基于A(yíng)ndroid系統的智能家居控制終端研究與實(shí)現

引言

近年來(lái)，智能手機在全球范圍內迅速普及，市場(chǎng)研究公司Gartner發(fā)布的數據顯示，2011年前三季度，全球智能手機銷(xiāo)量同比增長(cháng)超過(guò)55%，智能手機正在占據越來(lái)越多的手機市場(chǎng)份額；隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們的生活水平提高到一個(gè)新的層次，對生活環(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字化和網(wǎng)絡(luò )化為平臺的智能化社會(huì )。

基于Android手機日益流行且系統開(kāi)源，本文將Android終端與智能家居聯(lián)系起來(lái)，研究并實(shí)現了一種基于Android系統的智能家居控制終端。在系統中，Android終端通過(guò)周?chē)臒o(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )與智能家居中的家電設備或傳感器進(jìn)行通信，實(shí)現對家電設備的控制、傳感器值的讀取以及家居安防。

Android的系統架構

Android操作系統自頂向下分成4個(gè)層次，即應用層、應用框架層、組件庫層、虛擬機和Linux內核層。如圖1所示。

圖1 Android框架圖

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

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

組件庫層：Android包含了一套C/C++函數庫，主要包括libc、Media Framework、WebKit、SGL、OpenGLES、FreeType、SQLite等，它們被應用于A(yíng)ndroid系統的各種組件中，這些功能通過(guò)Android應用框架展現給開(kāi)發(fā)人員；

運行時(shí)環(huán)境：Android包括了一個(gè)核心庫，該核心庫提供了Java編程語(yǔ)言核心庫的大多數功能。每一個(gè)Android應用程序都在它自己的進(jìn)程中運行，擁有一個(gè)獨立的Dalvik虛擬機實(shí)例。Dalvik被設計成可以同時(shí)高效地運行多個(gè)虛擬系統。Dalvik虛擬機執行后綴為dex的可執行文件，該格式文件針對小內存使用做了優(yōu)化。同時(shí)虛擬機是基于寄存器的，所有的類(lèi)都經(jīng)由Java編譯器編譯，然后通過(guò)SD中的“dx”工具轉化成“．dex”格式。Dalvik虛擬機依賴(lài)于Linux內核的一些功能，比如線(xiàn)程機制和底層內存管理機制；

Linux內核層：Android底層是一個(gè)基于Linux2.6.23內核開(kāi)發(fā)的獨立操作系統。主要是添加了一個(gè)名為Goldfish的虛擬CPU以及Android運行所需的特定驅動(dòng)代碼。該層用來(lái)提供系統的底層服務(wù)，包括安全機制、內存管理、進(jìn)程管理、網(wǎng)絡(luò )堆棧及一系列的驅動(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終端的具體設計

智能家居總體框架

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

圖2 智能家居的系統架構

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

Android終端的模塊劃分

系統中的Android終端部分設計，模塊劃分如圖3所示。

圖3 Android終端模塊劃分

家電控制：用戶(hù)進(jìn)入家電控制界面，聯(lián)網(wǎng)后就可以對家電進(jìn)行控制（比如電燈、電視、空調等）。Android設備發(fā)送控制信號給社區服務(wù)器，社區服務(wù)器將控制信號發(fā)給家庭無(wú)線(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，再根據是否是紅外設備進(jìn)行分類(lèi)，如果是紅外設備，就將控制信號發(fā)給紅外家電控制器，紅外家電控制器再根據不同的家電控制命令分別控制不同的設備，如果是非紅外設備，家庭無(wú)線(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)直接將控制命令發(fā)給相應的家電設備進(jìn)行控制。如圖4所示。

圖4 家電控制