基于Android的智能家居終端設(shè)計與研究_圖文

1、收稿日期:20121009修回日期:20130112網(wǎng)絡(luò)出版時間:20130408基金項(xiàng)目:山西省高等學(xué)校教學(xué)改革項(xiàng)目(J2011067;太原科技大學(xué)研究生科技創(chuàng)新項(xiàng)目(20125014作者簡介:楊威(1988,男,碩士,研究方向?yàn)榍度胧较到y(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);高文華,教授,碩士生導(dǎo)師,研究方向?yàn)橹悄苄畔⑻幚?。網(wǎng)絡(luò)出版地址:http :/wwwcnkinet /kcms /detail /611450TP201304081607035html基于Android 的智能家居終端設(shè)計與研究楊威,高文華(太原科技大學(xué)電子信息工程學(xué)院,山西太原030024摘要:針對智能家居的應(yīng)用需求和特點(diǎn),對智能

2、家居終端進(jìn)行分析和研究,提出了一種基于Google 公司推出的Android操作系統(tǒng)的應(yīng)用程序設(shè)計方案,并在Android 的系統(tǒng)框架上實(shí)現(xiàn)家居設(shè)備的監(jiān)控界面。本設(shè)計方案以Cortex A8為核心處理器,Android 操作系統(tǒng)為智能家居控制系統(tǒng)。利用Android 提供的組件設(shè)計了各個功能模塊,使得模塊設(shè)計更加合理,模塊之間的耦合性更小。設(shè)計了基于ARM 的智能家居監(jiān)控終端界面,結(jié)果表明基于Android 的界面功能更加豐富,操作更加友好,易于升級和維護(hù),能較好地滿足用戶的需求。關(guān)鍵詞:智能家居;Android ;嵌入式系統(tǒng);JNI 中圖分類號:TP311文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:167362

3、9X (201307024503doi :103969/jissn1673629X201307063Design and Research of Smart Home Terminal Based on AndroidYANG Wei ,GAO Wen hua(College of Electronic Information Engineering ,Taiyuan University of Science and Technology ,Taiyuan 030024,China Abstract :In accordance with the applicable demands and

4、 features of smart home terminal ,analysis and research has been done ,then a new design proposal of Android application in smart home system is presented and new supervisory interface is developedThe monitoring system was built based on ARM microprocessor Cortex A8and Android operating system ,and

5、its functional modules are designed with the existing components of Android ,which makes the design more reasonable and inter module coupling lessIts supervisory interface is designed based on ARM ,which is more functional ,more user friendly ,more suitable for users and easier to upgrade and mainta

6、inKey words :smart home ;Android ;embedded system ;JNI0引言隨著電子設(shè)備信息化的發(fā)展,用戶在家庭中使用的電器也越來越多,而由此所帶來的安全隱患也相應(yīng)地增加。家用電器一旦出現(xiàn)異常狀況,就會給用戶帶來損失。為了降低家電的不合理使用所帶來的損失,就要求用戶在家用電器發(fā)生異常的時候能夠及時地得到相關(guān)的信息,并采取一定的手段對異常進(jìn)行排除。因此,智能家居終端的作用是非常重要的。在家居系統(tǒng)中,其控制設(shè)備是智能家居終端1。綜合目前的研究現(xiàn)狀,可以歸納為以下幾種方式:第一種是采用鍵盤、紅外遙控器和LCD 顯示器等設(shè)備對家用電器等設(shè)備進(jìn)行控制;當(dāng)前控制系統(tǒng)大

7、多采用此種控制方式,但是使用這種方式需要對終端的軟件與硬件分別進(jìn)行設(shè)計,因而設(shè)計復(fù)雜,成本也相對較高。第二種是采用個人家庭的臺式電腦作為控制終端;使用這種方式的缺點(diǎn)是只能在固定地點(diǎn)進(jìn)行控制,不能方便地移動。第三種是采用智能手機(jī)作為控制終端;通過手機(jī)進(jìn)行控制,可以真正地做到觸手可及。但是,目前采取這種控制終端的設(shè)計還不是很多,而且大多操作復(fù)雜,缺乏良好的用戶體驗(yàn)2。隨著Android 操作系統(tǒng)不斷發(fā)展,使用此類操作系統(tǒng)的智能手機(jī)作為控制終端將成為未來智能家居系統(tǒng)發(fā)展趨勢。文中針對Android 智能手機(jī)的控制方式進(jìn)行設(shè)計,提出一種更為合理和實(shí)用的新方案3。第23卷第7期2013年7月計算機(jī)技術(shù)與

8、發(fā)展COMPUTER TECHNOLOGY AND DEVELOPMENTVol23No7July 20131智能家居終端總體設(shè)計本設(shè)計中,采用以Cortex A8為內(nèi)核處理器的S5PC100平臺(以下簡稱為A8作為顯示和控制終端,并使用以Cortex M0為內(nèi)核的11C14平臺(以下簡稱為M0作為信息采集終端。M0采集房間信息,并通過ZigBee 無線方式4發(fā)送給A8,A8通過An-droid 應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)對家居信息的實(shí)時監(jiān)控。智能家居控制終端Android 應(yīng)用程序5的總體設(shè)計框架如圖1所示。其中,SmartHomeActivity 為程序主界面Activity ,打開程序首先運(yùn)行; No

9、deInfoActivity 為從界面Activity ,用來顯示詳細(xì)的設(shè)備采集信息和控制按鍵;MainReadThread 用于讀數(shù)據(jù)主線程,并負(fù)責(zé)將通過Zigbee 獲取的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給讀進(jìn)程;MainHand-lerThread 是處理數(shù)據(jù)線程,該線程主要讀取進(jìn)程傳來的數(shù)據(jù),并進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)和轉(zhuǎn)發(fā);NodeWriteThread 是控制線程,負(fù)責(zé)處理用戶對設(shè)備的操作6。圖1智能家居終端總體設(shè)計框架2終端的Android 應(yīng)用程序開發(fā)智能家居終端的Android 應(yīng)用開發(fā)7主要包括應(yīng)用層用戶界面UI 的設(shè)計和數(shù)據(jù)傳遞架構(gòu)的搭建。An-droid 應(yīng)用程序8由一個或多個組件構(gòu)成,組件包括activ

10、ities 、services 、content providers 、broadcast receivers 等。每個組件在應(yīng)用程序中完成不同的任務(wù),可以單獨(dú)被激活,也可以由其他應(yīng)用程序激活9。本設(shè)計中的Android 應(yīng)用程序可以實(shí)現(xiàn)LED 控制、按鍵檢測、蜂鳴器控制、RTC 實(shí)時時鐘控制、A /D 轉(zhuǎn)換、溫度傳感器讀取和方向傳感器的模擬值處理等功能,其設(shè)計流程如圖2所示。21客戶端用戶界面設(shè)計M0開啟后,通過Zigbee 發(fā)送NEWNODE 數(shù)據(jù)給A8,程序通過MainReadThread 線程讀取到數(shù)據(jù),然后交由MainHandlerThread 線程處理。MainHandlerThr

11、ead 對NEWNODE 進(jìn)行校驗(yàn),判斷其是否合法;如果數(shù)據(jù)無誤,則通過發(fā)送Handler 消息交給SmartHomeActivity 主界面UI 線程;SmartHomeActivity 判斷鏈表中是否已經(jīng)存在該節(jié)點(diǎn),不存在則加入鏈表并創(chuàng)建節(jié)點(diǎn),其數(shù)據(jù)處理流程如圖3所示。設(shè)備啟動后,終端Android 應(yīng)用程序檢測到M0的存在后,可以實(shí)現(xiàn)對其進(jìn)行添加的操作。在終端Android 應(yīng)用程序界面中,主要包括信息顯示區(qū)和控制區(qū),用以實(shí)現(xiàn)對家居設(shè)備的實(shí)時監(jiān)控。當(dāng)設(shè)備M0關(guān)閉3 5s 后,相應(yīng)的設(shè)備圖標(biāo)將會消失;重新打開M0設(shè)備后,相應(yīng)的設(shè)備圖標(biāo)會再次被添加進(jìn)來。22數(shù)據(jù)傳遞架構(gòu)Android 系統(tǒng)有

12、著明顯的分層結(jié)構(gòu)體系10,應(yīng)用框架層是An-droid 系統(tǒng)專門為開發(fā)者設(shè)計的一套API 。任何開發(fā)者只要遵循相關(guān)的安全協(xié)議,都可以調(diào)用這一層的API 函數(shù),而且同時能發(fā)布自己的功能模塊,使其替換原有程序的組件。系統(tǒng)發(fā)布時,Android 提供的主要組件有:activity manager ,win-dow manager ,content providers ,view system ,notification manager ,resource manager 等,任何開發(fā)者都必須了解這些組件用法,否則將不能進(jìn)行Application 層的開發(fā)。中間層包括庫和運(yùn)行環(huán)境,這些庫為不同的組件所

13、使用,通過Application Frame-work 為開發(fā)者提供服務(wù)11。其中,Android 的傳感器系統(tǒng)為開發(fā)者提供了統(tǒng)一的程序框架來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中的多個傳感器(如:加速度、磁場、方向、光線和溫度等傳感器功能,Google 完成了JNI 和JAVA 部分,并且提供了底層的程序框架。在Sensor 架構(gòu)中,需要填充的是Linux 層的ADC 驅(qū)動和HAL 層的各種結(jié)構(gòu)體等12。本設(shè)計中利用磁場傳感器來模擬A /D 轉(zhuǎn)換,并實(shí)現(xiàn)了溫度傳感器的提取和方向傳感器的模擬,其數(shù)據(jù)傳遞架構(gòu)如圖4所示。在內(nèi)核S5PC100平臺代碼中添加一個I 2C 設(shè)備用來描述LM75溫度傳感器,具體實(shí)現(xiàn)方法如下:

14、83;642·計算機(jī)技術(shù)與發(fā)展第23卷圖2Android應(yīng)用層 程序設(shè)計流程圖圖3數(shù)據(jù)處理流程圖打開平臺代碼源文件:$vim(kernel_dir/arch/arm/machs5pc100/machsmd kc100c在結(jié)構(gòu)體static struct platform_device*smdkc100_devices_initdata =;的定義后面添加下面的代碼:static struct i2c_board_info i2c_devs0_initdata=I2C_BOARD_INFO("lm75",0x901,;在函數(shù)smdkc100_machine_init

15、中的/*i2c*/s3c_i2c0_set_platdata(NULL;s3c_i2c1_set_platdata(NULL;之后添加如下代碼:i2c_register_board_info(0,i2c_devs0,ARRAY_SIZE(i2c_ devs0 ;圖4數(shù)據(jù)傳遞架構(gòu)圖·742·第7期楊威等:基于Android的智能家居終端設(shè)計與研究 A/D轉(zhuǎn)換器是將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字值,模擬量可以是電壓、電流等電信號,也可以是壓力、溫度、濕度、位移、聲音等非電信號。但是,在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換之前,其輸入信號必須為電壓信號。3結(jié)束語將設(shè)計的智能家居終端Android應(yīng)用軟件安裝后,經(jīng)反

16、復(fù)測試,可以通過無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對家居設(shè)備的控制。通過本終端,可以實(shí)現(xiàn)對家居設(shè)備的集中管理和控制,隨時隨地掌控家中的狀態(tài),得到家中的最新狀況。本設(shè)計采用當(dāng)前較新的控制方式Android手機(jī)軟件控制,與其他終端控制方式相比優(yōu)勢明顯。同時,設(shè)計開發(fā)的應(yīng)用軟件具有通用性,易于移植,市場應(yīng)用價值高,易于推廣。本客戶端的設(shè)計過程涵蓋了Android應(yīng)用開發(fā)的相關(guān)技術(shù),對Android開發(fā)人員具有一定的借鑒意義。參考文獻(xiàn):1Toney A P,Thomas B H,Marais WManaging Smart GarmentsC/Procof10th IEEE International Symposium

17、on Wear-able Computerssl:IEEE Press,20062王朝華,陳德艷,黃國宏,等基于Android的智能家居系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)J計算機(jī)技術(shù)與發(fā)展,2012,22(6:2252283Hagras H,Callaghan V,Colley M,et alCreating an ambienttelligence environment using embedded agentsJIEEE In-telligent Systems,2004,19(4:12204Goldsmith D,Liarokapis F,Malone G,et alAugmented Real-ity

18、 Environmental Monitoring Using Wireless Sensor NetworksC/Procof12th International Conference on InformationVisualizationsl:IEEE Press,20085詹成國,朱偉,徐敏基于Android的測控裝置人機(jī)界面的設(shè)計與開發(fā)J電力自動化設(shè)備,2012,32(1:1191226姚昱旻,劉衛(wèi)國Android的架構(gòu)與應(yīng)用開發(fā)研究J計算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用,2008,17(11:1101127楊豐盛Android應(yīng)用開發(fā)揭秘M北京:機(jī)械工業(yè)出版社,20108公磊,周聰基于Android的移動

19、終端應(yīng)用程序開發(fā)與研究J計算機(jī)與現(xiàn)代化,2008,24(8:85899耿東久,索岳,陳渝,等基于Android手機(jī)的遠(yuǎn)程訪問和控制系統(tǒng)J計算機(jī)應(yīng)用,2011,31(2:55956110李元元基于Android平臺的智能家居安防系統(tǒng)設(shè)計J制造業(yè)自動化,2012,34(12:13814011楊明極,畢晶基于Android視頻客戶端的設(shè)計J電視技術(shù),2012,36(3:434712周時偉,謝維波基于Android的智能家居終端設(shè)計與實(shí)現(xiàn)J微型機(jī)與應(yīng)用,2012,31(14:1013檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪(上接第244頁34系統(tǒng)通用

20、性為提高系統(tǒng)通用性,系統(tǒng)不為單獨(dú)用戶設(shè)計界面,轉(zhuǎn)而采用通用動態(tài)生成模式。系統(tǒng)提供用戶生產(chǎn)線管理功能,用戶將各條生產(chǎn)線及設(shè)備信息錄入,接口模塊自動解析后存入數(shù)據(jù)庫模塊。當(dāng)用戶需要訪問系統(tǒng)時,實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)會從數(shù)據(jù)庫中調(diào)出生產(chǎn)線信息由接口端解析,產(chǎn)生動態(tài)可視化界面。提高了整個系統(tǒng)的通用性。4結(jié)束語隨著工業(yè)OPC技術(shù)的發(fā)展,OPC實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)需要處理較以前更為大批量的實(shí)時數(shù)據(jù),系統(tǒng)吞吐量及響應(yīng)性能都面臨巨大考驗(yàn)。將內(nèi)存數(shù)據(jù)庫概念引入OPC實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng),使得系統(tǒng)的高效性、實(shí)時性、可靠性得以提升。隨著內(nèi)存數(shù)據(jù)庫技術(shù)的完善,基于內(nèi)存數(shù)據(jù)庫的OPC實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)將會在工業(yè)OPC產(chǎn)業(yè)中得到越來越多的應(yīng)用。參考文獻(xiàn):1