID以及名稱，然后在服務(wù)器中進(jìn)行查詢，得到該房間內(nèi)各種家電設(shè)備，同時(shí)將查詢到的設(shè)備在系統(tǒng)界面中顯示，如圖4。

我們以對(duì)空調(diào)控制為例進(jìn)行智能控制，具體界面如圖5：

在Android設(shè)備終端進(jìn)行對(duì)空調(diào)進(jìn)行智能控制，當(dāng)用戶點(diǎn)擊“開(kāi)關(guān)”按鈕時(shí)，根據(jù)程序后臺(tái)邏輯則對(duì)所點(diǎn)擊按鈕進(jìn)行制定發(fā)送，同時(shí)基于WIFI網(wǎng)絡(luò)，將給智能網(wǎng)關(guān)發(fā)送開(kāi)關(guān)燈指令，然后智能網(wǎng)關(guān)通過(guò)紅外信號(hào)技術(shù)控制空調(diào)設(shè)備進(jìn)行開(kāi)關(guān)操作。

四、總結(jié)展望

隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，科技的快速發(fā)展，人們生活水平也在不斷提高，“智能家居”概念已經(jīng)逐漸融入我們生活的各方面中。對(duì)智能設(shè)備的控制也必將進(jìn)行全方位的整合生成統(tǒng)一的移動(dòng)終端。本文對(duì)基于Android平臺(tái)WIFI網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的智能家居技術(shù)進(jìn)行了研究，并結(jié)合當(dāng)前技術(shù)現(xiàn)狀提供了較為可靠的思路和方案。經(jīng)過(guò)對(duì)系統(tǒng)需求、設(shè)計(jì)、功能、分析各個(gè)階段的實(shí)施驗(yàn)法，總結(jié)出了較為嚴(yán)密的計(jì)劃方案。通過(guò)采用計(jì)算機(jī)軟件工程思路、Android技術(shù)以及WIFI網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計(jì)并構(gòu)建出一套較為可行的智能家居控制系統(tǒng)。通過(guò)實(shí)現(xiàn)基于手持Android設(shè)備客戶端與家居智能設(shè)備之間的通信，將家居設(shè)備能夠進(jìn)行統(tǒng)一控制，能夠讓用戶方便、快捷、有效的對(duì)家庭智能設(shè)備進(jìn)行控制。

智能家居系統(tǒng)無(wú)法獨(dú)立應(yīng)用，必須依賴于整體的房屋建筑設(shè)計(jì)、小區(qū)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、小區(qū)信息化系統(tǒng)應(yīng)用情況以及智能家居設(shè)備普及情況。然而，在這些依賴項(xiàng)上仍存在參差不齊的實(shí)際發(fā)展現(xiàn)狀。房屋建設(shè)設(shè)計(jì)初期是否能夠結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)思維做好統(tǒng)一的只能監(jiān)控設(shè)計(jì)？小區(qū)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)是否滿足智能化系統(tǒng)的需求并給與承載？小區(qū)信息化應(yīng)用現(xiàn)狀是否有較高的擴(kuò)展性和穩(wěn)定性？而對(duì)于核心的智能家居設(shè)備方面，當(dāng)前還存在許多技術(shù)不成熟，現(xiàn)行的家居設(shè)備不能達(dá)到智能控制的最終要求，所以在智能家居系統(tǒng)推進(jìn)過(guò)程中會(huì)遇到各種兼容問(wèn)題。

綜合考慮，本設(shè)計(jì)還存在很多方面需要仍需進(jìn)一步的改進(jìn)和完善：

第一，改進(jìn)終端軟件UI使人機(jī)交互更友好，增強(qiáng)系統(tǒng)兼容性與擴(kuò)展性讓系統(tǒng)更穩(wěn)定強(qiáng)大。

第二，本設(shè)計(jì)基于WIFI網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)Android端與Server通信，隨著網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)革新更替，將來(lái)肯定應(yīng)考慮結(jié)合手機(jī)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用研發(fā)。

第三，根據(jù)智能家具設(shè)備的時(shí)代變更，不斷擴(kuò)展系統(tǒng)的設(shè)備兼容性。

第四，結(jié)合“智慧城市”“智能小區(qū)”“互聯(lián)網(wǎng)+”的國(guó)家整體互聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略思維進(jìn)行智能家居的系統(tǒng)功能完善和提升。

參考文獻(xiàn)：

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