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基于安卓的智能家居移动终端设计

发布时间:2018-06-13 01:07:00 文章来源:未来智库    
    关键词:智能家居;移动终端;安卓;物联网;无线传感网
    DOIDOI:10.11907/rjdk.1511178
    中图分类号:TP319
    文献标识码:A 文章编号文章编号:1672-7800(2015)012-0072-03
    0 引言
    智能家居[1]是以住宅为平台,利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术等与家居生活有关的设施进行集成,构建高效的住宅设施与家庭日常事务管理系统,提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性,并实现环保节能的居住环境。
    传统的智能家居[2]采用有线布线技术,将相关设备连接为一个系统进行控制,导致安装复杂、成本高。已装修房屋如要部署传统智能家居系统,必须重新装修,安装成本太大。由于以上缺点,使得传统智能家居发展和普及较为缓慢。
    近年来,物联网[3]技术的发展,给智能家居技术升级和发展带来了新的契机。物联网是指通过信息传感设备,按照约定的协议,将物品与互联网连接并进行信息交换和通讯,实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网实现人们对物理世界更加透彻和深入的感知,被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮,被我国列为大力支持发展的国家战略性新兴产业。
    作为物联网关键技术之一的无线传感网,可以通过无线方式组网,将感知数据上传或下发感知任务,非常适合智能家居环境[4]。采用无线传感网技术后,智能家居系统的技术有了质的飞跃。智能家居系统在部署无线传感器网络后,可以以无线的方式来感知家居环境、控制家居设备。无线组网的方式不再需要有线布线,使得智能家居系统安装非常便捷,大大降低了系统部署费用,且对于已装修房屋安装智能家居系统也非常方便。因此,基于物联网技术的智能家居系统是现阶段智能家居的发展方向。
    近年来,移动终端和移动通信技术迅猛发展,人们可以通过移动终端随时随地与外界通信。将移动终端技术与智能家居结合,实现随时随地对家居环境的监测与控制是智能家居的基本要求。本文基于流行的移动终端操作系统安卓平台,开发了智能家居终端软件,可以通过手机、平板等移动终端实现对家居环境的实时监测与控制,提高智能家居系统的便捷性。
    1 基于物联网的智能家居系统架构
    基于物联网的智能家居系统架构如图1所示。在家居环境内,部署无线传感器网络,实现了对家居环境监测、家居设备控制、家电能耗记录、安全报警等功能。传感器节点之间采用低功耗的Zigbee协议作为传输协议。传感器节点将采集到的信息,向家庭网关汇聚。家居环境中的传感器节点采集到的信息,可以通过Internet上传到服务器存储,以供历史查询。
    家庭网关通过TCP/IP协议与Internet连接,通过移动通信协议与3G/4G移动通信网络连接,通过WiFi与家居环境中的设备连接,通过Zigbee协议与家居环境部署的无线传感器节点连接。因此家庭网关是智能家居中的核心关键节点,负责多个网络协议之间数据的格式转换。
    家居环境中部署的无线传感器节点直接与家庭网关联系,一方面家居环境中的传感器数据向家庭网关汇聚,另一方面用户通过电脑、手机、平板电脑发送的控制、查询指令,需经由家庭网关转换,再发送给相应的传感器节点。
    图1 基于物联网的智能家居系统架构
    智能家居系统的使用途径有以下4种:①用户使用手机、平板电脑通过3G/4G连接家庭网关,使用智能家居的功能;②用户使用电脑、手机、平板电脑通过Internet连接家庭网关,实现智能家居的功能;③用户在家居局域环境下,使用电脑、手机、平板电脑通过WiFi连接到家庭网关,实现对智能家居的局域使用;④用户可以在家中,直接操作家庭网关,实现智能家居的相应功能。
    在移动互联网飞速发展的今天,手机上网以其方便、实惠的特点成为网民上网的首选。截至2014年年底,我国网民数量达6.49亿,手机网民为5.57亿超过PC网民,占比为85.8%。手机上网已成为人们上网的首选。而81.5%的智能手机或移动终端采用Android操作系统[5]。因此,在Android平台上开发智能家居软件[6],面向用户群大,在移动性越发重要的今天,其对智能家居系统具有重要意义。
    基于Android的智能家居移动终端[7-8]是用户实现和使用智能家居的移动接口,是在Android平台上设计和开发用于智能家居的移动终端软件。该软件可以在Android的智能手机或平板电脑上使用,具有较好的移动性。用户通过该软件可以随时随地查看家居情况、控制家居设备,实现智能家居相应的功能,为用户提供舒适、便捷、安全、节能的家居环境。
    2 基于Android的智能家居移动终端软件设计
    2.1 需求分析
    基于Android的智能家居移动终端软件的总体目标是通过Android移动设备如平板、手机,连接家庭局域网或Internet自动获取家居环境如温度、气体等参数值和家具设备的各项信息,对家庭中的各种家居设备或环境进行控制,是一个实时、低成本、以人为本的智能家居移动终端软件。
    总体来看,基于Android的智能家居移动终端软件有4个方面的需求,如图2所示。
    (1)环境参数获取。实时获取家居环境中每个监测点的环境参数数据,如温度、光照、PM2.5、CO2等。同时,能够满足历史数据的查询。
         (2)设备控制。通过基于Android的智能家居移动终端软件,向家居设备发送控制指令,控制家居设备的运行。
    (3)安全保障。监控家居环境中是否有陌生人闯入、煤气是否发生泄漏、是否发生火灾或产生烟雾等。
    (4)节能减排。智能家居不仅要为人们提供舒适的生活环境,更要符合节能减排、低碳环保的现代生活理念。用户可以通过基于Android的智能家居移动终端软件查看家居设备的能耗使用情况,为用户节能减排提供数据支撑。
    图2 基于Android的智能家居移动终端软件需求
    2.2 功能模块
    功能模块的划分如图3所示。基于前需求分析,功能分为4个模块:环境监测模块、家居控制模块、安全报警模块、能耗查询模块。
    (1)环境监测模块。主要对家居环境的温湿度、PM2.5、光照等环境参数进行监控。既可以实时监测家居环境,同时对数据进行存储,并可对历史数据进行查询,了解家居环境参数的变化情况。
    (2)家居控制模块。主要实现对家居环境下的照明灯、窗帘、空调等电器开关的控制。
    (3)安全报警模块。主要实现家居环境中门禁、窗禁、烟雾浓度、天然气浓度发生异常时,通过终端软件向用户报警,为用户决策提供依据,避免发生大的损失和安全问题。
    (4)能耗查询模块。用户可以查询家居中所有电器设备的电能使用情况,为用户节能减排提供参考依据。
    图3 基于Android的智能家居移动终端软件功能
    2.3 系统设计
    图3给出了基于Android的智能家居移动终端软件结构图。
    最上层是软件的4个功能界面,对应软件所要实现的4个功能模块。4个功能界面与下层的数据处理部分进行通信。数据处理分为两个功能,安卓平台的消息收发、数据封装与处理。相关功能界面需要向家居设备发送指令时,先通过安卓消息收发步骤,然后将所要发送的数据进行封装和处理,选择对应的接口发送出去。智能家居向功能界面返回数据时,过程相反,先通过相应接口将数据返回到Android移动终端,通过数据封装与处理将数据包中的数据解析出来,然后向上送交安卓消息收发功能,最后在相应的功能界面上呈现数据。最下层是对应的通信接口代码,可以选择远程通信,如Internet或3G/4G,也可以选择本地通信,即移动终端直接与家庭网关通过WiFi通信。
    图4 基于Android的智能家居移动终端软件结构
    (1)环境监测模块,可以实时显示用户家庭的环境参数,界面每收到传感器节点发来的最新数据就刷新界面数据。环境数据可以以数字化展现,也可以以图形曲线的方式展现。此外,在环境监测界面,用户可以选择查看历史家居环境数据。
    (2)家居控制模块,可以查看家庭内家居设备的当前状态,用户可以选择相应的家居设备进行控制,如开关窗帘、空调等。家居状态的变化,以图像化的图标展现。
    (3)家居安全模块,负责被动等待传感器节点发来的数据。例如,如燃气传感器探测到燃气浓度超标,则立刻向移动终端发送报警信息,家居安全界面立刻跳出报警消息,同时以铃声、震动等方式提醒用户。如窗禁或门禁发生异常,也可立刻收到报警信号。用户可以在第一时间报警或采取措施,减少财产损失。
    (4)能耗显示模块,允许用户选择查看一个时间段内,如某天、某月的每个家居设备能耗情况,为用户节能提供参考。如发现某天某个电灯的能耗异常,通过查看发现是其白天一直耗电,则可判定用户忘记关灯,提醒用户及时关灯。
    3 结语
    本文提出基于Android的智能家居终端软件设计,该系统主要实现家居环境监测、家居设备控制、家居安全报警、家居能耗记录4个功能。该终端软件可以在使用Android的移动设备,如平板、手机等设备上运行。此外,该软件可以通过3G/4G和Internet与智能家居系统远程通信,也可以通过家居本地WiFi与智能家居本地连接。用户通过该软件可以实现随时随地使用智能家居系统,提高了智能家居使用的便捷性。
    参考文献参考文献:
    [1] 祁志强.智能家居的现状及发展趋势[J].智能建筑,2008(12):42-44.
    [2] 冯凯,童世华.智能家居的由来及其发展趋势[J].中国新技术新产品,2010,(6):7-9.
    [3] 孙其博,刘杰,黎�,等.物联网:概念、架构与关键技术研究综述[J].北京邮电大学学报,2010,33(3):1-9.
    [4] 童晓渝,房秉毅,张云勇.物联网智能家居发展分析[J].移动通信,2010(9):16-20.
    [5] 公磊,周聪.基Android的移动终端应用程序开发与研究[J].计算机与现代化,2008(8):85-89.
    [6] 宋小倩,周东升.基Android平台的应用研究开发[J].软件导刊,2011,10(2):24-28.
    [7] 倪迎花.基Zigbee的物联网智能家居移动终端设计与实现[J].软件导刊,2014,13(8):124-126.
    [8] 刘静,杨正校,沈健.基于WIFI 的安卓智能家居控制与监测系统的设计[J].软件,2014,35(6):19-22.
    (责任编辑:陈福时)
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