陳燕忠, 張永剛, 周小林

(復(fù)旦大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院,上海 200433)

基于AllJoyn和微處理器FC-3180的智能網(wǎng)關(guān)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陳燕忠, 張永剛, 周小林

(復(fù)旦大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院,上海 200433)

為簡(jiǎn)化鄰近分布式家用設(shè)備的互聯(lián)互通,采用開源軟件框架AllJoyn,搭載嵌入式微處理器FC-3180,配合低功耗無線傳輸網(wǎng)絡(luò)ZigBee和移動(dòng)應(yīng)用平臺(tái)Android,設(shè)計(jì)了一套具有自發(fā)性、可移動(dòng)、可動(dòng)態(tài)配置的安全設(shè)備管理系統(tǒng).

AllJoyn; FC-3180; 智能網(wǎng)關(guān); Android

0 引 言

智能家居是指運(yùn)用信息通訊和傳感技術(shù),采集、加工、分析并整合人們切身關(guān)心的各項(xiàng)重要信息[1],由此提高對(duì)包括舒適度、便捷性、安全性等在內(nèi)的要求作出智能反應(yīng)的準(zhǔn)確性.“互聯(lián)網(wǎng)+”公式的影響深化加速了各行業(yè)的服務(wù)與用戶場(chǎng)景的相互結(jié)合[2].家庭場(chǎng)景是人們美好生活和保障工作效率不可或缺的物質(zhì)基石,而家庭設(shè)備的智能化管理將成為現(xiàn)代化生活環(huán)境的重要體現(xiàn),所以,需要將智能中央設(shè)備管理器與家庭場(chǎng)景中其他設(shè)備子系統(tǒng)有機(jī)地組成一個(gè)具有安全性和正確性保證的系統(tǒng)[3].中央設(shè)備管理器與子系統(tǒng)之間必須建立一個(gè)可靠的連接,用于實(shí)時(shí)地傳遞用戶指令和設(shè)備反饋.其次,需要相應(yīng)的硬件基礎(chǔ)和執(zhí)行條件來確保用戶意圖的真正實(shí)現(xiàn).同時(shí),在部分條件下,還要實(shí)現(xiàn)家庭場(chǎng)景到其他場(chǎng)景的轉(zhuǎn)換,即需要與外界通訊的媒介平臺(tái),滿足用戶遠(yuǎn)程監(jiān)控和提前管理的需求.

1 系統(tǒng)總體框架

1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)關(guān)鍵性問題分析

首先要考慮物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備屬性的多樣性,不同操作系統(tǒng)平臺(tái)、不同物理網(wǎng)絡(luò)和連接協(xié)議、不同開發(fā)語言等[4],同時(shí),本課題的設(shè)計(jì)著眼于智能設(shè)備的管理,所以同時(shí)還要注重設(shè)備搜索的自發(fā)性、可移動(dòng)、操作簡(jiǎn)單和可動(dòng)態(tài)配置等要求.另外,還要考慮物聯(lián)網(wǎng)嵌入式設(shè)備本身的資源受限以及應(yīng)用場(chǎng)景的復(fù)雜性.

針對(duì)上述問題的分析,本課題采用近距離移動(dòng)解決方案AllJoyn,其構(gòu)建的分布式應(yīng)用運(yùn)行環(huán)境支持應(yīng)用跨不同設(shè)備和操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)可靠交互,可在不改變?cè)O(shè)備物理設(shè)計(jì)或者增加產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜性的情況下擴(kuò)展使用性和提升用戶體驗(yàn),確保應(yīng)用與設(shè)備的廣泛兼容性.同時(shí),AllJoyn瘦客戶端支持超低內(nèi)存的嵌入式物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備,擁有通用的AllJoyn互聯(lián)協(xié)議和精簡(jiǎn)功能集.主控制平臺(tái)采用嵌入式微處理器FC-3180,其功耗超低,且集成了Java虛擬機(jī),非常符合整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行和應(yīng)用開發(fā)的需要.為使系統(tǒng)原型更加完整和可操作,本設(shè)計(jì)還加入了已在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域廣泛運(yùn)用的ZigBee技術(shù)和Android平臺(tái)[3],更好地展示本課題設(shè)計(jì).

1.2 系統(tǒng)解決方案基本思路

設(shè)計(jì)一種基于開源軟件框架AllJoyn和嵌入式微處理器FC-3180的智能網(wǎng)關(guān),承擔(dān)設(shè)備實(shí)時(shí)管理、動(dòng)態(tài)配置、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和友好提示等功能.通過Android平臺(tái)的AllJoyn標(biāo)準(zhǔn)客戶端與智能網(wǎng)關(guān)的AllJoyn瘦客戶端間的互通,實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)智能網(wǎng)關(guān)實(shí)時(shí)交互,以智能網(wǎng)關(guān)為橋梁進(jìn)而對(duì)設(shè)備智能化管理.用戶也可以根據(jù)需求對(duì)Android應(yīng)用進(jìn)行個(gè)性化設(shè)置.智能網(wǎng)關(guān)以ZigBee作為與設(shè)備間的短距離用戶命令和設(shè)備反饋平臺(tái),同時(shí)ZigBee網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層的數(shù)據(jù)操作遵守變量安全操作協(xié)議.

2 支持AllJoyn的Android客戶端設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 AllJoyn標(biāo)準(zhǔn)客戶端整體工作流程

在基于AllJoyn近端應(yīng)用中,每個(gè)設(shè)備運(yùn)行一個(gè)AllJoyn路由.AllJoyn路由提供了一個(gè)抽象層,處理所有的傳輸機(jī)制、消息路由和命名空間管理.在每個(gè)設(shè)備上的AllJoyn路由與其他設(shè)備的路由進(jìn)行通信,所以應(yīng)用間不會(huì)直接交流,而是通過總線通信.總線本身是以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)(Ad-Hoc)方式形成,總線的形成基于周邊設(shè)備的發(fā)現(xiàn),也就是說,AllJoyn功能是廣告名字和尋找廣告的名字.通信協(xié)議是獨(dú)立于傳輸,目前支持WiFi和藍(lán)牙等通訊方式.

圖1 AllJoyn客戶端向服務(wù)端調(diào)用方法

首先,以AllJoyn方法調(diào)用為例,如圖1所示,提供服務(wù)程序的主機(jī)B對(duì)應(yīng)的是智能網(wǎng)關(guān),提供客戶程序的主機(jī)A對(duì)應(yīng)的是Android智能手機(jī).

第一步,服務(wù)執(zhí)行廣告操作.主機(jī)B上的服務(wù)向本地的AllJoyn路由請(qǐng)求廣告,路由根據(jù)服務(wù)的請(qǐng)求,確定適合本地網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)廣告機(jī)制,然后開始在鄰近區(qū)域廣告服務(wù).

第二步,客戶端請(qǐng)求查詢名稱.當(dāng)主機(jī)A上客戶組件請(qǐng)求發(fā)現(xiàn)服務(wù),將發(fā)出“查找名稱”的要求,本地路由根據(jù)客戶端的輸入來確定最佳的方式探測(cè)廣告.一旦兩個(gè)設(shè)備接近,它們開始通過已啟用的媒體方式監(jiān)聽對(duì)方的廣告,發(fā)現(xiàn)請(qǐng)求.

第三步,守護(hù)進(jìn)程報(bào)告發(fā)現(xiàn)名稱.服務(wù)端的路由發(fā)現(xiàn)請(qǐng)求并響應(yīng)客戶端路由.

第四步,客戶端發(fā)現(xiàn)服務(wù).主機(jī)A客戶端接收本地路由指示,表示該鄰近區(qū)域內(nèi)存在擁有所需服務(wù)的路由.

第五步,客戶端調(diào)用遠(yuǎn)端方法.參數(shù)使用主機(jī)A上的AllJoyn路由在本地總線段上的路由信息在源端封裝,通過網(wǎng)絡(luò)鏈接發(fā)送到主機(jī)B的AllJoyn路由,AllJoyn路由決定目標(biāo)服務(wù)端,然后解封參數(shù)并調(diào)用服務(wù).

2.2 智能網(wǎng)關(guān)Android應(yīng)用的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1.1 滑動(dòng)側(cè)邊菜單欄設(shè)計(jì)

初次運(yùn)行該 App,手機(jī)屏幕首先出現(xiàn)的只有初始界面,如果向右滑動(dòng)屏幕,繼而就會(huì)出現(xiàn)隱藏的菜單欄.用戶用手指按住手機(jī)屏幕左右移動(dòng),App會(huì)根據(jù)檢測(cè)到的速度來向左或向右滾動(dòng)界面,即可看到在左側(cè)或者右側(cè)隱藏的部分,實(shí)現(xiàn)兩個(gè)視圖的切換.

2.2.2 用戶登錄界面設(shè)計(jì)

點(diǎn)擊菜單欄“游客登錄”,即可進(jìn)入用戶登錄界面,第一次登錄可輸入默認(rèn)用戶名和密碼,點(diǎn)擊登錄按鈕.同時(shí),會(huì)對(duì)信息填寫不完整或者錯(cuò)誤的情況給予提醒.為了減少用戶登錄花費(fèi)的時(shí)間,可勾選用戶界面的“記住我的密碼”和“自動(dòng)登錄”選項(xiàng),減少重復(fù)性操作.

2.2.3 設(shè)備登錄界面及二維碼掃描功能設(shè)計(jì)

在ZigBee設(shè)備加入ZigBee網(wǎng)絡(luò)并獲取網(wǎng)絡(luò)地址后,將網(wǎng)絡(luò)地址通過ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給智能網(wǎng)關(guān),即協(xié)調(diào)器.智能網(wǎng)關(guān)再通過鄰近區(qū)域內(nèi)的AllJoyn網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給客戶端App,客戶端App將自動(dòng)更新設(shè)備登錄界面中“新設(shè)備ID”的參數(shù).用戶可以手動(dòng)輸入或者添加該新設(shè)備的名稱和其他需要的備注.

2.2.4 設(shè)備間交互的氣泡聊天界面設(shè)計(jì)

設(shè)備交互界面,主要用于手機(jī)客戶端通過鄰近AllJoyn網(wǎng)絡(luò)與同樣支持AllJoyn的智能網(wǎng)關(guān)通訊,通過智能網(wǎng)關(guān)下達(dá)用戶指令并獲取設(shè)備信息反饋.本界面采用仿微信的氣泡聊天形式,力求使用戶與智能網(wǎng)關(guān)的交流就像跟微信好友聊天一樣,舒服快捷.

2.2.5 設(shè)置界面設(shè)計(jì)

設(shè)置界面作為一個(gè)應(yīng)用程序必備的組成部分,主要是對(duì)客戶端的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置,使之更加符合用戶的使用習(xí)慣,甚至可以添加用戶個(gè)性化的元素.

3 智能網(wǎng)關(guān)軟硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 AllJoyn在嵌入式處理器FC-3180平臺(tái)上的實(shí)現(xiàn)

3.1.1 AllJoyn 瘦客戶端在嵌入式環(huán)境中進(jìn)行的具體優(yōu)化

AllJoyn瘦客戶端保留了標(biāo)準(zhǔn)客戶端的絕大多數(shù)的編程概念,但為適應(yīng)嵌入式設(shè)備的開發(fā)環(huán)境,AllJoyn瘦客戶端在高層設(shè)計(jì)上做了一些變化,包括:API僅支持C語言,單線程、狀態(tài)機(jī)及消息循環(huán)方式的編程模型,AllJoyn瘦客戶端的API直接暴露AllJoyn消息,應(yīng)用本身負(fù)責(zé)對(duì)調(diào)用進(jìn)行相應(yīng)回復(fù),即實(shí)現(xiàn)需要做的操作.

而優(yōu)化的重點(diǎn)在于減少內(nèi)存占用,這也是開發(fā)者必須注意的地方,包括表驅(qū)動(dòng),避免數(shù)據(jù)重復(fù),盡可能在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化,謹(jǐn)慎使用動(dòng)態(tài)內(nèi)存(僅為短生命周期的使用情況進(jìn)行分配),通過同一塊緩沖的串行化實(shí)現(xiàn)發(fā)送和接收緩存共享,提供幫助的函數(shù)減少應(yīng)用代碼尺寸.關(guān)鍵不同具體如下:

1) 將接口描述變?yōu)樽址Ａ繑?shù)組,其首要目的是減低解析工作量,而不是增加可讀性.其中,數(shù)組的第一個(gè)字符串是總線接口名稱,后續(xù)字符串是接口成員描述,其暴露了底層D-Bus類型的簽名符號(hào).

2) 對(duì)象采用指針數(shù)組進(jìn)行定義,使用AppObjects數(shù)組定義本地應(yīng)用對(duì)象Bus Object,使用PrxObjects數(shù)組定義遠(yuǎn)端應(yīng)用對(duì)象代理Proxy Bus Objects.數(shù)組單元采用{Name,Interfaces}元組.其中,是完整的根對(duì)象路徑,根目錄為’/’,是該節(jié)點(diǎn)接口描述的數(shù)組指針.

3) 消息標(biāo)識(shí)是應(yīng)用級(jí)概念,不存在于路由協(xié)議中,這是為了避免做太多的字符串對(duì)比,使用緊湊型符號(hào)描述對(duì)象類型、對(duì)象路徑、接口和成員.消息使用四元組{U,P,I,M}進(jìn)行標(biāo)識(shí).

3.1.2 系統(tǒng)初始化及WiFi模塊的配置與連接

1) 系統(tǒng)初始化.嵌入式微處理器FC-3180使用嵌入式操作系統(tǒng)Rubus,在啟動(dòng)系統(tǒng)前,需要配置直接存儲(chǔ)器存取通道、事件日志等,該事件日志可以在Imsys Developer中讀取,同時(shí)還要建立一個(gè)AllJoyn的線程,用于連接WiFi和處理AllJoyn信息.進(jìn)入AllJoyn線程后,需要初始化文件系統(tǒng)、掛載Flash和RAM,初始化串口用于ZigBee芯片通信,配置并連接WiFi,然后進(jìn)行AllJoyn總線的連接并處理AllJoyn消息.

2) WiFi模塊的配置與連接.WiFi模塊使用ESP8266芯片,可以配置成工作站、無線接入點(diǎn)和共存模式[5].在本課題設(shè)計(jì)中,智能網(wǎng)關(guān)AllJoyn瘦客戶端需要接入WiFi網(wǎng)絡(luò),所以將ESP8266配置成工作站模式.嵌入式微處理器FC-3180通過串口向ESP8266發(fā)送Attention(AT)命令實(shí)現(xiàn)控制.AT指令可以理解為是一種modem命令語言,是以AT開頭、具體指令結(jié)尾的字符串.

3.2 變量安全操作協(xié)議的定義與實(shí)現(xiàn)

智能網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)以變量操作的形式對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制,以ZigBee無線通訊網(wǎng)絡(luò)作為透?jìng)?在應(yīng)用層面自定義一個(gè)輕量級(jí)的變量安全操作協(xié)議,參考Modbus應(yīng)用協(xié)議設(shè)計(jì),規(guī)定設(shè)備變量讀寫以及操作者命令的認(rèn)證方式,主要應(yīng)用于開放系統(tǒng)中重要設(shè)備的監(jiān)控.設(shè)備對(duì)來自智能網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行解封裝,判斷并完成數(shù)據(jù)中的操作指令,然后進(jìn)行反饋,若數(shù)據(jù)異常則反饋錯(cuò)誤類型,反饋信息同樣需要進(jìn)行封裝.

3.3 ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

在本課題設(shè)計(jì)中,ZigBee網(wǎng)絡(luò)作為智能網(wǎng)關(guān)與設(shè)備之間交流信息的透?jìng)?微處理器FC-3180通過串口將封裝好的用戶控制命令傳遞給ZigBee協(xié)調(diào)器,再發(fā)送至指定設(shè)備并得到反饋.該無線網(wǎng)絡(luò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)采用2.4 GHz通信,其自動(dòng)組網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)自愈和記憶性等優(yōu)點(diǎn)非常適用于應(yīng)用在無規(guī)律放置、中間障礙物較多的室內(nèi)設(shè)備中.本設(shè)計(jì)使用Zstack協(xié)議棧構(gòu)建網(wǎng)絡(luò).

本設(shè)計(jì)中不需要設(shè)備間的獨(dú)立通信,所以采用星型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu).協(xié)調(diào)器設(shè)備和終端設(shè)備的程序流程圖如圖2所示.設(shè)備間使用的網(wǎng)絡(luò)通訊可以通過路由算法獲得功耗最低的路徑[6],并且當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送設(shè)備確定目標(biāo)設(shè)備之前,都會(huì)緩存信息包以減少無效的發(fā)送[7].

圖2 協(xié)調(diào)器設(shè)備和終端設(shè)備運(yùn)行流程圖

3.4 智能網(wǎng)關(guān)硬件電路設(shè)計(jì)

3.4.1 嵌入式微處理器模塊原理圖設(shè)計(jì)

嵌入式微處理器模塊使用集成有FC-3180芯片和同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(SDRAM)的VELOX模塊,其中SDRAM作為機(jī)器碼的存儲(chǔ).使用通用異步收發(fā)傳輸器接口1(UART1)與ZigBee模塊連接,UART3與WiFi模塊連接.

3.4.2 ZigBee模塊原理圖設(shè)計(jì)

ZigBee模塊使用CC2530芯片,其內(nèi)置了增強(qiáng)型8051[8],與微處理器FC-3180的串口UART1連接.模電信號(hào)和數(shù)字信號(hào)電源引腳連接+3.3V,對(duì)地連接濾波電容減少高頻干擾.使用32MHz晶振,晶振電路應(yīng)靠近芯片引腳,并鋪銅來避免晶振信號(hào)對(duì)正常信號(hào)的干擾.

3.4.3 WiFi模塊原理圖設(shè)計(jì)

WiFi模塊使用的是ESP8266芯片,與微處理器FC-3180的UART3連接.模塊設(shè)置為從FLASH啟動(dòng),選擇AT指令模式,模塊的UTXD和URXD引腳分別連接WiFi接口的URX3和UTX3.

3.4.4 電源模塊原理圖設(shè)計(jì)

電源模塊使用LM1117-3.3芯片作為電壓轉(zhuǎn)換芯,使用MICRO-USB接口作為電源接口.LM1117-3.3將來自MICRO-USB接口的+5V電壓,降壓后固定輸出3.3 V.

4 系統(tǒng)運(yùn)行與功能測(cè)試

4.1 智能網(wǎng)關(guān)與設(shè)備間通信測(cè)試

圖3 協(xié)調(diào)器設(shè)備在Cimsys Developer的Debug窗口打印輸出結(jié)果

智能網(wǎng)關(guān)首先上電運(yùn)行建立ZigBee網(wǎng)絡(luò),終端設(shè)備上電運(yùn)行后請(qǐng)求入網(wǎng),智能網(wǎng)關(guān)允許設(shè)備入網(wǎng),設(shè)備組網(wǎng)成功后給地址為0x0000的智能網(wǎng)關(guān)發(fā)送分配的網(wǎng)絡(luò)地址,智能網(wǎng)關(guān)ZigBee模塊通過串口將終端設(shè)備發(fā)送過來的網(wǎng)絡(luò)地址發(fā)送給微處理器FC-3180模塊,微處理器FC-3180在Cimsys Developer的Debug窗口中打印數(shù)據(jù)信息.圖3為協(xié)調(diào)器設(shè)備調(diào)試運(yùn)行后的打印輸出結(jié)果,包括設(shè)備系統(tǒng)啟動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)建立和終端設(shè)備網(wǎng)絡(luò)地址等信息.

同時(shí),利用SmartRF Packet Sniffer軟件,選擇ZigBee 2007/PRO協(xié)議版本和2 405 MHz的監(jiān)聽信道,可以觀察到ZigBee網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包發(fā)送的情況.圖4為協(xié)調(diào)器設(shè)備建立網(wǎng)絡(luò)時(shí)發(fā)送的數(shù)據(jù)幀,可以觀察到目標(biāo)個(gè)域網(wǎng)、目標(biāo)地址、數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度等信息,如第一個(gè)數(shù)據(jù)包是在廣播10 byte的信標(biāo)幀.

圖4 協(xié)調(diào)器建立網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包

4.2 Android平臺(tái)客戶端運(yùn)行測(cè)試

首先安裝應(yīng)用的AndroidPackage(apk)文件,進(jìn)入初始界面后向左滑動(dòng)屏幕.進(jìn)菜單欄后點(diǎn)擊“游客登錄”,輸入默認(rèn)用戶名和密碼.如果獲得管理者身份,菜單欄顯示“已登錄”.在菜單欄中主要測(cè)試直接影響智能網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)運(yùn)行的用戶界面.點(diǎn)擊“上線”菜單,進(jìn)入界面后再點(diǎn)擊“刷新”按鈕獲得新設(shè)備ID,即新入網(wǎng)的終端設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)地址.輸入便于記憶的設(shè)備代號(hào),其中設(shè)備代碼與設(shè)備的ZigBee網(wǎng)絡(luò)地址一一對(duì)應(yīng),對(duì)目標(biāo)設(shè)備的真正尋址是通過設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)地址.點(diǎn)擊“掃一掃”按鈕,掃描貼在設(shè)備上的二維碼,相對(duì)詳細(xì)的設(shè)備信息就會(huì)自動(dòng)添加到界面中,然后再根據(jù)需要添加備注,最后保存.

4.3 智能網(wǎng)關(guān)和Android平臺(tái)間通信測(cè)試

上述操作全部完成后,點(diǎn)擊“列表”菜單,Android平臺(tái)上的AllJoyn標(biāo)準(zhǔn)客戶端會(huì)快速在近域網(wǎng)絡(luò)中尋找智能網(wǎng)關(guān)上AllJoyn瘦客戶端提供的服務(wù).連接服務(wù)后,輸入用戶命令,即可查詢?cè)O(shè)備信息狀態(tài)、參數(shù)、數(shù)量等,同時(shí)還可以控制終端設(shè)備的開關(guān)狀態(tài)(用LED燈指示),也可以獲取用戶命令操作幫助.如圖5所示,右邊的是用戶admin輸入的命令,左邊的是智能網(wǎng)關(guān)的信息反饋,同時(shí)每條指令會(huì)顯示對(duì)應(yīng)的時(shí)間.

圖5 用戶命令操作測(cè)試界面

1)圖5(a)中,AllJoyn標(biāo)準(zhǔn)客戶端會(huì)提醒用戶正在尋找近距離內(nèi)可用的服務(wù),正常情況下尋找過程非常迅速,用戶無需等待直接進(jìn)入氣泡聊天界面;

2)圖5(b)中,根據(jù)界面最下端的輸入欄提示,輸入命令“man”,可以獲取關(guān)于所有基本命令及其功能的說明;

3.圖5(c)中,想了解某一命令(如boot)的具體用法,輸入命令“help boot”,即可獲得相關(guān)說明;輸入命令“l(fā)s”,即可以獲得已組網(wǎng)的設(shè)備代碼;

4.圖5(d)中,輸入命令“find”,可以了解當(dāng)前組網(wǎng)設(shè)備數(shù)量為3;關(guān)閉其中的設(shè)備fan,輸入命令“shutdown fan”,設(shè)備fan的LED開關(guān)指示燈熄滅;

5.圖5(e)中,重新啟動(dòng)設(shè)備fan,輸入命令“boot fan”,設(shè)備fan的LED開關(guān)指示燈重新點(diǎn)亮;再查詢?cè)O(shè)備fan的當(dāng)前開關(guān)狀態(tài),輸入命令“status fan”,可獲得運(yùn)行狀態(tài)的正確回復(fù);

6.圖5(f),查看關(guān)于設(shè)備fan的詳細(xì)參數(shù)及其備注,輸入命令“uname fan”,可獲得設(shè)備在登錄時(shí)通過掃碼和手動(dòng)輸入添加的信息;將設(shè)備fan從設(shè)備管理名單中刪除,輸入命令“rm fan”,將刪除保存在應(yīng)用中的對(duì)應(yīng)設(shè)備的ID、代碼、參數(shù)和備注等.

5 結(jié) 論

分析了物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,以智能家居解決方案中設(shè)備管理為落腳點(diǎn),考慮到設(shè)備平臺(tái)具有不同的特點(diǎn)、能力和行為的獨(dú)特性,為實(shí)現(xiàn)其互聯(lián)互通而設(shè)計(jì)了一個(gè)基于AllJoyn和FC-3180的智能網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)原型,并實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證其可行性.主要工作包括以下幾個(gè)方面:

1)通過AllJoyn標(biāo)準(zhǔn)核心庫框架及其應(yīng)用流程的理解,設(shè)計(jì)了基于Android平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)客戶端,以此來發(fā)現(xiàn)鄰近AllJoyn網(wǎng)絡(luò)中智能網(wǎng)關(guān)提供的服務(wù).

2)設(shè)計(jì)實(shí)用且易操作的Android應(yīng)用來完善AllJoyn的標(biāo)準(zhǔn)客戶端,提供用戶登錄、設(shè)備上線、設(shè)備交互、應(yīng)用設(shè)置等用戶界面,其中二維碼掃描功能方便了入網(wǎng)設(shè)備的信息添加,而仿微信的AllJoyn網(wǎng)絡(luò)聊天界面則提升了用戶體驗(yàn).

3)分析了AllJoyn瘦核心庫與標(biāo)準(zhǔn)核心庫的區(qū)別,以及在嵌入式開發(fā)環(huán)境下的優(yōu)化工作,然后在智能網(wǎng)關(guān)嵌入式微處理器FC-3180上實(shí)現(xiàn)了AllJoyn瘦客戶端,廣告服務(wù)建立會(huì)話,并通過自定義的變量安全操作協(xié)議對(duì)接收到的用戶命令進(jìn)行封裝,然后發(fā)送給ZigBee模塊.

4)智能網(wǎng)關(guān)ZigBee模塊建立網(wǎng)絡(luò),并允許智能設(shè)備入網(wǎng),然后傳遞用戶命令并反饋設(shè)備操作信息.

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(責(zé)任編輯：包震宇,顧浩然)

Design of intelligent gateway control systembased on AllJoyn and FC-3180

Chen Yanzhong, Zhang Yonggang, Zhou Xiaolin

(School of Information Science and Technology,Fudan University,shanghai 200433,China)

To simplify interconnection of distributed household equipment,this design creates a spontaneous,movable,safe and configurable equipment management system and smart home layout with the open-source software framework AllJoyn,the embedded microprocessor FC-3180,the low power wireless transmission network ZigBee and mobile application platform Android.

AllJoyn; FC-3180; smart gateway; Android

10.3969/J.ISSN.1000-5137.2017.01.025

2016-11-27

國家科技支撐課題項(xiàng)目(2015BAD17B04)

陳燕忠(1993-),男,碩士研究生,主要從事網(wǎng)絡(luò)通信方面的研究.E-mail:14210720169@fudan.edu.cn

導(dǎo)師簡(jiǎn)介: 周小林(1973-),男,副教授,主要從事無線通信、移動(dòng)通信、信號(hào)處理等方面的研究.E-mail:zhouxiaolin@fudan.edu.cn(通信聯(lián)系人)

TN 929.5

A

1000-5137(2017)01-0149-07