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基于物联网智能家居的设计与实现

木马童年 2019-3-2 14:12 120 0

基于物联网智能家居的设计与实现作者: 杨超元 袁宗福 夏梦圆   摘 要:随着科技的进步,物联网不时发展,呈现出如火如荼的态势。针对市场的需要,本方案基于目前普遍流行的Android系统,设计出一套完善的物联网 ...

基于物联网智能家居的设计与实现作者: 杨超元 袁宗福 夏梦圆   摘 要:随着科技的进步,物联网不时发展,呈现出如火如荼的态势。针对市场的需要,本方案基于目前普遍流行的Android系统,设计出一套完善的物联网解决方案,使得人们能通过智能终端,远程跨网抑制LED等智能设备,同时可以实施感知家中温度,湿度等各类信息。该系统经过多次测试,本能稳定、实时性好、成本低廉,同时能很好满足人们智能家居的需求。

关键词:物联网;Android;智能家居;远程抑制

引言

有无数人可能遇到过这样的问题:刚刚走到楼下筹备去上班,却忘记自己是否关闭好门窗、电器,只得回到家里查看却发现实际上已经关闭好了。又或者孩子在家里睡觉,家长去上班却总担心要是空调一直开着会不会让孩子着凉...似乎现实中还有众多的可能,让人老是那么不“放心”。

在面临生活中种种的不方便后,我们起初设计了这样一种作品。忘记有没有关好电器、门窗?打开我们的“家居助手”,轻轻的点击一下,智慧与科技会从手机起初流过网线、流过服务器、流过路由器、流进家里...最后你能明白家中所有的情况,随时随地地操控。而这种种的一切均在弹指一霎时完成。

当未来的世界里,你能通过手机便能开关灯、打开电热水器、开启空调、关闭门窗、甚至能看到家里电量使用状况、能付款、能抑制车库、能当做汽车钥匙......这种将生活“一手掌控”的时代是多么的令人兴奋!

本设计的主要特点如下:

(1)基于目前广泛流行的Android系统进行设计,在软件上兼容Android4.4-Android6.0,覆盖市场主流Android版本。同时使用Material Design设计理念,使客户端更加便捷智能,更具UI友好性。

(2)本设计能够实现对家中设备的跨网抑制,直接通过公网抑制家中智能设备,且对设备IP类型无任何限制,更具实用性。

(3)家庭主机选取基于ARM Cortex-A7的树莓派,功耗更低,稳定性更强,可扩展性更高。

1 系统整体架构

本作品主要针对智能家居进行抑制,根据需求,选取C/S(客户端/服务器)模式。客户端为Android智能终端与家庭主机,服务端为Linux服务器。在本设计中,智能家居事务原理为:在家庭主机与智能终端连上Internet后,家庭主机通过POST,GET实施向服务器发送温度,湿度等家庭信息,同时读取服务器中操作指令。服务器接收到家庭主机温度、湿度等信息后将其存储到相应空间。智能终端通过Httpurlconnection向服务器发送操作指令,同时读取服务器中存储的家庭信息,并在终端实时更新。通过设备间不时协调,实现终端对家居设备的远程抑制。

2 系统设计

2.1 Android客户端UI设计

Android客户端设计主要包括UI界面,Httpurlconnection通讯及线程的相关应用等。Android应用程序由一个Activity和若干个Fragment组成,遵循Google的Material Design设计语言,通过阴影将并不铺满页面的内容从背景层中剥离,并通过阴影深度来表达层级。同时,通过Navigation Drawer导航菜单的应用,提供了在非顶级视图间导航的能力,更加美观与易用。MD设计语言的存在使得UI更加丰富、快乐,予用户一种愉快的操作体验。能够通过向左边划动划出导航栏,点击不同的栏目以进入不同的房间进行操作。

2.2 Android客户端程序设计

在Android M,出于能耗的考量,Google官方移除了开源项目HttpClient的支持,提倡使用Httpurlconnection,为了保持良好的兼容性与稳定性,本项目选取Httpurlconnection进行Get、Post的网络操作。同时,为了保持良好的操作体验,在本设计中,所有的网络耗时操作都放在子线程中进行,通过Handler机制进行线程间消息的传输及UI的更新,每个HttpURLConnection实例都可用于生成单个请求,然而其他实例能够透明地共享连接到HTTP服务器的基础网络。请求后在HttpURLConnection的InputStream或OutputStream上调用close()方法能够释放与此实例关联的网络资源,但对共享的持久连接没有任何影响。如果在调用disconnect()时持久连接空闲,则可能关闭基础套接字。

客户端与服务器之间的通讯一般需要以下几个步骤:

(1)建立Httpurlconnection对象,初始化请求头。

(2)建立连接,向服务器发送Get/Post请求。

(3)服务器响应客户端请求。

(4)服务器处理并向客户端发送响应信息。

(5)客户端接受服务器返回的信息并进行处理。

2.3 家庭主机设计

本作品选取基于基于ARM Cortex-A7的树莓派2b。树莓派2代的Model B选取Broadcom BCM2836 900MHz的四核SoC,1GB内存,是新一代开拓者,兼容1代B+。但相比之下,树莓派2的本能提升6倍,内存翻了一番。强大的本能提供了更高的稳定性及扩展性。

2.4 公网服务器选择

本作品选取Yeelink第三方云服务器提供安卓端与家庭主机数据的中转。并且通过直接访问其API接口,进行操作指令的传输与信息的访问。Yeelink独有设计的高并发接入服务器和云存储方案,可以同时完成海量的传感器数据接入和存储任务,确保数据可以平安的保存在互联网上,先进的鉴权系统和平安机制,可以确保数据只允许的范围内传输。

3 结束语

设计完成后,通过项目的总体测试运行,达到了通过智能终端APP跨网抑制家居设备的要求,并且稳定性及功耗均在理想范围内。通过本系统,用户能够随时随地掌握家居环境状态,并且对家居设备进行集中监控与管理。由于本项目基于Android开发,因此在市场推广及潜在用户上具有极大优势。同时,由于其强大的可扩展能力及用户友好性,相信其具备极大的市场应用价值。

参考文献

[1]郭霖.第一行代码[M].北京:人民邮电出版社,2014.

[2]叶核亚.Java程序设计实用教程[M].北京:电子工业出版社,2014.

[3]Gary.Wrigh、W.Richard Stevens.TCP/IP详解[M].北京:机械工业出版社,2013.

[4]James Payne.Python编程入门经典[M].北京:清华大学出版社,2011.

[5]William Stallings.数据与计算机通讯[M].北京:电子工业出版社,2011.

[6]Richard Blum,Christine Bresnahan.树莓派Python编程入门与实战[M].北京:人民邮电出版社,2015.

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