翟維楓 李栓

摘 要 為了人們生活環(huán)境健康安全，實(shí)現(xiàn)家居環(huán)境檢測(cè)，利用現(xiàn)在手持智能設(shè)備，設(shè)計(jì)出一種基于Android的家居檢測(cè)系統(tǒng)。本文采用了具有Android操作系統(tǒng)的智能手機(jī)或平板電腦作為家居設(shè)備終端，以STM32F103 ARM處理器和USR-WiFi232-T WiFi模塊的家居檢測(cè)器，通過(guò)熱點(diǎn)直連或無(wú)線路由器，搭建整個(gè)家居系統(tǒng)平臺(tái)。結(jié)果表明，該系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，智能手機(jī)或平板電腦實(shí)現(xiàn)了對(duì)家居中家居環(huán)境監(jiān)測(cè)。

【關(guān)鍵詞】家居環(huán)境 Android STM32F103 WiFi

隨著無(wú)線通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)科技技術(shù)和嵌入式技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，使得家居智能越來(lái)越貼近你我的生活。如今對(duì)于家居系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外早已提出了許多解決方案，大體上可分為：基于鍵盤(pán)、紅外遙控器的家居控制終端硬件方案；家庭網(wǎng)關(guān)和家庭網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)組成的家居控制系統(tǒng)發(fā)展迅速；采用Android手持智能端作為終端，通過(guò)藍(lán)牙、WiFi、GSM等方式實(shí)現(xiàn)對(duì)家居環(huán)境系統(tǒng)的進(jìn)行控制。

本文基于分析了已有的家居系統(tǒng)發(fā)展模式上，以Android手機(jī)作為家居監(jiān)測(cè)終端的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，利用WiFi模塊、STM32處理器作為底層通用板設(shè)計(jì)等設(shè)備，通過(guò)WiFi無(wú)線通信方式來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的連接和數(shù)據(jù)的傳輸，最終實(shí)現(xiàn)家居系統(tǒng)的本地監(jiān)測(cè)。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作流程

家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由終端設(shè)備、傳輸設(shè)備、智能通用監(jiān)測(cè)器組成，其中手持移動(dòng)終端設(shè)備是手機(jī)或平板電腦；通用監(jiān)測(cè)器主要由WiFi模塊、CPU主控模塊、電源模塊、傳感器和可控硅開(kāi)關(guān)模塊組成；傳感器可以隨用戶(hù)自己選擇，在此緊緊是用溫濕度為傳感進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

移動(dòng)終端設(shè)備主要使用的是Android操作系統(tǒng)，WiFi模塊以有人科技的USR-WiFi232-T模塊，用于接收通用板傳送的數(shù)據(jù)，通用底板采用主要包含32位的STM32F103的ARM處理器，通過(guò)串行外部接口與WiFi模塊連接，進(jìn)行對(duì)WiFi模塊數(shù)據(jù)讀取。

2 系統(tǒng)硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)

家居系統(tǒng)硬件電路主要由WiFi模塊、ARM處理器、電源模塊、SWD仿真調(diào)試接口、外圍傳感器等組成。

2.1 節(jié)點(diǎn)通用硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

節(jié)點(diǎn)通用硬件平臺(tái)板采用STM32F103為主控芯片，搭載部分傳感器、OLED、顯示屏、WiFi模塊、按鍵、LED發(fā)光二極管等外圍設(shè)備，同時(shí)外擴(kuò)UART、SPI、PWM輸出、GPIO以及AD采集等接口等。

2.2 WiFi模塊

WiFi模塊采用USR-WiFi232-T模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸，其主要特性：采用802.11b/g/n無(wú)線訪問(wèn)Internet標(biāo)準(zhǔn)；支持UART/PWM/GPIO數(shù)據(jù)通訊接口；支持STA/AP/STA+AP共存工作模式；支持WPS聯(lián)網(wǎng)配置；支持多路TCP Client連接；可選內(nèi)置天線；3.3v供電，WiFi網(wǎng)絡(luò)是TCP/IP數(shù)據(jù)包。

2.3 核心芯片處理器

ARM處理器是主要以STM32F103為核心的芯片，STM32F103屬于中低端的32位ARM微控制器，工作頻率為72MHz，有豐富的I/O端口和連接到兩條APB總線的外設(shè)。

2.4 電源模塊

電源采用兩種供電模式一種是用來(lái)用usb通用數(shù)據(jù)線供電，一種是電池供電。電源供電電路采用TPS79333和MIC5205_3.3V固定電壓輸出，當(dāng)突然斷電時(shí)，采用鋰電池供電。

2.5 外圍傳感器

傳感器模塊使用GPIO口與對(duì)應(yīng)傳感器連接進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，主要是對(duì)于溫濕度的數(shù)據(jù)采集。

3 軟件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)選擇具有Android手機(jī)或平板電腦作為移動(dòng)終端平臺(tái)。通用板主要任務(wù)是測(cè)量當(dāng)前環(huán)境的數(shù)據(jù)并通過(guò)串口給WiFi數(shù)據(jù)，WiFi模塊通過(guò)GPIO接口得到各個(gè)傳感器數(shù)據(jù)，WiFi模塊通過(guò)廣播與手機(jī)終端進(jìn)行連接，最后得到串口送來(lái)的數(shù)據(jù)。還可以通過(guò)家庭里的路由器連接，手機(jī)與通用平臺(tái)都通過(guò)路由進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。

本系統(tǒng)應(yīng)用程序是基于android系統(tǒng)設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)工具使用Eclipse，運(yùn)行在Android 4.2版本上，而且適配可以在2.3-4.4版均可正常運(yùn)行。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證與分析

將設(shè)計(jì)好的硬件電路在pcb板上進(jìn)行設(shè)計(jì)，搭好家居系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行測(cè)試。系統(tǒng)所采用的手機(jī)是具有Android 4.2小米手機(jī)。首先，WiFi模塊可以和手機(jī)進(jìn)行簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)透?jìng)?，手機(jī)與WiFi模塊進(jìn)行匹配，WiFi另一端連接PC機(jī)打開(kāi)串口調(diào)試助手進(jìn)行與手機(jī)通信；其次，通用模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集stm32進(jìn)行處理后在顯示屏上顯示時(shí)時(shí)得到的該節(jié)點(diǎn)傳感器的數(shù)據(jù)，這樣便于用戶(hù)在家里時(shí)直接可以看到家庭環(huán)境該節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，對(duì)于上傳到手機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)時(shí)的驗(yàn)證并且利于改善后期的APP；最后，通過(guò)底層各個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集，通過(guò)WiFi模塊傳到手機(jī)終端，手機(jī)得到數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，其中包括對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。

5 結(jié)語(yǔ)

本文主要是基于Android操作系統(tǒng)提出的智能手持設(shè)備和無(wú)線通信方式的家居檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與現(xiàn)，方案運(yùn)行穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了對(duì)家居環(huán)境的采集和檢測(cè)，可以移植到更多其他場(chǎng)合。該系統(tǒng)主要順應(yīng)科技發(fā)展，采用WiFi無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)，布線不再煩瑣，更加具有很好的可擴(kuò)展性和移植性，節(jié)約了成本，也具有廣闊的應(yīng)用前景。為了使得家居環(huán)境更加方便智能化，將致力于對(duì)操作系統(tǒng)和檢測(cè)器進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且探索與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，打造更加安全家居環(huán)境。

參考文獻(xiàn)

[1]賈陽(yáng)靜.基于Android和WiFi通信的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].大連工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2016，1（1）：68-71.

[2]張保增，陳新春，胡東方等.一種基于WiFi和ZigBee通信的家庭用電管理系統(tǒng)[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2015，34（14）：30-32.

[3]張逢雪，王香婷，王通生等.基于STM32單片機(jī)的無(wú)線智能家居控制系統(tǒng)[J].造化技術(shù)與應(yīng)用，2011，30：98-101.

作者簡(jiǎn)介

翟維楓（1985-），男，碩士研究生學(xué)歷?，F(xiàn)為北方工業(yè)大學(xué)現(xiàn)場(chǎng)總線及自動(dòng)化北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室講師，主要研究方向?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用。

李栓（1988-），男，碩士研究生學(xué)歷?，F(xiàn)供職于北方工業(yè)大學(xué)現(xiàn)場(chǎng)總線及自動(dòng)化北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。主要研究方向?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用。

作者單位

北方工業(yè)大學(xué)現(xiàn)場(chǎng)總線及自動(dòng)化北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京市 100144