基于Android系統(tǒng)的智能家居控制終端研究與實現(xiàn)

引言

近年來，智能手機在全球范圍內(nèi)迅速普及，市場研究公司Gartner發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2011年前三季度，全球智能手機銷量同比增長超過55%，智能手機正在占據(jù)越來越多的手機市場份額；隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們的生活水平提高到一個新的層次，對生活環(huán)境的要求越來越高，正在興起的基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家使人們逐漸邁入以數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化為平臺的智能化社會。

基于Android手機日益流行且系統(tǒng)開源，本文將Android終端與智能家居聯(lián)系起來，研究并實現(xiàn)了一種基于Android系統(tǒng)的智能家居控制終端。在系統(tǒng)中，Android終端通過周圍的無線網(wǎng)絡(luò)與智能家居中的家電設(shè)備或傳感器進行通信，實現(xiàn)對家電設(shè)備的控制、傳感器值的讀取以及家居安防。

Android的系統(tǒng)架構(gòu)

Android操作系統(tǒng)自頂向下分成4個層次，即應(yīng)用層、應(yīng)用框架層、組件庫層、虛擬機和Linux內(nèi)核層。如圖1所示。

圖1 Android框架圖

應(yīng)用層：Android操作系統(tǒng)同一系列核心應(yīng)用程序包一起發(fā)布，其核心應(yīng)用程序包括E-mail客戶端、SMS（短信）序、日歷、Google地圖、網(wǎng)頁瀏覽器、聯(lián)系薄等，目前所有的應(yīng)用都是使用Java語言編寫的。

應(yīng)用框架層：開發(fā)者通過使用核心應(yīng)用程序來調(diào)用Android框架提供的API，這個應(yīng)用程序結(jié)構(gòu)被設(shè)計成方便復(fù)用的組件。任何的應(yīng)用程序都可以公布它的功能，其他的應(yīng)用程序可以使用這些功能(涉及到系統(tǒng)安全問題的功能將會被框架禁止)。該應(yīng)用程序重用機制使用戶可以方便地替換程序組件。隱藏在每個應(yīng)用后面的是一系列的服務(wù)和系統(tǒng)；

組件庫層：Android包含了一套C/C++函數(shù)庫，主要包括libc、Media Framework、WebKit、SGL、OpenGLES、FreeType、SQLite等，它們被應(yīng)用于Android系統(tǒng)的各種組件中，這些功能通過Android應(yīng)用框架展現(xiàn)給開發(fā)人員；

運行時環(huán)境：Android包括了一個核心庫，該核心庫提供了Java編程語言核心庫的大多數(shù)功能。每一個Android應(yīng)用程序都在它自己的進程中運行，擁有一個獨立的Dalvik虛擬機實例。Dalvik被設(shè)計成可以同時高效地運行多個虛擬系統(tǒng)。Dalvik虛擬機執(zhí)行后綴為dex的可執(zhí)行文件，該格式文件針對小內(nèi)存使用做了優(yōu)化。同時虛擬機是基于寄存器的，所有的類都經(jīng)由Java編譯器編譯，然后通過SD中的“dx”工具轉(zhuǎn)化成“．dex”格式。Dalvik虛擬機依賴于Linux內(nèi)核的一些功能，比如線程機制和底層內(nèi)存管理機制；

Linux內(nèi)核層：Android底層是一個基于Linux2.6.23內(nèi)核開發(fā)的獨立操作系統(tǒng)。主要是添加了一個名為Goldfish的虛擬CPU以及Android運行所需的特定驅(qū)動代碼。該層用來提供系統(tǒng)的底層服務(wù)，包括安全機制、內(nèi)存管理、進程管理、網(wǎng)絡(luò)堆棧及一系列的驅(qū)動模塊。作為一個虛擬的中間層，該層位于硬件與其他的軟件層之間。

Android終端的具體設(shè)計

智能家居總體框架

Android終端可以通過網(wǎng)絡(luò)（3G、WiFi或藍牙）與家電、傳感器和安防設(shè)備進行通信。在外時,通過3G來操作；在家時,用WiFi或藍牙來操作，可以節(jié)省3G流量。如圖2所示。

圖2 智能家居的系統(tǒng)架構(gòu)

該系統(tǒng)主要包括：綜合安防、家電控制、節(jié)能管理、健康檢測、舒適控制等。本文主要研究Android終端對以上幾個部分的管理和控制。Android終端如要管理和控制設(shè)備，需要發(fā)送一個控制命令給社區(qū)服務(wù)器，以便社區(qū)服務(wù)器知道手機的IP地址，才能夠與社區(qū)服務(wù)器進行建立連接并進行通信。

Android終端的模塊劃分

系統(tǒng)中的Android終端部分設(shè)計，模塊劃分如圖3所示。

圖3 Android終端模塊劃分

家電控制：用戶進入家電控制界面，聯(lián)網(wǎng)后就可以對家電進行控制（比如電燈、電視、空調(diào)等）。Android設(shè)備發(fā)送控制信號給社區(qū)服務(wù)器，社區(qū)服務(wù)器將控制信號發(fā)給家庭無線物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，再根據(jù)是否是紅外設(shè)備進行分類，如果是紅外設(shè)備，就將控制信號發(fā)給紅外家電控制器，紅外家電控制器再根據(jù)不同的家電控制命令分別控制不同的設(shè)備，如果是非紅外設(shè)備，家庭無線物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)直接將控制命令發(fā)給相應(yīng)的家電設(shè)備進行控制。如圖4所示。

圖4 家電控制