【導(dǎo)讀】隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能家居生活也漸漸成為趨勢。本文設(shè)計(jì)了一個(gè)智能家居系統(tǒng)，系統(tǒng)以Android智能設(shè)備作為主控制器終端，以三星公司的S5PV210芯片和相關(guān)。設(shè)計(jì)開發(fā)了智能管家軟件，而家居內(nèi)部控制網(wǎng)絡(luò)則利用ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。程控制、室內(nèi)外遙控、防盜報(bào)警、紅外轉(zhuǎn)發(fā)以及可編程定時(shí)控制等多種功能和手段。的安全性，甚至為各種能源費(fèi)用節(jié)約資金。

　　

【正文】 成 ： Linux 內(nèi)核層、 Android 運(yùn)行時(shí)庫和其他庫層、 應(yīng)用框架層、應(yīng)用程序?qū)印? Linux 內(nèi)核層 Android 是基于 Linux Version 216123 內(nèi)核開發(fā)的，主要是添加了一個(gè)名為 Goldfish 的虛擬 CPU 以及 Android 運(yùn)行所需的特定驅(qū)動(dòng)代碼。該層用來提供系統(tǒng)的底層服務(wù)，包括安全機(jī)制、內(nèi)存管理、進(jìn)程管理、網(wǎng)絡(luò)堆棧及一系列的驅(qū)動(dòng)模塊。作為虛擬的中間層，該層位于硬件與其他的軟件層之間。 Android 運(yùn)行時(shí)庫和其他庫層 運(yùn)行時(shí)庫和其他庫層 Android 運(yùn)行時(shí)庫包含一組核心庫 ( Java 語言核 心庫內(nèi)的大部分功能 ) 和 Dalvik 虛擬機(jī)。同時(shí) Android 提供了豐富的庫類支持且大部分為開源代碼，如采用的數(shù)據(jù)庫為 SQLite。 Android 選擇它作為移動(dòng)終端的嵌入式數(shù)據(jù)庫有以下優(yōu)點(diǎn)：它無需安裝和管理配置，它是一個(gè)存儲(chǔ)在單一磁盤文件中的完整的數(shù)據(jù)庫，體積只有 250 KB 但支持?jǐn)?shù)據(jù)庫大小至 2 TB，提供了對(duì)事務(wù)功能和并發(fā)處理的支持，而且比目前流行的大多數(shù)數(shù)據(jù)庫運(yùn)行速度快。 應(yīng)用框架層提供 在應(yīng)用框架， Android 開發(fā)人員可以跟那些核心應(yīng)用一樣擁有訪問框架 APIs 的全部權(quán)限。應(yīng)用的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)簡化了各組件之間的重用，任何應(yīng)用都可以分發(fā)自己的組件，任何應(yīng)用也可以使用這些分發(fā)的組件 ( 應(yīng)用的使用方法需遵循框架的安全性約束 )。 應(yīng)用程序?qū)? Android 本身會(huì)附帶一些核心的應(yīng)用程序，包括 E mail 客戶端、短信程序、日歷、地圖、瀏覽器、通信錄等，目前所有的應(yīng)用程序都是由 Java 語言開發(fā)的。 Android 應(yīng)用程序的開發(fā) 智能家居智能終端應(yīng)用程序主要功能模塊框架如下圖所示： 山 東 省 應(yīng) 用 物 聯(lián) 網(wǎng) 設(shè) 計(jì) 大 賽 28 圖 72 應(yīng)用程序功能框架圖 手持終端要與網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信，如果附近有熱點(diǎn)，可以使用 WiFi 或者直接通過移動(dòng)蜂窩網(wǎng)接入網(wǎng)關(guān)，終端和網(wǎng)關(guān)間的通信是基于 TCP 協(xié)議。基于 Android 開發(fā)的程序主要包括用戶界面開發(fā)和網(wǎng)絡(luò)功能開發(fā)兩個(gè)部分。界面的開發(fā)使用 Android 提供的各種 API，可以得到精致的界面。而網(wǎng)絡(luò)方面的開發(fā)則要用到 Java 支持 Sochet 通信功能的 API 和文件讀寫的 API。 界面設(shè)計(jì) 當(dāng)用戶擁有智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)中的相關(guān)硬件，如環(huán)境模 塊、房間控制器、設(shè)備模塊等，各模塊上標(biāo)示有唯一的 ID，用戶可以根據(jù) ID 進(jìn)行注冊(cè)，注冊(cè)成功后便可以登錄此系統(tǒng)對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行控制。若用戶已經(jīng)注冊(cè)，則可以直接登錄認(rèn)證，登錄系統(tǒng)認(rèn)證的大致流程圖 73所示。 圖 73 登陸系統(tǒng)認(rèn)證流程 山 東 省 應(yīng) 用 物 聯(lián) 網(wǎng) 設(shè) 計(jì) 大 賽 29 若用戶登錄成功，則系統(tǒng)直接跳轉(zhuǎn)到系統(tǒng)主界面；系統(tǒng)的主界面如圖 74 所示。若用戶名或密碼錯(cuò)誤，則彈出錯(cuò)誤提示框。 圖 74 系統(tǒng)主界面 基于 Android 的應(yīng)用軟件設(shè)計(jì) 在網(wǎng)絡(luò)編程方面， Android 提供了非常好的支 持。針對(duì) TCP 傳輸， Android 提供 Socket 類和 ServerSocket 類。手機(jī)側(cè)建立只需建立 Socket 客戶端，套接字 Socket 類的基本結(jié)構(gòu)如圖 75 所示。 圖 75 Socket 類的結(jié)構(gòu) Socket bind（） close() connect() getInputStream() getIAddress() getOutputStream() 山 東 省 應(yīng) 用 物 聯(lián) 網(wǎng) 設(shè) 計(jì) 大 賽 30 第 8 章 系統(tǒng)測試 APP 測試 圖 81主用戶界面 測試結(jié)果：點(diǎn)觸以上功能均通過。 網(wǎng)關(guān)測試 山 東 省 應(yīng) 用 物 聯(lián) 網(wǎng) 設(shè) 計(jì) 大 賽 31 測試結(jié)果：點(diǎn)擊以上按鈕測試均通過。 智能家居環(huán)境的測試 由于智能家居中分為很多功能模塊，所以場景的測試將分為家庭安防系統(tǒng)測試，家庭環(huán)境控制系統(tǒng)測試和家庭信息管理信統(tǒng)的測試。首先介紹的是智能家居系統(tǒng)中的軟硬件資源，整個(gè)系統(tǒng)中包含的硬件部分 : 1. Zigbee 節(jié)點(diǎn)及其功能底板 、光敏傳感器、煙感及有害氣體傳感器等多種傳感器設(shè)備，警報(bào)器等執(zhí)行設(shè)備。 ，平板電腦系統(tǒng)中的軟件包括 :家庭網(wǎng)關(guān)中的軟件 /基于 Android 的移動(dòng)終端上的軟件，服務(wù)器端的 Web 程序中的硬件展示，包括有 ZigBee 無線節(jié)點(diǎn)、無線智能報(bào)警系統(tǒng)、短信發(fā)送模塊、煙霧傳感器和攝像頭等。 圖 83 智能家居環(huán)境 家庭安防系統(tǒng)包括無線報(bào)警系統(tǒng)、短信發(fā)送模塊、攝像頭及遠(yuǎn)程終端測試程序。當(dāng)用戶外 山 東 省 應(yīng) 用 物 聯(lián) 網(wǎng) 設(shè) 計(jì) 大 賽 32 出后，家庭安防系統(tǒng)開始工作。如果遇到門窗被打開，或者發(fā)現(xiàn)煙霧濃度過高，當(dāng)這些信息被傳給網(wǎng)關(guān) 后，網(wǎng)關(guān)會(huì)觸發(fā)一系列的活動(dòng)，如短信通知、發(fā)出鳴叫等。展示了這樣一個(gè)當(dāng)主人外出，家居安防系統(tǒng)啟動(dòng)，遇到大門被打開時(shí)的情形。這時(shí)網(wǎng)關(guān)收到這一信號(hào)，判斷有人闖入。此時(shí)，一方面網(wǎng)關(guān)通過打電話通知主人。 系統(tǒng)中家居環(huán)境控制實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)家居設(shè)備操作，系統(tǒng)屏敝了不同操作設(shè)備之間的差異，使用同一種操作方式控制各種各樣的家居。在實(shí)現(xiàn)這一功能的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)還實(shí)現(xiàn)了一定程序的自主控制。自主控制的含義是家居網(wǎng)關(guān)可以設(shè)置用戶習(xí)慣，即一系列動(dòng)作執(zhí)行列表。網(wǎng)關(guān)會(huì)根據(jù)時(shí)間，環(huán)境參數(shù)等因素，自主的執(zhí)行這些行為。另一方面 會(huì)在遠(yuǎn)程終端打開監(jiān)視程序。家居系統(tǒng)操作繁多的設(shè)備每一種設(shè)備都有獨(dú)立的操作方法，每一種操作都有一種操作器。然而通過ZigBee 技術(shù)把這些所有的操作都?xì)w并為統(tǒng)一的操作模式，方便家居用戶的操作。 第 9 章 系統(tǒng)特色 智能家居系統(tǒng)的主要功能包括通信，設(shè)備自動(dòng)控制，安全防范等方面。采用的器件前提都是以低成本，低功耗，穩(wěn)定性好的特性。以下分別介紹我們此次設(shè)計(jì)的特色。 我們所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的特點(diǎn)之一是語音控制，我們可以通過聲音控制實(shí)現(xiàn)照明開關(guān)、窗簾開關(guān)、智能洗浴注水開關(guān)、廚房炊具開關(guān)、 門禁解除、煙霧報(bào)警解除、盜警報(bào)警解除功能。語音聲控功能為我們提供了極大的便利，讓我們?cè)诩抑须S時(shí)通過語音指令控制家用電器。 手機(jī)遠(yuǎn)程控制也是本設(shè)計(jì)的一大特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了當(dāng)主人在外面時(shí)可以手機(jī)發(fā)指令控制家里的節(jié)點(diǎn)，即使出門在外也可以控制家里的家用電器，手機(jī)登錄 Inter 網(wǎng)，通過簡單易懂的安卓手機(jī)界面，輕輕一點(diǎn)既可以實(shí)現(xiàn)智能洗浴注水開關(guān)、廚房炊具開關(guān)、門禁解除、煙霧報(bào)警解除、盜警報(bào)警解除等功能，讓世界的距離縮短，使家里的一切無時(shí)無刻不在我們的掌控之中。 本設(shè)計(jì)采用微型無線遙控發(fā)射、接收器件制作的無線遙控器，具有電路簡單、容易制作、調(diào)試方便等特點(diǎn)，可用于脈沖觸發(fā)電路或控制短時(shí)間工作的電器設(shè)備，遙控的特色是簡單易操作，在家中短距離控制可以直接用遙控控制。 山 東 省 應(yīng) 用 物 聯(lián) 網(wǎng) 設(shè) 計(jì) 大 賽 33 遠(yuǎn)程視頻智能監(jiān)測系統(tǒng)很好的利用了將攝像頭連接至路由器，同時(shí)攝像頭是安裝在 35 步進(jìn)電機(jī)上的，通過手機(jī)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度就可以全方位的觀察家里發(fā)生的情況。 手機(jī)呼叫報(bào)警也是此次設(shè)計(jì)的一大特色，此次設(shè)計(jì)用了一個(gè) GPRS 模塊作為家居系 統(tǒng)重要的一部分，當(dāng)家里發(fā)生盜警、火警等緊急事件時(shí)，可以及時(shí)向主人發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 結(jié)論 經(jīng)過兩個(gè)多月的努力，我們終于完成了此次作品 — 基于嵌入式 Linux 和 ZigBee 技術(shù)的智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。該作品完成了。在整個(gè)設(shè)計(jì)階段，我們也遇到了很多問題，例如：在 Android系統(tǒng)方面，我們以前并沒有接觸過 Android 系統(tǒng)的開發(fā)，因此在代碼方面存在一定問題；在Linux 嵌入式方面，我們存在對(duì)代碼的編寫不熟練等問題但是在老師的幫助下，經(jīng)過我們不斷的改進(jìn)，最終我們一一克服了這些問題，到大賽前一個(gè)星期基本完成 了整個(gè)設(shè)計(jì)過程。 在整個(gè)設(shè)計(jì)階段令我感觸最深的莫過于我們小組的凝聚力，我們?nèi)煌瑢W(xué)相互之間交流自己的想法，互相指正錯(cuò)誤，互相學(xué)習(xí)，我自豪的認(rèn)為我們小組是最團(tuán)結(jié)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)。在剩下的幾天時(shí)間里我們還會(huì)繼續(xù)努力，繼續(xù)改進(jìn)我們的設(shè)計(jì)，使我們的設(shè)計(jì)更加完美。 最后感謝指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)，還要感謝這次大賽的主辦方微分電子公司，感謝你們給了我們年輕的大學(xué)生發(fā)揮才能的平臺(tái)！ 參考文獻(xiàn)： [1]微分電子 MSi208BOX 實(shí)驗(yàn)箱使用手冊(cè) 微分電子有限公司 [2]微分電子系列培訓(xùn)資料 微分電子有限公司 [3]無線通信開發(fā)技術(shù)與實(shí)踐 青島東合信息技術(shù)有限公司 [4]模擬電子線路 童詩白、華成英主編 [5]51 單片機(jī)原理及應(yīng)用 陳海宴主編 [6]Zigbee 開發(fā)技術(shù)與設(shè)計(jì) 青島東合信息技術(shù)有限公司 [7]百度百科 . ZigBee 技術(shù) . 山 東 省 應(yīng) 用 物 聯(lián) 網(wǎng) 設(shè) 計(jì) 大 賽 34 附部分程序清單： // 為光照度采樣（板子已自動(dòng)接好） //報(bào)警檢測開啟 遙控器接的 2 接頭 接 （遙控器 4 接頭 接 ） //遙控器 A、 B 鍵為報(bào)警檢測開啟與關(guān)閉， C 鍵為由手動(dòng)轉(zhuǎn)自動(dòng)， D 鍵為手動(dòng)控制燈的亮、滅 // 接紅外感應(yīng)探頭 // // 4 頭 // 接燈泡控制電路的輸入端 // 接遙控器 2 頭 include //定義控制 LED 燈的端口 define LED1 P1_0 //LED1 為 口 define LED2 P1_1 define LED3 P1_2 define LED4 P1_3 char menjb=0。 //門禁標(biāo)志 char baojb=0。 //報(bào)警標(biāo)志 char zidong=0。 //手動(dòng)自 動(dòng)標(biāo)志 0 為自動(dòng)， 1 為手動(dòng) static unsigned char buf[128]。 static unsigned char len=0。 山 東 省 應(yīng) 用 物 聯(lián) 網(wǎng) 設(shè) 計(jì) 大 賽 35 unsigned char err=0,ok=0,zc=0。 //zc主從標(biāo)志 unsigned char zhiling=0。 //是否有指令 unsigned char mac[6]={0,0x12,0x81}。 unsigned char benji[]={10,1,2,4,0x13,0x07,0x08,0x0e,0x0f,98,99}。 //本機(jī)指令集，此機(jī)為照明，第一個(gè)為本機(jī)的指令個(gè)數(shù) //0x01門禁開啟 由下面的 ma[]表述 遙控器同時(shí)控制門禁模塊及照明模塊 手機(jī)指令門禁與照明都響應(yīng)但只由門禁應(yīng)答 //0x02門禁解除 //0x03盜警報(bào)警啟動(dòng) 由照明模塊通知門禁模塊