基于android的智能窗端電機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

基于android的智能窗端電機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

0智能家居系統(tǒng)的概述1999年首次提出了物聯(lián)網(wǎng)的概念。它的定義非常簡(jiǎn)單。所有元素都通過(guò)信息傳遞設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)，以實(shí)現(xiàn)智能管理和識(shí)別。物聯(lián)網(wǎng)把新一代的IT技術(shù)充分運(yùn)用到各行各業(yè)之中,具體說(shuō),就是把傳感器嵌入到各種物體中,并與現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來(lái),實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)與物理系統(tǒng)的整合,使得人們能夠?qū)C(jī)器、設(shè)備、設(shè)施實(shí)行監(jiān)控和管理,達(dá)到一種“智能”的狀態(tài)。近年來(lái),隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用到和人們生活息息相關(guān)的家居生活領(lǐng)域,因此,智能家居成為物聯(lián)網(wǎng)中的一個(gè)研究熱點(diǎn)。目前,在我國(guó),智能家居還處于發(fā)展的起步階段,缺乏統(tǒng)一的接口和協(xié)議,沒(méi)有真正進(jìn)入大多數(shù)人的日常生活?？紤]到接入因特網(wǎng)的布線復(fù)雜,導(dǎo)致成本偏高,文章結(jié)合時(shí)下流行的智能手機(jī)操作系統(tǒng),設(shè)計(jì)了一種基于Android平臺(tái)的窗簾遠(yuǎn)程控制系統(tǒng),此套系統(tǒng)可以利用手機(jī)遙控窗簾的開(kāi)關(guān)。這套系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單,只要在有全球移動(dòng)通信系統(tǒng)(Globalsystemformobilecommunications,GSM)網(wǎng)絡(luò)覆蓋的區(qū)域就可以使用,保證了無(wú)論用戶是否身處家中,只要通過(guò)Android手機(jī)就可以對(duì)自家的電動(dòng)窗簾進(jìn)行遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)控制,為人們提供了舒適方便的生活環(huán)境。此外,該系統(tǒng)配備了傳感器模塊,可以根據(jù)傳感器采集的光照信息自動(dòng)控制窗簾開(kāi)關(guān)。1系統(tǒng)開(kāi)發(fā)層結(jié)構(gòu)Android操作系統(tǒng)是Google公司在2008年9月發(fā)布的一款開(kāi)源智能移動(dòng)終端操作系統(tǒng),該系統(tǒng)以Linux為基礎(chǔ),主要適用于智能手機(jī),平板電腦等便攜式設(shè)備。Android系統(tǒng)分為4個(gè)層次。自頂向下分別為:應(yīng)用程序?qū)?、?yīng)用程序框架層、系統(tǒng)運(yùn)行庫(kù)層和Linux核心層。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。位于頂層的是應(yīng)用程序?qū)?該層包含了一些系統(tǒng)應(yīng)用,如聯(lián)系人、電話、短消息等,也包括開(kāi)發(fā)人員開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序,應(yīng)用程序都是由Java語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的;應(yīng)用程序?qū)拥南聦訛閼?yīng)用程序框架層,該層提供了手機(jī)開(kāi)發(fā)最基本的應(yīng)用程序編程接口(Applicationprogramminginterface,API),開(kāi)發(fā)人員通過(guò)核心應(yīng)用程序來(lái)調(diào)用這些API,任何應(yīng)用程序都可以發(fā)布它的功能塊,并且其他應(yīng)用程序都可以使用這些功能塊;框架層的下層是系統(tǒng)運(yùn)行庫(kù)層,該層包含了核心包和Dalvik虛擬機(jī)。核心包提供了在開(kāi)發(fā)過(guò)程中常用的類庫(kù)。Dalvik虛擬機(jī)是優(yōu)化過(guò)的虛擬機(jī),其性能、耗電量等特征和普通手機(jī)類似;Android框架的底層為L(zhǎng)inux核心層,整個(gè)Android操作系統(tǒng)都是基于Linux核心的,這層為系統(tǒng)提供最基礎(chǔ)、最核心的服務(wù),包括進(jìn)程管理、各種設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、內(nèi)存管理、網(wǎng)絡(luò)堆棧等。2客戶端與5gs-固定模式通信該系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)如圖2所示,用戶只要通過(guò)Android客戶端軟件,就可以對(duì)電動(dòng)窗簾進(jìn)行開(kāi)合操作。此外,還加入了光照度傳感器模塊,當(dāng)用戶無(wú)閑暇管理窗簾時(shí),可以把系統(tǒng)設(shè)置成自動(dòng)控制模式,此時(shí)根據(jù)當(dāng)前室內(nèi)的光強(qiáng)信息,電動(dòng)窗簾可以自動(dòng)開(kāi)合。Android用戶客戶端負(fù)責(zé)與用戶交互問(wèn)題,提供清楚、易操作的用戶界面。用戶打開(kāi)客戶端軟件,點(diǎn)擊相應(yīng)的按鈕,就可以操控電動(dòng)窗簾開(kāi)合。客戶端與GSM模塊之間通過(guò)發(fā)送短消息方式通信,選擇短消息方式是因?yàn)檫@種方式簡(jiǎn)單、可靠,不需要依靠因特網(wǎng)、通用無(wú)線分組服務(wù)(Generalpacketradioservice,GPRS)網(wǎng)絡(luò)的保障,因此更具有穩(wěn)定性,不會(huì)出現(xiàn)用戶所處的地方無(wú)Internet網(wǎng)絡(luò)而無(wú)法遙控窗簾的問(wèn)題。BH1750光照傳感器安裝在室內(nèi)的任意角落,用于采集房間的光強(qiáng)度信息,并通過(guò)nRF24E12.4GHz無(wú)線收發(fā)模塊,將光強(qiáng)度信息實(shí)時(shí)傳輸給51單片機(jī)處理。當(dāng)窗簾處于自動(dòng)控制模式時(shí),單片機(jī)根據(jù)事先設(shè)定好的判定門限值,產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的命令,發(fā)送給和窗簾電機(jī)相連的繼電器,從而控制窗簾的開(kāi)合。3系統(tǒng)完成3.1客戶端界面的布局客戶端界面由Layout文件夾中的可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言(Extensiblemarkuplanguage,XML)布局文件設(shè)置。在客戶端程序中設(shè)置了3個(gè)按鈕(Button)控件,分別代表了窗簾的3種模式(開(kāi)、關(guān)、傳感器自動(dòng)控制),在main.xml文件中可以配置3個(gè)Button的屬性特征,使得界面布局更加美化?？蛻舳私缑娴牟季植輬D如圖3所示。根據(jù)圖3所示界面,在XML文件中設(shè)置3個(gè)按鈕的屬性后,編寫點(diǎn)擊按鈕后所執(zhí)行的代碼。客戶端界面通過(guò)一個(gè)Activity類展示在用戶面前,在該Activity中定義了3個(gè)Button按鈕,每個(gè)Button按鈕都對(duì)應(yīng)著跳轉(zhuǎn)到一個(gè)發(fā)短信操作,而實(shí)際上發(fā)短信操作是Android系統(tǒng)中的另一個(gè)應(yīng)用程序,對(duì)應(yīng)著另一個(gè)Activity,這兩個(gè)Activity之間要通過(guò)Intent連接。在程序中,必須為每一個(gè)Button設(shè)置一個(gè)OnClickListener監(jiān)聽(tīng)器,專門用于監(jiān)聽(tīng)用戶是否點(diǎn)擊了按鈕。當(dāng)監(jiān)聽(tīng)器OnClickListener監(jiān)聽(tīng)到用戶點(diǎn)擊按鈕后,首先調(diào)用getId()方法得到被點(diǎn)擊Button的ID號(hào),根據(jù)不同的ID號(hào),執(zhí)行對(duì)應(yīng)的switch...case...語(yǔ)句,將對(duì)應(yīng)的短信內(nèi)容發(fā)送給GSM模塊。3.2無(wú)線蒸發(fā)電路該模塊由51單片機(jī),GSMSIM300單元,一片nRF24E12.4GHz無(wú)線收發(fā)器和繼電器組成。GSM模塊選用SIMCOM公司生產(chǎn)的SIM300,此產(chǎn)品具有收發(fā)短信、GPRS網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收發(fā)等功能,性能穩(wěn)定,易操作,便于擴(kuò)展。nRF24E12.4GHz無(wú)線收發(fā)模塊的技術(shù)成熟,開(kāi)發(fā)板上已經(jīng)集成了51單片機(jī),價(jià)格適宜,其傳輸距離能夠滿足家庭住宅,發(fā)射功率小,具有節(jié)能的特性。具體流程圖如圖4所示。系統(tǒng)初始化后,單片機(jī)首先判定是否處于手機(jī)控制模式,如果系統(tǒng)處于手機(jī)控制模式,當(dāng)GSM模塊收到包含“open”字符串的短消息時(shí),51單片機(jī)把對(duì)應(yīng)的控制信息傳輸給繼電器,繼電器窗簾電機(jī)相連,驅(qū)動(dòng)窗簾打開(kāi);當(dāng)GSM模塊收到包含“close”字符串的短消息時(shí),繼電器驅(qū)動(dòng)窗簾閉合。如果系統(tǒng)處于自動(dòng)模式,則接收BH1750傳感器測(cè)到的室內(nèi)光強(qiáng)值,與系統(tǒng)事先設(shè)定好的門限值相比較,執(zhí)行相應(yīng)的開(kāi)合操作。控制模塊的硬件連接如圖5所示。3.3門限值的選擇和數(shù)據(jù)開(kāi)放該系統(tǒng)選用BH1750光照度傳感器采集光強(qiáng)度信息,這種傳感器成本低廉、靈敏度較高、性能穩(wěn)定,操作性強(qiáng),直接輸出16位2進(jìn)制數(shù)字信號(hào),不需要進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。對(duì)于門限值的選擇,可以根據(jù)用戶的需求任意設(shè)定,建議光線太強(qiáng)或天黑時(shí),選擇關(guān)窗簾,其余時(shí)間打開(kāi)窗簾。經(jīng)過(guò)反復(fù)測(cè)試,在輸出光強(qiáng)值為100～1200cd之間時(shí)開(kāi)窗簾,其他情況關(guān)窗簾比較合適。在硬件電路設(shè)計(jì)中,把BH1750的數(shù)據(jù)引腳和一片nRF24E1的I/O口引腳相連接,通過(guò)2.4GHz無(wú)線傳輸,把實(shí)時(shí)采集的光強(qiáng)度數(shù)據(jù)傳輸給另一片nRF24E1,由開(kāi)發(fā)板上的51單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。硬件連接如圖6所示。4系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)和測(cè)試把各模塊按照以上的連接圖連接后,再把電動(dòng)窗簾的電機(jī)和繼電器連接起來(lái),即把電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)線分別和火線相連,特別注意電機(jī)的正轉(zhuǎn)線和反轉(zhuǎn)線一定不可連接在一起,否則會(huì)造成電機(jī)燒毀。將Android程序代碼在Android2.2平臺(tái)上編譯后,在工程文件夾中找到后綴名為APK的壓縮文件,下載到Android操作系統(tǒng)手機(jī)中,安裝完畢后,打開(kāi)應(yīng)用程序,得到如圖7所示界面。對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試,當(dāng)點(diǎn)擊“open”按鈕后,繼電器跳動(dòng),電動(dòng)窗簾自動(dòng)打開(kāi),并且反應(yīng)過(guò)程不超過(guò)10s?？紤]到系統(tǒng)的安全性問(wèn)題,可以設(shè)置一個(gè)登錄界面,只有用戶輸入了正確的用戶名和密碼才能登入系統(tǒng),控制電動(dòng)窗簾。同時(shí),考慮到有些用戶沒(méi)有基于Android操作系統(tǒng)的手機(jī),對(duì)于這部分用戶來(lái)說(shuō),此系統(tǒng)同樣可以使用。只要編譯對(duì)應(yīng)的短信息內(nèi)容(如open,close,auto)發(fā)送到GSM模塊裝入的SIM卡號(hào)碼,系統(tǒng)收到短信后,也能自動(dòng)識(shí)別,然后根據(jù)指令完成相應(yīng)的操作。5智