基于Android的智能家居系统设计与实现

摘 要：针对目前Android系统的广泛应用，在对智能家居控制系统做了深入探讨后，提出了一种成本低廉，易于扩展的智能家居控制系统。此系统是基于目前最流行的Android平台，由于该平台的开放性，所以利用此系统提供的各种接口包，本文建立了基于Android平台设备的控制端软件，而家中设备利用ARM平台搭建，中间件为一个控制网关，此系统的成功实现表明本系统不仅很好的把家用设备与Android设备紧密的结合起来，还能经过扩展，还能应用到其他诸如智能酒店等。

关键词：Android；控制网关；智能厨房

1 引言

智能家居概念的提出已经一段时间了，用户是以住宅为平台，融合了各种新兴的技术，如通信、自动控制等，集成了诸如家电、安防等设施。造就一个安全、便利、舒适、环保的家居生活环境“目前智能家居正朝着具备无线远程和近程控制相结合、多媒体，游戏娱乐功能于一身、快速便利的家电控制等功能的方向发展，其核心技术为扩展性强的智能家居控制器和满足信息传输快而准需要的家庭网络”[1-3]。

2 系统总体方案设计

本文主要是针对家庭里的家居等进行控制。该系统根据客户要求，采用了C/S（客户端/服务端）模式，在客户端本文采用的是具有Android系统的设备，服务端是基于ARM平台的家用设备及网关。

客户可以在任何时间和任何地点在有网络的时候查看和控制家中设备。

智能家居系统主要利用GPRS、3G、WIFI等技术实现远程监控通信。系统整个框图如图1所示。

具有Android系统的智能设备通过GPRS、3G、WIFI连接到家庭内部网络，控制网关通过以太网连接到家庭内部的网络，家庭中所有设备都会与家庭网关相连，家庭网关配有WIFI模块和3G模块。用户使用智能设备进行操作控制，发指令代码通过网络到控制网关，控制网关在接收到指令后，就会根据指令对家用设备进行控制，并执行相关的动作。当然这中间有一个交互的过程，就是当智能设备发送指令后，网关应该先回一个指令反馈查询的家庭设备状态。

2.1 硬件设计

由于本文所控制的所有设备都只是一些开关信号，所以只选择一种进行设计控制即可。

（1）主控模块。由带Android系统的智能终端。其主要功能是通过手持终端设备，利用网络无线通信技术实现对整个系统的各个网关进行控制和查看。

（2）温度控制模块控制。该系统采用的是数字温度传感器-DS18B20，此传感器是是数字型传感器，单总线结构，所以不但可以减少接口电路，还可以避免模拟电路带来的干扰。

（3）时间芯片。本系统采用的是DS1302充电时钟芯片。

（4）本系统采用的是12864LCD来显示，这样不仅直观，并且可以最大限度的满足大多数人的需求，系统状态等信息都可以循环显示在上面，并且可靠性高，驱动灵活。

由于硬件比较简单，限于篇幅，在这里就不一一赘述。家用设备等电器主要是接收控制网关发来的数据。

2.2 控制网关设计

本系统的控制网关采用的是ARM 802.11n+3G模式，这样的设计系统性能稳定，又易于扩展。ARM可以把以太网接收数据，并把这些指令转发到智能厨具上，或者把厨具接收的数据发送到以太网上。其控制关系原理框图如图2所示。

3 Android终端的具体设计

Android智能设备终端是通过网络与家用设备进行数据交换的。

如果出门在外时，智能终端是通过WIFI或者3G网络进行操作，由于发送的数据不多，所以所需要流量也比较少。当然在家时，完全可以通过家中WIFI来控制。本系统所发指令主要是对家用电器进行控制。本文主要研究具有Android系统的智能设备对上述部分的管理和控制。智能终端如果要控制和管理家用设备，首先要发送一个控制指令给网关，以便网关能获取智能设备管理的手机IP地址，这样的链路建立起来才能进行下一步的通信，以方便多智能终端进行多设备同时控制。

家中设备的控制：当持有智能终端的客户打开智能终端的APP时，连接网络后主人可以直接通过网关对家中的设备进行管理和控制。当智能终端向网关发送连接通信指令时，网关会返回相关指令，以便可以明确建立一个通信链路，若要控制家中带有红外线控制的设备，如电视等，此时，通过网络就可以直接发送控制指令进行控制；若是非红外线控制设备，则启动相应的非红外智能控制指令，如厨房设备，此时，只要控制开关的开与关两种状态即可。这样做的好处是可以分开控制，不至于信号交叉导致控制错误，当然对开关要进行相应的改造。

控制器（control）对象：是根据用户的输入，控制用户界面数据显示及更新model对象状态的部分，控制器更重要的一种导航功能，响应用户出发的相关事件，交给Model层处理。由于Android的控制层有众多的Activity，所以每一个Activity响应时间是5s，所以耗时的程序都不会放在这里。Controller层是控制界面，也可以随时监听用户在操作界面上的动作以便及时能根据这些操作做出相应的反应。

4 结束语

本文是基于Android平台设计的智能家居系统，采用的是目前主流的C/S模式。网关部分采用的是ARM+WIFI+3G。服务端采用ARM为处理器的网关，具有Android系统的设备为客户端，基本实现了对现有家用设备的控制，具有扩展性强，操作灵活等特点。

创新点：本文设计的基于Android平台的智能家居终端，不仅极大的方便了目前手机用户，利用手机上的APP可以直接对家用设备进行直接控制，MVC结构的三层框架也方便了Android系统的二次开发和修改。WIFI+3G的模式，方便了有用户，WIFI和3G自由切换，节约了手机流量，使用户有了更好的体验。

参考文献

[1]Texas Instruments. SimpliciTI Channel Table Information [A] .Texas Instruments， 2009 .

[2]李宗恒，李俭伟. 主要智能手机操作系统发展现状及前景展望[J]. 移动通信， 2010.

[3]Wireless Medium Access Control （MAC） and Physical Layer （PHY） Specifications for Low Rate Wireless Personal Area Networks （LR-WPANs）. IEEE Std 802.11.b. IEEE Computer Society， 2003.

[4]Ivan Memruk， http：///blog/656/ the-robot-is-back.

[5]Shawn Van Every Pro Android Media [M].USA：Apress，2009.

作者简介：张银君（1984-），男 ，硕士， 讲师。