基于Android的智能家居监控系统的设计与实现

文章编号！007-757X(2019)04-0141-03

技术交流

徽型电胎％用

2019年第35 )

第

4期

基于

Android的智能家居监控系统的设计与实现

平衡

(烟台汽车工程职业学院信息与控制工程系，烟台265500)

摘要：随着人工智能等技术的快速发展，逐渐在日常家居中得到应用。为满足人们对智能家居的需求，对嵌入式智能家居 控制系统进行设计，采用ZigBee技术进行家庭内部控制子网的组建，完成了家居控制系统总体架构的构建。依据AndoLd平 台采用C 〇 r t e x- A 8处理器完成监控终端的开发，并对系统软件进行设计以保证控制系统的实现，检测结果表明该系统能够对 日常家居进行智能控制，成本低、稳定性高且扩展性好。关键词：智能家居；嵌入式；控制系统；实现路X 中图分类号：TP273.5

文献标志码：A

Design and Implementation of Smart Home Monitoring

System Based on Android

PING Heng

(Department of Information and Control Engineering，Yantai Automobile Engineering Professional College，Yantai 265500)

Abstract

： The artificial intelligence is with rapid development，and it is gradually used in daily life. In order to meet the needs

of people for smart home，this paper mainly designs an embedded smart home control system，uses ZigBee technology to com­plete the establishment of the family internal control subnet，and completes the total home control system. Based on Andorid platform，Cortex-A8processor is used to complete the development designed to ensure

the

implementationof the

ofmonitoring

terminal，and

the that

control system. The test results show

softwa

thesys

control of dailyhousehold，and iswith lowcost，high stability andgood expansibility.

Keywords

: Smart home; Embedded system; Control system; Implementationpath

0引言

作为计算机技术的配套技术，嵌入式技术发展较为成

熟，逐渐在各领域得以广泛应用，为满足人们对高品质生活 的追求，智能安全的家居环境成为研究的热点，智能家居综 合运用网络通信、自动控制、音视频及布线等技术，将家居生 活中的设备组建成家居管理系统，从而对其进行有效的智能 化和个性化管理。智能家居领域目前虽处于发展阶段，结合 绿色节能建筑、环保建筑等发展理念，有着广泛的市场需求， 研究智能家居系统具有重要应用价值（）。

图1

1

系统总体设计

系统以Andod作为为平台，具备低成本、易扩展等优 势，相比基于无线智能家居等控制系统，其更适合居民家庭 应用，能够较好的实现智能家居远程控制功能，实现家庭设 备内网的组建，家居设备的运行状态能够在客户端界面上实 时显示，通过控制终端App即可对智能家居控制系统的各 项参数根据实际情况进行设置，开源SQLke数据库的应用 提升了数据存储及维护能力，内网与的信息交互实现了 远程 制

安 功 。

系统总体架构如图1所示。

系统总体架构

为有效连接家居生活中的设备实现智能控制，首先需完 成无线传感网络WSN的组建，具体可通过ZgBee技术实现 环境中相关模块同网络的连接，再使用传感器实时采集家庭 各类设备的状态数据（包括探测器、报警按钮等$如室内环 境可使用烟雾传感器、温湿度传感器等完成检测，用红外人 体感应器进行防盗等。按照Zstack协议栈将采集的数据信 息传递给Cortex-A8处理器，完成不同网络间协议的转换，

终

理

ZigBee

! 通

控制继电器实现对各终端节点的运作的有效控制（包括开关 通断或声光报警等$利用网络连接实现家电、智能安防的远

作者简介：平衡#981-)，女，汉，辽宁省海城市，讲师，硕士，研究方向：物联网技术应用。

-141 -

Microcomputer Applications Vol. 35, No. 4,2019

程控制[2)。2

系统硬件设计

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2.1主控制板设计

本系统主要在Android操作系统上运行，内置高性能图 形引擎，以提供流畅的图形加速功能，选用S5PV210开发板 作为主控制板，Cortex-A8处理器内核，配置512 MB的 RAM内存，容量为2GB的MLCFlash，网络连接通过外接 自适应以太网RJ45接口一个（10/100 M)实现，USB接口、 RS485总线接口、CAN总线接口各1个，主控板硬件结构如 图2所示=3)。

图3协调器软件流程

3.2 终

采集

图2

2.2 ZigBee模块设计

本文所设计的家居智能控制系统采用标准的增强型 8051 CPU，ZigBee无线通信主芯片选用了 CC2530芯片（TI 公司推出），该芯片拥有丰富的外接端口，满足不同环境下系 统的低功耗需求，在多种模式下皆可运行，终端节点信息的 采集主要由ZigBee网关模块负责完成，智能终端系统通过 串口实时接收采集到的信息，将水浸传感器配置在其他Zig­Bee 节点模 块中以 确保厨 卫设施 发生漏 水时及 时上报 系统， 烟雾探测器对室内烟雾情况进行监测，系统根据温湿度传感 器对室内温湿度的测量结果进行智能，人体红外探测器 用于安全防护。3

系统软件设计

智能家居的家庭子网的组建采用了星状网络拓扑结构， 采用Z-Stack协议栈，开发I：EE802. 15. 4等技术的基础平 台（TI公司推出），由OSAL层、MAC层、HAL层、App层等 组成其软件目录，各层信息的传递通过API接口函数实现。 3.1 ZigBee协调器节点软件设计

器软件 程 如

3 所 。

模块上电后需先进行初始化，完成信道扫描后向系统发 送入网请求，系统会为其分配相应的网络地址，接下来网络 信息的侦听由终端节点负责，若判断接收到的网络数据为用

制 指 !

据实 需 要 传感 器

用 实

制 操

作的及时执行，若判断结果为查询信息，则通过ZigBee网络 将查询到的传感器节点数据发送至协调器节点（）。3.3客户端软件设计

(1) Android终端软件设计

该部分软件主要由主页面、信息查询页面、及网络摄像 头控制页面三部分构成，根据实际需要可对具体功能（包括 灯光控制、温湿度及电表查询等)进行添加，智能家居控制系 统登录后界面如图5所示。

-142 -

软件设计数据

上 传 、 询 !终

、 用

制 指4 所 。

软件 程 如

主控板硬件结构

由 终

图4终端节点流程图

作为无线通信网络的核心，网络组建、参数设定、信息管 理 皆 由

器

!系 需

Z-Stack

!在

完成硬件初始化后，由协调器对信道能量进行扫描，完成网 络PANID的建立，根据实际情况对网络参数进行配置，新的 子节点在加入网络前需申请，协调器监测到请求后允许其加 入，为其分配网络地址，对于传感器发送来的请求信息需进 行区分，针对不同情况（如控制命令或查询操作）系统对相应 传感器动作进行分别控制，或发送数据采集指令（）。

Microcomputer Applications Vol. 35, No. 4,2019

智能家居控制系统

2017年明15日

星

朗

六

系

统

当

前

的

使

用

者

为

：wj&

首页环境信息查闽

家庭设备控制

安防赠修改密码退出系统

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行显示，指令发送失败时会提示用户重新操作，从而实现对 设

远程 制。

气或天然气状态及是否有人进入家中等情况的

监测由安防报警模 (启用或关闭向终

取

安全状况。4

系统与测试

为检测嵌入式智能家居控制系统的有效性和稳定性，通 过在手机上安装本系 居设备同系 结果表 监 !

制 灯、空

接，实时采集室内传感器

工作状态 设 ，

安防报

，用 面

所需监测状态 载，据此用

设置家庭

报警短信功能），通过数据库中设备

欢迎进入本系统!图5家居控制系统首页

终端系统在首次登录时需根据页面提示要求将用户名 及 人

、监控IP、端口号、在输入框内输入，根据家 当前系统状态设置

，异常状况将上传送监

，将情况

用户可通过移动终

(2)环境信息监测模 家庭 服务里通 用 当 以曲 图6所示。

化情况

小

表查询、家 实现

模式，布防模

有系应

APP软件对所需检测的家

，在系 关

制!

异及

表 有

实用性（]。

L提传稳定询，

，能够对温度湿度进行实

，设备与网关服务器均实

统会对家庭各项参数进行实时采集与监控，实现用 情况的远程

用户移动终

业，做到及时报警，

制等操作，

雾状态及有人 )!通

情况会向手机终 数据 包

!

系统会及时提醒用户续缴水电费等[6]。

监测主要由该模块负责，能够对当前

关函数的调用

实现，以直观的图表形式供询

上，点击自动弹出

实

数据

^

询界面如

，在过程中为检 通信距离（指传感器与协调器

距离可达到10米以上，系统数据传输过程具有 性和可靠性，说明该系统具有 5

总结

及历史环境信息进行查询，温湿度数据的获取通过在WCF

，把鼠标放在

在当

与

询子菜单，时间和

，当

随着人工智能等技术的快速发展，逐渐在日常家居中得 以普遍应用，为满足人们

家居控制系

家居的需求，本文主要对嵌设计，利用传感器实时采集环境

询界面显示，方便用

f目息，米用ZigBee技术完成家庭内部控制子网的组建，完成

家居控制系统总体架构的构建，依据Andond 采用Cortex-A8处理器 监控终 ，并对系统软件 F

设计 常家居

制系

实 !检

表

系

日

制，成本低、稳定性高且扩展性好。

参考文献

$1% 郭福洲.嵌入式技术在智能家居控制系统中的应用

[].通讯世界，2017(22) 334-335.[2 % 宋圣涛，李仁旺，王海州，等.基于

J

EnOcean技术的工业

智能照明控制系统设计[%成组技术与生产现代化， 2016(1) (-5.

[3%肖远东，蔡声镇.基于

对于某一时间段家庭内的温湿度数据的查询在历史环

询界面

击自动

历史

直观的展示给用户。

(3)家庭设 由家庭设

制模

制及安防报警模块的实现

关

制时主要设

f息制页，通过

，通过数据库

灯、空调、冰箱等家用电器

，把鼠标放在

询

上，点

[4%

询子菜单，主要以表格的形式

J

ios平台的移动视频监控软件设

J

Jun-jie Peng， Hui He， Ping’an Zhu，et al. Zigbee- based new approach to smart home [ J%. Journal of Shanghai University ( English Edition). 2010 (1):

计[%.计算机工程，2015(2) (68-271.12-16.

[5% 薛亮，张继飞，冯鹏飞.基于

OS的智能家居安防系统

移动端设计[%.计算技术与自动化，2016(2) (9-92.[% 宁芳金.旦亮.基于

J

(包括设备ID、名称、状态等）的读取，完成家庭设 状态，用 et

用

器的控制在获取设 制

和设备ID

UCD的智能家居控制系统界面交

SmartCore智能家居新功

(收稿日期（2018. 09.28)

面的加载，已建立Socket服务器端的PC服务器端处于监听 击页面的打开、关

实现，系统通过Sock­

，界面会

功的指令进

• 143 •

互设计[%.包装工程，2016(2) (4-98.[7% 钟冠平，陈建成，林松华，等.

能及

J

EMC重复性测试[J%.电子质量，2016(9) (0-.