近几年随着移动互联网的发展和移动智能终端进一步的普及,智能家庭系统作为物联网的一个重要组成部分已经得到越来越多的重视。智能家庭系统的完善和发展对于普通用户享受智能设备和移动互联网带来的便捷生活意义重大。同时它也是物联网的重要组成部分,是用户感受和接触最为直接和便利的一环。
Zig Bee技术是一种短距离的无线通信技术。Zig Bee技术有着低功耗、低成本、高容量、自组织等特性,因而采用其作为智能家庭系统的通信技术。
Zig Bee技术的组网方式是由网络中的Zig Bee协调器初始化网络,各个Zig Bee节点发出入网请求,随后每个节点被分配一个入网号,再进行设备的连接。
Android中文称为“安卓”,是Google公司开发的一个基于Linux平台的开源手机操作系统。Android系统由于其开源的特性从2007年发布以来已经成为智能移动终端使用量最大的操作系统。
Android系统采用分层的系统架构,主要分为应用程序层、应用程序框架层、系统运行库层和Linux内核层。Android系统的优势非常突出,主要有:
1)开放性。Android平台的开放性是其相较于IOS等平台最为显著的一个优势。
2)硬件丰富。众多硬件厂商不断推出针对各类型用户以及各种应用场景的硬件设备,比较起IOS平台屈指可数的设备优势明显。
3)无界性。Android平台开发的应用程序可以通过标准的API接口访问智能设备的核心功能。对于智能家庭系统的开发,使用Android平台可以方便的访问和使用智能设备的各项功能,这为系统的实现提供了可能。
智能家庭系统主要是给家庭用户构建一个更加智能、更加便捷和更加丰富的家居生活环境。其主要通过各类型的传感器采集家居环境数据,用户通过智能移动设备随时随地的监测家居状态,控制家庭里的各类型生活设备。本智能家庭系统的总体设计如下:
1)智能家庭客户端。智能家庭客户端是用户使用智能家庭系统的入口。通过客户端用户可以实时的查看家居环境的状态,例如室内的温度、湿度等数据,另一方面通过客户端用户可以控制系统中的智能设备,例如开关智能台灯等。客户端利用Android平台开发,该智能家庭系统APP支持Android系统的手机和平板电脑,用户使用该APP可以通过3G或者Wi Fi接入系统实现设计功能的使用。
2)智能网关。智能家庭系统中的各个智能终端节点是通过Zig Bee网络与智能网关连接,一方面各个智能传感器终端将采集的数据上传给智能网关,由网关统一协调管理;另一方面网关负责协调各个Zig Bee终端实现网络构建,而且还负责将服务器传来的各项控制指令下达给各个终端实现相应的控制功能。
3)web服务器。Web服务器位于用户控制端与智能网关之间,负责接收由用户客户端传来的各项请求,再将这些请求传递给智能网关。Web服务器还有一个重要功能就是提供智能家庭系统中各类型数据的存储功能。本系统中的web服务器搭建主要是采用Linux系统安装配置Tomcat服务器和Mysql数据库,而最后返回给Android客户端的查询数据结果封装成JSON数据。
客户端的软件设计主要是基于Android系统开发,目的是使用户可以使用Android设备接入智能家居系统,满足用户监控系统状态和控制各个智能终端的目的。
客户端针对用户需求和智能终端类型主要分为下面几个模块:
1)温度和湿度模块。温度和湿度模块主要是利用温度和湿度传感器采集室内温度和湿度,利用Zig Bee网络将相应数据传输给服务器,再经由服务器将数据传递给移动控制端。用户利用移动设备可以通过智能家庭系统APP来查看室内的温度和湿度信息。该模块界面包含的控件较少,主要是两个Text View控件用于显示采集到的具体温度和湿度数据。
2)智能照明模块。智能照明模块的主要功能是可以通过智能家庭系统APP来控制室内照明灯的开关。界面设计主要是通过“开灯”“关灯”两个按钮实现用户控制,利用电灯图标的状态变化给用户实时状态的显示。当用户点击“开灯”按钮后,系统照明灯打开,同时界面显示为电灯泡点亮的效果图片,相反如果点击“关灯”按钮,则照明灯关闭,显示电灯泡不发光的效果图片。
3)烟雾检测模块。烟雾检查模块的主要功能是利用气体传感器检查室内的有害气体,当监测值达到或超过设定的参数值时,向用户的移动端设备发出报警信息。同时用户也可以利用智能家庭系统APP查看实时的有害气体监测信息,及时掌握室内的安全状况。
4)窗帘控制模块。窗帘控制模块主要是利用客户端实现对电动窗帘的控制。窗帘的开关主要是利用电动装置实现,客户端APP界面设置两个按钮控件分别是“打开窗帘”和“关闭窗帘”。当用户点击“打开窗帘”按钮后,系统控制窗帘电动装置开启,随后打开窗帘,关闭窗帘功能与之类似。
由于本系统的客户端设计是基于Android平台,所以客户端与服务器的通信主要利用Android平台的Socket通信方式。
Android客户端和服务器之间的通信方式主要有Http通信和Socket通信两种。其中Http连接主要的方式是当客户端向服务器发出请求时服务器端才能向其返回数据。而与之不同的Socket通信是在客户端和服务器建立连接后可以直接进行数据传输,不需要像Http方式还必须要等待客户端向服务器发出请求。Socket方式相对而言更加方便而且数据丢失率较低,使用更简单。
智能家庭系统在我国社会经济水平不断提高,人们越来越追求舒适生活的大环境下有非常广阔的应用前景。本系统设计的功能模块可以满足一般家庭用户的基本需求,采用了Android平台这个现在在移动智能设备市场占据70%以上份额的平台,对本系统的安装部署提供了较为方便的平台环境。随着我国物联网技术的发展和普及,智能家庭系统也会越来越成熟,在不久的将来为更多的家庭用户服务。
摘要：随着物联网的发展,基于无线互联网的智能家居系统越来越受到业界的关注。本文研究了用于智能家庭系统的ZigBee通信技术,阐述了系统的硬件组成,以及设计基于Android系统的智能家庭客户端APP。该客户端具备通过移动互联网远程控制智能家庭系统各模块功能及监测传感器数据的能力。
关键词：移动互联网,ZigBee,安卓,智能家庭
[1] 郭水林,王瑞.基于Zig Bee和Android的智能家居系统设计[J].电信快报,2015(5).
[2] 赵丽.基于Zig Bee技术的智能家居系统研究与设计[D].南京邮电大学,2011.
[3] 周怡頲,凌志浩,吴勤勤.Zig Bee无线通信技术及其应用探讨[J].自动化仪表,2005,26(6).
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