基于Android和Zigbee技術(shù)的小型IOT開發(fā)平臺研究報告

朱承東　蒙政　汪國珍　潘相成　趙文斌

【摘 要】本文結(jié)合android編程，ZigBee組網(wǎng)，互聯(lián)網(wǎng)TCP通信，云平臺共享技術(shù)，并以節(jié)點溫度測控為例，完成了一個功能完備的小型智能IOT平臺的開發(fā)。形成一個比較完整統(tǒng)一的標準，屏蔽掉差異，可以根據(jù)需要隨意模塊化地組合測控設(shè)備，并實現(xiàn)智能系統(tǒng)和硬件的無縫配合。二次開發(fā)人員可以依托此測控平臺實現(xiàn)高效率地搭建智能物聯(lián)系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】Android；ZigBee；IOT

中圖分類號： TU855 文獻標識碼： A 文章編號：2095-2457（2018）06-0143-002

【Abstract】This paper combines the Android programming， ZigBee networking， Internet TCP communication， and cloud platform sharing technology. Taking node temperature measurement and control as an example， the development of a fully-functional small-scale intelligent IOT platform is completed. Form a relatively complete and unified standard， shield out the differences， and can arbitrarily and modularly combine the measurement and control devices as required， and realize the seamless cooperation between the intelligent system and the hardware. The secondary developer can rely on this monitoring platform to build an intelligent IoT system with high efficiency.

【Key words】Android； ZigBee； IOT

0 緒論

（1）研究背景與意義

隨著社會的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)走入了千家萬戶，而網(wǎng)絡(luò)通信也和各行各業(yè)有了緊密的聯(lián)系。比如餐飲店已經(jīng)開啟了網(wǎng)上預(yù)定模式，電影院，火車站也都有了網(wǎng)上訂票功能……然而網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展是需要不低的成本的。就用傳輸媒介說，通信技術(shù)包含了有線通信和無線通信。有線通信包括了同軸電纜與光纖媒介，雖可靠，但建設(shè)成本很高，對基礎(chǔ)設(shè)施依賴很大，很難擴展。無線通信用射頻接收器收發(fā)信號，把傳播介質(zhì)無形化，簡化了網(wǎng)絡(luò)的布線組建，鏈接起來更方便。短距離無線通信作為無線通信的一個重要組成部分，也得到了較大發(fā)展。

短距離無線通信包含如下特征：首先，它的通信距離很短，一般在百米范圍之內(nèi)，只適合小區(qū)域使用。由于距離較短，傳輸過程中遇到障礙物的幾率較小，所以可以用較小的發(fā)射功率發(fā)射信號，功耗低；其次，對等通信是短距離無線通信的重要特性，它不需要中轉(zhuǎn)設(shè)備，可以在發(fā)送端和接受端直接進行數(shù)據(jù)的傳輸，方便快捷；最后，成本低廉，節(jié)省了布線資源。

在短距離無線通信中又有多個分支，為了便于比較，就拿ZigBee標準與藍牙和IEEE802.11WLAN進行比對比。

ZigBee的低數(shù)據(jù)速率意味他不是無線互聯(lián)網(wǎng)連接或CD音質(zhì)無線耳機的好選擇，因為這需要1Mbps以上數(shù)據(jù)傳輸速率。但是，若無線通信的目的為發(fā)送或接收簡單命令，或傳感器收集信息，比如溫度、濕度傳感器等，那么這樣ZigBee將提供比藍牙與IEEE 802.11b更有效、性價比更高的方案。

（2）ZigBee的概況

蜜蜂發(fā)現(xiàn)花叢，就會通過一種特殊肢體語言來告知同伴新發(fā)現(xiàn)的食物源位置信息，這一種肢體語言就是ZigZag行跳舞，是蜜蜂之間簡單傳達信息的有效方式。借此意義，Zigbee作為新代無線通信技術(shù)命名。在這之前，ZigBee又被稱做“HomeRF Lite”、“RF- EasyLink”、或者“fireFly”無線電技術(shù)，所以就統(tǒng)一稱做ZigBee。

簡單地說，ZigBee無非就是一種可靠性很高的無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，它就相當于CDMA與GSM網(wǎng)絡(luò)。ZigBee數(shù)據(jù)傳輸模塊，就類似于移動網(wǎng)絡(luò)的基站。它的有效地通訊距離，從標準的75米到幾百米、甚至幾公里，且支持無線的擴展。

跟移動通信的CDMA網(wǎng)或GSM網(wǎng)相比，ZigBee網(wǎng)的功能主要目的是，實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場自動化控制數(shù)據(jù)傳輸，所以，它就要簡單，方便使用，易上手，且工作安全可靠，價格低廉。然而移動通信網(wǎng)主要為語音通信建立，每一個基站的價值都在百萬元人民幣以上，但是我們每一個ZigBee“基站”價格都不到1000元人民幣，那么這就很便宜了。

而且每個ZigBee網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點，不但本身可作為監(jiān)控對象，比如它連接的傳感器，就直接進行數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控，還可以自動中轉(zhuǎn)其他的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點傳輸過來的數(shù)據(jù)。每個ZigBee的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點（FFD）還可以在本身信號覆蓋的范圍之中，和多個不承擔網(wǎng)絡(luò)信息的中轉(zhuǎn)任務(wù)的孤立的子節(jié)點（RFD）進行無線連接。

在ZigBee模塊上，我們添加了以太網(wǎng)串口透傳模塊組建專用無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，使得數(shù)據(jù)的傳輸更加可靠方便。初次之外，我們的產(chǎn)品更適合于IOT平臺，使用范圍更加廣泛。

（3）與android手機的結(jié)合

現(xiàn)在，基本上人人都有一臺手機，便攜與已經(jīng)普及了的智能手機是最好的控制端。Android系統(tǒng)具有很大的市場，很多電腦上流行的軟件都開發(fā)了android版，android應(yīng)用的使用幾乎成了一種潮流與趨勢。而將ZigBee與android結(jié)合起來以后，也不需要固定呆在某個地方，在笨重的電腦前面操作，只需要拿出隨身攜帶的手機輕輕點一點即可達到與另一端控制的目的。同時這也擴大了市場，迎合了當下的發(fā)展潮流。

1 發(fā)展前景

當下科技的發(fā)展主流是降低成本，簡化制造機構(gòu)。Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)應(yīng)運而生，而Zigbee與Android客戶端相結(jié)合，不僅能接收到數(shù)據(jù)的信息，還能及時對智能設(shè)備進行控制。這樣使得基于Zigbee和Android技術(shù)在遠程控制家電、監(jiān)控工業(yè)領(lǐng)域等多個行業(yè)獲得廣泛應(yīng)用。

1.1 智能家居

Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)應(yīng)用最早的領(lǐng)域就是智能家居領(lǐng)域，只要在智能電器上面安裝了Zigbee模塊，然后通過傳感器采集信息（溫度、光照等傳感器信息），并通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)進行傳輸，同時傳輸對智能電器的控制信號。另外，將Zigbee網(wǎng)絡(luò)和移動客戶端（Andorid技術(shù)制作的APP等）相連接，可以在手機客戶端上實現(xiàn)對智能電器的遠程控制，還可以從手機客戶端上得到相關(guān)信息。

1.2 智能工業(yè)

工業(yè)方面Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)傳輸很有力的解決了比如油田、煤炭、戶外監(jiān)控等特殊環(huán)境帶來的規(guī)劃布線、線路擴容下構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)時帶來的問題，采用Zigbee網(wǎng)絡(luò)可以對許多工業(yè)項目進行各類的信息收集從而達到信息監(jiān)控，移動客戶端做出相對應(yīng)的操作以達到控制作用。

1.3 智能照明

照明方面運用Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)也非常廣泛，傳感器通過Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)傳輸信號到移動客戶端，然后移動客戶端按照設(shè)置智能自動化的對照明設(shè)備達到打開關(guān)閉、調(diào)整亮度等功能。

2 總結(jié)

隨著近年來物聯(lián)技術(shù)飛速發(fā)展，各種各樣的智能化系統(tǒng)也隨之應(yīng)運而生。其中客戶端軟件，智能組網(wǎng)，互聯(lián)通信，云共享是智能化系統(tǒng)中的重要組成部分。由于國內(nèi)在智能物聯(lián)化系統(tǒng)軟硬件研發(fā)應(yīng)用方面的起步較晚，目前應(yīng)用的方案還存在組網(wǎng)困難、綜合成本高、可靠性差等問題。

為了解決智能物聯(lián)存在的問題，急需研發(fā)出既能實現(xiàn)基本功能又能符合于國內(nèi)市場應(yīng)用的實用系統(tǒng)。本課題針對智能物聯(lián)系統(tǒng)中的移動便攜設(shè)備客戶端軟件開發(fā)、智能組網(wǎng)，互聯(lián)通信，云平臺存儲和控制等方面作了調(diào)研和設(shè)計工作。并以節(jié)點溫度測控為工程實例，通過安卓設(shè)備和云平臺對實現(xiàn)高效安全的數(shù)據(jù)存儲和對象控制功能。

本文設(shè)計并實現(xiàn)了一個基于Android和Zigbee技術(shù)的小型IOT開發(fā)平臺，利用Android技術(shù)設(shè)計上位機客戶端APP，用Zigbee模塊和以太網(wǎng)串口透傳模塊組建專用無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，用STC的1T高速單片機設(shè)計下位機，綜合開發(fā)一個小型IOT（Internet of Things）測控應(yīng)用平臺，能通過移動客戶端APP管理下位機，采集下位機數(shù)據(jù)。同時將數(shù)據(jù)上傳到遠程云平臺，也可以從云平臺管理控制下位機。

【參考文獻】

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