物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用：移動平臺智能家電控制系統(tǒng)設(shè)計

呂新潮

【摘 要】隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的普及和電子信息技術(shù)的不斷發(fā)展，家電產(chǎn)品也朝著智能化的方向駛?cè)?。作為物?lián)網(wǎng)技術(shù)滲入生活的一種方式，本文研究了一種基于Android平臺的家電控制系統(tǒng)，就其應(yīng)有的工作方式和大體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了小組討論，最終提出了一種設(shè)計方案。本系統(tǒng)使用個人安卓系統(tǒng)客戶端作為“大腦”控制家電，獲得權(quán)限的安卓移動設(shè)備在認(rèn)證通過的情況下可通過系統(tǒng)發(fā)送各類控制命令讓家電執(zhí)行。

【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng)，遠(yuǎn)程控制，Android，智能家居

中圖分類號： TP242文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）26-0018-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.26.007

0 前言

家電智能化是目前不可阻擋的趨勢，很多大型科技企業(yè)都做起了各自的智能家電生態(tài)。與此同時，隨著Android手機在智能手機市場中的份額不斷增長，Android系統(tǒng)已經(jīng)存在于我們身邊的每個角落，它被廣泛應(yīng)用于手機、平板電腦、車載導(dǎo)航儀等常用的移動設(shè)備中。

Android是一個比較完善的操作系統(tǒng)，而且比較適用于智能家電系統(tǒng)的開發(fā)。具體原因有以下幾點。它支持Java/C++/C語言進(jìn)行編程開發(fā)，擁有比較好的開發(fā)環(huán)境。Android系統(tǒng)自帶的消息推送接口和廣播推送器，一個比較適用于定時推送智能家電信息，另一個適用于智能家電報告自身異常狀況。同時，Android還支持對HTTPS、DUP、SSL等通信協(xié)議的封裝，可以使用套接字編程，在終端實現(xiàn)功能很方便。

綜上，將設(shè)計的家電控制系統(tǒng)基于Android平臺是一種很好的設(shè)計選擇方向?？梢宰屓藗兂浞掷闷鹕磉叺陌沧渴謾C、安卓平板等移動Android設(shè)備，體驗到物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)所帶來的便利。

1 系統(tǒng)總體組成設(shè)計

經(jīng)過與小組成員的討論和實驗，本系統(tǒng)大致結(jié)構(gòu)分為三個部分： 帶有Android客戶端的操作平臺、用來傳輸數(shù)據(jù)信息的通信WiFi設(shè)備、還有各種帶有無線功能的智能家電。 本次設(shè)計以裝有Android系統(tǒng)的設(shè)備作為發(fā)送控制命令的控制端，路由器提供WiFi服務(wù)，用局域網(wǎng)將各類智能家電連接起來，再將安卓控制平臺接入到智能家電群所在無線網(wǎng)絡(luò)中，從而實現(xiàn)家電控制的功能，達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計的目的。

2 系統(tǒng)整體設(shè)計概述

整體模塊主要由三部分組成：安卓控制端用戶界面設(shè)計、無線網(wǎng)絡(luò)相關(guān)模塊、家電智能化調(diào)節(jié)三部分。大致構(gòu)成框圖如圖1所示。

安卓客戶端界面設(shè)計的設(shè)想是設(shè)計為多種選擇的遙控器的外觀，盡量功能界面簡潔明了，便于用戶通過客戶端實現(xiàn)家電的功能控制，以及不同家電控制間的切換。

WiFi相關(guān)的嵌入式模塊的作用是把串口轉(zhuǎn)成無線網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)，用來連接起Android控制端和智能家電群，從而實現(xiàn)兩者的信息數(shù)據(jù)傳輸，為各個終端模塊提供無線網(wǎng)絡(luò)功能，讓它們工作在無線網(wǎng)絡(luò)之中。

最底層用一些可以建立網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的集成芯片作為硬件核心，例如TI（德州儀器）公司開發(fā)的CC2530、CC2531等。以芯片為核心的仿真器在連接具體外設(shè)后，通過USB數(shù)據(jù)線和個人電腦進(jìn)行連接，下載具體程序進(jìn)行針對性的仿真功能調(diào)試。

2.1 Android平臺界面設(shè)計

手機端的用戶界面設(shè)計需要將其風(fēng)格更加貼近日常使用的各類家電遙控器，這樣更為直觀，便于用戶理解和操作。實現(xiàn)所用語言是Java編程語言，使用的編譯器是Android studio。

2.2 安卓控制端連接設(shè)計

系統(tǒng)設(shè)計采用了UDP通信協(xié)議。在網(wǎng)絡(luò)層實現(xiàn)Socket套接字接口進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸通信，綁定通信對象的IP地址和端口號的方式是使用基于UDP協(xié)議的DatagramPacket（）。先去添加藍(lán)牙響應(yīng)權(quán)限，從而允許安卓控制端使用藍(lán)牙功能。搜索藍(lán)牙設(shè)備可以通過調(diào)用Bluetooth Adapter的Discovery（）來實現(xiàn)。利用連接設(shè)備的功能信息生成藍(lán)牙Socket通信，用來連接協(xié)議實現(xiàn)各個終端之間的通信。具體代碼可以通過Java編程實現(xiàn)。

利用socket.send發(fā)送控制命令數(shù)據(jù)，具體過程如下：

A.從應(yīng)用程序中創(chuàng)建socket;

B.通過bind將socket信息通知到網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動層;

C.網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動層將網(wǎng)絡(luò)中與從socket對應(yīng)的數(shù)據(jù)接收并放入到socket中去;

D.從socket中將數(shù)據(jù)讀出。

利用socket.receiver接受命令，并顯示在控制端的用戶界面上，具體過程如下：

A.從應(yīng)用程序中創(chuàng)建socket;

B.通過bind將socket信息通知到網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動層;

C.將要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入到socket中;

D.網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動層從socket中取出數(shù)據(jù)通過網(wǎng)卡發(fā)送出去。

2.3 串口轉(zhuǎn)WiFi模塊設(shè)計

串口WiFi模塊有多種選擇，比如TI公司的CC3000，或者海凌科公司一些新產(chǎn)品。我們小組選擇了通過查閱資料和參考價格，選擇了海凌科公司的HLK-RM08K型號來實現(xiàn)智能家電的WiFi功能，價格大概在100元左右。HLK-RM08K型號的模塊是深圳海凌科電子有限公司推出的低成本嵌入式串口-以太網(wǎng)-無線網(wǎng)模塊，可以較低成本地實現(xiàn)用戶串口、以太網(wǎng)、WiFi（無線網(wǎng)絡(luò)）這三個接口之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，因為該嵌入式模塊擁有通用串行的接口、而且符合網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)置TCP/IP協(xié)議，使用該模塊，即使是傳統(tǒng)的串口設(shè)備，也不需要更改相關(guān)配置，便可以通過Internet網(wǎng)絡(luò)。該模塊的使用可以為系統(tǒng)設(shè)計中的串口設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)提供快速安全且低成本的解決方案。綜上所述，在各類WiFi模塊中，HLK-RM08K比較適用于本次智能家居物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計。

連接過程：首先在所連接的電腦設(shè)備管理器中選擇相應(yīng)的串口號，單擊搜索模塊。然后進(jìn)行一些使串口參數(shù)與開發(fā)板一致的參數(shù)設(shè)置，最后一步是配置無線網(wǎng)絡(luò)的IP地址和端口號，使IP地址與試驗場地的路由器處于同一個網(wǎng)段，否則數(shù)據(jù)通信將無法進(jìn)行連接。連接過程中所有的操作和設(shè)置完成之后需要重啟模塊。

2.4 底層硬件設(shè)計

在底層的智能家電硬件電路設(shè)計中，選用TI公司開發(fā)的CC2531芯片作為核心控制器，它的優(yōu)勢在于可以用較低的成本建立網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。除此之外，CC2531還擁有2.4GHz的RF收發(fā)器、工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的增強型8051單片機、系統(tǒng)內(nèi)可編程的256KB閃存、8KB的RAM和許多其他強大的功能。可用在系統(tǒng)參數(shù)的配置和外部設(shè)備的管理等。

在具體的硬件電路設(shè)計中，根據(jù)不同的家電實際需求，增添不同的外設(shè)。比如在智能空調(diào)的硬件電路設(shè)計中，可以外接SHT10數(shù)字溫濕度傳感器，用來同時測量溫度和濕度，然后將測出的數(shù)據(jù)傳給CC2531芯片進(jìn)行處理，通過 PID調(diào)節(jié)器改變直流電動機的功率來控制溫度。

核心控制器還需要外接串口模塊用于發(fā)送具體數(shù)據(jù)，同時用于接收安卓客戶端傳來的控制指令。

3 智能家電系統(tǒng)前景展望

智能家電系統(tǒng)作為一種富有科技含量的行業(yè)，和傳統(tǒng)家電的堆砌相比，它能給我們的日常生活帶來更多的便利，甚至可以說是享受。智能家電系統(tǒng)其實就是將傳統(tǒng)家電通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)連接在一起，將各類家電服務(wù)整合在一起，高效的進(jìn)行管理，就像是擁有一名不會疲倦的管家，給我們帶來高效、舒適、便利、安全、環(huán)保的生活環(huán)境和優(yōu)秀的信息交互體驗。它的優(yōu)勢很多，比如可以使戶主和家庭內(nèi)部始終保持著信息交流，節(jié)省了親自動身調(diào)整設(shè)備的時間，清晰了解設(shè)備的狀況，可以借此來判斷是否繳費和是否需要維修，保證了能源費用的節(jié)約以及設(shè)備安全性。除此之外還有很多應(yīng)用的場景，都從各個方面優(yōu)化了人們的生活方式。隨著目前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展和深入應(yīng)用，智能家電系統(tǒng)正朝著更加信息化、智能化、人性化的方向發(fā)展。

與此同時，國家相關(guān)政策也有鼓勵相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，由工信部牽頭的《互聯(lián)網(wǎng)“十二五”規(guī)劃》中所支持的九大應(yīng)用領(lǐng)域，分別是智能家居、智能安防、智能環(huán)保、智能電網(wǎng)、智能工業(yè)、智能農(nóng)業(yè)、智能醫(yī)療、智能交通、智能醫(yī)療。其中的智能家居領(lǐng)域最能貼近人民生活，更能明顯地提升民眾生活品質(zhì)，擁有更為迫切的應(yīng)用需求，其發(fā)展前景不可估量。

以上背景對于智能家電市場來說，是新的浪潮也是新的挑戰(zhàn)，這個市場只會越來越龐大，只有擁有更好用戶體驗、更能滿足當(dāng)下消費者需求的智能家電才能占據(jù)更大的市場份額。

4 結(jié)語

通過這段時間的資料查閱和小組討論，我對于智能家居相關(guān)技術(shù)和市場方面加深了了解，并以此為基礎(chǔ)，結(jié)合一些現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計了一種智能家電系統(tǒng)。本系統(tǒng)的設(shè)計方式比較簡潔，但可以實現(xiàn)Android控制端對于家電的無線控制。

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