柳 盼，付 蔚

(重慶郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，重慶 400065)

基于And roid系統(tǒng)的室內(nèi)移動(dòng)控制終端設(shè)計(jì)

柳 盼，付 蔚

(重慶郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，重慶 400065)

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，家用設(shè)備網(wǎng)絡(luò)的潮流將不可逆轉(zhuǎn)，智能家居時(shí)代即將到來(lái).針對(duì)目前一般家庭內(nèi)部的應(yīng)用環(huán)境，對(duì)智能家居系統(tǒng)進(jìn)行分析和研究，設(shè)計(jì)了基于Android系統(tǒng)的移動(dòng)終端，實(shí)現(xiàn)家居安防、家電控制、環(huán)境監(jiān)測(cè)、門禁管理、可視對(duì)講等功能.

物聯(lián)網(wǎng);Android系統(tǒng);智能家居

1 引言

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，電子信息應(yīng)用范圍得以不斷延伸，物聯(lián)網(wǎng)、通信網(wǎng)絡(luò)與終端為代表的電子信息技術(shù)得到了前所未有的發(fā)展.開(kāi)展電子信息技術(shù)在智能家居的集成技術(shù)及應(yīng)用模式的研究，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)等多種電子技術(shù)讓人與其生活，居住的家庭物理空間和信息空間完美融合，實(shí)現(xiàn)家庭生活“低碳、綠色、舒適和智能化”的目標(biāo).在智能家居控制系統(tǒng)中，核心設(shè)備是家居智能控制終端，本文將Android系統(tǒng)與智能家居聯(lián)系起來(lái)，在系統(tǒng)中，Android控制終端對(duì)智能家居系統(tǒng)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)于家中設(shè)備的控制、環(huán)境值得讀取、能耗的管理和家居安防的實(shí)現(xiàn).

2 Android的系統(tǒng)架構(gòu)

Android系統(tǒng)是嵌入式設(shè)備或移動(dòng)終端的軟件環(huán)境，它允許研發(fā)人員根據(jù)自己的硬件環(huán)境，對(duì)其核心代碼進(jìn)行改編.盡管如此，Android系統(tǒng)仍可自上而下的分為四個(gè)層次，分別為L(zhǎng)inux內(nèi)核層、系統(tǒng)運(yùn)行庫(kù)層、應(yīng)用程序框架和應(yīng)用程序?qū)樱鐖D1所示［1］.

Linux內(nèi)核層即Linux Kernel，是Android系統(tǒng)的最底層，使用了Linux2.6的內(nèi)核，包括有安全性、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、內(nèi)存管理、進(jìn)程管理和驅(qū)動(dòng)程序等.該層是為軟件層和硬件層建立的一個(gè)抽象層，使得應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)人員不用關(guān)心硬件的細(xì)節(jié)，給開(kāi)發(fā)者帶來(lái)極大的方便.

系統(tǒng)運(yùn)行庫(kù)包括有兩個(gè)部分，Libraries和Android Runtime.Libraries為Android系統(tǒng)提供各種系統(tǒng)庫(kù)，Android Runtime則是負(fù)責(zé)提供運(yùn)行環(huán)境.

應(yīng)用程序框架即Application Framework，是Android原創(chuàng)的架構(gòu)層，由幾個(gè)Java庫(kù)組成.其中，視圖系統(tǒng)提供各種視圖組件，活動(dòng)管理器管理各個(gè)應(yīng)用程序的生命周期，內(nèi)容提供者是應(yīng)用程序之間用來(lái)相互存取/分享數(shù)據(jù)的工具，還有窗口管理器、電話管理器、位置管理器等等.

應(yīng)用程序?qū)蛹碅pplication，是由Java代碼、資源文件、工程描述文件(AndroidManifest.xm l)成產(chǎn)的各個(gè)單獨(dú)的應(yīng)用程序包.值得一提的是Android系統(tǒng)中每個(gè)應(yīng)用程序的地位是相同的，即系統(tǒng)自帶電話、短信等應(yīng)用程序與第三方應(yīng)用程序完全平等的，這個(gè)特性為一些特殊功能軟件的開(kāi)發(fā)提供了方便.

圖1 Android系統(tǒng)架構(gòu)圖

3 智能家居系統(tǒng)組成

文中設(shè)計(jì)的智能家居控制系統(tǒng)主要包括有Android控制終端、家庭智能網(wǎng)關(guān)和底層組網(wǎng)節(jié)點(diǎn)、設(shè)備等三大部分.系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示［2］.

圖2 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)示意圖

Android智能手機(jī)或者平板控制終端，安裝控制程序后，與用戶進(jìn)行交互.家庭智能網(wǎng)關(guān)作為下層節(jié)點(diǎn)和上層終端之間信息的提供和轉(zhuǎn)換站，其負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)各類傳感器數(shù)據(jù)和各類控制命令以及提供音頻、視頻信息等.手機(jī)或者平板與家庭智能網(wǎng)關(guān)通過(guò)家里的無(wú)線路由器連接.

4 終端程序設(shè)計(jì)

4.1 終端軟件的功能設(shè)計(jì)

家居控制終端的主界面主要包括兩大塊，一部分為主控制模塊，包括場(chǎng)景控制、環(huán)境值查看、家電控制、視頻監(jiān)控、背景音樂(lè)、視頻對(duì)講、家居安防、能耗管理和門禁管理這九大類，另一部分為快速控制模塊，是為了用戶使用方便，在主界面上提供給用戶的進(jìn)出門是常用的功能的快捷方式，包括有空調(diào)控制、燈光控制、外出和回家兩張場(chǎng)景控制.在主界面部分的九大塊，點(diǎn)擊之后會(huì)分別進(jìn)入相應(yīng)的控制界面.每個(gè)界面都會(huì)針對(duì)用戶不同的操作進(jìn)行相應(yīng)的邏輯處理.在場(chǎng)景控制界面下，考慮到為用戶提供個(gè)性化控制，設(shè)計(jì)了場(chǎng)景控制設(shè)置界面，讓用戶自主設(shè)置在不同場(chǎng)景的控制方式，如圖3所示.

圖3 控制終端的功能圖

4.2 傳終端軟件的流程圖

終端軟件進(jìn)入主界面，就對(duì)用戶操作進(jìn)行監(jiān)聽(tīng)并啟動(dòng)數(shù)據(jù)接收服務(wù)線程和對(duì)講請(qǐng)求監(jiān)聽(tīng)線程，開(kāi)始接收和儲(chǔ)存環(huán)境值數(shù)據(jù)，并對(duì)對(duì)講請(qǐng)求進(jìn)行監(jiān)聽(tīng).同時(shí)當(dāng)程序首次運(yùn)行時(shí)，會(huì)建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)文件，來(lái)存儲(chǔ)開(kāi)門和撤防密碼，用戶使用習(xí)慣和當(dāng)前環(huán)境值.當(dāng)用戶進(jìn)行手動(dòng)操作時(shí)，監(jiān)聽(tīng)器根據(jù)不同的手勢(shì)指令進(jìn)行相應(yīng)的處理.當(dāng)用戶長(zhǎng)時(shí)間未進(jìn)行操作時(shí)，系統(tǒng)將釋放該界面所占的相關(guān)資源并自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到待機(jī)界面.待機(jī)界面設(shè)計(jì)顯示當(dāng)前時(shí)間和日期.當(dāng)用戶進(jìn)行任意操作時(shí)，程序就從待機(jī)界面跳轉(zhuǎn)到主控制界面，并重新開(kāi)始進(jìn)行跳轉(zhuǎn)待機(jī)界面定時(shí)，如圖4所示.

5 終端程序設(shè)計(jì)

5.1 傳輸協(xié)議的選擇

家居控制系統(tǒng)采用WiFi進(jìn)行通信，Android系統(tǒng)提供了Socket套接字來(lái)實(shí)現(xiàn)通信.Socket可遵循TCP和UDP兩種協(xié)議進(jìn)行通信.TCP和UDP是工作在運(yùn)輸層上的協(xié)議，它們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)層上都是采用IP協(xié)議，向上面的應(yīng)用層提供通信服務(wù)，它們提供的通信可以理解成為進(jìn)程之間的邏輯通信.TCP協(xié)議是提供面向連接點(diǎn)對(duì)點(diǎn)可靠交付的服務(wù)，具有流量控制和擁塞控制.而UDP協(xié)議是提供無(wú)連接盡最大的努力交付的服務(wù)，沒(méi)有流量控制和擁塞控制，同時(shí)與TCP協(xié)議點(diǎn)到點(diǎn)通信的不同是UDP協(xié)議支持一對(duì)一、一對(duì)多、多對(duì)多的交互通信.在面向字節(jié)的TCP中，Socket以流套接字形式存在，提供一種可信賴的字節(jié)流傳輸服務(wù).在面向報(bào)文的UDP中，Socket以數(shù)據(jù)報(bào)套接字形式存在，提供一種數(shù)據(jù)打包服務(wù).

通過(guò)對(duì)Socket網(wǎng)絡(luò)通信的兩種不同形式的分析，以及對(duì)TCP和UDP協(xié)議的研究，考慮到控制命令和數(shù)據(jù)的信息量小，系統(tǒng)采用的是非連接的UDP協(xié)議.而視頻對(duì)講通信模塊中，視頻數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)據(jù)順序要求高、數(shù)據(jù)量大，因此采用TCP協(xié)議通信;音頻數(shù)據(jù)相對(duì)數(shù)據(jù)量小，為保證在網(wǎng)絡(luò)情況差時(shí)，對(duì)講功能的正常進(jìn)行，音頻數(shù)據(jù)也采用UDP協(xié)議.

5.2 數(shù)據(jù)庫(kù)模塊設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)內(nèi)置數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)主要分為三個(gè)部分:用戶習(xí)慣信息存儲(chǔ)，主要是存儲(chǔ)用戶對(duì)場(chǎng)景控制功能的設(shè)置;家居環(huán)境值存儲(chǔ)，主要是存儲(chǔ)網(wǎng)關(guān)發(fā)送過(guò)來(lái)的家中各個(gè)房間的環(huán)境值，方便用戶隨時(shí)了解家中環(huán)境;門禁密碼和撤防密碼存儲(chǔ)，主要是存儲(chǔ)家中開(kāi)門和撤防密碼.由于Android本身不自動(dòng)生成數(shù)據(jù)庫(kù)［3］，需要我們自己創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù).核心代碼如下:

考慮到數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)該在程序第一次建立時(shí)被創(chuàng)建，因此程序設(shè)計(jì)在程序一開(kāi)始就會(huì)立即啟動(dòng)的MessageService服務(wù)中第一次實(shí)例化DBHelper來(lái)創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)文件.

圖4 控制終端軟件設(shè)計(jì)流程圖

6 測(cè)試結(jié)果

根據(jù)家居控制終端系統(tǒng)的對(duì)控制功能的設(shè)計(jì)，控制功能主要在控制終端的主界面、能耗管控界面、場(chǎng)景控制界面、家電控制界面和環(huán)境值查看界面上完成.主控制界面主要完成快捷控制功能，包括空調(diào)制冷、制熱控制、燈光控制、外出、回家場(chǎng)景控制.能耗管控界面實(shí)現(xiàn)能耗消耗的實(shí)時(shí)情況和無(wú)線插座的開(kāi)斷控制.家電控制界面實(shí)現(xiàn)對(duì)于燈、風(fēng)扇、窗簾、電視等設(shè)備的控制.環(huán)境值查看界面能夠?qū)崟r(shí)查看溫度、濕度、煙霧等傳感器數(shù)值.

7 小結(jié)

本文主要是介紹了基于Android系統(tǒng)的室內(nèi)移動(dòng)控制終端設(shè)計(jì)和關(guān)鍵技術(shù)，包括有Android的系統(tǒng)架構(gòu)、智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和Android控制終端的功能模塊和實(shí)現(xiàn)，較好的滿足了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，操作簡(jiǎn)易，為智能家居控制系統(tǒng)提供了一個(gè)良好的終端系統(tǒng)應(yīng)用平臺(tái).

［1］韓超.Android核心原理與系統(tǒng)級(jí)應(yīng)用高效開(kāi)發(fā)［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2012.

［2］陳培培，顧韻華.Android平臺(tái)下基于ROI運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的視頻字符實(shí)時(shí)定位［J］.微電子學(xué)與計(jì)算機(jī)，2013，30(8):86－89.

［3］劉琳.嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)SQLite的安全性研究［D］.昆明:昆明理工大學(xué)，2012.

Design of Indoor Mobile Control Terminal Based on Android System

LIU Pan，F(xiàn)UWei
(School of Automation，Chongqing University of Posts and Telecommunications，Chongqing，400065，China)

With the rapid development of networking technology，the trend of home networking equipment will be irreversible，smart home era is coming.Aiming at the currentgeneral applicationswithin the family environment，analysis and research of the smarthome system，we design Android－basedmobile terminals，to achieve home security，appliance control，environmentalmonitoring，access control，video intercom and other functions.

networking;Android system;smart home

TP273.5

A

1672－2590(2015)03－0040－05

2015－03－04

柳 盼(1990－)，男，湖北荊州人，重慶郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院碩士研究生.