論基于Android和WIFI通信的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)

曹科 石學(xué)文

摘 要：結(jié)合Android和WIFI通信的智能家居系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及工作流程，重點(diǎn)就系統(tǒng)中相應(yīng)的硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)以及軟件流程設(shè)計(jì)進(jìn)行有效探討，希望對(duì)于今后全方位來(lái)提升智能家居系統(tǒng)控制水平有所幫助。

關(guān)鍵詞：Android系統(tǒng);WIFI通信;智能家居;硬件平臺(tái)設(shè)計(jì);軟件設(shè)計(jì)

在信息化時(shí)代背景下，網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)得到飛速發(fā)展的機(jī)會(huì)，計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、嵌入式技術(shù)等帶動(dòng)著智能家居已經(jīng)步入我們的日常生活中，其智能化功能則越來(lái)越豐富，從單一的防盜報(bào)警系統(tǒng)正在朝著網(wǎng)絡(luò)家電、網(wǎng)絡(luò)通行、智能安防、視頻監(jiān)控等方向發(fā)展，必將更快地推動(dòng)我國(guó)家居智能化的快速發(fā)展。

1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作流程

結(jié)合當(dāng)前的智能化家居系統(tǒng)進(jìn)行分析，主要涉及到智能開(kāi)關(guān)、傳輸設(shè)備、移動(dòng)終端設(shè)備以及控制單元等組成內(nèi)容，其中，移動(dòng)終端設(shè)備則是智能手機(jī)，智能開(kāi)關(guān)則是涉及到CPU主控模塊、WIFI模塊、可控硅開(kāi)關(guān)模塊、AC-DC電源模塊等組成;家中照明設(shè)備則是控制單元;輸入設(shè)備則為無(wú)線路由器。

其中，結(jié)合實(shí)際的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，選擇移動(dòng)手機(jī)中的Android操作系統(tǒng)，在WIFI模塊中則是選擇核心部件為CC3000-WG1300M，從而能保障有效接受相應(yīng)的無(wú)線路由器的信息內(nèi)容，而在CPU模塊中選擇ARM處理器，則是能夠利用SPI串行外部接口與WIFI模塊連接，從而能有效結(jié)合實(shí)際需求來(lái)進(jìn)行WIFI模塊信息的讀取;另外，AC-DC電源模塊則是主要給其他模塊進(jìn)行供電處理，而燈的狀態(tài)則是通過(guò)可控硅開(kāi)關(guān)模塊來(lái)控制。

結(jié)合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布局的情況，工作流程如下，在電源模塊供電的情況下，能有效實(shí)現(xiàn)CPU主控模塊、WIFI模塊、可控硅開(kāi)關(guān)模塊的供電，在此基礎(chǔ)上，用戶可結(jié)合自身的實(shí)際需求，能通過(guò)智能手機(jī)來(lái)進(jìn)行相關(guān)的必要操作，并能實(shí)現(xiàn)通過(guò)無(wú)線路由器來(lái)傳遞命令，而WIFI模塊則負(fù)責(zé)來(lái)進(jìn)行接受相關(guān)的路由器傳送的資料內(nèi)容，并按照固定格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并能利用SPI串行外部接口給CPU主控模塊，從而經(jīng)過(guò)相關(guān)的處理運(yùn)算，并將命令傳遞給可控硅開(kāi)關(guān)模塊，從而能有效對(duì)于家庭中的相關(guān)電器來(lái)進(jìn)行狀態(tài)控制。另外，用戶借助于按鍵操作的方式來(lái)進(jìn)行控制電器設(shè)備。

2 系統(tǒng)硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)

2.1 ARM處理器

這里主要選擇STM32F103為核心芯片，其屬于較為中低端的32位ARM微控制器，相關(guān)的工作參數(shù)為，主頻72 MHz，內(nèi)置高速存儲(chǔ)器，相應(yīng)能夠配置20 kB的SRAM、128 kB的Flash，能具備滿足工作要求的I/O端口，以及相關(guān)的連接APB總線的外設(shè)。

2.2 WIFI模塊

在進(jìn)行W IFI模塊的選擇中，主要是考慮到無(wú)線通信的要求，能實(shí)現(xiàn)較好的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸?shù)臒o(wú)線方案，這里選擇CC3000-WG1300芯片，能滿足在一定的條件下進(jìn)行用戶串口或TTL電平數(shù)據(jù)到無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的根據(jù)需求的轉(zhuǎn)換工作，完全符合設(shè)計(jì)的相關(guān)要求，有助于實(shí)現(xiàn)相關(guān)的主控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理能力提升。具體來(lái)說(shuō)，此芯片具有高級(jí)機(jī)密以及安全機(jī)制，能夠?qū)崿F(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線互聯(lián)網(wǎng)方位標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 EEPROM存儲(chǔ)器

用戶則是通過(guò)EEPROM存儲(chǔ)器能夠?qū)崿F(xiàn)更改的只讀存儲(chǔ)器，在此基礎(chǔ)上，就可以來(lái)進(jìn)行擦除及重寫處理高于普通電壓的情況。相比于EPROM芯片，系統(tǒng)在應(yīng)用EEPROM的過(guò)程中，并不需要取出的情況下就可以有效提出修改方案。

2. 4電源模塊

在電源模塊的選擇過(guò)程中，這里則是選擇USB-MINI接口，能實(shí)現(xiàn)比較好的防誤差性，體積小巧輕便，具有較為廣泛的應(yīng)用空間，結(jié)合實(shí)際需求，還配合使用了能具備熱保護(hù)、電流限制功能的LM1117低壓差電壓調(diào)節(jié)器。在此系統(tǒng)中，通過(guò)發(fā)揮電壓調(diào)節(jié)器的作用，能滿足3. 30 V的固定電壓輸出的要求。

2. 5? JTAG接口

在進(jìn)行JTAG接口設(shè)置中，則是能夠兼容ARM架構(gòu)處理器的要求，涉及到相應(yīng)的旁路寄存器、指令寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、測(cè)試訪問(wèn)端口TAP控制器等。處理器的每個(gè)引腳位置都存在著移位寄存單元，這樣就能有效實(shí)現(xiàn)邏輯電路和JTAG電路預(yù)處理器的有效聯(lián)系，這樣還能實(shí)現(xiàn)進(jìn)行內(nèi)核邏輯電路和芯片引腳的有效隔離，通過(guò)相關(guān)的邊界掃描單位構(gòu)成邊界掃描寄存器BSR，其則是在進(jìn)行此接口測(cè)試中為有效，而在進(jìn)行處理器內(nèi)核正常工作情況下則失去效果。

3軟件設(shè)計(jì)

在進(jìn)行系統(tǒng)選擇方面，這里選擇Android操作系統(tǒng)的智能手機(jī)為終端平臺(tái)，并進(jìn)行相關(guān)的開(kāi)發(fā)工作。其中，初始化服務(wù)工作則是在上電情況下自動(dòng)執(zhí)行工作，能實(shí)現(xiàn)板級(jí)、CPU的初始化工作。

在完成初始化后，則EEP-ROM中的數(shù)據(jù)來(lái)通過(guò)CPU主控模塊進(jìn)行讀取，從而有效確定相應(yīng)的執(zhí)行動(dòng)作。這些動(dòng)作指令情況則是借助于WIFI模塊，能有效連接至無(wú)線路由器以保障獲得有效的IP地址分配，在此基礎(chǔ)上，CPU主控模塊則對(duì)手機(jī)端數(shù)據(jù)包的收取情況進(jìn)行檢測(cè)，如果收到數(shù)據(jù)包基礎(chǔ)上，就將前燈狀態(tài)發(fā)送給手機(jī)，并能根據(jù)實(shí)際需求來(lái)進(jìn)行執(zhí)行開(kāi)關(guān)動(dòng)作以及設(shè)置開(kāi)關(guān)定時(shí)，這樣有效應(yīng)答數(shù)據(jù)包。如果定時(shí)到的情況下，則要求執(zhí)行定時(shí)動(dòng)作。當(dāng)沒(méi)有數(shù)據(jù)包情況下，轉(zhuǎn)向?qū)τ诳煽毓栝_(kāi)關(guān)定時(shí)是否到進(jìn)行查看，并能繼續(xù)判斷是否受到手機(jī)端數(shù)據(jù)，指導(dǎo)存在開(kāi)關(guān)動(dòng)作為止。

另外，按鍵也能具備進(jìn)行控制燈的開(kāi)關(guān)要求，這樣就以為著具有比較高級(jí)別的中斷優(yōu)先，從而保障能實(shí)現(xiàn)直接化驅(qū)使CPU主控模塊，通過(guò)相關(guān)的命令發(fā)送來(lái)進(jìn)行可控硅開(kāi)關(guān)的操作，同時(shí)，按照WIFI配置來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作。

4 結(jié)語(yǔ)

從實(shí)際的調(diào)試結(jié)果可以看出，本智能家居系統(tǒng)具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，能滿足在五十米范圍內(nèi)的操作要求，從而有效控制燈泡的點(diǎn)亮以及關(guān)閉。用戶也能具備直接對(duì)于智能開(kāi)關(guān)的操作，滿足燈泡的開(kāi)啟和關(guān)系。借助于安卓手機(jī)的控制，能實(shí)現(xiàn)智能化控制家居中智能設(shè)備，還能顯示其相應(yīng)的狀態(tài)。通過(guò)分析基于Android和WIFI通信的智能家居系統(tǒng)，能具有一定的智能功能，體現(xiàn)出滿足實(shí)際需求的良好的移植性、可擴(kuò)展性，能有效控制家用設(shè)備，值得進(jìn)一步推廣應(yīng)用。在今后的信息化技術(shù)的快速發(fā)展的背景下，可以逐步深入探討對(duì)家用設(shè)備更遠(yuǎn)距離的控制，以便實(shí)現(xiàn)更加舒適的家居生活。

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（曲阜師范大學(xué)）