【正文】 分工來(lái)完成設(shè)計(jì)。 智能家居項(xiàng)目 ,寫(xiě)這篇文章是基于安卓界面 ,通過(guò) C 控制硬件。 東莞理工學(xué)院 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 題 目 基于 Android的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì) —— C 語(yǔ)言功能模塊及部分驅(qū)動(dòng) 1 基于 Android 的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì) —— C 語(yǔ)言功能模塊及驅(qū)動(dòng)部分 摘要： 我們最早可以追溯到 1994 年 ,智能家居已經(jīng)進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng) ,但是由于經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的成本原因尚未普及。今年與人民生活水平的逐步提高 ,特別是嵌入式設(shè)備的快速發(fā)展 ,使智能家居不再像以前那么高不可攀了?？刂瞥Ｒ?jiàn)的家用電器如空調(diào)電燈 ,并 通過(guò)一系列的室內(nèi)溫度和濕度自動(dòng)監(jiān)測(cè)以及實(shí)現(xiàn)安全的影響。詳細(xì)摘要 ,基于智能家居通過(guò)JNI 接受從 JAVA 數(shù)據(jù) ,然后由 C 語(yǔ)言在各種硬件的行動(dòng)以實(shí)現(xiàn)用戶的需求 ,和硬件驅(qū)動(dòng)程序編程的一部分。 智能家居是在 互聯(lián)網(wǎng) 的影響之下物聯(lián)化體現(xiàn)。與普通家居相比，智能家居不 僅具有傳統(tǒng)的居住功能，兼?zhèn)浣ㄖ?、網(wǎng)絡(luò)通信、信息家電、設(shè)備自動(dòng)化，提供全方位的信息交互功能，甚至為各種能源費(fèi)用節(jié)約資金。 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀 智能家居作為一個(gè)新生產(chǎn)業(yè)，處于一個(gè)導(dǎo)入期與成長(zhǎng)期的臨界點(diǎn)，市場(chǎng)消費(fèi)觀念還未形成，但隨著智能家居市場(chǎng)推廣普及的進(jìn)一步落實(shí)，培育起消費(fèi)者的 使用習(xí)慣，智能家居市場(chǎng)的 消費(fèi) 潛力必然是巨大的，產(chǎn)業(yè)前景光明。 [2] 智能家居在中國(guó)的發(fā)展經(jīng)歷的四個(gè)階段，分別是萌芽期 /智能小區(qū)期、開(kāi)創(chuàng)期、徘徊 期、融合演變期。 開(kāi)創(chuàng)期（ 2021 年 2021 年） 國(guó)內(nèi)先后成立了五十多家智能家居研發(fā)生產(chǎn)企業(yè)，主要集中在深圳、上海、天津、北京、杭州、廈門(mén)等地。 徘徊期（ 20212021 年） 2021 年以后，由于上一階段智能家居企業(yè)的野蠻成長(zhǎng)和惡性競(jìng)爭(zhēng)，給智能家居行業(yè)帶來(lái)了極大的負(fù)面影響：包括過(guò)分夸大智能家居的功能而實(shí)際上無(wú)法達(dá)到這個(gè) 效果 、廠商只顧發(fā)展代理商卻忽略了對(duì)代理商的培訓(xùn)和扶持導(dǎo)致代理商經(jīng)營(yíng) 困難 、產(chǎn)品不穩(wěn)定導(dǎo)致用戶高投訴率。 2021 年 2021 年，大約有 20 多家智能家居生產(chǎn)企業(yè)退出了這一 市場(chǎng)，各地代理商結(jié)業(yè)轉(zhuǎn)行的也不在少數(shù)。正在這一時(shí)期，國(guó)外的智能家居品牌卻暗中布局進(jìn)入了中國(guó)市場(chǎng)，而活躍在市場(chǎng)上的國(guó)外主要智能家居品牌都是這一時(shí)期進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)的，如羅格朗、霍尼韋爾、施耐德、 Control4 等。 融合演變期（ 20212020 年） 進(jìn)入 2021 年以來(lái)，市場(chǎng)明顯看到了增長(zhǎng)的勢(shì)頭，而且 大的行業(yè)背景是房地產(chǎn)受到調(diào)控。 接下來(lái)的三到五年，智能家居一方面進(jìn)入一個(gè)相對(duì)快速的發(fā)展階段，另一方面協(xié)議與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)始主動(dòng)互通和融合，行業(yè)并購(gòu)現(xiàn)象開(kāi)始出來(lái)甚至成為主流。誰(shuí)能最終勝出，我們可以作種種分析，但最終結(jié)果，也許只有到時(shí)才知。 爆發(fā)期 進(jìn)入到 2021 年以來(lái)，各大廠商已開(kāi)始密集布局智能家居，盡管從產(chǎn)業(yè)來(lái)看，業(yè)內(nèi)還沒(méi)有特別成功的案例顯現(xiàn)，這預(yù)示著行業(yè)發(fā)展仍處于探索階段，但越來(lái)越多的廠商開(kāi)始介入和參與已使得外界意識(shí)到，智能家居未來(lái)已不可逆轉(zhuǎn)。業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，2021 年隨著合作企業(yè)已普遍進(jìn)入到出成果時(shí)刻，智能家居新品將會(huì)層出不窮，業(yè)內(nèi)涌現(xiàn)的新案例也會(huì)越來(lái)越多。我國(guó)市場(chǎng)規(guī)模龐大，正處于居民消費(fèi)升級(jí)和信息化、工業(yè)化、城鎮(zhèn)化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化加快融合發(fā)展的階段，信息消費(fèi)具有良好發(fā)展基礎(chǔ)和巨大發(fā)展?jié)摿Α? 政策摘要：增強(qiáng)信息產(chǎn)品供給能力 鼓勵(lì)智能終端產(chǎn)品創(chuàng)新發(fā)展。支持?jǐn)?shù)字家庭智能終端研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化，大力推進(jìn)數(shù)字家庭示范應(yīng)用和數(shù)字家庭產(chǎn)業(yè)基地建設(shè)。支持電信、廣電運(yùn)營(yíng)單位和制造企業(yè)通過(guò)定制、集中采購(gòu)等方式開(kāi)展合作，帶動(dòng)智能終端產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力提升，夯實(shí)信息消費(fèi)的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。智能家居在美國(guó)、德國(guó)、新加坡、日本等國(guó)都有廣泛應(yīng)用。它的系統(tǒng)功能包括三表抄送功能、安防報(bào)警功能、可視對(duì)講功能、監(jiān)控中心功能、家電控制功能、有線電視接 入、電話接入、住戶信息留言功能、家庭智能控制面板、智能布線箱、寬帶網(wǎng)接入和統(tǒng)軟件配置等。 1995 年美國(guó)家庭已使用先進(jìn)家庭自動(dòng)化設(shè)備的比率為 %，看來(lái)市場(chǎng)真正啟動(dòng)尚需時(shí)日。 PARKS 公司的資料亦顯示：到 2021 年，家庭網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)總額可達(dá) 57億美元。 2021年可達(dá) 148 億美元。 制造企業(yè)在產(chǎn)業(yè)調(diào)整和轉(zhuǎn)型中，都需要運(yùn)用到大數(shù)據(jù)。市場(chǎng)潛力巨大，同時(shí)，智慧家居所依托的大數(shù)據(jù)分析， 5 也是傳統(tǒng)制造企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要途徑。這兩年隨著 wifi 的普及，無(wú)線智能家居逐漸取代了有線產(chǎn)品，在無(wú)線領(lǐng)域國(guó)內(nèi)并不落后于國(guó)外，同樣使用最新 Zigbee智能家居，但目前國(guó)內(nèi)智能家居雖有潛力但發(fā)展緩慢，人們的消費(fèi)觀和消費(fèi)能力并不充分。面對(duì)中國(guó)龐大的需求市場(chǎng)，預(yù)計(jì)該行業(yè)將以年均 %的速率增長(zhǎng)，在 2021 年產(chǎn)值達(dá) 1240 億元。 6 （ 以上圖片來(lái)自百度的搜索 ） 本設(shè)計(jì)所完成的工作 本文根據(jù)系統(tǒng)分為 6個(gè)界面，包括主界面、燈光界面、鬧鐘界面、窗簾界面、空調(diào)及排氣界面、安防界面，其中用戶最先能看到的是主界面，從主界面可以進(jìn)入其他的 5個(gè)二級(jí)界面。其中當(dāng)外出模式切換到在家模式和進(jìn)入安防設(shè)置的時(shí)候需要用到RFID 認(rèn)證。 鬧鐘界面中我們提供一個(gè)定時(shí)鬧鐘可以設(shè)定在 24小時(shí)內(nèi)使蜂鳴器動(dòng)作一次。 在空調(diào)界面中由于也需要用到顯示溫度，可以通過(guò)溫度控制空調(diào)的開(kāi)啟，另外由于硬件上的限制，空調(diào) 在演示中也是以 LED 燈的形式演示。 安防系統(tǒng)需要通過(guò) RFID 的認(rèn)證才能進(jìn)入，此界面主要提高的安防功能是紅外和煙霧警報(bào)，警報(bào)的方式都分別分為蜂鳴器警報(bào)和短信警報(bào)，而且此界面也可以對(duì)已綁定的手機(jī)號(hào)碼和 RFID 卡進(jìn)行更換。而 C 語(yǔ)言和 JAVA 之間的通信側(cè)是通過(guò) JNI 來(lái)完成的。下面是智能家居系統(tǒng)原理圖。 10 CortexA8 采用了 ARM CortexTMA8內(nèi)核 ， ARM V7 指令集 ，主頻可達(dá) 1GHZ，64/32 位 內(nèi)部總線 結(jié)構(gòu)， 32/32KB 的數(shù)據(jù) /指令 一級(jí)緩存 ， 512KB 的二級(jí)緩存，可以實(shí)現(xiàn) 2021DMIPS（每秒運(yùn)算 2億條指令集）的高性能運(yùn)算能力。 拓展板 拓展版主要是為了拓展在 GEC210 上所沒(méi)有的硬件需求，以滿足智能家居的實(shí)驗(yàn)需要。原理圖及 IO引腳分圖 21 11 配如圖 22所示： 圖 22 RFID 模塊芯片 拓展版所用的 RFID 具體 型號(hào)為 MF RC522 ， 是應(yīng)用于 非接觸式通信中高集成度讀寫(xiě)卡系列芯片中的一員。 MF RC522 利用了先進(jìn)的調(diào)制和解調(diào)概念，完全集成了在 下所有類型的被動(dòng)非接觸式通信方式和協(xié)議。其內(nèi)部發(fā)送器部分可驅(qū) 動(dòng) 讀寫(xiě)器 天線與 ISO 14443A/MIFARE 卡和應(yīng)答機(jī)的通信，無(wú)需其它的電路。數(shù)字部分處理 ISO14443A 幀和錯(cuò)誤檢測(cè)（奇偶 amp。此外，它還支持快速 CRYPTO1 加密算法 ，用于驗(yàn)證 MIFARE 系列產(chǎn)品。 JNI JNI 是 Java Native Interface 的縮寫(xiě)，中文 名 JAVA 的 本地調(diào)用。 JNI一開(kāi)始是為了本地已編譯語(yǔ)言，尤其是C和 C++而設(shè)計(jì)的，只要調(diào)用約定受支持就可以了。但是，有些情況下這樣做是可以接受的，甚至是必須的，比如，使用一些舊的庫(kù)，與硬件、操作系統(tǒng)進(jìn)行交互，或者為了提高程序的性能。 JNI在程序中作用的是 Java 和 C的翻譯，在本設(shè)計(jì)中起到的作用是，讓 C 語(yǔ)言層得知 Java 的調(diào)用，以及把各種硬件 信息通過(guò)實(shí)時(shí)刷新的方式不斷反饋到 Java 中。由于溫濕度顯示并不需要觸發(fā)事件，因此打開(kāi)程序的時(shí)候就會(huì)自動(dòng)觸發(fā)。另外光感應(yīng)驅(qū)動(dòng)也在這里打開(kāi)，方便在同一個(gè)地方把需要隨時(shí)刷新的值都得到并及時(shí)更新到 cflags 里面去。cflags[1])。cflags[0])。 在取得數(shù)值之后，通過(guò)安卓里面的 handler 隨時(shí)刷新數(shù)值，而 C層需要做的就是不斷更新數(shù)組里面的所有數(shù)據(jù)并通過(guò) JNI 傳到上層以達(dá)到界面層和運(yùn)算層的實(shí)時(shí)通信。和 JavaVM *g_vm = NULL。g_vm)。 在更新線程中釋放之前保存的全局變量以便找到 JAVA 中的對(duì)象即對(duì)應(yīng)的JAVA 數(shù)組并轉(zhuǎn)換上傳，具體操作是： jclass gasdevclazz = (*g_env)GetObjectClass (g_env, g_obj)。 15 jflags = (*g_env)GetObjectField (g_env, g_obj,fieldID)。 jmethodID methodId = (*g_env)GetMethodID(g_env, iclass, HandlerArray, (I)V)。外出系統(tǒng)的主要功能是在用戶切換到外出功能的 10 秒后，關(guān)閉室內(nèi)的所有可控制用電器并打開(kāi)所有可用警報(bào)的短信通知。 工作原理流程圖如 31 所示。 如流程圖 32 所示。 此界面給上層提供的界面是傳遞一個(gè)字符串，通過(guò)算法把字符串提取成數(shù)字并作為設(shè)定時(shí)間。每次判斷蜂鳴器是否動(dòng)作之前都需要先判斷標(biāo)志位，看看用戶是否取消鬧鐘。 具體操作是在初始化的時(shí)候先建立好鬧鐘線程 (后面會(huì)說(shuō)到鬧鐘線程還整合了其他功能 )，然后分離線程，通過(guò) time_t tp。定義時(shí)間結(jié)構(gòu)體并且通過(guò) tp = time(NULL)。tp)。amp。amp。 該流程如圖 33所示 : 圖 33 燈 光 燈光的直接控制就是通過(guò)用戶直接點(diǎn)擊上層按鈕，傳到下層直接打開(kāi)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行操作，操作完成后刷新標(biāo)志位。 在燈光界面我們給上層界面只需要提供一個(gè)界面，傳進(jìn)來(lái)一個(gè) int 型數(shù)，就可以知道用戶的意圖，通過(guò) if 語(yǔ)句判斷，當(dāng)傳進(jìn)來(lái)的數(shù)是 13或者 14，我們就把對(duì)應(yīng)的房間或者客廳 LED 燈取反，如果傳進(jìn)來(lái)的數(shù)是 0，就把所有 LED 燈關(guān)掉，1則是打開(kāi)所有的 LED 燈，在開(kāi)關(guān)后必須把標(biāo)志燈光狀態(tài)的標(biāo)志位更新。 窗 簾 光感監(jiān)控 用戶在燈光界面可以看到當(dāng)前的光照值，以便對(duì)光感控制窗簾中的光感強(qiáng)度有更具體的概念。 控制窗簾 在窗簾界面提供直接窗簾的界面，只需要傳遞一個(gè)整數(shù)， 0 的時(shí)候打開(kāi)， 1的時(shí)候關(guān)閉，用戶可以根據(jù)當(dāng)前的光照值設(shè)定當(dāng)光照值大于某設(shè)定 值時(shí)，窗簾進(jìn)行關(guān)閉動(dòng)作，以及當(dāng)前光照值少于設(shè)定值時(shí)，窗簾開(kāi)啟并屋內(nèi)的燈光。amp。amp。amp。amp。 而直接操作窗簾的線程只在用戶層有指令傳送下來(lái)的時(shí)候存在，通過(guò)一個(gè) if語(yǔ)句判斷是開(kāi)還是關(guān)，然后直接操作驅(qū)動(dòng)，最后刷新標(biāo)志位并關(guān)閉線程。 實(shí)際操作是我們?cè)诋?dāng)接收到用戶需要操作窗簾時(shí)會(huì)新建并分離一個(gè)線程 ，用if 語(yǔ)句判斷如果進(jìn)行動(dòng)作與窗簾當(dāng)前狀態(tài)一致則不動(dòng)作，或者當(dāng)信號(hào)量小于 0時(shí)，利用 sem_trywait()函數(shù)阻塞，直到上一個(gè)動(dòng)作完成為止。 21 空調(diào)及排氣扇 空調(diào)和排氣扇的直接控制 空調(diào)和排氣扇的直接控制是用戶對(duì)界面進(jìn)行操作對(duì)空調(diào)和排氣扇直接進(jìn)行直接的操作。 具體操作是在借口程序里面打開(kāi)驅(qū)動(dòng)取得表示空調(diào)的 LED燈和直流電機(jī)的描述符，然后通過(guò)一個(gè) switch 語(yǔ)句判斷用戶動(dòng)作并執(zhí)行， 最后回收描述符。監(jiān)控程序依附在 handler 刷新上傳 flags 的線程中，而設(shè)定的值則在接口程用戶設(shè)定光照值和動(dòng)作 是否大于 /小于設(shè)定值 取得當(dāng)前光照值 關(guān)閉 /打開(kāi)窗簾 N Y Y 圖 34 22 序里面通過(guò) cflags[15]來(lái)設(shè)定，然后不斷用 if((cflags[15]/100 !=0)amp。 (cflags[15]%100 cflags[1]))循環(huán)比對(duì)，當(dāng)符合則打開(kāi)標(biāo)志空調(diào)的 LED 燈。 短信控制空調(diào) 短信控制空調(diào)可以通過(guò)綁定的號(hào)碼給本機(jī)發(fā)送短信對(duì)空調(diào)進(jìn)行控制，通 過(guò)GPRS 模塊接收短信，在初始化的時(shí)候開(kāi)辟并分離一條用于接收短信的線程，用while(1)不斷循環(huán)，當(dāng)識(shí)別到號(hào)碼是綁定號(hào)碼時(shí)對(duì)字符串進(jìn)行解析，短信控制打開(kāi)空調(diào)的命令是“ openair”，用 if(strcmp(gprs_mesbuf[2],openair)==0)判斷本機(jī)接收到信號(hào)，操作驅(qū)動(dòng)點(diǎn)亮表示空調(diào)的 LED 燈，并把空調(diào)開(kāi)關(guān)的標(biāo)志位cflags[11]更改為開(kāi)，最后給回復(fù)綁定號(hào)碼一條短信，內(nèi)容為：“ openair ok。 煙霧警報(bào)是通過(guò)打開(kāi)煙霧傳感器，當(dāng)有物體遮擋時(shí)進(jìn)行用戶要求的動(dòng)作，如蜂鳴器警報(bào)和短信警報(bào)。通過(guò) switch 語(yǔ)句分別判斷情況，分別是紅外和煙霧警報(bào)的短信、蜂鳴器警報(bào)或者取消警報(bào)。 前面我們說(shuō)過(guò)，為了節(jié)省資源，我們把警報(bào)的工作 也同樣放到鬧鐘的線程里面，其中用 if(((cflags[4]!=0)||(cflags[5]!=0))amp。((k=3000)||(j==0)))這一判斷語(yǔ)句判斷是否打開(kāi)了蜂鳴器警報(bào)并打開(kāi)蜂鳴器的驅(qū)動(dòng)接口，在其中又有兩個(gè)判斷語(yǔ)句 if((j==0)amp。(cflags[4]!=0))和 if((k=3000)amp。(cflags[5]!=0))分別用來(lái)判斷硬件的狀態(tài)，當(dāng)接受到信號(hào)時(shí)蜂鳴器動(dòng)作。amp。amp。amp。amp。 切換識(shí)別 ID 卡以及電話號(hào)碼 切換綁定號(hào)碼會(huì)把原來(lái)保存的電話號(hào)碼清除并更新為用戶輸入的新號(hào)碼，以在需要發(fā)短信的時(shí)候使用。 RFID 卡的切換，需要在 10秒內(nèi)將有效的新卡放到 RFID 傳感器上，當(dāng)切換成功時(shí)會(huì)有