董 萍

(三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息傳媒學(xué)院，河南 三門峽 472000)

基于Android的智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

董 萍

(三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息傳媒學(xué)院，河南 三門峽 472000)

目的 隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們對(duì)家庭環(huán)境要求的不斷提高，將當(dāng)前家庭生活中各類與信息技術(shù)相關(guān)的通信、電器和安防系統(tǒng)通過一個(gè)總線機(jī)制連接到一個(gè)總控制終端上，進(jìn)行本地或遠(yuǎn)程的監(jiān)視、控制和事務(wù)管理，保持家庭設(shè)施的時(shí)效性和住宅環(huán)境的友好性，用戶提供安全、舒適、方便的家居空間。方法 以河南省各小區(qū)智能家居控制系統(tǒng)為研究對(duì)象，從智能家居控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀分析，結(jié)合Android自身特點(diǎn)，將Android操作系統(tǒng)應(yīng)用于家庭智能系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)基于Android的智能家居控制系統(tǒng)，方便用戶的使用。結(jié)果 以用戶注冊(cè)及登錄、家居控制模式為例，實(shí)現(xiàn)了基于Android的智能家居設(shè)備的控制操作，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)家居燈光、客廳門等各種開關(guān)狀態(tài)的控制，滿足住戶對(duì)家居環(huán)境的需求，達(dá)到了方便用戶使用的目的。結(jié)論 該系統(tǒng)具有界面友好、使用方便、設(shè)計(jì)先進(jìn)、通用性良好等特點(diǎn)。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測(cè)試，該系統(tǒng)運(yùn)行良好，能夠?qū)崿F(xiàn)智能家居管理主要工作自動(dòng)化、信息化?；灸軌蜻m應(yīng)現(xiàn)代化智能家居管理的需求。

Android;智能家居;移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng);節(jié)點(diǎn)

0 引 言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活質(zhì)量的不斷提高，有效控制、管理家庭中各類家電設(shè)備以達(dá)到滿足人們生活方便快捷的目的已經(jīng)成為擺在各類消費(fèi)人群面前亟待解決的問題。智能家居系統(tǒng)具有方便、安全、智能的特點(diǎn)，對(duì)于改善現(xiàn)代居民的生活質(zhì)量，提供安全、舒適、方便的家居空間具有十分重要的意義，并具有非常廣闊的市場(chǎng)前景，是未來家居生活的發(fā)展趨勢(shì)。智能家居系統(tǒng)就是在這種環(huán)境下產(chǎn)生和發(fā)展起來的[1]。因此，設(shè)計(jì)一款易用、高效、便捷、智能化、友好的智能家居管理系統(tǒng)是非常重要的。

Android操作系統(tǒng)具有成本低、開放性和交互性好、穩(wěn)定性強(qiáng)的特點(diǎn)，被廣大用戶廣泛應(yīng)用于手機(jī)、iPad等移動(dòng)終端設(shè)備中，系統(tǒng)是基于Linux內(nèi)核、開放源代碼、具備觸摸屏高級(jí)圖形界面顯示、能夠讓更多具有Android系統(tǒng)的手機(jī)用戶參與到家庭智能控制系統(tǒng)中來，具有廣闊的發(fā)展前景[2-4]。

本文在綜合分析原有智能化小區(qū)存在的不足和國(guó)內(nèi)外智能家居系統(tǒng)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出了基于Android的智能家居控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠改變傳統(tǒng)智能家居擴(kuò)展性差、布線復(fù)雜、穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)家居的智能化、自動(dòng)化、舒適化。

圖1 智能家居系統(tǒng)組成

1 智能家居系統(tǒng)的基本概念

智能家居是利用當(dāng)前已經(jīng)高度發(fā)達(dá)的網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化技術(shù)，結(jié)合人們?nèi)粘＞幼…h(huán)境通過無線節(jié)點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)一管理，將家庭中的各種家電設(shè)備集成連接起來，實(shí)現(xiàn)家庭生活的高效、安全、便捷、舒適、環(huán)保等[5-7]。智能家居系統(tǒng)組成如圖1所示。

2 基于Android的智能家居的整體架構(gòu)及優(yōu)勢(shì)

Android操作系統(tǒng)在全球范圍智能手機(jī)操作系統(tǒng)中占據(jù)著重要的地位，其移動(dòng)終端設(shè)備以價(jià)格低廉、操作方便的優(yōu)勢(shì)被廣泛使用。

2.1 基于Android的智能家居的平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)

圖2 Android平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)

Android移動(dòng)終端操作系統(tǒng)是以精簡(jiǎn)的Linux系統(tǒng)作為其系統(tǒng)的內(nèi)核[8]。Android平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。

Android平臺(tái)架構(gòu)是由應(yīng)用程序?qū)?、?yīng)用程序框架、程序庫、Android運(yùn)行庫、Linux內(nèi)核5個(gè)部分組成的[9]。

2.2 Android應(yīng)用開發(fā)結(jié)構(gòu)分析

從圖3中Android應(yīng)用開發(fā)目錄能夠看出，src目錄是軟件開發(fā)者使用JAVA軟件編寫的用來實(shí)現(xiàn)某一個(gè)具體功能的源代碼所在目錄。gen目錄是用來保存ADT自動(dòng)生成的java文件。assets目錄用來存放配置文件。AndroidManifest.xml是Android工程中所必須的文件，它存在于整個(gè)Android項(xiàng)目的根目錄。本項(xiàng)目使用的AndroidManifest.xml具體內(nèi)容如圖4所示。

圖3 Android應(yīng)用開發(fā)目錄 圖4 AndroidManifest.xml文件

2.3 基于Android的智能家居的優(yōu)勢(shì)

Android操作系統(tǒng)是一種典型的系統(tǒng)軟件，是被廣大消費(fèi)者普遍應(yīng)用于智能手機(jī)、手提電腦、iPad等各種移動(dòng)終端設(shè)備中的一種操作系統(tǒng)。經(jīng)過8年多的發(fā)展，目前市場(chǎng)分析統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)顯示，全球消費(fèi)人群中該系統(tǒng)占據(jù)市場(chǎng)份額高達(dá)80%，而中國(guó)的消費(fèi)人群中該系統(tǒng)占據(jù)的市場(chǎng)份額高達(dá)92%。Android移動(dòng)終端以價(jià)位低、普遍性好的特點(diǎn)，被消費(fèi)者廣泛使用和普及?；贏ndroid的智能家居系統(tǒng)具有以下兩個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)[10]：

(1)操作性強(qiáng)

Android操作系統(tǒng)支持高級(jí)程序語言C、C++、JAVA的編程與開發(fā)。系統(tǒng)自身具有消息推送接口，能夠?qū)⒓揖有畔⑼扑统鋈?。Android操作系統(tǒng)能夠提供對(duì)HTTP、SSL、Cookie、DHCP等協(xié)議的封裝，方便終端的實(shí)現(xiàn)。

(2)使用方便

各種移動(dòng)終端設(shè)備的屏幕基本上都采用觸摸屏，能夠極大地方便用戶的操作，輕松獲取各種家電設(shè)備的信息和狀態(tài)。并且，各種移動(dòng)終端具有體積小、攜帶方便的優(yōu)點(diǎn)，居住者在方便的時(shí)間和地點(diǎn)都能夠通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)或者WiFi了解各種家庭設(shè)備的使用狀況。

3 智能家居控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

3.1 智能家居系統(tǒng)的需求分析

準(zhǔn)確的需求分析可以減少系統(tǒng)的開發(fā)周期，降低系統(tǒng)開發(fā)成本和維護(hù)成本。系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則是指設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)必須遵循的一些基本思想。這些基本思想和原則要求綜合考慮基本需求、信息系統(tǒng)特點(diǎn)、風(fēng)險(xiǎn)防范等多方面因素。設(shè)計(jì)合理、高效和高質(zhì)量的智能家居控制系統(tǒng)，必須嚴(yán)格按照軟件需求設(shè)計(jì)，盡量使用目前較為成熟的技術(shù)，硬件結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等都要做到設(shè)計(jì)合理、結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

(1)功能性需求分析

之前的智能家居控制系統(tǒng)存在設(shè)備復(fù)雜、操作性差、設(shè)計(jì)不符合人性化、軟件設(shè)計(jì)流程不規(guī)范、產(chǎn)品功能設(shè)計(jì)不符合大眾消費(fèi)需求、價(jià)位高、性價(jià)比差、后期維護(hù)困難的弊端。因此，在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)遵循界面設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔、方便用戶使用、操作流程簡(jiǎn)單清晰的原則。功能需求主要體現(xiàn)在網(wǎng)關(guān)設(shè)置系統(tǒng)、家電控制系統(tǒng)、家居環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)3個(gè)方面。網(wǎng)關(guān)設(shè)置系統(tǒng)主要是指智能家居控制系統(tǒng)通過網(wǎng)關(guān)與家中的各種家電設(shè)施進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。家電控制系統(tǒng)主要是指對(duì)家庭中的各種家電設(shè)備進(jìn)行控制操作。家居環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)主要是指對(duì)家庭中的煙霧報(bào)警器和溫濕度傳感器的控制。

(2)非功能性需求分析

非功能性需求分析主要是指智能家居控制系統(tǒng)在控制界面設(shè)計(jì)上要考慮易操作性、美觀性、Android客戶端的穩(wěn)定運(yùn)行性；產(chǎn)品質(zhì)量上要求準(zhǔn)確性高、可靠性好、兼容性強(qiáng)及易用性。

圖5 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖

3.2 系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計(jì)

用戶注冊(cè)登陸、開關(guān)控制、溫度控制、視頻監(jiān)控、計(jì)量讀取控制組成了智能家居控制系統(tǒng)Android客戶端的幾個(gè)重要模塊?？刂浦行闹饕ㄟ^有線或者無線傳輸方式與服務(wù)器端及家中的各種家電設(shè)施相連接。智能家居控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖5所示。

用戶注冊(cè)模塊：該模塊主要控制用戶的登錄，當(dāng)用戶輸入正確的用戶名和密碼的時(shí)候，Android客戶端將用戶信息發(fā)送到控制中心，校驗(yàn)信息的正確性。驗(yàn)證則通過其它4個(gè)模塊與控制中心進(jìn)行通信，否則用戶登錄失敗。

開關(guān)控制模塊：該模塊主要是對(duì)開關(guān)的各種狀態(tài)進(jìn)行控制和修改的界面。

溫度控制模塊：該模塊主要是對(duì)溫度傳感器的狀態(tài)進(jìn)行查看和修改的界面。通過溫度傳感器的狀態(tài)滑動(dòng)按鈕達(dá)到實(shí)現(xiàn)室內(nèi)溫度控制的目的。

視頻監(jiān)控模塊：該模塊主要是對(duì)視頻監(jiān)控終端模式進(jìn)行查看遠(yuǎn)程控制的界面。

計(jì)量讀取控制模塊：該模塊主要是對(duì)家庭天然氣量、用水量、用電量等內(nèi)容的讀取。控制中心讀取當(dāng)前資源的使用情況，將其反饋在Android客戶端，以供用戶遠(yuǎn)程了解家中各種資源的使用情況。

3.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

基于Android的智能家居控制系統(tǒng)所用的數(shù)據(jù)庫為Android本身自帶的數(shù)據(jù)庫SQLite。SQLite是一款占用內(nèi)存空間小、兼容性高、使用方便、能夠被多種開發(fā)語言通過ODBC接口操作的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫。

Android SQLite數(shù)據(jù)庫使用AHibernate作為通用框架。該框架支持表的自動(dòng)創(chuàng)建、修改、查詢。

4 基于Android的智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

4.1 Android開發(fā)環(huán)境

圖6 Android模擬器

Android應(yīng)用程序開發(fā)之前需要進(jìn)行開發(fā)環(huán)境的配置。程序安裝成功后，開發(fā)者可以在此環(huán)境中開發(fā)和調(diào)試用戶的應(yīng)用程序。

Android應(yīng)用程序能夠在手機(jī)、iPad等移動(dòng)終端設(shè)備和Android Emulator上運(yùn)行。圖6為Android模擬器。

4.2 用戶注冊(cè)及登錄

在設(shè)計(jì)家庭智能系統(tǒng)時(shí)，Android平臺(tái)的用戶界面使用一種擴(kuò)展性標(biāo)識(shí)語言XML進(jìn)行定義。XML是由W3C推出的新一代網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)表示、傳遞和交換的標(biāo)準(zhǔn)，是互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中跨平臺(tái)的、依賴于內(nèi)容的技術(shù)。XML是一種嚴(yán)格語法的元語言，具有打破了標(biāo)記定義的壟斷、超越于顯示格式之上的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)具有良好的擴(kuò)展性、跨平臺(tái)強(qiáng)、結(jié)構(gòu)化好、基于文本、數(shù)據(jù)內(nèi)容與表現(xiàn)形式是分離的、XML文檔比HTML文檔更容易訪問的特點(diǎn)。能夠較好地實(shí)現(xiàn)不同數(shù)據(jù)源之間的數(shù)據(jù)交換和傳輸，支持不同文字和不同語種間的信息交互。

用戶注冊(cè)及登錄界面設(shè)計(jì)如圖7所示。

用戶登錄界面的主體是一個(gè)LinearLayout，“請(qǐng)輸入用戶名”和“請(qǐng)輸入密碼”是兩個(gè)文本框，用來提示用戶進(jìn)行輸入?！包c(diǎn)擊登錄”是一個(gè)按鈕。文本框和命令按鈕分別屬于不同的LinearLayout，其部分代碼如圖8所示。

圖7 系統(tǒng)登錄界面 圖8 LinearLayout組件結(jié)構(gòu)展示

4.3 家居控制模式

智能家居控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)是由開關(guān)、溫度、監(jiān)控、計(jì)量4個(gè)模式組成的。用戶通過這4個(gè)模式對(duì)每個(gè)模式下的開關(guān)、溫度傳感器、監(jiān)控設(shè)備、計(jì)量設(shè)備進(jìn)行內(nèi)容讀取和控制。以開關(guān)模式為例，家居控制開關(guān)模式選擇界面如圖9所示。

開關(guān)模式是對(duì)家庭中所有與開關(guān)有關(guān)的各種信號(hào)進(jìn)行處理，包括臥室電燈、客廳電燈、客廳電視、客廳門等各種開關(guān)狀態(tài)的控制。家庭住戶可以根據(jù)自身需求對(duì)家居模式進(jìn)行自定義，從而達(dá)到方便使用的目的。

開關(guān)模式的XML文件的具體格式如圖10所示。

圖9 家居控制開關(guān)模式選擇界面 圖10 開關(guān)模式匹配XML文件格式

5 結(jié)論與討論

隨著人們對(duì)生活更高品質(zhì)的需求和對(duì)更豐富精神生活的追求，個(gè)性化居住環(huán)境成為人們目前迫切需要解決的問題，人們的生活習(xí)慣正在隨著智能家居的改變而改變。開發(fā)成本低、易于使用、具有良好人機(jī)交互界面的智能家居控制系統(tǒng)能夠滿足不同家庭對(duì)不同管理的需求。本文結(jié)合Android平臺(tái)自身具有的特點(diǎn)，提出將其作為移動(dòng)終端操作系統(tǒng)應(yīng)用于智能家居控制系統(tǒng)中的優(yōu)勢(shì)，并闡述基于Android的智能家居控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路、整個(gè)智能家居控制系統(tǒng)登陸和注冊(cè)流程以及主框架的4個(gè)組成模式，重點(diǎn)對(duì)開關(guān)模式進(jìn)行了分析。

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[責(zé)任編輯：毛微曦 英文編輯：劉彥哲]

Design and Implementation of Android-Based Intelligent Household Control System

DONG Ping

(Information and Media Institute,Sanmenxia Polytechnic,Sanmenxia,Henan 472000,China)

Objective With the rapid development of network technology and the continuous progress of science and technology,people’s demand for the family environment is increasing.By connecting the communication,electrical appliances and security system which are related to the information technology in the current home life to a total control terminal through a bus mechanism,the local or remote monitoring,control,and transaction management were performed to maintain the timeliness of domestic facilities and friendly residential environment thus providing to the user safe,comfortable and convinient domestic space.Methods Taking the intelligent home control systems in Henan Province as the research object,analyzing current situation of intelligent household control system,and combining with the characteristics of Android,this authors applied Android operating system to intelligent household control system,and designed intelligent home control system based on Android for the convenience of users.Results The user registration and login,and Household Control mode were taken as an example.Intelligent home control system based on Android was realized to achieve control of switch state of Home Furnishing lights,all living room door,thus satisfying the needs of households for the home environment.Conclusion This system has a friendly interface,easy use,advanced design,and good generality.Through testing,the system runs well,and the main work of intelligent household control system has achieved automation and information,basically to the needs of modern intelligent household control system.

Android；intelligent household；mobile Internet；node

河南省教育廳科學(xué)技術(shù)研究重點(diǎn)項(xiàng)目(15B520026)

董萍(1980-)，女，河南淮陽人，三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授，碩士，研究方向?yàn)榍度胧接?jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)。

TP 315

A

10.3969/j.issn.1673-1492.2017.07.005

來稿日期：2016-07-07