基于安卓平臺的智能家居系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

楊 杰

(山西職業(yè)技術(shù)學(xué)院計(jì)算機(jī)工程系,山西 太原 030006 )

基于安卓平臺的智能家居系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

楊 杰

(山西職業(yè)技術(shù)學(xué)院計(jì)算機(jī)工程系,山西 太原 030006 )

基于安卓平臺的智能家居控制系統(tǒng)，利用通信技術(shù)、控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的有效結(jié)合，將智能科技合理地融入了現(xiàn)代生活，給人們提供了一種舒適、方便、高效、安全的生活方式。本智能家居控制系統(tǒng)集家電控制、視頻監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)控、安全防護(hù)為一體，并為用戶提供了多種情景模式和相關(guān)系統(tǒng)設(shè)置功能，使用戶能夠輕松、快捷地實(shí)現(xiàn)對家居設(shè)備的控制管理。

智能家居控制系統(tǒng)；安卓；SQLite數(shù)據(jù)庫

早在20世紀(jì)80年代，一些發(fā)達(dá)國家就已經(jīng)提出了智能家居的概念。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)水平的發(fā)展，這個新的概念也逐漸被人們所認(rèn)識。進(jìn)入21世紀(jì)后，由于移動通信技術(shù)和智能化家居設(shè)備的迅猛發(fā)展，智能化家居產(chǎn)品漸漸被部分家庭所采用。近年來，社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，在全球范圍內(nèi)智能手機(jī)被普及，人們的生活水平也提高了一個新的層次，因此，人們對生活質(zhì)量也有了越來越高的要求，使得智能家居的開發(fā)和設(shè)計(jì)成了目前科技發(fā)展的必然趨勢。

本系統(tǒng)將安卓智能終端手機(jī)與智能家居聯(lián)系在一起，研究并設(shè)計(jì)了一個功能全面、使用方便的智能家居控制系統(tǒng)。在系統(tǒng)中，通過安卓智能手機(jī)平臺采用無線網(wǎng)絡(luò)連接到智能家居網(wǎng)絡(luò)，與智能家居設(shè)備部分傳感器進(jìn)行通信，從而實(shí)現(xiàn)安全防護(hù)、環(huán)境監(jiān)控、家電控制、視頻監(jiān)控等功能。

1 安卓手機(jī)平臺智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 用戶界面設(shè)計(jì)

用戶進(jìn)入系統(tǒng)后，顯示主界面，該界面主要通過GridView組件完成設(shè)計(jì)，網(wǎng)絡(luò)視圖[1]是按照行列的方式顯示內(nèi)容的，適合用于圖片資源和信息等內(nèi)容。主功能界面圖如圖1所示。

在主界面右下角分別通過三個Botton組件完成用戶的登錄、注冊與退出功能。若是新用戶，則點(diǎn)擊“注冊”按鈕，完成用戶相應(yīng)的信息設(shè)置；若是已注冊用戶，則直接點(diǎn)擊“登錄”按鈕，輸入用戶名和密碼，系統(tǒng)完成驗(yàn)證后，啟動主界面中智能家居控制系統(tǒng)的功能按鈕，用戶根據(jù)需要完成相應(yīng)的家電控制、視頻監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)控、安全防護(hù)、情景模式與系統(tǒng)設(shè)置等功能。系統(tǒng)總體流程如圖2所示。

圖1 主功能界面圖

圖2 系統(tǒng)流程圖

1.2 實(shí)現(xiàn)的主要功能模塊設(shè)計(jì)

1.2.1 家電控制

用戶登錄智能家居系統(tǒng)后，可以點(diǎn)擊家電控制按鈕進(jìn)入家電控制界面，對家電設(shè)備(如電視、空調(diào)、電燈、窗簾等)進(jìn)行控制。可以對家電設(shè)備實(shí)現(xiàn)單獨(dú)控制，還可以成組或定時(shí)控制，構(gòu)成場景效果的一部分。電視控制界面模仿了遙控器的一些常見功能，可以實(shí)現(xiàn)用戶換臺、音量調(diào)節(jié)、節(jié)目列表、回看等功能。在智能終端手機(jī)上還可以對各個房間的空調(diào)溫度進(jìn)行查看和調(diào)節(jié)。當(dāng)家中有老人或者小孩時(shí)，我們可以通過手機(jī)及時(shí)看到他們房間的空調(diào)運(yùn)行情況，幫助他們把空調(diào)調(diào)整到舒適的溫度，使他們安心入睡。用戶可以根據(jù)自己的需求，進(jìn)入電燈控制界面對電燈進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)對不同燈光(0到100%)的亮度調(diào)節(jié)。另外，智能窗簾是通過指令控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來帶動窗簾沿著軌道運(yùn)動的。不同的時(shí)間，不同的天氣或者不同的模式下，我們需要對窗簾進(jìn)行不同的調(diào)節(jié)，來滿足我們對透光度、隱秘度以及隔音隔熱效果的需求。電燈的開、關(guān)操作以及亮度都可以通過安卓手機(jī)終端來控制。

1.2.2 視頻監(jiān)控

用戶可以隨時(shí)通過選擇不同的攝像頭對室內(nèi)、室外情況進(jìn)行監(jiān)控。監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)顯示監(jiān)控畫面，快速檢索圖像，自動備份，有效幫助用戶了解現(xiàn)場狀態(tài)，并及時(shí)采取有效措施。

1.2.3 環(huán)境監(jiān)控

該系統(tǒng)主要是對環(huán)境信息的采集，并對信息進(jìn)行分析，給出相應(yīng)的操作提示。系統(tǒng)包括了空氣質(zhì)量傳感器、溫濕度傳感器、室外風(fēng)速探測器、無線噪聲傳感器等?？諝赓|(zhì)量傳感器可以采集室內(nèi)空氣污染信息，為電動開窗器和凈化器提供數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)自動換氣和排除污染。溫濕度傳感器可以采集室內(nèi)溫度和濕度，作為空調(diào)和地暖等設(shè)備的控制依據(jù)。室外風(fēng)速探測器、無線噪聲傳感器可以采集室外氣候信息和噪音信息，作為電動窗簾盒電動開窗器等設(shè)備的控制依據(jù)。

1.2.4 安全防護(hù)[2]

主要使用了超聲波、玻璃破碎傳感器、被動紅外探測器以及門磁等設(shè)備，當(dāng)用戶外出時(shí)，就可以打開安防設(shè)備，出現(xiàn)玻璃破碎、有人闖入等情況，就會給安卓終端發(fā)送報(bào)警信息。另外，用戶可以通過安防攝像頭隨時(shí)查看家中狀況，做出相應(yīng)的處理。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)、漏水或煤氣泄漏等意外事故時(shí)，家中的煙霧報(bào)警器、水患探測器、燃?xì)馓綔y器就會發(fā)揮作用，將信息及時(shí)傳遞到用戶手機(jī)上，以便能夠及時(shí)做出處理。

1.2.5 情景模式

所謂情景模式就是指根據(jù)不同情景而選擇的一整套對智能家居系統(tǒng)的連鎖控制。本系統(tǒng)主要包含了智能家居離家模式、智能家居回家模式、智能家居睡眠模式、智能家居娛樂模式。例如：當(dāng)用戶外出時(shí)，可以啟動離家模式，啟動后，家用電器關(guān)閉，全部燈光關(guān)閉，門窗自動鎖閉，安防系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)啟動，一旦發(fā)現(xiàn)有人入侵，就會警號長鳴，監(jiān)控設(shè)備自動抓拍存儲。另外，用戶還可以根據(jù)自己的需求添加自定義情景模式。

1.2.6 系統(tǒng)設(shè)置

系統(tǒng)設(shè)置功能模塊主要包括了啟動設(shè)置、顯示設(shè)置、用戶設(shè)置、連接設(shè)置及系統(tǒng)更新等功能。在這里，用戶可以選擇是開機(jī)啟動還是后臺啟動；選擇自己所需要的界面語言，并對界面顯示字體進(jìn)行類型、顏色、大小的設(shè)置；用戶登錄系統(tǒng)后，可以在這里對用戶名和密碼進(jìn)行修改；通過連接設(shè)置，可以設(shè)置用戶的IP地址和端口號；另外，還可以查看系統(tǒng)版本信息，并完成系統(tǒng)更新。

1.3 控制網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)

安卓手機(jī)可以通過WIFI或者移動網(wǎng)絡(luò)信號連接到智能家居網(wǎng)絡(luò)，而控制網(wǎng)關(guān)[3]則可以通過以太網(wǎng)連接到智能家居網(wǎng)絡(luò)。本系統(tǒng)中的控制網(wǎng)關(guān)選擇了PICI8F66J60單片機(jī)。該類控制網(wǎng)關(guān)屬于嵌入式系統(tǒng)，能夠介入Internet應(yīng)用，內(nèi)部集成了以太網(wǎng)控制芯片，有著較強(qiáng)的計(jì)算能力和充足的數(shù)據(jù)空間?？刂凭W(wǎng)關(guān)可以實(shí)現(xiàn)多種協(xié)議，因此能夠支持不同的網(wǎng)絡(luò)連接模式。當(dāng)建立好連接后，數(shù)據(jù)就可以在安卓手機(jī)和控制網(wǎng)關(guān)之間進(jìn)行傳輸?？刂凭W(wǎng)關(guān)可以將安卓手機(jī)的操作指令發(fā)送到智能家居設(shè)備上，還可以將智能家居設(shè)備當(dāng)前的狀態(tài)信息發(fā)送到安卓手機(jī)上,從而實(shí)現(xiàn)安卓手機(jī)對智能家居設(shè)備的操作控制。

1.4 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

本智能家居控制系統(tǒng)的信息量小，存儲時(shí)間短，不需要采用較大的數(shù)據(jù)庫，因此，本系統(tǒng)使用了安卓智能平臺內(nèi)置的SQLite數(shù)據(jù)庫[4]。SQLite數(shù)據(jù)庫是一個開源的嵌入式關(guān)系數(shù)據(jù)庫，可以實(shí)現(xiàn)零配置、支持事務(wù)的SQL數(shù)據(jù)庫引擎。它使用簡單方便、高效可靠、開銷較少，支持NULL(空值)、INTEGER(整型值)、GEAL(浮點(diǎn)值)、TEXT(字符串文本)和BLOB(二進(jìn)制)等數(shù)據(jù)類型。SQLite通過SQLiteOpenHelper實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建和版本更新。SQLiteOpenHelper是一個抽象類，繼承該類需要實(shí)現(xiàn)它的兩個方法：onCreate(SQLiteDatabasedb)以及onUpgrade(SQLiteDatabasedb, intoldVersion, intnewVersion)。在數(shù)據(jù)庫第一次被建立時(shí)執(zhí)行onCreate()方法，生成數(shù)據(jù)庫，并調(diào)用db.execSQL(sql)來創(chuàng)建數(shù)據(jù)表。當(dāng)需要更新數(shù)據(jù)庫時(shí)執(zhí)行onUpgrade()方法。當(dāng)需要獲取數(shù)據(jù)對象時(shí)，執(zhí)行g(shù)etWritableDatabase()或getReadableDatabase()方法。還可以分別通過SQLiteDatabase類中的insert()、delete()、update()、rawQuery()來實(shí)現(xiàn)插入、刪除、更新和查詢數(shù)據(jù)功能。

2 安卓手機(jī)平臺智能家居系統(tǒng)構(gòu)建過程中需要注意的問題

2.1 模塊精細(xì)

智能家居系統(tǒng)的功能模塊精細(xì)化，是實(shí)現(xiàn)智能家居系統(tǒng)人性化的需求，也是發(fā)揮智能家居系統(tǒng)全面效能的必備條件。只有系統(tǒng)功能模塊做到精細(xì)化，才能保證在后期系統(tǒng)維護(hù)功能方面能夠進(jìn)行快速、便捷的功能擴(kuò)展和更新，從而發(fā)揮安卓智能家居系統(tǒng)的全面效能。

2.2 傳輸高效

智能家居系統(tǒng)是否能夠高效、快速、可靠地完成系統(tǒng)功能，數(shù)據(jù)傳輸效率起到了至關(guān)重要的作用。為了能夠提高傳輸質(zhì)量，本智能家居系統(tǒng)中應(yīng)用了流媒體傳輸技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)了更可靠、更高效的數(shù)據(jù)傳輸。

2.3 高效運(yùn)行

首先，在安卓智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)者要充分重視系統(tǒng)的調(diào)試和檢查工作，從而保證充分發(fā)揮系統(tǒng)的最佳效能，使系統(tǒng)能夠時(shí)刻處于高效運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)。其次，還應(yīng)該特別關(guān)注系統(tǒng)運(yùn)行過程中，是否能夠?qū)ο鄳?yīng)指令進(jìn)行快速反應(yīng)，以便充分發(fā)揮智能家居系統(tǒng)的效能。

3 結(jié)束語

本系統(tǒng)主要采用安卓智能手機(jī)作為控制終端，通過WIFI信號或者移動網(wǎng)絡(luò)信號來實(shí)現(xiàn)對智能家居設(shè)備的控制，從而真正實(shí)現(xiàn)方便快捷、舒適環(huán)保、人性化的智能家居生活。

[1] 余永佳,趙佩華.Android應(yīng)用開發(fā)基礎(chǔ)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2014.

[2] 陳培料.智能家居控制系統(tǒng)[D].上海：華東師范大學(xué)，2010.

[3] 王華華.基于無線通信的家居控制系統(tǒng)的研制[D].重慶：重慶大學(xué)，2006：15-18.

[4] 陳承歡,趙志茹.Android移動應(yīng)用開發(fā)任務(wù)驅(qū)動教程[M],北京：電子工業(yè)出版社,2016.

ResearchandDesignofIntelligentHomeSystemBasedonAndroidPlatform

Yang Jie

(DepartmentofComputerScienceEngineering,ShanxiPolytechnicCollege,TaiyuanShanxi030006,China)

Based on Android platform intelligent home control system, combined effectively with the use of communication technology, control technology and the network technology, the intelligent technology is integrated into a reasonable modern life to provide people with a comfortable, convenient, efficient and safe way of life. The intelligent home control system set appliance control, video surveillance, environmental monitoring and security protection as a whole, and provides users with a variety of scenarios and related system settings, so that users can easily and quickly achieve the control of home equipment management.

intelligent home control system; Android; SQLite database

2017-10-17

楊 杰(1981- )，男，山西壽陽人，講師，碩士，主要研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)。

1674- 4578(2017)06- 0068- 03

TP929.5；TP316

A