徐萬銀+趙康+楊妍+任旭輝+桂易琪

摘要：隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)滲透到我們平時的生活當(dāng)中。該文描述了智能家居的可行性和易操作性，實體建立了一個小型的子等家居模型系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過硬件控制模塊、串口連接模塊、手機通信模塊進行智能

家居模型的遠程控制。

關(guān)鍵詞：Android；智能家居；無線通信

1背景與研究意義

我們正處于21世紀，這是一個信息的時代，人工智能已逐步走人快速發(fā)展階段，信息化的生活給人們帶來了諸多便捷。就智能化家庭而言，對大多數(shù)人來說也不是一個陌生的概念，但市場上成套的智能家居系統(tǒng)大多價格昂貴，關(guān)鍵技術(shù)多掌握在大型家電品牌制造商手中。所以，我們需要一些簡單的方式實現(xiàn)家居的控制以供人們借鑒經(jīng)驗或?qū)崿F(xiàn)生活的個性化。

如今智能手機與Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)幾乎隨處可見，另外采用單片機控制硬件工作的技術(shù)十分成熟。隨著近年來智能手機的不斷普及，硬件設(shè)施日益強大，為手機應(yīng)用的開發(fā)提供了硬件基礎(chǔ)，具有極大的發(fā)展前景。

基于Android系統(tǒng)與Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)，推出了物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)，基本實現(xiàn)了通過手機對家居進行基本控制。對于那些生活工作節(jié)奏緊湊的人，智能家居可以實現(xiàn)遠程的家居控制，在時間上提高生活工作效率；另一方面，智能家居還可以實現(xiàn)個性化的家居控制，可以根據(jù)個人的習(xí)慣設(shè)置家居的工作模式。

2項目可行性

1）硬件平臺支持的可行性分析

該客戶端的設(shè)計需要用到的硬件如表1。

根據(jù)表1，需要的硬件模塊在STC89C52單片機開發(fā)板上已基本存在，另外配置ESP8266Wi-Fi模塊。

Wi-Fi模塊用于為數(shù)據(jù)的傳輸接收提供通路。STC89C52RC是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K字節(jié)系統(tǒng)可編程Flash存儲器。通過以上分析，使用STC89C52單片機開發(fā)板+ESP8266Wi-Fi模塊完全可以達到預(yù)期的測試結(jié)果。

2）軟件開發(fā)技術(shù)的可行性分析

對于STC89C52內(nèi)代碼的編寫可以通過KeilC進行。而安卓客戶端的編寫，是通過Eclipse平臺進行開發(fā)。Eclipse是一個開放源代碼的、基于Java的可擴展開發(fā)平臺。Eclipse功能強大，運行快，占內(nèi)存小，同時是免費的開發(fā)工具。出于性能和成本的關(guān)系，用Eclipse進行安卓客戶端的開發(fā)是不二之選。在調(diào)試過程中的仿真可以通過夜神模擬器來進行。

基于Wi-Fi的智能家居安卓客戶端的功能包括能夠進行用戶登錄；通過Wi-Fi模塊及無線網(wǎng)絡(luò)進行遠近程連接；對網(wǎng)內(nèi)的功能節(jié)點發(fā)送開關(guān)命令。而在KeilC開發(fā)環(huán)境下實現(xiàn)這些功能有很多相應(yīng)功能的開源軟件可以借鑒來，經(jīng)過有針對性地處理后使其適合本項目產(chǎn)品使用，在技術(shù)上是完全可以做到的。

綜上所述，本開發(fā)項目具有可行性。

3系統(tǒng)總體設(shè)計

本項目由三個部分組成。第一部分：對硬件控制模塊進行編程，即對STC89C52芯片內(nèi)部程序的編寫，達到通過接收到數(shù)字信號并判斷選擇控制硬件不同LED燈開關(guān)的效果，以此來模擬對不同家電對的控制。第二部分：連接串口，即將Wi-Fi模塊與單片機進行連接，Wi-Fi模塊與單片機使用串口通信進行數(shù)據(jù)傳輸。第三部分：利用智能手機進行通信，即在所研發(fā)的APP中輸入IP地址和端口號進行Socket通信，操作APP發(fā)送數(shù)據(jù)給Wi-Fi模塊進行家電控制。

4具體實現(xiàn)

本章節(jié)詳細地介紹物智能家居的各個功能模塊的布局和實現(xiàn)效果以及操作流程。

4.1硬件控制模塊

該模塊是使用STC89C52單片機實現(xiàn)的控制模塊。使用KeilC作為開發(fā)平臺，編寫控制語句，以單片機上不同LED燈的亮滅來模擬對不同家電的控制，如應(yīng)用到實際中，通過繼電器即可實現(xiàn)。

單片機接收Wi-Fi模塊發(fā)送的消息，以+IP開頭，消息的第9位字符用于判斷控制指令，不同的數(shù)字對應(yīng)不同的控制指令。例如，打開門對應(yīng)了數(shù)字3，則單片上進行判斷后跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的程序，從而點亮對應(yīng)的LED燈。

圖2中三張圖分別對應(yīng)了打開室外燈，室外燈、門、室內(nèi)燈全部打開，以及全部關(guān)閉。

4.2串口連接模塊

串口連接模塊的核心是ESP8266Wi-Fi模塊，也是整個系統(tǒng)的核心，起到了軟硬件連接通信的關(guān)鍵作用。

Wi-Fi模塊與單片機通過串口傳送數(shù)據(jù)，需要對收發(fā)的信息進行判斷，首先要知道傳送的數(shù)據(jù)的格式。使用AT指令使ESP8266處于ap+station模式，連接所在范圍的路由器，啟動多連接以及開啟服務(wù)器模式，以初始化Wi-Fi模塊。使用網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手在TCP模式下接受消息，獲得wi-Fi模塊的數(shù)據(jù)格式。

使用串口調(diào)試助手調(diào)試之后，將之前的AT指令寫進函數(shù)之中，用于啟動單片機并初始化Wi-Fi模塊，從而正常工作。

4.3手機通信模塊

手機通信模塊是基于Android平臺實現(xiàn)的。

圖3展示了智能家居APP的功能界面。在連接界面分為遠程連接和近程連接，只要連接成功便能進人控制界面。兩種連接方式都需要Wi-Fi模塊工作在ap+stion模式下，ESP8266模塊產(chǎn)生一個IP固定為192.168.4.1的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)，同時自身連人附近的路由器。近程連接是手機直接連接ESP8266自身產(chǎn)生的Wi-Fi，通過對應(yīng)IP和端口號與其進行Socket通信，即套接字通信，從而對硬件設(shè)備進行控制，這種方式受Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)信號范圍的距離限制。遠程連接下，將ESP8266連接到家里的Wi-Fi，并且登錄路由器設(shè)置ESP8266為DMZ主機，從而能將Wi-Fi模塊暴露于外網(wǎng)，而手機端只要能正確輸入路由器的lP地址和ESP8266的端口號，在外網(wǎng)中也能與Wi-Fi模塊進行Socket通信，從而遠程進行控制。

然而，個人家庭網(wǎng)絡(luò)的IP地址是動態(tài)變化的，在APP連接設(shè)備時造成不便。在花生殼網(wǎng)站申請一個免費的二級域名，登錄路由器開啟DDNS，輸入花生殼賬號的用戶名和密碼，并且在DHCP服務(wù)綁定MAC地址和一個內(nèi)網(wǎng)IP，這個內(nèi)網(wǎng)IP便可作為遠程連接的固定IP地址了。

5結(jié)束語

基于Wi-Fi的智能家居的安卓客戶端，是一個具有很強的實際意義和推廣意義的設(shè)計。一是：國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展，使得越來越多的智能家居設(shè)備進入千家萬戶，并且家庭Wi-Fi也普及開來；二是：安卓系統(tǒng)的移動終端性價比高，普及率廣，群眾接受容易；三是：家居安全性能也越來越受到重視，通過客戶端來增強智能家居的安全性也不失為一個良策。受益于良好的外部環(huán)境及市場前景，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)在今后幾年將繼續(xù)保持快速增長，有望帶動設(shè)備制造業(yè)、運營商、應(yīng)用市場等領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展。因此基于Wi-Fi的智能家居的安卓客戶端是極具開發(fā)價值的一個項目。

本項目特色：

1）安卓是一種基于Linux的自由及開放源代碼的操作系統(tǒng)，其顯著的開放性使得其可以擁有眾多的開發(fā)者和消費者；

21使用Eclipse進行軟件的編寫和UI設(shè)計，使得設(shè)計的靈活性大大提升；

3）通過Wi-Fi進行數(shù)據(jù)的傳輸交流，低功耗、相對高的安全性等都是較為突出的優(yōu)點。

雖然這個項目完成了，但也僅僅是實現(xiàn)了一些基本功能，還有許多的功能尚未實現(xiàn)，有些不完美的地方。這些問題都是亟待解決的，今后將會不斷改進所有缺陷，爭取完美。endprint