基于android的智能窗端电机的设计与实现

基于android的智能窗端电机的设计与实现

0智能家居系统的概述1999年首次提出了物联网的概念。它的定义非常简单。所有元素都通过信息传递设备连接到互联网，以实现智能管理和识别。物联网把新一代的IT技术充分运用到各行各业之中,具体说,就是把传感器嵌入到各种物体中,并与现有的互联网结合起来,实现人类社会与物理系统的整合,使得人们能够对机器、设备、设施实行监控和管理,达到一种“智能”的状态。近年来,随着网络技术、计算机技术的飞速发展,无线网络技术开始应用到和人们生活息息相关的家居生活领域,因此,智能家居成为物联网中的一个研究热点。目前,在我国,智能家居还处于发展的起步阶段,缺乏统一的接口和协议,没有真正进入大多数人的日常生活。考虑到接入因特网的布线复杂,导致成本偏高,文章结合时下流行的智能手机操作系统,设计了一种基于Android平台的窗帘远程控制系统,此套系统可以利用手机遥控窗帘的开关。这套系统操作简单,只要在有全球移动通信系统(Globalsystemformobilecommunications,GSM)网络覆盖的区域就可以使用,保证了无论用户是否身处家中,只要通过Android手机就可以对自家的电动窗帘进行远程开关控制,为人们提供了舒适方便的生活环境。此外,该系统配备了传感器模块,可以根据传感器采集的光照信息自动控制窗帘开关。1系统开发层结构Android操作系统是Google公司在2008年9月发布的一款开源智能移动终端操作系统,该系统以Linux为基础,主要适用于智能手机,平板电脑等便携式设备。Android系统分为4个层次。自顶向下分别为:应用程序层、应用程序框架层、系统运行库层和Linux核心层。其结构如图1所示。位于顶层的是应用程序层,该层包含了一些系统应用,如联系人、电话、短消息等,也包括开发人员开发的应用程序,应用程序都是由Java语言开发的;应用程序层的下层为应用程序框架层,该层提供了手机开发最基本的应用程序编程接口(Applicationprogramminginterface,API),开发人员通过核心应用程序来调用这些API,任何应用程序都可以发布它的功能块,并且其他应用程序都可以使用这些功能块;框架层的下层是系统运行库层,该层包含了核心包和Dalvik虚拟机。核心包提供了在开发过程中常用的类库。Dalvik虚拟机是优化过的虚拟机,其性能、耗电量等特征和普通手机类似;Android框架的底层为Linux核心层,整个Android操作系统都是基于Linux核心的,这层为系统提供最基础、最核心的服务,包括进程管理、各种设备驱动程序、内存管理、网络堆栈等。2客户端与5gs-固定模式通信该系统的总体设计如图2所示,用户只要通过Android客户端软件,就可以对电动窗帘进行开合操作。此外,还加入了光照度传感器模块,当用户无闲暇管理窗帘时,可以把系统设置成自动控制模式,此时根据当前室内的光强信息,电动窗帘可以自动开合。Android用户客户端负责与用户交互问题,提供清楚、易操作的用户界面。用户打开客户端软件,点击相应的按钮,就可以操控电动窗帘开合。客户端与GSM模块之间通过发送短消息方式通信,选择短消息方式是因为这种方式简单、可靠,不需要依靠因特网、通用无线分组服务(Generalpacketradioservice,GPRS)网络的保障,因此更具有稳定性,不会出现用户所处的地方无Internet网络而无法遥控窗帘的问题。BH1750光照传感器安装在室内的任意角落,用于采集房间的光强度信息,并通过nRF24E12.4GHz无线收发模块,将光强度信息实时传输给51单片机处理。当窗帘处于自动控制模式时,单片机根据事先设定好的判定门限值,产生对应的命令,发送给和窗帘电机相连的继电器,从而控制窗帘的开合。3系统完成3.1客户端界面的布局客户端界面由Layout文件夹中的可扩展标记语言(Extensiblemarkuplanguage,XML)布局文件设置。在客户端程序中设置了3个按钮(Button)控件,分别代表了窗帘的3种模式(开、关、传感器自动控制),在main.xml文件中可以配置3个Button的属性特征,使得界面布局更加美化。客户端界面的布局草图如图3所示。根据图3所示界面,在XML文件中设置3个按钮的属性后,编写点击按钮后所执行的代码。客户端界面通过一个Activity类展示在用户面前,在该Activity中定义了3个Button按钮,每个Button按钮都对应着跳转到一个发短信操作,而实际上发短信操作是Android系统中的另一个应用程序,对应着另一个Activity,这两个Activity之间要通过Intent连接。在程序中,必须为每一个Button设置一个OnClickListener监听器,专门用于监听用户是否点击了按钮。当监听器OnClickListener监听到用户点击按钮后,首先调用getId()方法得到被点击Button的ID号,根据不同的ID号,执行对应的switch...case...语句,将对应的短信内容发送给GSM模块。3.2无线蒸发电路该模块由51单片机,GSMSIM300单元,一片nRF24E12.4GHz无线收发器和继电器组成。GSM模块选用SIMCOM公司生产的SIM300,此产品具有收发短信、GPRS网络数据收发等功能,性能稳定,易操作,便于扩展。nRF24E12.4GHz无线收发模块的技术成熟,开发板上已经集成了51单片机,价格适宜,其传输距离能够满足家庭住宅,发射功率小,具有节能的特性。具体流程图如图4所示。系统初始化后,单片机首先判定是否处于手机控制模式,如果系统处于手机控制模式,当GSM模块收到包含“open”字符串的短消息时,51单片机把对应的控制信息传输给继电器,继电器窗帘电机相连,驱动窗帘打开;当GSM模块收到包含“close”字符串的短消息时,继电器驱动窗帘闭合。如果系统处于自动模式,则接收BH1750传感器测到的室内光强值,与系统事先设定好的门限值相比较,执行相应的开合操作。控制模块的硬件连接如图5所示。3.3门限值的选择和数据开放该系统选用BH1750光照度传感器采集光强度信息,这种传感器成本低廉、灵敏度较高、性能稳定,操作性强,直接输出16位2进制数字信号,不需要进行模数转换。对于门限值的选择,可以根据用户的需求任意设定,建议光线太强或天黑时,选择关窗帘,其余时间打开窗帘。经过反复测试,在输出光强值为100～1200cd之间时开窗帘,其他情况关窗帘比较合适。在硬件电路设计中,把BH1750的数据引脚和一片nRF24E1的I/O口引脚相连接,通过2.4GHz无线传输,把实时采集的光强度数据传输给另一片nRF24E1,由开发板上的51单片机对数据进行处理。硬件连接如图6所示。4系统的实现和测试把各模块按照以上的连接图连接后,再把电动窗帘的电机和继电器连接起来,即把电机的正转和反转线分别和火线相连,特别注意电机的正转线和反转线一定不可连接在一起,否则会造成电机烧毁。将Android程序代码在Android2.2平台上编译后,在工程文件夹中找到后缀名为APK的压缩文件,下载到Android操作系统手机中,安装完毕后,打开应用程序,得到如图7所示界面。对系统进行测试,当点击“open”按钮后,继电器跳动,电动窗帘自动打开,并且反应过程不超过10s。考虑到系统的安全性问题,可以设置一个登录界面,只有用户输入了正确的用户名和密码才能登入系统,控制电动窗帘。同时,考虑到有些用户没有基于Android操作系统的手机,对于这部分用户来说,此系统同样可以使用。只要编译对应的短信息内容(如open,close,auto)发送到GSM模块装入的SIM卡号码,系统收到短信后,也能自动识别,然后根据指令完成相应的操作。5智