面向手機(jī)控制的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

王慶江

摘 要：智能家居系統(tǒng)的控制器采用的是ARM11技術(shù)，前臺(tái)的客戶端程序采用的是手機(jī)藍(lán)牙技術(shù)，通過(guò)對(duì)后臺(tái)服務(wù)以及控制器之間的搭建，集合智能家居體系和藍(lán)牙手機(jī)等，以達(dá)到手機(jī)藍(lán)牙遠(yuǎn)程通訊的目的。通過(guò)對(duì)該項(xiàng)系統(tǒng)的試驗(yàn)分析，我們可以發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)能夠達(dá)到設(shè)計(jì)的初衷，使智能家電能夠通過(guò)手機(jī)進(jìn)行控制。

關(guān)鍵詞：手機(jī)控制；藍(lán)牙；智能家居系統(tǒng)；服務(wù)器

中圖分類號(hào)：TP273+.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.10.031

手機(jī)藍(lán)牙可以支持10 m內(nèi)的短距離無(wú)線通信，這種技術(shù)主要是采用分散式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、快跳頻以及短包技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，它能夠進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)以及點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的無(wú)線通信。本次對(duì)手機(jī)控制智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究就是利用手機(jī)的藍(lán)牙技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)嵌入式的家電控制系統(tǒng)，成本較低、操作簡(jiǎn)單且有很強(qiáng)的實(shí)用性，能夠面向社會(huì)進(jìn)行推廣。目前，手機(jī)基本上都帶有藍(lán)牙功能，能夠結(jié)合帶藍(lán)牙模塊的系統(tǒng)，使手機(jī)具有無(wú)線控制的功能，與智能家電的遙控器整合在一起。

1 智能操作系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)分析

1.1 藍(lán)牙通訊協(xié)議

藍(lán)牙通訊協(xié)議由兩部分組成，即藍(lán)牙主機(jī)和藍(lán)牙模塊。藍(lán)牙主機(jī)主要包括HCI層和HCI層以上的協(xié)議，其實(shí)現(xiàn)的形式是軟件，能夠運(yùn)行各種應(yīng)用程序，包括服務(wù)程序，且它們都是以藍(lán)牙耳機(jī)的協(xié)議層來(lái)實(shí)現(xiàn)的；藍(lán)牙模塊主要是HCI層以下的協(xié)議，主要是對(duì)主機(jī)的信息進(jìn)行傳遞，靠硬件中的固件來(lái)實(shí)現(xiàn)。

藍(lán)牙技術(shù)的系統(tǒng)由三部分組成，即底層的硬件模塊、中間的協(xié)議層和高層應(yīng)用。藍(lán)牙技術(shù)系統(tǒng)最關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)是中間協(xié)議層。本次研究的控制系統(tǒng)應(yīng)用的原理就是藍(lán)牙技術(shù)的中間協(xié)議層的無(wú)線API。

藍(lán)牙的中間協(xié)議層由硬件和軟件兩部分組成，分別由不同的設(shè)備和軟件來(lái)為它們功能的實(shí)現(xiàn)提供支持。

1.2 CGI技術(shù)的使用

CGI技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)eb環(huán)境下的客戶端信息傳遞給Web服務(wù)器，然后 Web服務(wù)器將相關(guān)信息存入到環(huán)境變量，接著啟動(dòng)指定CGI腳本來(lái)完成那些指定工作。CGI腳本的運(yùn)行需要從環(huán)境中獲得相關(guān)的信息才能啟動(dòng)，其執(zhí)行的結(jié)果需要通過(guò)HTML的格式輸出，傳輸?shù)綖g覽器端。CGI技術(shù)能夠增強(qiáng)瀏覽器與服務(wù)器的交互性，主要是由于用戶傳遞給CGI腳本的參數(shù)都是不同的。CGI技術(shù)應(yīng)用到智能家電的控制系統(tǒng)中能夠通過(guò)客戶端的網(wǎng)頁(yè)來(lái)控制攝像頭轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。

1.3 Web技術(shù)的使用

Web技術(shù)能夠完成以下三種功能的指令：①發(fā)布動(dòng)態(tài)與靜態(tài)的網(wǎng)頁(yè)信息；②能夠?yàn)槠渌O(shè)備提供接口來(lái)檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備；③通過(guò)接口的連接實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制。BOA服務(wù)器屬于

Web服務(wù)器的一種，它非常小巧但高效，能夠支持CGI技術(shù)的運(yùn)行，可以應(yīng)用到嵌入式的系統(tǒng)當(dāng)中，是一個(gè)單任務(wù)http服務(wù)器；能夠接受、分析、響應(yīng)客戶端請(qǐng)求，并將請(qǐng)求的結(jié)果返回到客戶端。BOA服務(wù)器在智能家電控制系統(tǒng)中屬于底層服務(wù)器，其主要目的是將攝像頭拍攝的圖片信息傳遞到PC端。其傳遞的過(guò)程為：①完成初始化工作，比如建立環(huán)境的變量、綁定端口、偵聽并進(jìn)入到循環(huán)結(jié)構(gòu)等，還包括等待接受客戶端的連接請(qǐng)求；②客戶端發(fā)出連接請(qǐng)求時(shí)，Web服務(wù)器就要接受客戶端的請(qǐng)求，然后將這些請(qǐng)求信息保存起來(lái)；③在接收到連接請(qǐng)求后，接下來(lái)就是分析這些請(qǐng)求信息，同時(shí)解析請(qǐng)求的URL目標(biāo)、方法以及表單信息等一系列內(nèi)容，同時(shí)還要根據(jù)這些信息迅速做出處理反應(yīng)；④在Web服務(wù)器將連接請(qǐng)求做出處理后，要將相關(guān)的信息發(fā)送到客戶端瀏覽器上，同時(shí)關(guān)閉TCP的連接。

2 智能家電控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)說(shuō)明

應(yīng)用嵌入式的智能家電控制系統(tǒng)的意義主要有：①將智能手機(jī)客戶端作為智能家電的遙控器，整合了智能家電與手機(jī)。現(xiàn)在的智能手機(jī)程序移植非常方便，手機(jī)基本上都可以運(yùn)行該程序，且目前的手機(jī)技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)速度非常快。②藍(lán)牙技術(shù)的通信采用的是藍(lán)牙地址，而不是IP網(wǎng)絡(luò)地址，這也就大大節(jié)約了即時(shí)通訊產(chǎn)生的費(fèi)用，并且通信效率也要高出即時(shí)通訊很多。③藍(lán)牙技術(shù)數(shù)據(jù)傳輸效率高、能耗低，并且體積小、成本低，芯片的使用壽命較長(zhǎng)，因此采用藍(lán)牙技術(shù)有很強(qiáng)的實(shí)用性。

手機(jī)控制的智能家居系統(tǒng)主要是由上位機(jī)和下位機(jī)兩部分組成，上位機(jī)建立在手機(jī)藍(lán)牙平臺(tái)控制之上，下位機(jī)則是ARM11的后臺(tái)服務(wù)器。手機(jī)藍(lán)牙能夠與ARM11服務(wù)器進(jìn)行連接，并且將控制命令發(fā)送到服務(wù)器，然后控制客戶端。試驗(yàn)的系統(tǒng)平臺(tái)是J2ME技術(shù)，利用藍(lán)牙L2CAP協(xié)議與無(wú)線通信API來(lái)實(shí)現(xiàn)。下位機(jī)采用的是手機(jī)藍(lán)牙地址連接的技術(shù)，只需要搜索藍(lán)牙地址就能進(jìn)行匹配連接。下位機(jī)能夠有效將藍(lán)牙的無(wú)線通信技術(shù)與后臺(tái)控制連接在一起，實(shí)現(xiàn)了同客戶端的互傳數(shù)據(jù)及通訊，并能夠檢測(cè)系統(tǒng)中不同的傳感器，使家電家居進(jìn)入智能化時(shí)代。 2.2 智能家居控制系統(tǒng)功能介紹

智能家居控制系統(tǒng)主要有以下幾個(gè)功能：①J2ME控制功能。首先能夠與服務(wù)器進(jìn)行初始化連接，進(jìn)入到控制程序中，然后通過(guò)藍(lán)牙通信控制家電；其次，它能夠接收到家電傳遞的信息，了解房屋的濕度和溫度等信息。②室內(nèi)智能監(jiān)控。視頻監(jiān)控的智能控制主要是利用CGI技術(shù)為支持，通過(guò)ARM11來(lái)建立Web服務(wù)器，采用藍(lán)牙和HTML來(lái)對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行智能控制。我們需要在監(jiān)控?cái)z像頭下方安裝步進(jìn)電機(jī)，然后采用藍(lán)牙和網(wǎng)線分布發(fā)送指令來(lái)控制攝像頭的轉(zhuǎn)動(dòng)，最后采用HTML來(lái)設(shè)計(jì)網(wǎng)頁(yè)，并在這個(gè)網(wǎng)頁(yè)上添加不同的控制按鈕來(lái)調(diào)節(jié)攝像頭的角度。③門禁視頻監(jiān)控。門禁智能監(jiān)控是建立在ARM1的基礎(chǔ)上，用來(lái)運(yùn)行攝像頭，然后利用手機(jī)藍(lán)牙發(fā)送遠(yuǎn)程命令來(lái)對(duì)其進(jìn)行控制。④傳感器的應(yīng)用。智能家居的系統(tǒng)中，傳感器占有很大的比例，它能夠?qū)Ψ块g內(nèi)的信息進(jìn)行全方位的監(jiān)控，也需要我們布置大量不同的傳感器，比如紅外傳感器、溫度濕度傳感器、防盜傳感器和聲控傳感器等。各種傳感器的功能如表1所示。

3 智能家居控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

3.1 實(shí)現(xiàn)上位機(jī)的功能控制

上位機(jī)功能的實(shí)現(xiàn)主要是利用J2ME進(jìn)行的，基本行為包括初始化功能、尋找藍(lán)牙設(shè)備、藍(lán)牙服務(wù)、連接藍(lán)牙設(shè)備、控制命令的發(fā)送以及傳輸服務(wù)器的數(shù)據(jù)。上位機(jī)功能與服務(wù)器之間的無(wú)線通信實(shí)現(xiàn)了其功能，包括發(fā)送、接受控制的命令。主要工作流程是：?jiǎn)?dòng)上位機(jī)的程序，然后通過(guò)密碼來(lái)識(shí)別身份，輸入正確的密碼才能與藍(lán)牙服務(wù)器進(jìn)行連接，連接成功后，才能將命令發(fā)送到藍(lán)牙服務(wù)器上，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制。

3.2 實(shí)現(xiàn)下位機(jī)的功能控制

下位機(jī)通過(guò)在ARM11上建立藍(lán)牙服務(wù)器，通過(guò)無(wú)線通信與客戶端進(jìn)行連接，然后控制家電家居。下位機(jī)的實(shí)現(xiàn)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①ARM11的開發(fā)環(huán)境。該系統(tǒng)是在藍(lán)牙技術(shù)的基礎(chǔ)上建立的，必須要在UP-CUP6410上搭建藍(lán)牙服務(wù)器，先編寫ARM11的內(nèi)核，然后配置根文件系統(tǒng)中添加一個(gè)藍(lán)牙驅(qū)動(dòng)，這主要是為搭建一個(gè)藍(lán)牙服務(wù)的后臺(tái)運(yùn)行環(huán)境。②Web服務(wù)器和視頻服務(wù)器的運(yùn)行配置。本次試驗(yàn)采用的是BOA服務(wù)器，它能夠?yàn)樗{(lán)牙的視頻發(fā)生和CGI控制提供必要的幫助。視頻服務(wù)器則采用的是spcaview模塊，能夠?yàn)閿z像頭的視頻采集提供一個(gè)穩(wěn)定的后臺(tái)運(yùn)行環(huán)境。③步進(jìn)電機(jī)的采用實(shí)現(xiàn)了控制攝像頭的轉(zhuǎn)動(dòng)。我們?cè)谟?jì)算機(jī)上建立一個(gè)CGI客戶端，在ARM11上建立Web服務(wù)器，然后利用HTML來(lái)驅(qū)動(dòng)CGI腳本，實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制。

在系統(tǒng)應(yīng)用中，我們也發(fā)現(xiàn)，在多種藍(lán)牙服務(wù)的干擾下，客戶端在藍(lán)牙搜索時(shí)會(huì)出現(xiàn)一定的演示，并且每次進(jìn)行藍(lán)牙連接時(shí)，僅僅只有一個(gè)客戶端能夠成功連接服務(wù)器，保證了系統(tǒng)通信的安全與可靠。

4 結(jié)束語(yǔ)

手機(jī)控制智能家居的系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單、安全可靠，且成本較低，在科技技術(shù)快速發(fā)展的今天，已經(jīng)不存在技術(shù)上的問(wèn)題。在以后的應(yīng)用中，我們也可以不斷對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，進(jìn)而改善我們的生活。

參考文獻(xiàn)

[1]陳凱，秦實(shí)宏，王敏，等.基于GSM模塊TC35I的收發(fā)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].武漢工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，33（1）：91-95.

[2]陳良銀.C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2006.

[3]俞國(guó)紅.BlueIM：基于藍(lán)牙的手機(jī)即時(shí)通信軟件[J].計(jì)算機(jī)工程，2009，35（17）：258-261.

〔編輯：王霞〕