在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)的不斷發(fā)展背景下，先進(jìn)的移動通信設(shè)備掌控家居生活已經(jīng)成為了人們研究的重點。由于平板自身具有顯示屏幕大等優(yōu)點，用平板掌控家居，操作起來更加方便，也很適合老年人使用。而本文開發(fā)的平板App程序和對應(yīng)的硬件電路更是為智能家居提供了幫助，實現(xiàn)了通過WiFi和ZigBee技術(shù)來控制家中電燈、空調(diào)與門鎖等設(shè)備的目標(biāo)，讓家居生活充滿智能化。

　　關(guān)鍵詞：App,WiFi平板,紅外,智能家居

　　隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和3G、4G通信技術(shù)的不斷發(fā)展，WiFi已成為目前最普遍的無線通信方式之一。如今90%以上的家庭都擁有WiFi，主要用于手機上網(wǎng)。利用WiFi通信，無需布線，因此，利用WiFi進(jìn)行智能家居的自動化控制成為目前工程師們研究的熱點。由于老年人反應(yīng)遲鈍，視力欠佳，操作手機時，經(jīng)常會因看不清或抖動出現(xiàn)按錯鍵的情況，更有甚者可能無法操作手機，而平板具有比手機更大的屏幕，因此，本文開發(fā)了一個基于平板和WiFi技術(shù)的智能家居監(jiān)控系統(tǒng)，通過在平板電腦上“指指戳戳”實現(xiàn)開燈、開門和開關(guān)空調(diào)。

　　1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能

　　1.1 總體設(shè)計

　　系統(tǒng)的總體硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　1.2 系統(tǒng)的工作原理

　　平板通過ESP8266 WiFi模塊與基于CC2530的協(xié)調(diào)器相連。WiFi選擇AP模式，默認(rèn)的IP地址為：192.168.4.1;通過AT指令可以查看或修改WiFi模塊的IP地址(具體方法見ESP8266中AT指令手冊)。為了控制空調(diào)、電燈和門鎖等設(shè)備，采用積木式結(jié)構(gòu)，每個設(shè)備對應(yīng)一個終端節(jié)點，終端節(jié)點與CC2530協(xié)調(diào)器之間通過ZigBee協(xié)議進(jìn)行組網(wǎng)通信。不同的終端節(jié)點具有不同的硬件電路和控制功能，由此最終實現(xiàn)通過平板對家中設(shè)備如電燈、空調(diào)以及門鎖的控制。

　　2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　系統(tǒng)硬件主要由基于CC2530的協(xié)調(diào)器和基于CC2530的終端節(jié)點組成，其工作原理如圖2所示。

　　CC2530是由美國TI公司設(shè)計的SoC芯片，它采用8051內(nèi)核，含有可編程閃存、8 KB RAM、UART和SPI接口等，最重要的是具有采用ZigBee協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)無線發(fā)射和接收的功能，適用于智能家居、工業(yè)控制等特定場合，能夠省去連線的麻煩，被廣泛應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域[1]。本項目中用CC2530分別設(shè)計了協(xié)調(diào)器和終端節(jié)點，兩者之間通過ZigBee進(jìn)行無線通信。協(xié)調(diào)器作為平板和終端節(jié)點之間的橋梁，用以轉(zhuǎn)發(fā)各種命令和數(shù)據(jù);終端節(jié)點用于數(shù)據(jù)采集或執(zhí)行平板發(fā)送的命令，實現(xiàn)室內(nèi)溫度數(shù)據(jù)采集、控制電燈開關(guān)、開啟門鎖和空調(diào)等。對于不同的終端節(jié)點，僅焊接相關(guān)的電子元件即可。

　　2.1 WiFi模塊

　　WiFi模塊的主芯片為高性能無線 SOC esp8266-01，在較小尺寸封裝集成了業(yè)界領(lǐng)先的 Tensilica L106 超低功耗 32 位 MCU以及WiFi MAC/ BB/RF/PA/LNA等，支持 16 位精簡模式和RTOS，支持標(biāo)準(zhǔn)的 IEEE 802.11 b/g/n 協(xié)議和完整的 TCP/IP 協(xié)議棧。WiFi模塊的工作電路如圖3所示。

　　2.2 空調(diào)控制電路設(shè)計

　　為了控制空調(diào)，用CC2530的P2.0通過電阻外接三極管9013的基極，9013的集電極接紅外發(fā)光二極管。通過CC2530的P2.0引腳輸出脈沖可以開啟和關(guān)閉空調(diào)。

　　2.3 電燈和開鎖電路設(shè)計

　　用CC2530的P1.3和 P1.5 輸出兩路控制信號，經(jīng)三極管驅(qū)動后接繼電器，由繼電器控制燈泡的220 V電源和12 V開鎖電源，最終實現(xiàn)開關(guān)燈泡和門鎖。

　　2.4 室內(nèi)溫度采集電路設(shè)計

　　DS18B20是美國DALLAS半導(dǎo)體公司設(shè)計的數(shù)字溫度傳感器[2]，它可直接將溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)字溫度值，溫度測量范圍為 -55 ～ 125℃;采用1-Wire 接口。可以編程設(shè)置上限和下限報警溫度和溫度轉(zhuǎn)換分辨，使用方便。在本系統(tǒng)中，CC2530的P1.1 接DS18B20的數(shù)據(jù)線，可實現(xiàn)室內(nèi)溫度的采集。

　　3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　線性布局(Linear Layout)是一種比較靈活的布局方式，具有操作簡單、修改方便以及界面友好等特點[3]。因此，該平板APP的設(shè)計采用線性布局的方法實現(xiàn)。首先，將頁面母板分成若干部分，母板Linear Layout使用Android：orientation="vertical"將各個部分垂直分布;然后，每個部分中的對象通過Android：orientation="horizontal"實現(xiàn)橫向分布。且采用了TextView，Editext，ToggleButton ， Button，ImageView等控件。通過對每一個Button設(shè)置setOnCheckedChangeListener()語句實現(xiàn)對該控件的監(jiān)聽。當(dāng)Button被按下時，會觸發(fā)一個事件。平板App軟件大致分為3個模塊，分別是連接模塊、控制模塊和接收模塊。App運行界面如圖4所示。

　　3.1 IP連接模塊設(shè)計

　　App默認(rèn)端口號為8080，默認(rèn)IP地址為：192.168.1.1，如果需要也可以在IP地址欄輸入新的IP。點擊連接，會觸發(fā)Socket事件，進(jìn)行Socket通信。連接成功后，App與硬件的通信都通過Socket進(jìn)行，進(jìn)而控制硬件操作。具體開啟線程代碼如下：

　　toggleButton2.setOnCheckedChangeListener(new

　　CompoundButton.OnCheckedChangeListener() {

　　public void onCheckedChanged(CompoundButton buttonView， boolean isChecked) {

　　toggleButton2.setChecked(isChecked);

　　if(isChecked == true)

　　{

　　socket = null;

　　ReceiveMessageThread r1 = new ReceiveMessageThread();// 開啟客戶端線程

　　r1.start();

　　//延時讓子線程執(zhí)行完畢后再執(zhí)行下方程序

　　for(int i=1;i<10000;i++)

　　for(int j=1;j<10000;j++);

　　if(socket != null)

　　Toast.makeText(MainActivity.this，"正確連入"， Toast.LENGTH_SHORT).show();

　　else {

　　Toast.makeText(MainActivity.this， "失敗連入"， Toast.LENGTH_SHORT).show();

　　}

　　}else{

　　socket = null;

　　Toast.makeText(MainActivity.this，"斷開連接"， Toast.LENGTH_SHORT).show();

　　}}})

　　3.2 控制模塊

　　控制模塊包括電燈控制，門鎖控制，空調(diào)控制等。燈與門鎖通過繼電器控制，空調(diào)則用紅外控制。軟件通過Socket中的BufferedWriter將攜帶的所有控制信息發(fā)送給硬件。實現(xiàn)代碼如下：

　　BufferedWriter writer = new BufferedWriter (new

　　InputStreamWriter(socket.getOutputStream()))

　　開關(guān)控制代碼如下：

　　switch1.setOnCheckedChangeListener(new

　　CompoundButton.OnCheckedChangeListener() {

　　public void onCheckedChanged(CompoundButton

　　buttonView， boolean isChecked) {

　　Toast.makeText(LampActivity.this， "LED1"+isChecked，

　　Toast.LENGTH_SHORT).show();

　　if(isChecked == true)

　　{

　　String up1 = "@LED1UP";

　　try {

　　writer2.write(up1);

　　writer2.newLine();

　　writer2.flush();

　　} catch (IOException e) {

　　e.printStackTrace();

　　}catch(Exception e){

　　System.out.println(e.toString());

　　}}else{

　　String down1 = "@LED1DOWN";

　　try {

　　writer2.write(down1);

　　writer2.newLine();

　　writer2.flush();

　　} catch (IOException e) {

　　e.printStackTrace();

　　}catch(Exception e){

　　System.out.println(e.toString());

　　}}}})

　　3.3 溫度采集顯示模塊

　　連接后，溫度采集終端節(jié)點每秒采集一次溫度，通過Socket緩沖區(qū)BufferedReader將溫度實時上傳到平板。具體代碼如下：

　　線程：class ReceiveMessageThread extends Thread {

　　public void run() {

　　try {

　　s1 = ed1.getText().toString().trim();

　　//s1是文本框填寫的IP地址

　　socket = new Socket(s1，8080);

　　reader = new BufferedReader(new

　　InputStreamReader(socket.getInputStream()));

　　while((valueString1=reader.readLine()) != null){

　　Message message1 = new Message();

　　message1.what = UPDATE_RECEIVEMSG;

　　handler.sendMessage(message1); }

　　} catch (IOException e) {

　　e.printStackTrace();

　　}}}

　　在onResume()中運行以下代碼：

　　Handler handler = new Handler(){

　　public void handleMessage(Message msg) {

　　switch(msg.what) {

　　case UPDATE_RECEIVEMSG：

　　ed2.setText(valueString1.toString());

　　valueString1 = null;

　　break;

　　default：

　　break;

　　}}}

　　4 結(jié) 語

　　本文研究了基于平板的家居智能控制技術(shù)，通過WiFi和ZigBee無線方式傳送命令和數(shù)據(jù)，省去了布線的麻煩。一方面，通過平板可以開門，由于電插鎖安裝在室內(nèi)，使得想通過開鎖行竊的盜賊望而卻步，起到了防盜的作用。另一方面，特別是夏天，用戶無需打開蚊帳，躺在床上即可用平板開關(guān)電燈和空調(diào)，避免蚊子鉆入蚊帳中，使生活變得非常方便。本文設(shè)計的系統(tǒng)經(jīng)過實際使用，取得了良好的效果，所研究的技術(shù)具有非常重要的意義和廣闊的應(yīng)用前景。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]董澤龍，毋茂盛. SPI/UART與ZigBee協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2015，5(12)：32-34.

　　[2]毋茂盛.單片機原理與開發(fā)[M].北京：高等教育出版社，2015.

　　[3]郭霖.Android第一行代碼[M].北京：中國工信出版集團(tuán)， 2016.

　　[4]王健權(quán)，王蒙.基于WiFi的智能家居的設(shè)計與實現(xiàn)[J].科技風(fēng)，2016(2)：61-62.

　　[5]何文樂.基于物聯(lián)網(wǎng)和wifi的智能家居移動控制系統(tǒng)[J].信息通信，2016(2)：90-91.

　　[6]朱祥賢.基于Android和ZigBee的智能家居系統(tǒng)設(shè)計[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2014(9)：131-133.

　　[7]薛誓穎，李捍東.基于ZigBee技術(shù)智能家居安防監(jiān)控系統(tǒng)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2017，7(7)：68-70.

　　[8]魯玉軍，劉振.ZigBee技術(shù)在智能家居系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2017，7(4)：40

　　推薦期刊：智能計算機與應(yīng)用期刊是省級期刊嗎

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