基于Android平台的智能家居系统设计与实现

索尼亚/内蒙古自治区标准化院



基于Android平台的智能家居系统设计与实现

索尼亚/内蒙古自治区标准化院

【摘 要】如今，随着互联网、物联网和大数据的不断发展，国家对“互联网+”政策的大力推动，使人们在各个方面感受到移动互联网信息化带给日常工作生活的方便快捷。国家“智慧城市”建设在稳步向前推进，城市互联网正在不断形成并且逐步完善，对于社会的最小单元家庭来说，“智能家居”这一概念的思考与应用更能贴近日常生活的需要。作为现代化家居的发展方向，智能家居融合了无线传感网络技术、自动控制技术和计算机技术。据市场研究机构Gartner的数据显示，截止2015年第三季度全球智能手机销量相比去年同期的3.054亿部增至3.528亿部，其中Android系统占比84.7％，iOS占比13.1％，Windows占比1.7％，BlakBerry占比0.3％[1 ]。所以，基于Android平台的智能家居控制系统更具生命力、影响力。

【关键词】Android；智能家居；WIFI

本设计中选用了Android作为终端软件设计平台，这主要是由于安卓系统的开放性、易移植性，且具有丰富的硬件选择，便于程序员进行程序开发[2]，Android终端系统通过点击控制界面的按钮向Server（服务器）端发送命令，因此，Android终端的主要工作是系统界面UI设计以及与Server端的Socket通信程序设计。

Server主要通过TCP/IP协议接收来自Android的数据，然后发送至网关，同时接收网关的数据，将其发送至Android客户端。因此，Server主要工作TCP/IP通讯逻辑设计。

网关我们选用ARM11处理器，可以为各模块提供友好的支持，可扩展性和可升级性强。并且ARM11具有功耗低，体积小，性能高，可扩展性高的优点[3]。

一、智能家居系统的关键技术

Android 操作系统的体系结构被分为了4 层。分别是应用程序层、应用程序框架层、核心类库和 Linux 内核层[4]。

Android是由一个或者是多个基本组件组成，其四大核心组件分别Activity、Service、Content Provider、BroadcastRecevier[5]。它们主要负责对程序宏观框架进行控制，同时必须在Android Manifest. xml文件中进行必要配置。

Android的开发环境主要包括：

1.Android SDK(Software Development Kit)，Android专属软件开发包；

2.Android ADT（Android Development Tools），开发Android的可视化工具。

WIFI，全称Wireless Fidelity，又称802.11b标准。它的最大优点就是传输速度较高，可以达到11Mbps，另外它的有效距离也很长，同时也与已有的各种802.11DSSS设备兼容。Wi-Fi，无线保真技术与蓝牙技术一样，同属于在办公室和家庭中使用的短距离无线技术。该技术使用的是2.4GHz附近的频段，该频段目前尚属没用许可的无线频段[6]。可以理解为，WIFI替代了传统的有线网络，让用户可以方便、快捷的通过连接无线信号进行网络上的一系列操作。当下，WIFI已经成为每个人日常快速、便捷上网的首选途径。通过对无线路由器生成的无线网络也就是我们日常认识到的WIFI无线网络。

相比传统的有限网络，WIFI的优点有以下四点：

1.无线电波的覆盖范围广；

2.速度快，可靠性高；

3.无需布线；

4.健康安全。

二、系统的需求分析以及整体设计

系统的最终目标是借助互联网技术为家庭用户享有更为便捷的生活体验，使家庭设备根据人们主观命令实现应有的功能。系统整体设计原则应综合考虑可行性、健壮性以及可扩展性，如图1所示为系统概要设计：

本系统基于Android平台的智能家居系统设计，主要实现：基于WIFI的数据传输以及家庭设备控制功能。

三、Android客户端的设计与实现

根据对系统的需求进行分析，对系统的各功能模块进行设计规划之后，对智能家居系统软件终端模块设计分别是用户登录、智能控制。其中智能控制是重点设计部分，包含了：房间添加模块、房间信息编辑模块、家电控制模块。

图1　系统概要设计图

Android智能终端采取了典型的MVC系统设计模式，这种模式是系统应用开发的底层架构。主要由逻辑模型(Model)、视图模型(View)、控制器(Controller)组成。通过将逻辑层和视图层进行了分离，实现低耦合[7]。模型层主要是对业务逻辑进行开发以及对行为进行处理。视图层是将界面效果呈现给用户，是给用户的结果反馈。控制层主要是接收指令。

当用户点击界面中的登录按钮时，弹出登陆对话框，点击登录按键，用户通过输入密码进行验证登录，同数据库中的密码进行匹配判断，当验证输入的密码正确后完成登录操作。系统登录界面如图2所示：

图2　系统登录界面

登录成功后，我们从房间列表中可以看到一些房间图片和名称，如图3。用户也就是通过对这些图标按钮的各个房间来实现对相应现实中房间的控制的。最后面有一个添加按钮，也是为了适应生活中的一些变化，例如我们对新房间的增加，长按房间图标对相应的房间的信息进行编辑或删除。

图3　登录后主界面

当用户点击主卧按钮图标时，会触发RoomClickListener监听程序，程序取得图片对应的房间ID以及名称，然后在服务器中进行查询，得到该房间内各种家电设备，同时将查询到的设备在系统界面中显示，如图4。

图4　选择房间后主界面

我们以对空调控制为例进行智能控制，具体界面如图5：

图5　选择设备后主界面

在Android设备终端进行对空调进行智能控制，当用户点击“开关”按钮时，根据程序后台逻辑则对所点击按钮进行制定发送，同时基于WIFI网络，将给智能网关发送开关灯指令，然后智能网关通过红外信号技术控制空调设备进行开关操作。

四、总结展望

随着社会的不断进步，科技的快速发展，人们生活水平也在不断提高，“智能家居”概念已经逐渐融入我们生活的各方面中。对智能设备的控制也必将进行全方位的整合生成统一的移动终端。本文对基于Android平台WIFI网络环境下的智能家居技术进行了研究，并结合当前技术现状提供了较为可靠的思路和方案。经过对系统需求、设计、功能、分析各个阶段的实施验法，总结出了较为严密的计划方案。通过采用计算机软件工程思路、Android技术以及WIFI网络，设计并构建出一套较为可行的智能家居控制系统。通过实现基于手持Android设备客户端与家居智能设备之间的通信，将家居设备能够进行统一控制，能够让用户方便、快捷、有效的对家庭智能设备进行控制。

智能家居系统无法独立应用，必须依赖于整体的房屋建筑设计、小区网络环境、小区信息化系统应用情况以及智能家居设备普及情况。然而，在这些依赖项上仍存在参差不齐的实际发展现状。房屋建设设计初期是否能够结合互联网思维做好统一的只能监控设计？小区网络建设是否满足智能化系统的需求并给与承载？小区信息化应用现状是否有较高的扩展性和稳定性？而对于核心的智能家居设备方面，当前还存在许多技术不成熟，现行的家居设备不能达到智能控制的最终要求，所以在智能家居系统推进过程中会遇到各种兼容问题。

综合考虑，本设计还存在很多方面需要仍需进一步的改进和完善：

第一，改进终端软件UI使人机交互更友好，增强系统兼容性与扩展性让系统更稳定强大。

第二，本设计基于WIFI网络进行实现Android端与Server通信，随着网络通讯技术革新更替，将来肯定应考虑结合手机移动网络的应用研发。

第三，根据智能家具设备的时代变更，不断扩展系统的设备兼容性。

第四，结合“智慧城市”“智能小区”“互联网+”的国家整体互联网战略思维进行智能家居的系统功能完善和提升。

参考文献：

[1]http://www.199it.com/archives/408226.html 2015年11月21日.

[2]面向大众的移动技术：Android简介[OL]http://www.ibm. com/developerworks/cn/java/j-mobileforthemasses1/.2013年4月22日.

[3]董玉明.基于ARM11的移动互联设备硬件设计与实现[D].西安：西安电子科技大学，2010.

[4]张仕成.基于Google Android平台的应用程序开发与研究[J].电脑知识与技术，2009，5(28): 7959-7962.

[5]Sun Soft I. User’s Guide[J].Comprehensive Renewable Energy，1992，4(4):1-14.

[6]http://wenku.baidu.com/link?url=FnzjyZxepstJZFMeb07WsXEbS NLTkOfUhMIGWrU3_TkmkNKvcKGGmUxMEvOom4ZcpyQ5PjoiiwIKX FmoNRSYnHwZYCf1ZnWyiHuU8OV17FK 什么叫WIFI，WIFI技术特点2012-02-21.

[7]许明辉.基于MVC的分层控制设计模型及其应用研究[D].华中科技大学，2006.