生設計開題報告與2015年和田

1、摘 要隨著科技的發(fā)展，人民生活水平的提高，人們對住宅的要求也越來越高，智能家居就是為解決人們的這一要求誕生的。照明是建筑的重要組成部分，人們對房屋舒適度的需求不斷增多，智能照明行業(yè)發(fā)展前景可期。作者經(jīng)過對智能照明，針對上述問題提出了一個基于 Android系統(tǒng)相關技術的分析和和WIFI 無線網(wǎng)絡的智能家居照明系統(tǒng)的解決方案。該系統(tǒng)使用一個 Android作為控制中心，CC2530 作為無線收發(fā)器，通過 WIFI 無線網(wǎng)絡，從而達到對照明系統(tǒng)控制的目的。本智能照明系統(tǒng)設計方案基本可以滿足用戶對照明控制的功能需求，同時由于采用了 WIFI 無線技術，大大降低了整個系統(tǒng)的成本。關鍵字：智能照明系統(tǒng)，

2、Android，CC2530ABSTRACTWith the development of science and technology to improve peoples living standards, people demand more and more comfortable houses, smart home is tosolve this requires . Lighting is an important part of the building, the demand ofcomfortable houses continues to increase ,ellige

3、nt lighting industry wibright future. On theelligent lighting system through related technologyysis and market research, to address the problem presented a solutions based on Android platform and WIFI wireless network smart home lightingsystems . The system uses an Android phone as the control cente

4、r, CC2530 aswireless transceivers, via WIFI wireleetwork, so as to achieve the pureof the lighting system control. Theelligent lighting system design to meetthe basic needs of lighting control for users , butnks to the WIFI wirelesstechnology, which grey reduthe cost of the entire system.Key Words:e

5、lligent lighting system，Android，CC2530目 錄第 1 章1.4第 2 章2.1引言1智能燈控系統(tǒng)的研究背景1課題的研究價值及意義1智能燈控系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀2課題重點研究內(nèi)容2理論基礎4Android 系統(tǒng)..4Android 系統(tǒng)架構(gòu)4Android Framework 框架6Android 的生命周期7Android 開發(fā)Eclipse82.2ZigBee 技術.22.2.3無線通信技術比較10ZigBee 協(xié)議棧11ZigBee 開發(fā)模塊132.3Socket 通信15Socket 中

6、重要的 API16Socket 的連接過程16客戶端的設計與實現(xiàn)18UI 界面設計18幾種常用控件的實現(xiàn)19人機交互 UI 實現(xiàn)25Socket 通信的實現(xiàn)33硬件的設計與實現(xiàn)46第 3 章3.13.2第 4 章4.1 硬件電路設計4..4CC2530的優(yōu)勢46LED 模塊47天線模塊48串口模塊484.2 硬件編的通信協(xié)議49數(shù)據(jù)通信的報文格式49功能碼設置50第 5 章 系統(tǒng)測試5UI 測試53網(wǎng)關到 ZigBee 的測試56系統(tǒng)整體測試58第 6 章 結(jié)束語60本文總結(jié)60本系統(tǒng)展望60參考文獻61致 謝64外文資料原文65外文資料

7、譯文70第 1 章 引言由于計算機的不斷發(fā)展，智能家居系統(tǒng)也隨之誕生。智能家居是利用網(wǎng)絡技術，通信技術，綜合布線技術結(jié)合工程學原理，融合個性需求將家中使用的家電如冰箱，空調(diào)，電視，暖氣，安防等有機的結(jié)合在一起，通過智能控制終端”的全新家居理念1。而照明是建筑的重要組控制和管理，實現(xiàn)“成部分，隨著人們生活水平的提高，對房屋舒適度的需求不斷增多，智能照明行業(yè)發(fā)展前景可期。1.1 智能燈控系統(tǒng)的研究背景智能家居2是人類住宅的一場新，在我國高科技和正在由智能智能住宅小區(qū)，進而走進家庭。現(xiàn)代社會的家庭正在以家庭智能化帶來的多元化信息和安全、舒適、便利的生活環(huán)境，作為一個理想的目標來追求3。照明是建筑的重

8、要組成部分，隨著人們生活水平的提高，對房屋舒適度的需求不斷增多，智能照明行業(yè)發(fā)展前景可期。作為樓宇和家庭智能化的重要組成部分，智能照明市場份額也將隨之不斷增加，產(chǎn)業(yè)發(fā)展迎來突破4。此外，伴隨我地產(chǎn)市場的不斷發(fā)展，家用智能照明系統(tǒng)也將進入快速發(fā)展時期。ZigBeeLight Link（ZLL）智能照明市場前景樂觀5。本智能家居系統(tǒng)，主要是基于 Zigbee 網(wǎng)絡節(jié)點的智能家居系統(tǒng)。ZigBee 是基于IEEE802.15.4 標準的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議，根據(jù)國際標準規(guī)定，ZigBee 技術是一種短距離、低功耗的無線通信技術。它成本低，可擴展性強，功耗低，靈活性強，開放高效，安全可靠而且可以實現(xiàn)需求。

9、終端控制，真正滿足了用戶智能家居化的1.2 課題的研究價值及意義此項目的智能燈飾，主要是基于 Android和 Zigbee 網(wǎng)絡節(jié)點的智能家居系統(tǒng)，它具有成本低，功耗小，可擴展性強，靈活性強，開放高效，安全可靠的特點而且可以實現(xiàn)終端控制，真正滿足了用戶智能家居化的需求。它還能取代目前市場上的 43MMHZ、WIFI、藍牙等五項技術燈控方案，只要遵循 ZLL 標準協(xié)議的燈具都可以兼容使用，所以具有較高的實用價值。1.3 智能燈控系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀智能照明的這些功能決定了它的應用價值，國內(nèi)外已有一些領域已經(jīng)展開應用。智能照明現(xiàn)在在國外應用的比較多一些，像的醫(yī)院，通過智能照明系統(tǒng)，實現(xiàn)了符合晝夜節(jié)律的

10、照明，使得住院的生活周期保持穩(wěn)定，同時實現(xiàn)了節(jié)能6。例如世博會也用到了智能照明系統(tǒng)，國內(nèi)的一些公司在這方面也做的不錯?？萍季屯瞥隽?50-100m2，100-200m2，100-200m2，以及別墅的智能燈控解決方案；針對酒店他們還提供客房的早安情景，浪漫情景和情景的燈控方案。國奧村花園酒店作為目前世界唯一以奧運會及文化為的酒店，位于國奧村內(nèi)。國奧村即奧運會賽時的運動員村（奧運村），是 2008 年奧運會、殘奧會各國運動員、住地及會議場所。這個酒店也是采用了當時先進的智能燈控系統(tǒng)。1.4 課題重點研究內(nèi)容介紹的是基于 Android決方案。其中涉及 Android和 WIFI 無線網(wǎng)絡的智能家

11、居燈控系統(tǒng)解的應用開發(fā)技術、無線通信技術、控制技術。中所設計的智能家居燈控系統(tǒng)是以 Android作為控制端，以 WIFI 無線模塊組成室內(nèi)網(wǎng)絡作為信息傳輸網(wǎng)絡，從而達到對家庭中的燈飾進行集中控制和管理的目的7。課題的重點內(nèi)容有：(1)了解并分析國內(nèi)外智能燈控系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，對比世界上主流智能燈控系統(tǒng)系統(tǒng)的優(yōu)勢和，挖掘人們對智能燈控系統(tǒng)新的需求，提出具有較全功能且價格便宜的解決方案，給出系統(tǒng)的總體設計和詳細設計。(2)直觀，最具端的人機交互界面設計。一個良好的人機交互界面無疑是對顧客最的。智能家居本來就是為了方便用戶生活，所以設計智能家居人機交互界面首要原則是要操作方便，其次還應該遵循用戶原則

12、、信息量小原則、幫助提示原則和最佳組合原則。(3)是安卓和 CC2530 的通信設計。本智能家居解系統(tǒng)決方案的控制中心主要。安卓通過 WIFI 信號發(fā)送控制命令，控制命令通過網(wǎng)關進行TCP/IP 和ZIGBEE 的協(xié)議轉(zhuǎn)換，最后經(jīng)過協(xié)議轉(zhuǎn)換令控制 CC2530。(4)(5)TCP/IP 和 ZIGBEE 協(xié)議的轉(zhuǎn)換。智能家居系統(tǒng)測試，中首先分別對智能家居系統(tǒng)的各個模塊進行了測試，各個模塊運行正常后，再對智能家居總體進行了簡單的測試。第2章 理論基礎2.1Android 系統(tǒng)Android 系統(tǒng)是基于 Linux 內(nèi)核的開源操作系統(tǒng)，自 2007 年展示這款名為 Android 的操作系統(tǒng)，從此

13、 Android 便開始逐漸占領全球 市場。截止 2013 年 9 月，全球使用 Android 系統(tǒng)的移動設備已經(jīng)超過向外平板10 億臺，智能市場占有率在 76%。系統(tǒng)之所以選擇 Android 操作系是它的優(yōu)點：它開放性好，有強大的開發(fā)是因為它現(xiàn)在極大的市場占有率，二者的支持，讓消費者有很多可以使用；擺脫了運營商的，用戶可以更加方便的連接網(wǎng)絡；豐富的硬件選擇，由于 Android 的開放性，廠商們推出了各種各樣的產(chǎn)品，卻不影響兼容性；不受任何限制的開發(fā)，Android為第開發(fā)商提供了一個很應用，Android，寬泛的環(huán)境，無縫的結(jié)合了眾多的由此而生；無縫結(jié)合的服務如地圖、郵件、搜索等。2.

14、1.1 Android 系統(tǒng)架構(gòu)一個要成為一個優(yōu)秀的，它必須得有一個成系統(tǒng)架構(gòu)所支撐。眾所周知，Android 系統(tǒng)現(xiàn)在已經(jīng)占據(jù)大部分市場份額，可見其系統(tǒng)的優(yōu)秀性和成熟性。圖 2-1 為 Android 系統(tǒng)架構(gòu)圖。分層架構(gòu)在系統(tǒng)架構(gòu)中廣泛使用，Android 系統(tǒng)也是采用的分層架構(gòu)，大概可以分為四層，從上至下依此為：應用程序?qū)?、應用程序框架層、系統(tǒng)運行庫層以及 Linux 內(nèi)核層。下面分別簡單介紹下這四層：（1）應用程序?qū)討贸绦驅(qū)邮?Android 系統(tǒng)架構(gòu)的最上面一層。Android之所以能取得成功，不僅僅是因為其是一個好的操作系統(tǒng)，還因為其包含了很多優(yōu)秀的應用程序，如：撥號程序、web

15、 瀏覽器程序、瀏覽器程序、機程序等。Android的這些程序都是由 java 語言開發(fā)的，開發(fā)也可以自己編寫自己的應用程序來替代這些程序，這樣的方式使得 Android 操作系統(tǒng)更加的靈活和個性化，這點不同于其他操作系統(tǒng)是把這些在系統(tǒng)，無法更改。（2）應用程序框架層應用程序框架層是 Android 系統(tǒng)很重要的一層，很多應用程序的功能都是通過這一層來實現(xiàn)的，它是程序員進行 Android 應用開發(fā)的基礎。該層中實現(xiàn)了很多組件，程序員可以直接使用這些組件來進行快速的應用程序的開發(fā)，也可以繼承這些組件來實現(xiàn)具有自己個性的一些應用程序8。從圖 2-1 中不難看出，Android 的應用程序框架層里面

16、主要包括：ActivityManager( 活動管理器)、Window Manager(窗口管理器)、Content ProvIDer(內(nèi)容提供器)等。（3）系統(tǒng)運行庫層從圖 2-1 中可以看出，Android的系統(tǒng)運行庫這層分為兩部分：系統(tǒng)庫和 Android 運行時。以下簡單介紹下這兩部分：a） 系統(tǒng)運行庫：系統(tǒng)運行庫支撐著應用程序框架層，是應用程序框架層和Linux 內(nèi)核層之間的橋梁，它起著連接這兩層的重要作用。系統(tǒng)運行庫主要分為如下幾個部分：Surface Manager、Media Framework 等b）Android 運行時是由庫和 Dalvik 虛擬機組成，Android 應

17、用程序時采用 Java 語言編寫，程序在 Android 運行時中執(zhí)行。（4）Linux 內(nèi)核層Android 系統(tǒng)的內(nèi)核是基于 Linux2.6 的，因此 Android 系統(tǒng)的一些系統(tǒng)服務如內(nèi)存管理、網(wǎng)路協(xié)議、驅(qū)動模型、進程管理、安全性等都依賴于 Linux 內(nèi)核。圖 2-1 為 Android 系統(tǒng)架構(gòu)圖2.1.2 Android Framework 框架開發(fā)者在開發(fā) Android 應用程序的時候都是通過框架來與 Android 底層進行通信的，所以框架在 Android 中是一個很重要的概念?？蚣芷鋵嵤且粋€約定，凡是參與了應用程序開發(fā)的程序員都必須遵守這個約定，大家在這個約定上可以進

18、行一定的擴展，以保證程序主體結(jié)構(gòu)的一致性,可以說，它就是應用程序的其作用是讓程序保持清晰、一目了然，在滿足不同需求的同時又不互相影響9。,在 Android SDK 中內(nèi)置了一些對象，其中比較重要的組件有 Activities、ents、Servi以及 Content ProvIDers。 Activities 即活動，Activities 所有操作都與用戶相關，即一個負責與用戶交互的組件。一個 Activity 就是一個用戶界面，一個應用程序可以定義一個或者多個 Activity，每個 Activity 都可以保存和恢復自身的狀態(tài)。ents 字面意思是“意圖”，它的作用其實是解決 Andro

19、id 應用程序各個組件之間的通信問題。在應用程序中，一次操作的動作、動作涉及的數(shù)據(jù)、附加數(shù)據(jù)的描述都是由ent 負責，Android 根據(jù)ent 的描述，找到相應的組件，將ent 傳遞給調(diào)用的組件，并完成組件的調(diào)用。所以，ent 其實就是一個媒介，專門提供組件之間相用的相關信息，實現(xiàn)調(diào)用者和被調(diào)用者之間的通信。Servi服務，Service 是運行在、沒有與用戶直接交互的任務，比如要做一個音樂器，可能會被另一個活動激活，但音樂是需要作為背景音樂，器這種程序就可以考慮作為一種服務 Service，然后別的活動可以來操作這個10。Content ProvIDer 即內(nèi)容提供者，一個內(nèi)容提供者 Co

20、ntent ProvIDer 就是由自定義的 API 封裝讀寫操作的一套數(shù)據(jù)，Content ProvIDer 是不同應用程序之間共享全局數(shù)據(jù)最好的方式11。Android 應用程序主要是由 src、gen、assets、res 四個文件。其中，src是文等源代碼文件，gen 中存放的是一些自動的文件，主要是 R.java 文件，R.java件由 ADT 自動，不能修改，但可以通過這個文件系統(tǒng)中圖像、資源。assets 也是一個資源文件，其中的資源沒有ID，需要完整路徑來為資源目錄，里面的文件夾存放不同的資源。res以上只是簡單的介紹了下 Android 系統(tǒng)的構(gòu)架和 Android 應用程序

21、的框架，其實，Android 系統(tǒng)中還有很多值得關注的地方，但由于這不是本文的重點，這里不再。2.1.3 Android 的生命周期Android 的應用程序是有生命周期的，所謂生命周期就是指應用程序從啟動到終止的這個過程。Android 有五種進程：前臺進程，可見進程，服務進程，后臺進程，空進程。幾種進程的優(yōu)先級見圖 2-2 Android 進程的優(yōu)先級。由圖中可以知道優(yōu)先級最高的是前臺進程，其次是可見進程和服務進程，優(yōu)先級最低的是進程和空進程。Android 的組件也是有生命周期的，這個周期就是組件從建立到銷毀的過程。在生命周期中，組件在可見、不可見、活動、非活動等狀態(tài)中不斷的轉(zhuǎn)換。And

22、roid 中最應該關注的就是 Activity 的生命周期，Activity 表現(xiàn)為四種狀態(tài)，分別是活動狀態(tài)、非活動狀態(tài)、暫停狀態(tài)和停止狀態(tài)12。之間的變換關系如圖2-3 Activity的四種狀態(tài)的變化關系圖。圖 2-2 Android 進程的優(yōu)先級圖 2-3 Activity 的四種狀態(tài)的變化關系圖2.1.4 Android 開發(fā)EclipseEclipse 是一個開放源的基于 Java 的可擴展開發(fā)。就其本身而言，它只是一個框架和一組服務，用于通過插件組件構(gòu)建開發(fā)環(huán)境。幸運的是，Eclipse 附帶了一個標準的插件集，包括 Java 開發(fā)工具（Java Development Tools

23、，JDT）。開放源代碼用戶的是這樣一種，它們在發(fā)布時附帶了旨在確保將某些權利授予證。當然，最明顯的權利就是源代碼必須可用，以便用戶能地修。這種用戶權利的保護是通過一種稱為 copyleft 的策略來完成改和再分發(fā)該的：證主張保護，除非明確授予用戶這樣的權利，否則用戶不得分發(fā)該了。copyleft 還要求同一證涵蓋任何被再分發(fā)的。這實際上倒置的目的使用來授予用戶權利，而不是為的開發(fā)者保留copyleft 經(jīng)常被描述為“保留所有Eclipse 工作臺”。在第一次打開 Eclipse 時，首先看到的是下面的歡迎屏幕(如圖 2-4)：圖 2-4 Eclipse 主界面圖Eclipse 工作臺由幾個稱為

24、視圖（view）的窗格組成，比如左上角的 Navigator視圖。窗格的集合稱為（）。默認的是 resource，它是一個基本的通用視圖集，用于管理項目以及查看和編輯項目中的文件。Navigator 視圖允許您創(chuàng)建、選擇和刪除項目。Navigator 右側(cè)的窗格是 編輯器區(qū)域。取決于 Navigator 中選定的文檔類型，一個適當?shù)木庉嬈鞔翱趯⒃谶@里打開。如果 Eclipse 沒有用于某特定文檔類型（例如，Windows 系統(tǒng)上的.doc 文件）的適當編輯器，Eclipse 將設法使用外部編輯器來打開該文檔。Navigator 下面的 Outline 視圖在編輯器中顯示文檔的大綱；這個大綱的準

25、確性取決于編輯器和文檔的類型；對于 Java 源文件，該大綱將顯示所有已 的類、屬性和方法。Tasks 視圖收集關于您正在操作的項目的信息；這可以是 Eclipse 生成的信息，比如編譯錯誤，也可以是手動添加的任務。2.2ZigBee 技術ZigBee 是基于IEEE802.15.4 標準的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議。根據(jù)國際標準規(guī)定，ZigBee 技術是一種短距離、低功耗的無線通信技術。這一名稱（又稱紫蜂協(xié)議）來源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飛翔和“嗡嗡”(zig)地抖動翅膀的“舞蹈”來與同伴傳遞花粉所在方位信息，也就是說蜜蜂依靠這樣的方式了群體中的通信網(wǎng)絡。其特點是近距離、低復雜度、自組織

26、、低功耗、低數(shù)據(jù)速率。主要適合用于自動控制和控制領域，可以嵌入各種設備。簡而言之，ZigBee 就是一種便宜的，低功耗的近距離無線組網(wǎng)通訊技術，ZigBee 協(xié)議是一種低速短距離傳輸?shù)臒o線網(wǎng)絡協(xié)議。ZigBee 協(xié)議從下到上分別為物理層(PHY)、等。其中物理層和控制層(MAC)、傳輸層(TL)、網(wǎng)絡層(NWK)、應用層(APL)控制層遵循IEEE 802.15.4 標準的規(guī)定。2.2.1 無線通信技術比較智能家居與傳統(tǒng)家居最大的區(qū)別在于，前者通過有線或者無線的方式組成一個完整的各類通信、網(wǎng)絡。在這個網(wǎng)絡中不僅包含了家居設備，還包括人們?nèi)粘Ｊ褂玫慕K端。人與家居可以直接交互，也可以通過這些終端通

27、過網(wǎng)絡進行交互，同時所有的設備也通過網(wǎng)絡進行信息共享，以及配合完成某項家居功能。目前家居設備互信主要以無線連接為主，其中以基于 802.11 協(xié)議的 Wi-Fi 最為普遍，此外還有藍牙、NFC（RFID）、Zigbee、Z-wave、UWB、IrDA 等等。各種無線通信技術的特點：a）Wi-Fi 技術突出的優(yōu)勢在于：1. 無線電波的覆蓋范圍廣，Wi-Fi 的半徑則可達 100 米，自不用說，就是在整棟大樓中也可使用；2. 傳輸速度非?？?，可以達到 11mbps，符合個人和社會信息化的需求。藍牙技術盡管是目前較為先進的無線網(wǎng)絡技術,而且已經(jīng)在很多設備進行互操作中逐漸普及,但對于許多消費電子設備而

28、言，利用它來作為電纜的替代方案,在成本和功耗方面還很難令人滿意13。Zigbee 是目前智能家居領域發(fā)展最快，應用范圍最廣的無線傳輸技術。它具有近距離、低復雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本等特征。其主要適用于自動控制和控制領域，可以滿足對小型廉價設備的無線聯(lián)網(wǎng)和控制功能。對于家庭網(wǎng)絡通訊而言：傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量小，在傳輸速率上不需要太高的要求。網(wǎng)絡的容量要大，家庭中的各種電器設備多。信息的實時性好，時延短，成本低。相對于現(xiàn)有的各種無線通信技術，Zigbee 技術是功耗和成本最低的技術之一，很好地滿足了智能家居的需求。2.2.2 ZigBee 協(xié)議棧a）ZigBee 無線網(wǎng)絡協(xié)議協(xié)議是一系列的通信標準

29、，通信雙方需要共同按照這一標準進行正常的數(shù)據(jù)發(fā)射和接收。協(xié)議棧是協(xié)議的具體實現(xiàn)形式，通俗點來理解就是協(xié)議棧是協(xié)議和用戶之間的一個接口，開發(fā)線數(shù)據(jù)收發(fā)。通過使用協(xié)議棧來使用這個協(xié)議的，進而實現(xiàn)無ZigBee 無線網(wǎng)絡協(xié)議層的架構(gòu)圖：PHY（物理層）、MAC（介質(zhì)層）技術規(guī)范、NWK（網(wǎng)絡層）、 APS（應用程序支持子層）、APL（應用層）技術規(guī)范（如圖 2-5）。圖 2-5 ZigBee 協(xié)議棧圖ZigBee 協(xié)議棧就是將各個層定義的協(xié)議都集合在一直，以函數(shù)的形式實現(xiàn)，并給用戶提供 API(應用層)，用戶可以直接調(diào)用。ZigBee 協(xié)議棧已經(jīng)實現(xiàn)了ZigBee 協(xié)議，用戶可以使用協(xié)議棧提供的 A

30、PI 進行應用程序的開發(fā)，在開發(fā)過完全不必關心 ZigBee 協(xié)議的具體實現(xiàn)細節(jié)，要關心是：應用層的數(shù)據(jù)是使用哪些函數(shù)通過什么方式把數(shù)據(jù)發(fā)送出去或者把數(shù)據(jù)接收過來的。所以最重要的是要會使用 ZigBee 協(xié)議棧。舉個例子，用戶實現(xiàn)一個簡單的無線數(shù)據(jù)通信時的一般步驟：1、組網(wǎng)：調(diào)用協(xié)議棧的組網(wǎng)函數(shù)、加入網(wǎng)絡函數(shù)，實現(xiàn)網(wǎng)絡的建立與節(jié)點的加入；2、發(fā)送：發(fā)送節(jié)點調(diào)用協(xié)議棧的無線數(shù)據(jù)發(fā)送函數(shù)，實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)發(fā)送；3、接收：接收節(jié)點調(diào)用協(xié)議棧的無線數(shù)據(jù)接收函數(shù)，實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)接收。b）Z-stack OSAL API14 介紹OSAL 層是與協(xié)議棧獨立的，但是整個協(xié)議都要基于 OS 才能運行。OSAL 提供

31、如下服務和管理：信息管理、任務同步、時間管理、中斷管理、任務管理、內(nèi)存管理、電源管理以及非易失一、信息管理 API管理。信息管理為任務間的信息交換或者外部處理事件（例如：中斷服務程序或一個控制循環(huán)內(nèi)的函數(shù)調(diào)用等）提供一種管理機制。包括允許任務分配或不分配信息緩存、發(fā)送命令信息到其他任務、接受應答信息等 API 函數(shù)。二、同步任務 API該 API允許一個任務等待某個事件的發(fā)生并返回等待期間的控制。該 API的功能是為某個任務設置事件，一旦任何一個事件被設置就修。三、時間管理 API該 API允許定時器被（Z-Stack）任務和外部任務使用。該 API提供開始和停止一個定時器的功能，這些定時器能

32、用毫秒（ms）設置。四、中斷管理 API這些 API 是外部中斷和任務的接口。這些 API 函數(shù)允許一個任務為每個中斷分配指定服務程序。這些中斷能被允許或務。五、任務管理 API。在服務程序內(nèi)，可為其他的任該 API 用在管理 OSAL 中的任務，包括系統(tǒng)任務和用戶自定義任務的創(chuàng)建、管理和信息處理等。六、內(nèi)存管理 API該 API 描繪了簡單的七、電源管理 API分配系統(tǒng)。這些函數(shù)允許動態(tài)分配。這里描寫了 OSAL 的電源管理系統(tǒng)。當 OSAL 安全地關閉并使處理器進入休眠模式時，該系統(tǒng)提供向應用/任務通告該事。與外部硬件2.2.3 ZigBee 開發(fā)模塊a）CC2530（如圖 2-6）CC2

33、530 是專門針對IEEE 802.15.4 和ZigBee 應用的解決方案，經(jīng)濟且低功耗。CC2530 有四種不同的版本：CC2530-F32 / 64 / 128 / 256。分別帶有 32 / 64/ 128 / 256 KB 的閃存空間；它整合了全集成的高效射頻收發(fā)機及業(yè)界標準的增強型 8051 微控制器，8 KB 的RAM 和其他強大的支持功能和外設15。圖 2-6 CC2530 實物圖主要特點：1、高達 256kB 的閃存和 20kB 的擦除周期，以支持無線更新和大型應用程序；2、8kB RAM 用于更為復雜的應用和Zigbee 應用；3、可編程輸出功率達+4dBm；4、在掉電模式

34、下，只有睡眠定時器運行時，僅有不到 1uA 的電流損耗；5、具有強大的地址識別和數(shù)據(jù)包處理引擎；6、支持Zigbee / Zigbee PRO , Zigbee RF4CE, 6Lo他所有基于 802.15.4 標準的解決方案；N, WirelessHART 及其7、卓越的靈敏度和可編程輸出功率；8、在接收、發(fā)射和多種低功耗的模式下具有極低的電流消耗，能保證較長的電池使用時間；9、一流的選擇和阻斷性能（50-dB ACR）。應用：1、智能能源/自動化儀表；2、控制；3、居家及樓宇自動化；4、消費類電子產(chǎn)品；5、工業(yè)控制及監(jiān)測；6、低功耗無線傳感器網(wǎng)絡。b）ZigBee - WiFi 網(wǎng)關一）網(wǎng)

35、關(Gateway)又稱網(wǎng)間連接器、協(xié)議轉(zhuǎn)換器。網(wǎng)關在網(wǎng)絡層以上實現(xiàn)網(wǎng)絡互連，是最復雜的網(wǎng)絡互連設備，僅用于兩個協(xié)議不同的網(wǎng)絡互連16。網(wǎng)關既可以用于廣域網(wǎng)互連，也可以用于局域網(wǎng)互連。 它是一種充當轉(zhuǎn)換重任的計算機系統(tǒng)或設備。使用在不同的通信協(xié)議、數(shù)據(jù)格式或語言，甚至體系結(jié)構(gòu)完全不同的兩種系統(tǒng)之間，網(wǎng)關是一個翻譯器。與網(wǎng)橋只是簡單地傳達信息不同，網(wǎng)關對收到的信息要重新打包，以適應目的系統(tǒng)的需求。在使用不同的通信協(xié)議、數(shù)據(jù)格式或語言，甚至體系結(jié)構(gòu)完全不同的兩種系統(tǒng)之間，網(wǎng)關就是一個翻譯器，網(wǎng)關對收到的信息要重新打包，以適應目的系統(tǒng)的需求，同時起到過濾和安全的作用。網(wǎng)關工作在 OSI/RM 的傳輸

36、層及以上的所有層次，它是通過重新封裝信息來使它們能夠被另一種系統(tǒng)處理的，為此網(wǎng)關還必須能夠同各種應用進行通信，包括建立和管理會話、傳輸以及數(shù)據(jù)等。事實上現(xiàn)在的網(wǎng)關已經(jīng)不能完全歸硬件的結(jié)合產(chǎn)品17。為一種網(wǎng)絡硬件，而可以概括為能夠連接不同網(wǎng)絡的為什么要使用ZigBee - WiFi 網(wǎng)關呢？原因：ZigBee 具有近距離、低復雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本等特征。其主要適用于自動控制和控制領域，可以滿足對小型廉價設備的無線聯(lián)網(wǎng)和控制功能，是能夠很好滿足智能家居需求的技術。所以在使用的是 ZigBee 協(xié)議。智能燈控系統(tǒng)中要使用 ZigBee 技術，而 ZigBee 自組網(wǎng)沒有與 ZigBee

37、直接通訊的接口,直接連接的是ernet。ernet 使用的是TCP/IP 協(xié)議，所以如果想用來控制ZigBee 協(xié)議的控制 ZigBee 設備，就相關設備，就必須要進行協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換。所以為了使要使用ZigBee - WiFi 網(wǎng)關來完成協(xié)議轉(zhuǎn)換這個任務。二）網(wǎng)關的工作原理：比網(wǎng)絡 A 和網(wǎng)絡 B，網(wǎng)絡 A 的 IP 地址范圍為“192. 168.1.254”，子網(wǎng)掩碼為 ；網(wǎng)絡 B 的 IP 地址范圍“54”，子網(wǎng)掩碼為 16。在沒有路由器的情況下，兩個網(wǎng)絡之間是不能進行 TCP/IP 通信的，即使是兩個網(wǎng)絡連接在同一臺交換機（或集線器）上，TCP/IP 協(xié)議也會根據(jù)子網(wǎng)掩碼（）判定兩個網(wǎng)絡

38、中的主機處在不同的網(wǎng)絡里。而要實現(xiàn)這兩個網(wǎng)絡之間的通信，則必須通過網(wǎng)關。如果網(wǎng)絡A 中的主機發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)包的目的主機不在本地網(wǎng)絡中，就把數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給它自己的網(wǎng)關，再由網(wǎng)關轉(zhuǎn)發(fā)給網(wǎng)絡B 的網(wǎng)關，網(wǎng)絡 B 的網(wǎng)關再轉(zhuǎn)發(fā)給網(wǎng)絡B 的某個主機。網(wǎng)絡 B 向網(wǎng)絡 A 轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的過程也是如此。的ernet 網(wǎng)絡和 LED 燈的ZigBee 網(wǎng)絡就是在的智能燈控系統(tǒng)中，兩個不同的網(wǎng)絡。當將 LED 燈的控制命令通過 WiFi 信號發(fā)出后，的網(wǎng)絡發(fā)現(xiàn)目的地址不在本地網(wǎng)絡中，于是它就把包含命令的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給 ZigBee - WiFi 網(wǎng)關。網(wǎng)關接收到這個數(shù)據(jù)包后，網(wǎng)關首先將這個數(shù)據(jù)包進行重新打包，將它打包成適應

39、ZigBee 網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)包，然后將它發(fā)給ZigBee 板上的 LED 燈，實現(xiàn)了發(fā)送命令控制 LED 燈的目的。在無線傳輸中，網(wǎng)關主要根據(jù)地址信息來進行數(shù)據(jù)的發(fā)送和轉(zhuǎn)發(fā)。ZigBee 通信協(xié)議中規(guī)定了兩種地址：64 位的IEEE 長地址和 16 位的短地址(SADDR)。IEEE長地址作為全局地址，可在大范圍內(nèi)調(diào)用；短地址作為個域網(wǎng)地址，僅限于圍局域網(wǎng)內(nèi)通信使用。為了方便設備間的信息傳送，在協(xié)議轉(zhuǎn)換過進行了地址。通過建立地址表現(xiàn)場設備的短地址(網(wǎng)關通信短地址固定為 0000H)，表中每個短地址對應一個設備對象標識符(Ob-jectID)，控制網(wǎng)絡協(xié)議根據(jù) ObjectID來對不同設備進行操作。

40、如需實現(xiàn)組播功能，只須定義一組 ObjectID 作為網(wǎng)關目的地址.2.3Socket 通信Android 與服務器的通信方式主要有兩種，一是 Http 通信，一是 Socket 通信。兩者的最大差異在于，http 連接使用的是“請求響應方式”，即在請求時建立連接通道，當客戶端向服務器發(fā)送請求后，服務器端才能向客戶端返回數(shù)據(jù)。而 Socket 通信則是在雙方建立起連接后就可以直接進行數(shù)據(jù)的傳輸，在連接時可實現(xiàn)信息的主動推送，而不需要每次由客戶端向服務器發(fā)送請求。那么網(wǎng)絡中的進程之間又是如何通信的呢？首要解決一個進程，否則通信無從談起！在本地可以通過進程但是在網(wǎng)絡中這是行不通的。其實 TCP/I

41、P 協(xié)議族已經(jīng)幫是如何唯一標識來唯一標識一個進程，解決了這個問題，網(wǎng)絡層的“IP 地址”可以唯一標識網(wǎng)絡中的主機，而傳輸層的“協(xié)議+端口”可以唯一標識主機中的應用程序（進程）。這樣利用三元組（IP 地址，協(xié)議，端口）就可以標識網(wǎng)絡的進程了，網(wǎng)絡中的進程通信就可以利用這個標志與其它進程進行交互。使用TCP/IP 協(xié)議的應用程序通常采用應用編程接口：UNIX BSD 的套接字Socket 和 UNIX System V 的TLI（已經(jīng)被淘汰），來實現(xiàn)網(wǎng)絡進程之間的通信。就目前而言，幾乎所有的應用程序都是采用Socket，而現(xiàn)在又是網(wǎng)絡時代，網(wǎng)絡中進程通信是無處不在，這就是為什么說“一切皆Socke

42、t”。其實 Socket 就是一種抽象層，應用程序通過它來發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，使用 Socket 可以將應用程序添加到網(wǎng)絡中，與處于同一網(wǎng)絡中的其他應用程序進行通信。簡單來說，Socket 提供了程序 與外界通信的端口并為通信雙方的提供了數(shù)據(jù)傳輸通道18。2.3.1 Socket 中重要的 API首先，說明一下API。API（Application Programmingerface,應用程序編程接口）是一些預先定義的函數(shù)，目的是提供應用程序與開發(fā)基于某軟件或硬件得以細節(jié)。一組例程的能力，而又無需源碼，或理解工作機制的重要的Socket API：java .net.Socket 繼承于java.l

43、ang.Object，有八個構(gòu)造器，其方法并不多，下面介紹使用最頻繁的三個方法，其它方法大家可以見 JDK-1.3文檔。1）Accept 方法用于產(chǎn)生阻塞，直到接受到接，并且返回一個客戶端的Socket 對象實例。阻塞是一個術語，它使程序運行暫時停留在這個地方，直到一個會話產(chǎn)生，然后程序繼續(xù)，通常阻塞是由循環(huán)產(chǎn)生的。getInputStream 方法獲得網(wǎng)絡連接輸入，同時返回一個InputStream 對象實例。getOutputStream 方法連接的另一端將得到輸入，同時返回一個OutputStream對象實例。注意：其中getInputStream 和getOutputStream 方法

44、均可能會產(chǎn)生一個IOException，它必須使用。獲，因為它們返回的流對象，通常都會被另一個流對象2.3.2 Socket 的連接過程根據(jù)連接啟動的方式以及本地套接字要連接的目標，套接字之間的連接過程可以分為三個步驟：服務器，客戶端請求，連接確認。服務器：是服務器端套接字并不定位具體的客戶端套接字，而是處于等待連接的狀態(tài)，實時網(wǎng)絡狀態(tài)。客戶端請求：是指由客戶端的套接字提出連接請求，要連接的目標是服務器端的套接字。為此，客戶端的套接字必須首先描述它要連接的服務器的套接字，服務器端套接字的地址和端，然后就向服務器端套接字提出連接請求。連接確認：是指當服務器端套接字到或者說接收到客戶端套接字的連接

45、請求，它就響應客戶端套接字的請求，建立一個新的線程，把服務器端套接字的描述發(fā)給客戶端，一旦客戶端確認了此描述，連接就建立好了。而服務器端套接字繼續(xù)處于狀態(tài)，繼續(xù)接收其他客戶端套接字的連接請求。第3章客戶端的設計與實現(xiàn)Android客戶端在本系統(tǒng)中起著作用，它不僅是整個系統(tǒng)的控制樞紐，還是直接和用戶打交道的模塊，所以客戶端的設計的好壞直接影響著整個系統(tǒng)的性能和用戶的體驗19。這里，我重申一下客戶端的具體作用：客戶端在整個系統(tǒng)中起著集中控制的作用。用戶可以直接使用對LED 燈進行控制，當用戶點擊客戶端上的控件時，控件所代表的控制命令通過 WIFI 網(wǎng)絡傳到網(wǎng)關，網(wǎng)關將 TCP/IP 協(xié)議下的數(shù)據(jù)包

46、轉(zhuǎn)換為ZigBee 協(xié)議下的數(shù)據(jù)包后，發(fā)送給 CC2530控制LED 的亮滅20。，再由 CC2530由上面所述，客戶端的設計大致分成兩部分：一是端 UI 界面設計；二是和網(wǎng)關之間的通信設計21。下面就來一一講述一下這兩個部分的詳細設計。3.1UI 界面設計UI 界面（如圖 3-1）設計：圖 3-1 UI 界面圖上面的 UI 界面圖已經(jīng)大致向APP 的功能和界面布局。但是展現(xiàn)了由于智能家居用戶的多樣性，教育背景和層次結(jié)構(gòu)存在著巨大的差異，所以 UI 的設計必須在保證功能的前提下，盡可能的做到美觀簡潔、易于操作。在進行APP 的設計之前UI 設計的大致基于美觀簡潔的目的，首先設計了 APP 的

47、UI 結(jié)構(gòu)圖，作為和總的思路（UI 結(jié)構(gòu)圖如圖 3-2 所示）。系統(tǒng)主界面燈光連網(wǎng)場景設備退出客廳燈光餐廳燈光書房燈光臥室燈光圖 3-2UI 結(jié)構(gòu)圖端的 UI 主界面主要可以分為六個部分：燈從上圖可以看出，本系統(tǒng)中光、連網(wǎng)、場景、設備、的作用。，退出。從每個部分的名字可以大致知道每個部分連網(wǎng)這個部分是實現(xiàn)整個 APP 功能的基礎所在，想使用這個 APP 來控制家中的燈光，就必須要聯(lián)網(wǎng)。打開過網(wǎng)絡來傳遞控制命令，進而起到APP 后首先要做的就是連接網(wǎng)絡，這樣才能通控制的作用。連接網(wǎng)絡這個部分，首先需要輸入網(wǎng)關的IPV4 地址，例如 03，從而通過Socket 通信連接網(wǎng)關26。當連接網(wǎng)絡成功之后

48、，在端的 APP 和網(wǎng)關端的都會顯示聯(lián)網(wǎng)成功的提示信息，提醒用戶網(wǎng)絡已經(jīng)連接成功，此時就可以使用 APP 的控制功能了（網(wǎng)絡連接流程圖如圖 3-3 所示）。圖 3-3 網(wǎng)絡連接流程圖燈光這個部分就是對家中的燈光進行控制，它分為客廳燈光，餐廳燈光，書房燈光，臥室燈光四個部分（流程圖如圖 3-4 所示），基本囊括普通家庭需要控制的燈光。當用戶進入的這個主界面時，映入眼簾的就是對燈光的控制。用戶連接網(wǎng)絡后可以根據(jù)自己的想法，點擊相應的按鈕來控制相應位置的燈光。圖 3-4 燈光控制流程圖調(diào)節(jié)室內(nèi)光線的，如：浪漫型，溫馨型等。這場景模塊里面主要是用來樣可以使用戶想對室內(nèi)的照明進行的調(diào)整時，能夠更加方便（

49、場景模塊流程圖如圖 3-5 所示）。圖 3-5 場景模塊流程圖設備模塊是用來查詢可以被控制設備的詳細信息，進而使用戶能夠更好的了解他所使用的設備，并且管理（設備模塊流程圖如圖 3-6 所示）。圖 3-6 設備模塊流程圖這個模塊是用來對房間的一些位置進行控模塊流程圖如圖 3-7 所示）。，進而提高房屋的安全度（監(jiān)圖 3-7模塊流程圖3.1.1 幾種常用控件的實現(xiàn)Android UI 的設計是把一些常用的控件組合在一起，設定控件大小以及控件之間的相對位置，再加一點美化，就得到了日常所見的美輪美奐的 UI。所以，UI 設計的好壞與設計者對該系統(tǒng)中控件的理解程度有很大的關系接下來的部分就來介紹一下 A

50、ndroid 中常用的一些控件的實現(xiàn)方法，本系統(tǒng)中的 UI 設計也是基于這些常用控件的。在 Android 眾多控件中比較常用的控件有 Button、TextView、EditText、 RadioButton、CheckBox、ProgressBar 等。由于篇幅有限，本文只對 Button 這個控件進行一個簡單的實現(xiàn)說明。其他的一些控件只介紹它的一些特殊的屬性和使用方法。如下圖 3-8 為 Android 布局文件視圖層次結(jié)構(gòu)圖。 在 layout 里面定義的控件大概可以分為兩類，一類稱作為 View，一類稱作為 ViewGroup。從他們的名字大概可以知道他們之間的關系，ViewGrou

51、p 中可以包含多個 View。但程序員在平時的日常開發(fā)中都不直接常用 View 和 ViewGoup,而是用他們的派生類。View 和ViewGroup 的派生類分為直接派生類和間接派生類。常見的 View 直接的派生類有：TextView、ImageView、ProgressBar 等，常見的 View 的間接派生類有：Button、CheckBox、AbsSpinner 等。常見的 ViewGroup 的直接派生類有：RelativeLayout、Absoluayout、LinearLayout 等，常見的 ViewGroup 的間等24。接派生類有：ListView、Horizontal

52、ScrollViewViewGroupViewGroupViewViewViewViewView如圖 3-8布局文件層次結(jié)構(gòu)圖在下面的這段代碼中，簡單的實現(xiàn)了一個 Button 的布局，這段代碼的位置是在 res 文件下的 layout 文件夾里面，程序的布局文件都放在這個地方。LinearLayout的屬性25TextView 的屬性Button 的屬性這行是說明程序使用的版本號等信息，接著是一個根。LinearLayout 是一個線性布局，也就是說使用這個 layout 的 Activity 的 UI是采用的是線性布局。線性布局的含義是這個布局中的控件是從上到下或者從左到右一字排開決定程序

53、布局到底是從上到下，還是從左到右的屬性代碼就是： Android:orien ion=vertical。orien ion 表示方向，它有兩個值可以選，一個是本文中的 vertical，垂直布局；另一個是 horizontal ，水平布局。Android:layout_width=fill_parent Android:layout_height=fill_parent這兩行代碼是用來控制這個 LinearLayout 的大小的，Android:layout_width屬性用于控制寬度，Android:layout_height 屬性用于控制高度22。兩個屬性的值都是 fill_parent，

54、它表示的是 LinearLayout 這個線性布局把他的父控件填滿。因為 UI 設計中很多時候要用到布局的嵌套，上一級的布局控件就是父控件。由于本代碼中的父控件就是整個屏幕了，所以上面這兩句話的意思是這個 LinearLayout 寬度和高度把整個屏幕填滿。layout_width 和 layout_height 還有一個屬性是 wrap_content，這個值表示的意思的剛好與它的內(nèi)容的大小相同。接下來的幾行代碼定義了一個 TextView 和 Button 控件，這兩個控件是在 Linearlayout 的里面，由于布局文件是垂直線性的，所以運行出來的效果是上面一個 TextView 下面

55、接著跟著一個 Button?？梢远x控件的屬性，例如Android:ID=+ID/textview這行代碼的意思是這個控件的名字屬性叫 textview。前面已經(jīng)介紹，layout 的每一個資源文件都會在 R.java 中生成一個ID，所以這兩個控件也會在 R.java public sic final clapublic sic final public sic final里面生成相應的ID。如下面所示。textview =0 x7f050004;drawingroom=0 x7f050000;程序源文件中可以相應的ID 來Android:text=string/zt相應的控件。text 這

56、個屬性表示的是相應控件上的文本是什么。上面這就代碼的意思是引用string.xml 文件中的 zt 來作為這個控件上的文本。TextView 和 Button 控件是Android 應用程序最常見的兩種控件，這兩個控件的屬性除了上面介紹的外，還有一些其他屬性，這里就不一一介紹了。對于其他控件，會在后面 UI 設計中使用到了再介紹。前面的內(nèi)容介紹了控件的一些基本控件。在介紹控件的先介紹一下 Android 應用程序代碼架構(gòu)。使用之前，package com.house; import java.util.Timer; import java.util.TimerTask;import java.

57、util.regex.Matcher; import java.util.regex.Pattern; public class MainActivity extendivityprotected void onCreate(Bundle savedInstane) super.onCreate(savedInstansetContentView(R.layout.main);e);上述代碼中第一行表示的是這個程序的包名，后面的 import 行表示的是類。src 文件的每一個 Activity 其實都是一個類，比如本程序的 MainActivity，它必須繼承 Activity 類方法。on

58、Create 方法是這Activity 的主方法，本 Activity 要干什么事情都是在這里面實現(xiàn)。super.onCreate(savedInstane) 繼 承 父 類 的onCreate() 方 法 。setContentView(R.layout. main) 設 置這個 Activity 所使用 的布局 文件是 MainActivity.xml。Android 中，源代碼中使用布局文件里面的控件的接口函數(shù)就是 findViewByID()。如果程序員在 layout 里面的 MainActivity.xml 文件了面了一個TextView 控件，并取名為 textview，這里可以

59、用 findViewByID(R.ID.textview)就可以取得這個控件，然后在源代碼中就可以對這個控件進行操作了。3.1.2 人機交互 UI 程序?qū)崿F(xiàn)從圖 3-9 可以看出，本系統(tǒng)中端的 UI 的主界面主要可以分為六個部分：燈光、連網(wǎng)、場景、設備、，退出。從每個部分的名字可以大致知道每個部分的作用。UI 界面設計的詳細分析及相關代碼：1)頂部標題欄（如圖 3-9 所示）頂部標題欄 UI，分別是 APP 的 LOGO 和 APP 名稱圖 3-9 APP 頂部標題欄當用戶一打開 APP 時，看到上面的標題欄上的LOGO 和 APP 名稱，就能夠顯而易見的知道 APP 的功能。具體程序如下：/

60、apk/res/Android這行是說明程序使用的版本號等信息，接下來是一個根。LinearLayout 是對頂部整個標題欄的線性布局，起到一個總體規(guī)范的功能。Android:layout_width=match_parent是對寬度的布局，他的具體意思是匹配該布局的寬度，簡單說就是父類有多寬，該布局就有多寬。而程序中的父類是整個屏幕，程序的意思就成了屏幕有多寬，該布局就有多寬。Android:layout_height=match_parent是對布局就有多高。高度的布局，父類有多高，該Android:orienion=vertical 這句話的意思是布局中起到了總體規(guī)劃作用。采用垂直布局。