王菲露 袁壮 闵祥辉 李晨 权宇

摘要：针对不同家庭内部的应用环境，基于Android技术提出并设计了一种低功耗且易移植的智能家居控制系统。利用Android提供的语言、图像、系统主题等资源通过WiFi通信建立智能家居控制终端软件，并利用STM32数字电路频率高且模拟电路敏感度强的特点建立闭环控制系统，使软件客户端既可以手动远程调节家用设备，也能够通过主控系统实现对各种参数阈值的判断并进行自动调节。根据人机工程学原理结合不同用户的个性化需求，将安全、电器控制、场景联动、家居互联等与家庭生活相关的各个子系统有机地结合在一起，实现了家用电器的本地控制和远程控制相结合。该智能控制系统硬件设备简单、成本较低、易于移植和扩展，既适用于家庭用户，也可拓展学校等领域的智能控制系统，应用面广。

关键词：Android;WiFi;物联网;远程控制;自动化控制

中图分类号：TP23     文献标识码： A

文章编号：1009-3044（2021）02-0012-02

Abstract： Aiming at the application environment in different families， a kind of intelligent home control system with low power consumption and easy migration is proposed and designed based on Android technology. Using Android provides language， image， system of subject resources such as WiFi communication to build smart home control terminal software， and use the STM32 high frequency digital circuit and analog circuit sensitivity is strong to establish the characteristics of closed loop control system， the software client can be either manual remote control of household equipment， also can be implemented through the main control system for various parameters threshold judgment and automatic adjustment. According to the principle of ergonomics and the personalized needs of different users， each subsystem related to family life， such as safety， electrical control， scene linkage and home interconnection， is organically combined together to realize the combination of local control and remote control of household appliances. The intelligent control system hardware equipment is simple， low cost， easy to transplant and expand， not only suitable for home users， but also can be extended to schools and other fields of intelligent control system， wide application.

Key words：Android;WiFi;the internet of things;the remote control;automatic control

如今大多數人把手机作为接入互联网的首选设备，因此本系统选择手机作为智能处理终端。研究公司Gartner近日的一项调查显示，全球2019出售的智能手机中，搭载Android系统的智能手机市场占有率高达85.9%，因此拥有庞大市场占有率的Android系统是个不可替代的开发系统[3]。通信传输协议方面，Android对UDP和TCP协议都有很好的支持。TCP相对于UDP具有面向连接、可靠性高、测量精准等优势，但是传输速率较慢、要求资源较多。综合考虑后，本智能检控系统选择可靠性较强的TCP协议进行开发研究。本系统的开发为同类项目的研发提供了良好的技术积累、提高其便捷性和可移植性。

由于实际生活中常用电器设备的不统一性，往往需要进行技术优化才能适应现代化物联网的需求。而通过无线网络把常用家电连接在一起，则无须重新布线，且具有传输速度快、功耗低、便于安装和维修等优点。通过标识IP地址和端口号，主控制器可以与其他子设备之间自动建立连接，方便自动查询设备身份和获取服务信息。因此，本文在建立WiFi通信基础上，提出基于Android设计开发的智能检控系统具有良好技术优势和应用价值。

1 系统总体方案设计

总体方案设计如图1所示，主控中心一方面通过WiFi网络与手机或其他移动客户端进行数据通信，另一方面通过布线网络对智能检控系统模块进行电气控制和环境数据采集。依照国际标准对煤气泄漏、PM2.5超标、火情的发生等情况进行检测并对危险情况进行报警，提醒用户做出处理。用户也可以通过App的客户端来选择自动调节和手动调节两种模式。手动模式下，用户可基于终端软件控制App客户端实现远程调节电器的功能;自动模式下，用户只需提前设置好相应参数的阈值，主控中心会依据现场情况和预设方案自动对超出阈值的参数做出相应反馈并进行处理。

2 系统设计与实现

2.1 技术路线

本智能检控系统的主控中心是整个系统的总控制器。由于STM32F4片内各种接口资源丰富，指令功能强大。且其具有数字电路频率高、模拟电路的敏感度强、有效抗干扰能力强等优点，所以本系统采用STM32F4微控制器。通过主控中心上的人机交互控制界面，实现对家庭常用设备的智能化调节和检控。同时，根据不同环境的操作特性设置对应的智能化传感器如温度传感器、烟雾传感器、光强度传感器等，这些传感器及其特定电路模块构成子控制器模块系统并通过WiFi模块相互连接。

主控中心是智能检控系统的核心。 相关软件设计主要包括： 网络控制协议、WiFi模块间通信协议和基于WiFi模块的家庭电器调节控制程序设计。采用WiFi模块设计各种传感器驱动器，控制终端软件客户端与WiFi模块串行通信的程序设计，控制接口程序设计，主控中心的历史信息存储结构设计。本系统实现了对设备运行状态信息的实时采集和详细分析。如果出现异常状态，则将状态信息和异常分析结果实时反馈到控制中心，并报警提醒用户，大大提高了家用设备的安全性、增强了人机交互体验感，提升了智能系统的使用效率。系统设计框图如图2所示。

3 终端软件的设计

3.1 界面设计

客户端可实时同步显示传感器采集到的室内传感器所测得的各项数据。在各项数据的具体显示页面，都设置有不同控制功能的操作按钮，可以对相应的智能设备进行实时调节与控制。当系统判断环境参数临近或达到危险临界值的时候，会把显示界面替换成醒目的背景颜色，加深字体颜色等以提醒用户潜在危险情况的发生。

3.2 功能设计

在Android客户端，主要负责的功能包括：接收来自主板的数据、对数据进行处理、显示数据、实时提醒用户、保存以往数据。接收数据时，对数据进行简单的判断;获取数据后对获取的多组同一连续时间段的数据进行对比检测，舍弃明显与实际情况不符合的信息，并分析造成错误数据的具体原因。在判断完数据的正确性后，将数据与用户设定的阈值进行比对，并将正确数据显示在应用首页。对比结果以不同颜色的背景变化、字体变化等形式体现在首页上，若采集到的参数超过用户设定的阈值，则需要向操作系统发布Broadcast，以便让用户切换到其他应用或者在未解锁应用的时候获取实时消息。为了很好地实现上述功能，我们在系统中设置了注册服务，使应用可以随时检測并记录数据，并将数据保存在本地，以便日后随时访问与监控。

移动端设备建立Socket通信获取数据时，利用已知的IP地址及相应的端口号即可使用套接字通讯对检测到的参数进行更新，此时Android客户端程序会调用Socket（）建立套接字与硬件的服务器端进行套接字通讯，并分别通过accept（）、connect（）建立连接进行数据交换，最后通过close（）关闭套接字并将获取的数据通过更新UI的方式显示出来，从而完成一次数据更新。功能设计流程图如图3所示。

Android中不允许在子线程中进行UI的更新等操作，但在主线程直接进行UI操作又会造成阻塞，会使App产生运行卡顿的效果。而利用runOnUiThread（）方法将当前线程切换到主线程，在此方法中执行UI更新操作、对采集到的正确数据进行修正并转化成国际单位进行显示。同时可以及时对UI进行更新来达到多次采集数据并依次显示的效果。

4 系统结果和性能分析

通过一系列反复实验与测试，如标准的预期性能指标测试、单一功能加压测试、复杂场景测试等，本系统在硬件设计和终端软件开发符合预期要求，能够较好地满足用户对常用家电设备的实时智能管控。基于Android的智能检控系统可以很好地应用于日常家居环境。也可根据应用子系统的具体情况进行增减，或者选择不同级别灵敏度的传感器和反馈端的设施，以达到低成本、高性价比的实用目的。通过对数据传输字节的限制，软件终端能精确地执行用户的远程指令，同时由于我们选取的是168MHz高主频的STM32F4作为主控，所以对阈值的判断速度极快，能在完全确保用户安全的基础上实现用户的个性化需求。

5 结束语

实现了基于Android的智能检控系统的开发，扩展了智能检控系统的软硬件使用范围，满足了用户对智能家居的多样化需求。结合软件工程理论，对系统进行需求分析，根据需求层次，本系统充分考虑用户的体验和使用环境，提供手动和自动模式的自由选择，大大提高了用户的临场感和人机交互体验。本系统将Android技术融入闭环控制系统应用中，充分利用智能传感器功能，实现对多样化的家电设备的实时调节和控制。经反复测试，本系统功能可靠稳定，性价比高，满足用户需求，大大提高了智能家居系统的应用质量。

参考文献：

[1] 路冉.基于Android的车辆监控系统的设计与实现[D].哈尔滨：黑龙江大学，2019.

[2] 任克强， 王传强. 基于物联网的室内数据采集监控系统[J]. 液晶与显示， 2020， 35（2）：136-142.

[3] 阮星，蔡闯华.一个基于ZigBee协议的智能照明应用实例的实现[J].赤峰学院学报（自然科学版），2011，27（8）：38-40.

[4] 吕红海.基于Android的智能家居无线控制系统的设计与实现[D].成都：电子科技大学，2012.

[5] 李涛.基于Android的智能家居APP的设计与实现[D].苏州：苏州大学，2014.

[6] 卞竹江.基于Android系统的移动办公系统的开发[D].西安：西安电子科技大学，2011.

[7] 王朝华.基于Android的智能家居系统的研究与实现[D].广州：广东工业大学，2012.

[8] 李凯丽.基于蓝牙技术的温湿度遥控测试仪设计[J] .电子技术与软件工程，2016（19）51-52.

[9] 王瑞娜.基于Android的智能家居系统的设计与实现[J].河北北方学院学报（自然科学版），2016，32（11）：8-13.

[10] 宋伟强.基于Android的移动巡检系统开发[J].硅谷，2013（7）：49-50.

【通联编辑：梁书】