彭衛(wèi)星+鄒文歡+毋茂盛

摘 要：隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，利用移動(dòng)通信設(shè)備控制家居技術(shù)成為人們目前的研究熱點(diǎn)。由于平板具有顯示屏幕大等優(yōu)點(diǎn)，用平板控制家居，操作更方便，特別適合老年人群。文中開(kāi)發(fā)了一個(gè)平板App程序和對(duì)應(yīng)的硬件電路，實(shí)現(xiàn)了通過(guò)WiFi和ZigBee技術(shù)控制家中電燈、空調(diào)與門(mén)鎖等設(shè)備的目的。

關(guān)鍵詞：App；WiFi；紅外；智能家居；

中圖分類(lèi)號(hào)：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2017）12-00-03

0 引 言

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和3G、4G通信技術(shù)的不斷發(fā)展，WiFi已成為目前最普遍的無(wú)線通信方式之一。如今90%以上的家庭都擁有WiFi，主要用于手機(jī)上網(wǎng)。利用WiFi通信，無(wú)需布線，因此，利用WiFi進(jìn)行智能家居的自動(dòng)化控制成為目前工程師們研究的熱點(diǎn)。由于老年人反應(yīng)遲鈍，視力欠佳，操作手機(jī)時(shí)，經(jīng)常會(huì)因看不清或抖動(dòng)出現(xiàn)按錯(cuò)鍵的情況，更有甚者可能無(wú)法操作手機(jī)，而平板具有比手機(jī)更大的屏幕，因此，本文開(kāi)發(fā)了一個(gè)基于平板和WiFi技術(shù)的智能家居監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)在平板電腦上“指指戳戳”實(shí)現(xiàn)開(kāi)燈、開(kāi)門(mén)和開(kāi)關(guān)空調(diào)。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能

1.1 總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的總體硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 系統(tǒng)的工作原理

平板通過(guò)ESP8266 WiFi模塊與基于CC2530的協(xié)調(diào)器相連。WiFi選擇AP模式，默認(rèn)的IP地址為：192.168.4.1；通過(guò)AT指令可以查看或修改WiFi模塊的IP地址（具體方法見(jiàn)ESP8266中AT指令手冊(cè)）。為了控制空調(diào)、電燈和門(mén)鎖等設(shè)備，采用積木式結(jié)構(gòu)，每個(gè)設(shè)備對(duì)應(yīng)一個(gè)終端節(jié)點(diǎn)，終端節(jié)點(diǎn)與CC2530協(xié)調(diào)器之間通過(guò)ZigBee協(xié)議進(jìn)行組網(wǎng)通信。不同的終端節(jié)點(diǎn)具有不同的硬件電路和控制功能，由此最終實(shí)現(xiàn)通過(guò)平板對(duì)家中設(shè)備如電燈、空調(diào)以及門(mén)鎖的控制。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件主要由基于CC2530的協(xié)調(diào)器和基于CC2530的終端節(jié)點(diǎn)組成，其工作原理如圖2所示。

CC2530是由美國(guó)TI公司設(shè)計(jì)的SoC芯片，它采用8051內(nèi)核，含有可編程閃存、8 KB RAM、UART和SPI接口等，最重要的是具有采用ZigBee協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)無(wú)線發(fā)射和接收的功能，適用于智能家居、工業(yè)控制等特定場(chǎng)合，能夠省去連線的麻煩，被廣泛應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域[1]。本項(xiàng)目中用CC2530分別設(shè)計(jì)了協(xié)調(diào)器和終端節(jié)點(diǎn)，兩者之間通過(guò)ZigBee進(jìn)行無(wú)線通信。協(xié)調(diào)器作為平板和終端節(jié)點(diǎn)之間的橋梁，用以轉(zhuǎn)發(fā)各種命令和數(shù)據(jù)；終端節(jié)點(diǎn)用于數(shù)據(jù)采集或執(zhí)行平板發(fā)送的命令，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)溫度數(shù)據(jù)采集、控制電燈開(kāi)關(guān)、開(kāi)啟門(mén)鎖和空調(diào)等。對(duì)于不同的終端節(jié)點(diǎn)，僅焊接相關(guān)的電子元件即可。

2.1 WiFi模塊

WiFi模塊的主芯片為高性能無(wú)線 SOC esp8266-01，在較小尺寸封裝集成了業(yè)界領(lǐng)先的 Tensilica L106 超低功耗 32 位 MCU以及WiFi MAC/ BB/RF/PA/LNA等，支持 16 位精簡(jiǎn)模式和RTOS，支持標(biāo)準(zhǔn)的 IEEE 802.11 b/g/n 協(xié)議和完整的 TCP/IP 協(xié)議棧。WiFi模塊的工作電路如圖3所示。

2.2 空調(diào)控制電路設(shè)計(jì)

為了控制空調(diào)，用CC2530的P2.0通過(guò)電阻外接三極管9013的基極，9013的集電極接紅外發(fā)光二極管。通過(guò)CC2530的P2.0引腳輸出脈沖可以開(kāi)啟和關(guān)閉空調(diào)。

2.3 電燈和開(kāi)鎖電路設(shè)計(jì)

用CC2530的P1.3和 P1.5 輸出兩路控制信號(hào)，經(jīng)三極管驅(qū)動(dòng)后接繼電器，由繼電器控制燈泡的220 V電源和12 V開(kāi)鎖電源，最終實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)燈泡和門(mén)鎖。

2.4 室內(nèi)溫度采集電路設(shè)計(jì)

DS18B20是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司設(shè)計(jì)的數(shù)字溫度傳感器[2]，它可直接將溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)字溫度值，溫度測(cè)量范圍為 -55 ～ 125℃；采用1-Wire 接口?？梢跃幊淘O(shè)置上限和下限報(bào)警溫度和溫度轉(zhuǎn)換分辨，使用方便。在本系統(tǒng)中，CC2530的P1.1 接DS18B20的數(shù)據(jù)線，可實(shí)現(xiàn)室內(nèi)溫度的采集。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

線性布局（Linear Layout）是一種比較靈活的布局方式，具有操作簡(jiǎn)單、修改方便以及界面友好等特點(diǎn)[3]。因此，該平板APP的設(shè)計(jì)采用線性布局的方法實(shí)現(xiàn)。首先，將頁(yè)面母板分成若干部分，母板Linear Layout使用Android：orientation="vertical"將各個(gè)部分垂直分布；然后，每個(gè)部分中的對(duì)象通過(guò)Android：orientation="horizontal"實(shí)現(xiàn)橫向分布。且采用了TextView，Editext，ToggleButton ， Button，ImageView等控件。通過(guò)對(duì)每一個(gè)Button設(shè)置setOnCheckedChangeListener（）語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)對(duì)該控件的監(jiān)聽(tīng)。當(dāng)Button被按下時(shí)，會(huì)觸發(fā)一個(gè)事件。平板App軟件大致分為3個(gè)模塊，分別是連接模塊、控制模塊和接收模塊。App運(yùn)行界面如圖4所示。

3.1 IP連接模塊設(shè)計(jì)

App默認(rèn)端口號(hào)為8080，默認(rèn)IP地址為：192.168.1.1，如果需要也可以在IP地址欄輸入新的IP。點(diǎn)擊連接，會(huì)觸發(fā)Socket事件，進(jìn)行Socket通信。連接成功后，App與硬件的通信都通過(guò)Socket進(jìn)行，進(jìn)而控制硬件操作。具體開(kāi)啟線程代碼如下：

toggleButton2.setOnCheckedChangeListener（new

CompoundButton.OnCheckedChangeListener（） {

public void onCheckedChanged（CompoundButton buttonView， boolean isChecked） {endprint

toggleButton2.setChecked（isChecked）；

if（isChecked == true）

{

socket = null；

ReceiveMessageThread r1 = new ReceiveMessageThread（）；// 開(kāi)啟客戶端線程

r1.start（）；

//延時(shí)讓子線程執(zhí)行完畢后再執(zhí)行下方程序

for（int i=1；i<10000；i++）

for（int j=1；j<10000；j++）；

if（socket ！= null）

Toast.makeText（MainActivity.this，"正確連入"， Toast.LENGTH_SHORT）.show（）；

else {

Toast.makeText（MainActivity.this， "失敗連入"， Toast.LENGTH_SHORT）.show（）；

}

}else{

socket = null；

Toast.makeText（MainActivity.this，"斷開(kāi)連接"， Toast.LENGTH_SHORT）.show（）；

}}}）

3.2 控制模塊

控制模塊包括電燈控制，門(mén)鎖控制，空調(diào)控制等。燈與門(mén)鎖通過(guò)繼電器控制，空調(diào)則用紅外控制。軟件通過(guò)Socket中的BufferedWriter將攜帶的所有控制信息發(fā)送給硬件。實(shí)現(xiàn)代碼如下：

BufferedWriter writer = new BufferedWriter （new

InputStreamWriter（socket.getOutputStream（）））

開(kāi)關(guān)控制代碼如下：

switch1.setOnCheckedChangeListener（new

CompoundButton.OnCheckedChangeListener（） {

public void onCheckedChanged（CompoundButton

buttonView， boolean isChecked） {

Toast.makeText（LampActivity.this， "LED1"+isChecked，

Toast.LENGTH_SHORT）.show（）；

if（isChecked == true）

{

String up1 = "@LED1UP"；

try {

writer2.write（up1）；

writer2.newLine（）；

writer2.flush（）；

} catch （IOException e） {

e.printStackTrace（）；

}catch（Exception e）{

System.out.println（e.toString（））；

}}else{

String down1 = "@LED1DOWN"；

try {

writer2.write（down1）；

writer2.newLine（）；

writer2.flush（）；

} catch （IOException e） {

e.printStackTrace（）；

}catch（Exception e）{

System.out.println（e.toString（））；

}}}}）

3.3 溫度采集顯示模塊

連接后，溫度采集終端節(jié)點(diǎn)每秒采集一次溫度，通過(guò)Socket緩沖區(qū)BufferedReader將溫度實(shí)時(shí)上傳到平板。具體代碼如下：

線程：class ReceiveMessageThread extends Thread {

public void run（） {

try {

s1 = ed1.getText（）.toString（）.trim（）；

//s1是文本框填寫(xiě)的IP地址

socket = new Socket（s1，8080）；

reader = new BufferedReader（new

InputStreamReader（socket.getInputStream（）））；

while（（valueString1=reader.readLine（）） ！= null）{

Message message1 = new Message（）；

message1.what = UPDATE_RECEIVEMSG；

handler.sendMessage（message1）； }

} catch （IOException e） {

e.printStackTrace（）；

}}}

在onResume（）中運(yùn)行以下代碼：

Handler handler = new Handler（）{

public void handleMessage（Message msg） {

switch（msg.what） {

case UPDATE_RECEIVEMSG：

ed2.setText（valueString1.toString（））；

valueString1 = null；

break；

default：

break；

}}}

4 結(jié) 語(yǔ)

本文研究了基于平板的家居智能控制技術(shù)，通過(guò)WiFi和ZigBee無(wú)線方式傳送命令和數(shù)據(jù)，省去了布線的麻煩。一方面，通過(guò)平板可以開(kāi)門(mén)，由于電插鎖安裝在室內(nèi)，使得想通過(guò)開(kāi)鎖行竊的盜賊望而卻步，起到了防盜的作用。另一方面，特別是夏天，用戶無(wú)需打開(kāi)蚊帳，躺在床上即可用平板開(kāi)關(guān)電燈和空調(diào)，避免蚊子鉆入蚊帳中，使生活變得非常方便。本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)經(jīng)過(guò)實(shí)際使用，取得了良好的效果，所研究的技術(shù)具有非常重要的意義和廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1]董澤龍，毋茂盛. SPI/UART與ZigBee協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2015，5（12）：32-34.

[2]毋茂盛.單片機(jī)原理與開(kāi)發(fā)[M].北京：高等教育出版社，2015.

[3]郭霖.Android第一行代碼[M].北京：中國(guó)工信出版集團(tuán)， 2016.

[4]王健權(quán)，王蒙.基于WiFi的智能家居的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].科技風(fēng)，2016（2）：61-62.

[5]何文樂(lè).基于物聯(lián)網(wǎng)和wifi的智能家居移動(dòng)控制系統(tǒng)[J].信息通信，2016（2）：90-91.

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