基于Android的智能家居一體化控制系統(tǒng)

闞港輝 王恩亮

【摘 要】為推動智能家居一體化的發(fā)展，本文基于Android系統(tǒng)研發(fā)了一款能夠不限產(chǎn)品類型，可對所有智能家居產(chǎn)品進(jìn)行統(tǒng)一控制的移動客戶端APP。該系統(tǒng)基于TCP/IP和HTTP網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，通過Socket和Web service、云數(shù)據(jù)庫技術(shù)和智能網(wǎng)關(guān)連接，實(shí)現(xiàn)了對有Wifi、ZigBee、Bluetooth等連接功能的智能家居硬件產(chǎn)品的遠(yuǎn)程控制和狀態(tài)監(jiān)控。

【關(guān)鍵詞】Android;智能家居;一體控制

中圖分類號： TU855 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）04-0062-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.04.024

0 引言

從20世紀(jì)80年代智能家居概念的提出至今已有30多年，智能家居已經(jīng)歷了4代的發(fā)展[1]，發(fā)展技術(shù)較成熟，有著巨大的發(fā)展前景。反觀我國智能家居市場卻一直不慍不火，居民在智能家居的使用上并沒有得到普及，這正是由于傳統(tǒng)家電產(chǎn)業(yè)與新型電子產(chǎn)業(yè)之間的隔閡使“智能家居”行業(yè)尚未達(dá)成一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。市場上繁多的智能家居品牌及其各自開發(fā)的移動客戶端給用戶帶來了選擇和使用困難。

為解決此問題，開發(fā)了一款基于Android系統(tǒng)，通過Socket和Web service（基于TCP/IP和HTTP網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議）、云數(shù)據(jù)庫技術(shù)、智能網(wǎng)關(guān)技術(shù)的手機(jī)移動客戶端APP。將智能家居硬件產(chǎn)品以不同的形式與智能網(wǎng)關(guān)連接，利用客戶端APP與智能網(wǎng)關(guān)的網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)現(xiàn)對硬件產(chǎn)品的控制和監(jiān)控，打破了智能家居產(chǎn)品在品牌、類型的局限，可根據(jù)不同廠商生產(chǎn)的智能家居產(chǎn)品的功能定制操作界面，并更新到云服務(wù)器。實(shí)現(xiàn)了用戶只需通過一款手機(jī)APP即可對家中所有智能家居產(chǎn)品進(jìn)行遠(yuǎn)程控制及狀態(tài)監(jiān)控。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計方案

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)的整體架構(gòu)是通過智能網(wǎng)關(guān)連接到軟件客戶端和智能家居硬件。系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示。移動客戶端通過TCP/IP協(xié)議和HTTP協(xié)議與無線路由器連接，無線路由器同時與智能網(wǎng)關(guān)連接。硬件產(chǎn)品分別通過WiFi、ZigBee、GPRS及家庭現(xiàn)場總線技術(shù)[2]與智能網(wǎng)關(guān)相連接，且硬件均支持TCP/IP和HTTP通信協(xié)議。同時由云服務(wù)器提供云數(shù)據(jù)庫技術(shù)，為客戶端實(shí)時提供本地數(shù)據(jù)庫更新和通信控制數(shù)據(jù)支持。使用戶能夠遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制連接到智能網(wǎng)關(guān)上的所有智能家居產(chǎn)品。

1.2 Android客戶端開發(fā)架構(gòu)

Android客戶端的開發(fā)以Android Studio3.1.3為開發(fā)環(huán)境，以JAVA面相對象語言為開發(fā)語言，其中SDK版本為JDK10。開發(fā)過程中所選用的測試機(jī)型為HUAWEI TIT-TL00（Android5.1，API22）。采用Google公司在2017年提出的官方開發(fā)架構(gòu)。官方的開發(fā)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了UI與Data的真正分離、使異步調(diào)用和邏輯控制更加精細(xì)，通過Model驅(qū)動UI，使代碼簡潔、邏輯易于管理。

2 軟件的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

2.1 客戶端主流程設(shè)計

Android的客戶端系統(tǒng)設(shè)計主要包括用戶界面UI、Socket和Web Service通信、SQLite和SQL Azure數(shù)據(jù)庫的設(shè)計[3]這三個方面。

客戶端應(yīng)用程序具有以下四個主要組件：Activity;Service;Content Provider;Broadcast Receiver。通過以上四種Android的基本組件和依據(jù)Android官方的開發(fā)架構(gòu)分別進(jìn)行UI界面、通信模塊、數(shù)據(jù)庫的設(shè)計。

2.2 Android客戶端UI界面設(shè)計

XML布局文件設(shè)計：利用了Bottom Navigation View實(shí)現(xiàn)底部導(dǎo)航欄視圖、Navigation View實(shí)現(xiàn)滑動菜單、CardView實(shí)現(xiàn)卡片式布局、RecyclerView實(shí)現(xiàn)內(nèi)容滾動事件，以及優(yōu)秀的開源UI組件設(shè)計出了簡潔美觀的布局界面。操作界面截圖如圖2所示。

2.3 通信模塊的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

采用Socket和Web Service兩種方式結(jié)合來實(shí)現(xiàn)客戶端的遠(yuǎn)距離通信，使客戶端可以實(shí)時與家庭智能網(wǎng)關(guān)相連接，并進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和監(jiān)控。

2.3.1 Socket遠(yuǎn)程通信

Socket遠(yuǎn)程通信是JAVA面向?qū)ο箝_發(fā)語言中重要的一種遠(yuǎn)程通訊方式，可以通過TCP/IP通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通訊，Socket網(wǎng)絡(luò)流程圖如圖3所示。

本設(shè)計僅實(shí)現(xiàn)客戶端編程，服務(wù)端用Socket Tool TCP/IP通信調(diào)試工具在PC端建立。使用Socket實(shí)現(xiàn)客戶端[4]的步驟如下：

（1）通過IP地址和端口實(shí)例化套接字，并請求連接到服務(wù)器。

（2）獲取Socket上的輸入流進(jìn)行讀寫。

（3）把流包裝僅Buffered Reader的實(shí)例中。

（4）對Socket進(jìn)行讀寫。

（5）關(guān)閉打開的流程。

2.3.2 Web Service遠(yuǎn)程調(diào)用

程序多次使用Web Service實(shí)現(xiàn)天氣實(shí)時查詢、衛(wèi)星地圖定位、網(wǎng)頁推送等功能。具體步驟如下：

（1）創(chuàng)建服務(wù)視圖對象。

（2）創(chuàng)建API接口。

（3）創(chuàng)建實(shí)現(xiàn)類、注冊監(jiān)聽，并調(diào)用PortType方法（可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信）。

（4）接收方法的返回值、并發(fā)布服務(wù)。

2.4 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

建立兩種類型的數(shù)據(jù)庫：輕量級SQLite數(shù)據(jù)庫，用于儲存用戶個人使用信息的;Microsoft的SQL Azure數(shù)據(jù)庫，用于更新產(chǎn)品數(shù)據(jù)、商品信息及大量個人、公用信息的云數(shù)據(jù)庫。

2.4.1 SQLite數(shù)據(jù)庫

Android系統(tǒng)內(nèi)置的輕量級數(shù)據(jù)庫。對于SQLite的操作，Android提供了SQLite Database和SQLite Open Helper兩個類。其中SQLite Open Helper類提供的兩個方法：onCreat（）和onUpgrade（）對SQLite數(shù)據(jù)庫進(jìn)行可以更新表項(xiàng)等。

2.4.2 SQL Azure數(shù)據(jù)庫

基于SQL server構(gòu)建的云關(guān)系數(shù)據(jù)庫，提供了Web服務(wù)集合，可使用TSQL來管理和創(chuàng)建以及操作云數(shù)據(jù)庫;它的數(shù)據(jù)類型、存儲過程和傳統(tǒng)的SQL 服務(wù)器十分相似，可以在本地開發(fā)應(yīng)用程序，然后將其部署到云平臺[5]。

3 結(jié)論

系統(tǒng)將軟件客戶端與硬件通過智能網(wǎng)關(guān)作為橋梁連接，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議傳輸?shù)街悄芫W(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)無線傳輸協(xié)議到硬件產(chǎn)品，將多種無線通信方式與網(wǎng)絡(luò)通信結(jié)合。實(shí)現(xiàn)了對多種智能家居產(chǎn)品的遠(yuǎn)程控制和狀態(tài)監(jiān)控。打破智能家居產(chǎn)品品牌、類型的局限，真正實(shí)現(xiàn)了智能家居的去品牌限制。只需開發(fā)者在云數(shù)據(jù)庫上更新智能產(chǎn)品并實(shí)現(xiàn)更新控制命令功能，用戶就可以下載更新到本地客戶端使用。

用戶僅使用此一款手機(jī)應(yīng)用即可對家中不同品牌、不同連接方式的物聯(lián)網(wǎng)智能家居產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)控制。系統(tǒng)的開發(fā)對推動智能家居行業(yè)的一體化發(fā)展具有重要意義。

【參考文獻(xiàn)】

[1]朱敏玲，李寧.智能家居發(fā)展現(xiàn)狀及未來淺析[J].電視技術(shù)，2015，39（04）：82-85+96.

[2]邵鵬飛，王喆，張寶儒.面向移動互聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)研究[J].計算機(jī)測量與控制，2012，20（02）：474-476+479.

[3]王朝華，陳德艷，黃國宏，童懷.基于Android的智能家居系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[J].計算機(jī)技術(shù)與發(fā)展12，22（06）：225-228+233.

[4]喬雷，雷斌，杜劍英.基于Android平臺的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)方案設(shè)計[J].電子元器件應(yīng)用，2012，14（Z1）：5-9.

[5]林子雨，賴永炫，林琛，謝怡，鄒權(quán).云數(shù)據(jù)庫研究[J].軟件學(xué)報，2012，23（05）：1148-1166.