基于Android的智能家居终端设计与研究_图文

1、收稿日期:20121009修回日期:20130112网络出版时间:20130408基金项目:山西省高等学校教学改革项目(J2011067;太原科技大学研究生科技创新项目(20125014作者简介:杨威(1988,男,硕士,研究方向为嵌入式系统设计与应用、物联网技术;高文华,教授,硕士生导师,研究方向为智能信息处理。网络出版地址:http :/wwwcnkinet /kcms /detail /611450TP201304081607035html基于Android 的智能家居终端设计与研究杨威,高文华(太原科技大学电子信息工程学院,山西太原030024摘要:针对智能家居的应用需求和特点,对智能

2、家居终端进行分析和研究,提出了一种基于Google 公司推出的Android操作系统的应用程序设计方案,并在Android 的系统框架上实现家居设备的监控界面。本设计方案以Cortex A8为核心处理器,Android 操作系统为智能家居控制系统。利用Android 提供的组件设计了各个功能模块,使得模块设计更加合理,模块之间的耦合性更小。设计了基于ARM 的智能家居监控终端界面,结果表明基于Android 的界面功能更加丰富,操作更加友好,易于升级和维护,能较好地满足用户的需求。关键词:智能家居;Android ;嵌入式系统;JNI 中图分类号:TP311文献标识码:A文章编号:167362

3、9X (201307024503doi :103969/jissn1673629X201307063Design and Research of Smart Home Terminal Based on AndroidYANG Wei ,GAO Wen hua(College of Electronic Information Engineering ,Taiyuan University of Science and Technology ,Taiyuan 030024,China Abstract :In accordance with the applicable demands and

4、 features of smart home terminal ,analysis and research has been done ,then a new design proposal of Android application in smart home system is presented and new supervisory interface is developedThe monitoring system was built based on ARM microprocessor Cortex A8and Android operating system ,and

5、its functional modules are designed with the existing components of Android ,which makes the design more reasonable and inter module coupling lessIts supervisory interface is designed based on ARM ,which is more functional ,more user friendly ,more suitable for users and easier to upgrade and mainta

6、inKey words :smart home ;Android ;embedded system ;JNI0引言随着电子设备信息化的发展,用户在家庭中使用的电器也越来越多,而由此所带来的安全隐患也相应地增加。家用电器一旦出现异常状况,就会给用户带来损失。为了降低家电的不合理使用所带来的损失,就要求用户在家用电器发生异常的时候能够及时地得到相关的信息,并采取一定的手段对异常进行排除。因此,智能家居终端的作用是非常重要的。在家居系统中,其控制设备是智能家居终端1。综合目前的研究现状,可以归纳为以下几种方式:第一种是采用键盘、红外遥控器和LCD 显示器等设备对家用电器等设备进行控制;当前控制系统大

7、多采用此种控制方式,但是使用这种方式需要对终端的软件与硬件分别进行设计,因而设计复杂,成本也相对较高。第二种是采用个人家庭的台式电脑作为控制终端;使用这种方式的缺点是只能在固定地点进行控制,不能方便地移动。第三种是采用智能手机作为控制终端;通过手机进行控制,可以真正地做到触手可及。但是,目前采取这种控制终端的设计还不是很多,而且大多操作复杂,缺乏良好的用户体验2。随着Android 操作系统不断发展,使用此类操作系统的智能手机作为控制终端将成为未来智能家居系统发展趋势。文中针对Android 智能手机的控制方式进行设计,提出一种更为合理和实用的新方案3。第23卷第7期2013年7月计算机技术与

8、发展COMPUTER TECHNOLOGY AND DEVELOPMENTVol23No7July 20131智能家居终端总体设计本设计中,采用以Cortex A8为内核处理器的S5PC100平台(以下简称为A8作为显示和控制终端,并使用以Cortex M0为内核的11C14平台(以下简称为M0作为信息采集终端。M0采集房间信息,并通过ZigBee 无线方式4发送给A8,A8通过An-droid 应用程序实现对家居信息的实时监控。智能家居控制终端Android 应用程序5的总体设计框架如图1所示。其中,SmartHomeActivity 为程序主界面Activity ,打开程序首先运行; No

9、deInfoActivity 为从界面Activity ,用来显示详细的设备采集信息和控制按键;MainReadThread 用于读数据主线程,并负责将通过Zigbee 获取的数据转发给读进程;MainHand-lerThread 是处理数据线程,该线程主要读取进程传来的数据,并进行数据校验和转发;NodeWriteThread 是控制线程,负责处理用户对设备的操作6。图1智能家居终端总体设计框架2终端的Android 应用程序开发智能家居终端的Android 应用开发7主要包括应用层用户界面UI 的设计和数据传递架构的搭建。An-droid 应用程序8由一个或多个组件构成,组件包括activ

10、ities 、services 、content providers 、broadcast receivers 等。每个组件在应用程序中完成不同的任务,可以单独被激活,也可以由其他应用程序激活9。本设计中的Android 应用程序可以实现LED 控制、按键检测、蜂鸣器控制、RTC 实时时钟控制、A /D 转换、温度传感器读取和方向传感器的模拟值处理等功能,其设计流程如图2所示。21客户端用户界面设计M0开启后,通过Zigbee 发送NEWNODE 数据给A8,程序通过MainReadThread 线程读取到数据,然后交由MainHandlerThread 线程处理。MainHandlerThr

11、ead 对NEWNODE 进行校验,判断其是否合法;如果数据无误,则通过发送Handler 消息交给SmartHomeActivity 主界面UI 线程;SmartHomeActivity 判断链表中是否已经存在该节点,不存在则加入链表并创建节点,其数据处理流程如图3所示。设备启动后,终端Android 应用程序检测到M0的存在后,可以实现对其进行添加的操作。在终端Android 应用程序界面中,主要包括信息显示区和控制区,用以实现对家居设备的实时监控。当设备M0关闭3 5s 后,相应的设备图标将会消失;重新打开M0设备后,相应的设备图标会再次被添加进来。22数据传递架构Android 系统有

12、着明显的分层结构体系10,应用框架层是An-droid 系统专门为开发者设计的一套API 。任何开发者只要遵循相关的安全协议,都可以调用这一层的API 函数,而且同时能发布自己的功能模块,使其替换原有程序的组件。系统发布时,Android 提供的主要组件有:activity manager ,win-dow manager ,content providers ,view system ,notification manager ,resource manager 等,任何开发者都必须了解这些组件用法,否则将不能进行Application 层的开发。中间层包括库和运行环境,这些库为不同的组件所

13、使用,通过Application Frame-work 为开发者提供服务11。其中,Android 的传感器系统为开发者提供了统一的程序框架来实现系统中的多个传感器(如:加速度、磁场、方向、光线和温度等传感器功能,Google 完成了JNI 和JAVA 部分,并且提供了底层的程序框架。在Sensor 架构中,需要填充的是Linux 层的ADC 驱动和HAL 层的各种结构体等12。本设计中利用磁场传感器来模拟A /D 转换,并实现了温度传感器的提取和方向传感器的模拟,其数据传递架构如图4所示。在内核S5PC100平台代码中添加一个I 2C 设备用来描述LM75温度传感器,具体实现方法如下:

14、83;642·计算机技术与发展第23卷图2Android应用层 程序设计流程图图3数据处理流程图打开平台代码源文件:$vim(kernel_dir/arch/arm/machs5pc100/machsmd kc100c在结构体static struct platform_device*smdkc100_devices_initdata =;的定义后面添加下面的代码:static struct i2c_board_info i2c_devs0_initdata=I2C_BOARD_INFO("lm75",0x901,;在函数smdkc100_machine_init

15、中的/*i2c*/s3c_i2c0_set_platdata(NULL;s3c_i2c1_set_platdata(NULL;之后添加如下代码:i2c_register_board_info(0,i2c_devs0,ARRAY_SIZE(i2c_ devs0 ;图4数据传递架构图·742·第7期杨威等:基于Android的智能家居终端设计与研究 A/D转换器是将模拟量转换为数字值,模拟量可以是电压、电流等电信号,也可以是压力、温度、湿度、位移、声音等非电信号。但是,在进行A/D转换之前,其输入信号必须为电压信号。3结束语将设计的智能家居终端Android应用软件安装后,经反

16、复测试,可以通过无线网络实现对家居设备的控制。通过本终端,可以实现对家居设备的集中管理和控制,随时随地掌控家中的状态,得到家中的最新状况。本设计采用当前较新的控制方式Android手机软件控制,与其他终端控制方式相比优势明显。同时,设计开发的应用软件具有通用性,易于移植,市场应用价值高,易于推广。本客户端的设计过程涵盖了Android应用开发的相关技术,对Android开发人员具有一定的借鉴意义。参考文献:1Toney A P,Thomas B H,Marais WManaging Smart GarmentsC/Procof10th IEEE International Symposium

17、on Wear-able Computerssl:IEEE Press,20062王朝华,陈德艳,黄国宏,等基于Android的智能家居系统的研究与实现J计算机技术与发展,2012,22(6:2252283Hagras H,Callaghan V,Colley M,et alCreating an ambienttelligence environment using embedded agentsJIEEE In-telligent Systems,2004,19(4:12204Goldsmith D,Liarokapis F,Malone G,et alAugmented Real-ity

18、 Environmental Monitoring Using Wireless Sensor NetworksC/Procof12th International Conference on InformationVisualizationsl:IEEE Press,20085詹成国,朱伟,徐敏基于Android的测控装置人机界面的设计与开发J电力自动化设备,2012,32(1:1191226姚昱旻,刘卫国Android的架构与应用开发研究J计算机系统应用,2008,17(11:1101127杨丰盛Android应用开发揭秘M北京:机械工业出版社,20108公磊,周聪基于Android的移动

19、终端应用程序开发与研究J计算机与现代化,2008,24(8:85899耿东久,索岳,陈渝,等基于Android手机的远程访问和控制系统J计算机应用,2011,31(2:55956110李元元基于Android平台的智能家居安防系统设计J制造业自动化,2012,34(12:13814011杨明极,毕晶基于Android视频客户端的设计J电视技术,2012,36(3:434712周时伟,谢维波基于Android的智能家居终端设计与实现J微型机与应用,2012,31(14:1013檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪(上接第244页34系统通用

20、性为提高系统通用性,系统不为单独用户设计界面,转而采用通用动态生成模式。系统提供用户生产线管理功能,用户将各条生产线及设备信息录入,接口模块自动解析后存入数据库模块。当用户需要访问系统时,实时监测系统会从数据库中调出生产线信息由接口端解析,产生动态可视化界面。提高了整个系统的通用性。4结束语随着工业OPC技术的发展,OPC实时监测系统需要处理较以前更为大批量的实时数据,系统吞吐量及响应性能都面临巨大考验。将内存数据库概念引入OPC实时监测系统,使得系统的高效性、实时性、可靠性得以提升。随着内存数据库技术的完善,基于内存数据库的OPC实时监测系统将会在工业OPC产业中得到越来越多的应用。参考文献:1