基于Android系統(tǒng)的智能家居控制終端研究與實(shí)現(xiàn)

引言

近年來(lái)，智能手機(jī)在全球范圍內(nèi)迅速普及，市場(chǎng)研究公司Gartner發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2011年前三季度，全球智能手機(jī)銷量同比增長(zhǎng)超過(guò)55%，智能手機(jī)正在占據(jù)越來(lái)越多的手機(jī)市場(chǎng)份額；隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們的生活水平提高到一個(gè)新的層次，對(duì)生活環(huán)境的要求越來(lái)越高，正在興起的基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家使人們逐漸邁入以數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化為平臺(tái)的智能化社會(huì)。

基于Android手機(jī)日益流行且系統(tǒng)開(kāi)源，本文將Android終端與智能家居聯(lián)系起來(lái)，研究并實(shí)現(xiàn)了一種基于Android系統(tǒng)的智能家居控制終端。在系統(tǒng)中，Android終端通過(guò)周圍的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與智能家居中的家電設(shè)備或傳感器進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)家電設(shè)備的控制、傳感器值的讀取以及家居安防。

Android的系統(tǒng)架構(gòu)

Android操作系統(tǒng)自頂向下分成4個(gè)層次，即應(yīng)用層、應(yīng)用框架層、組件庫(kù)層、虛擬機(jī)和Linux內(nèi)核層。如圖1所示。

圖1 Android框架圖

應(yīng)用層：Android操作系統(tǒng)同一系列核心應(yīng)用程序包一起發(fā)布，其核心應(yīng)用程序包括E-mail客戶端、SMS（短信）序、日歷、Google地圖、網(wǎng)頁(yè)瀏覽器、聯(lián)系薄等，目前所有的應(yīng)用都是使用Java語(yǔ)言編寫的。

應(yīng)用框架層：開(kāi)發(fā)者通過(guò)使用核心應(yīng)用程序來(lái)調(diào)用Android框架提供的API，這個(gè)應(yīng)用程序結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)成方便復(fù)用的組件。任何的應(yīng)用程序都可以公布它的功能，其他的應(yīng)用程序可以使用這些功能(涉及到系統(tǒng)安全問(wèn)題的功能將會(huì)被框架禁止)。該應(yīng)用程序重用機(jī)制使用戶可以方便地替換程序組件。隱藏在每個(gè)應(yīng)用后面的是一系列的服務(wù)和系統(tǒng)；

組件庫(kù)層：Android包含了一套C/C++函數(shù)庫(kù)，主要包括libc、Media Framework、WebKit、SGL、OpenGLES、FreeType、SQLite等，它們被應(yīng)用于Android系統(tǒng)的各種組件中，這些功能通過(guò)Android應(yīng)用框架展現(xiàn)給開(kāi)發(fā)人員；

運(yùn)行時(shí)環(huán)境：Android包括了一個(gè)核心庫(kù)，該核心庫(kù)提供了Java編程語(yǔ)言核心庫(kù)的大多數(shù)功能。每一個(gè)Android應(yīng)用程序都在它自己的進(jìn)程中運(yùn)行，擁有一個(gè)獨(dú)立的Dalvik虛擬機(jī)實(shí)例。Dalvik被設(shè)計(jì)成可以同時(shí)高效地運(yùn)行多個(gè)虛擬系統(tǒng)。Dalvik虛擬機(jī)執(zhí)行后綴為dex的可執(zhí)行文件，該格式文件針對(duì)小內(nèi)存使用做了優(yōu)化。同時(shí)虛擬機(jī)是基于寄存器的，所有的類都經(jīng)由Java編譯器編譯，然后通過(guò)SD中的“dx”工具轉(zhuǎn)化成“．dex”格式。Dalvik虛擬機(jī)依賴于Linux內(nèi)核的一些功能，比如線程機(jī)制和底層內(nèi)存管理機(jī)制；

Linux內(nèi)核層：Android底層是一個(gè)基于Linux2.6.23內(nèi)核開(kāi)發(fā)的獨(dú)立操作系統(tǒng)。主要是添加了一個(gè)名為Goldfish的虛擬CPU以及Android運(yùn)行所需的特定驅(qū)動(dòng)代碼。該層用來(lái)提供系統(tǒng)的底層服務(wù)，包括安全機(jī)制、內(nèi)存管理、進(jìn)程管理、網(wǎng)絡(luò)堆棧及一系列的驅(qū)動(dòng)模塊。作為一個(gè)虛擬的中間層，該層位于硬件與其他的軟件層之間。

Android終端的具體設(shè)計(jì)

智能家居總體框架

Android終端可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)（3G、WiFi或藍(lán)牙）與家電、傳感器和安防設(shè)備進(jìn)行通信。在外時(shí),通過(guò)3G來(lái)操作；在家時(shí),用WiFi或藍(lán)牙來(lái)操作，可以節(jié)省3G流量。如圖2所示。

圖2 智能家居的系統(tǒng)架構(gòu)

該系統(tǒng)主要包括：綜合安防、家電控制、節(jié)能管理、健康檢測(cè)、舒適控制等。本文主要研究Android終端對(duì)以上幾個(gè)部分的管理和控制。Android終端如要管理和控制設(shè)備，需要發(fā)送一個(gè)控制命令給社區(qū)服務(wù)器，以便社區(qū)服務(wù)器知道手機(jī)的IP地址，才能夠與社區(qū)服務(wù)器進(jìn)行建立連接并進(jìn)行通信。

Android終端的模塊劃分

系統(tǒng)中的Android終端部分設(shè)計(jì)，模塊劃分如圖3所示。

圖3 Android終端模塊劃分

家電控制：用戶進(jìn)入家電控制界面，聯(lián)網(wǎng)后就可以對(duì)家電進(jìn)行控制（比如電燈、電視、空調(diào)等）。Android設(shè)備發(fā)送控制信號(hào)給社區(qū)服務(wù)器，社區(qū)服務(wù)器將控制信號(hào)發(fā)給家庭無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，再根據(jù)是否是紅外設(shè)備進(jìn)行分類，如果是紅外設(shè)備，就將控制信號(hào)發(fā)給紅外家電控制器，紅外家電控制器再根據(jù)不同的家電控制命令分別控制不同的設(shè)備，如果是非紅外設(shè)備，家庭無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)直接將控制命令發(fā)給相應(yīng)的家電設(shè)備進(jìn)行控制。如圖4所示。

圖4 家電控制