羅云　胡伊菁　劉松林

摘要：針對家里的安全和防盜問題、同時也為了滿足人們日益智能化的生活需求，提出了一種基于Android智能手機編寫的Java應用程序作為遠程控制系統(tǒng)，Cortex-M3作為中央控制器，利用物聯(lián)網(wǎng)技術的智能家居系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅能適用于普通的住宅家庭用戶，也可用于酒店等地方。經(jīng)驗證，智能家居系統(tǒng)成本低、可靠性高、設備簡單、實用性強。

關鍵詞：Android；Java；Cortex-M3；智能家居

中圖分類號：TP309 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）12-0194-02

Android-based Phones Smart Home Remote Control System

LUO Yun， HU Yi-jing， LIU Song-lin

（School of Electronic and Electrical Engineering， Wuhan Textile University， Wuhan 430000， China）

Abstract：For safety and security issues at home，and to meet the growing demand for intelligent life at the same time， a remote control system which based on Android smart phone applications written in Java has been put forward ， Cortex-M3 as a central controller， the use of intelligent networking technology home remote control system. The system not only can be applied to ordinary residential home users， it can also be used in hotels and other places. After verification， the intelligent Home Furnishing system is of low cost， high reliability， simple equipment， strong practicability.

Key words： Android；Java；Cortex-M3；smart home

伴隨著生產(chǎn)力的不斷發(fā)展，人們的物質生活水平不斷提高，傳統(tǒng)的家居系統(tǒng)成本高，安全性差已經(jīng)無法滿足人們的需求了，于是要求借助物聯(lián)網(wǎng)技術和移動終端實現(xiàn)“安全的、方便的、實時的”智能家居控制系統(tǒng) [1]。設計的這款基于Android手機的智能家居遠程控制系統(tǒng)的創(chuàng)新點在于：1）利用智能手機進行遠程控制，達到實時性的要求；2）有全面的安全預警系統(tǒng)；3）通過手機遠程監(jiān)控室內情況，防止盜竊。隨著Android平臺的擴張，“智能家居”系統(tǒng)也會被投入應用。

1 系統(tǒng)設計方案

智能家居系統(tǒng)主要是利用基于Android系統(tǒng)下編寫Java應用程序智能手機作為遠程控制終端，用戶操作手機終端，通過GPRS網(wǎng)、WiFi網(wǎng)發(fā)送控制命令，將數(shù)據(jù)傳到家中的網(wǎng)絡設備，實現(xiàn)實時與家中的中央處理器（CORTEX-M3）通信，將命令傳送到不同的MCU（STC89C52RC）單元，然后中央控制器進行數(shù)據(jù)處理的操作，再經(jīng)網(wǎng)絡將有效數(shù)據(jù)返回給用戶，以實現(xiàn)對家里各用電器的操作與監(jiān)控，當家發(fā)生異常情況，如：天然氣泄漏、入室盜竊等，可通過安全預處理系統(tǒng)及時處理，并在第一時間將信息告知用戶以便及時處理，將損失盡最大可能減小為零[2]。系統(tǒng)的設計框圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件電路設計

智能家居控制系統(tǒng)硬件部分的設計主要有四部分：

1）控制單元：微控制器Cortex-M3（LM3S811）與STC89C52作為數(shù)據(jù)處理及控制模塊。系統(tǒng)采用的單片機 Cortex-M3和STC89C52，Corttex-M3具有大量的庫函數(shù)和GPIO口，方便編程使用[3]。2）安全報警系統(tǒng)：主要由紅外傳感器、氣體傳感器等模塊實時采集數(shù)據(jù)，通過DS18B20實現(xiàn)溫度檢測，GSM模塊實現(xiàn)告警功能。若有天然氣泄漏，則啟動蜂鳴和led燈進行聲光器報警，同時自動關閉燃氣閥門并且打開排風扇并且向用戶手機終端通過GSM模塊發(fā)送短信和電話報警。 3）受控部件：大功耗電器（如白熾燈、電飯煲等），電動燃氣閥門、排風扇、滅火裝置等，這些家用電器的控制必須要加上繼電器才能通過單片機來完成。4）網(wǎng)絡及監(jiān)控單元：路由器，網(wǎng)卡，攝像頭。采用的是環(huán)宇飛揚V6攝像頭，穩(wěn)定性和兼容性高。

2.1 開窗模塊

系統(tǒng)中使用的28BYJ48直流步進電機來實現(xiàn)窗戶的開啟和關閉。但是步進電機必須加驅動才可以運轉，所以工作過程中用了一塊芯片ULA2003來驅動步進電機的運轉。

2.2 以太網(wǎng)卡模塊

系統(tǒng)選用的ENC28J600芯片作為以太網(wǎng)控制器，芯片連接如圖2所示：ENC28J60是帶有標準串行外設接口（SPI）的獨立以太網(wǎng)控制器，能與配備有SPI的MCU使用，作為以太網(wǎng)接口[4]。ENC28J60能提供10M/S的數(shù)據(jù)傳輸速率，該芯片介入以太網(wǎng)只需配合以單片機、兩個脈沖變壓器、和一些無源器件，非常適合小型嵌入式以太網(wǎng)接入。系統(tǒng)中由單片機STC89LE5A60S2負責將數(shù)據(jù)進行以太網(wǎng)協(xié)議、IP協(xié)議的封裝，發(fā)送到網(wǎng)絡上，接受來自于網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)，它是M3與外網(wǎng)的通行橋梁，STC89LE5A60S2與LMS811之間的通行通過UART串口完成，M3對來自STC89LE5A60S2的串口信息進行判斷，可以選擇自行處理，也可以選擇通過串口轉發(fā)給其他MCU。

2.3 GSM報警模塊

GSM報警模塊中適用SIM300型號的芯片，采用TEXT模式實現(xiàn)中文短信的發(fā)送，實現(xiàn)自動撥號，采用ATH指令自動掛機。利用AT指令可完成控制GSM模塊進行SMS通訊的所有流程。當家中出現(xiàn)天然氣泄漏或者是盜竊等情況，GSM報警模塊會主動發(fā)送短信到手機終端[5]。

3 系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)的軟件部分主要由四大部分構成：Java軟件；數(shù)據(jù)的采集與分析程序；GSM安全預警；事件的執(zhí)行。

3.1 系統(tǒng)軟件流程圖

如圖3所示，首先人為的從手機端發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)經(jīng)過手機網(wǎng)絡通過uIP協(xié)議和家中的路由器進行通信，然后將數(shù)據(jù)包解包并通過串口協(xié)議傳送給M3。

3.2 STC89C52串口接收數(shù)據(jù)并處理

M3作為主要的微控制器，會和下面的子處理器單片機STC89C52進行通信，通過串口通信實現(xiàn)。如下面的串口通信圖所示，串口通信過程中還包括系統(tǒng)時鐘的初始化及外設時鐘使能、GPIO的初始化、USART的初始化、中斷源的配置：

RCC_Configuration （）；

GPIO_ Configuration （）；

USART_ Configuration （）；

NVIC_ Configuration （）；

4 系統(tǒng)功能測試

基于上述的分析，我們以開發(fā)的基于Android手機系統(tǒng)的Java軟件作為移動控制平臺，采用LM3S811作為中央控制模塊，通過網(wǎng)絡模塊進行數(shù)據(jù)的通信，使用戶能遠程控制家電，并通過監(jiān)視模塊用戶能夠實時了解家中狀況。并且當用戶在家中時，可以通過手機實現(xiàn)室內控制家電的功能。先進行各項基本功能測試，打開各個房間的燈、窗戶、測量室溫、打開電飯煲，然后進行安全系統(tǒng)測試，模擬有天然氣泄漏，此時安全系統(tǒng)自動關閉燃氣閥，并打開排風扇，同時GSM模塊向手機終端發(fā)送告警信息，再通過手機遠程查看家中狀況。模擬發(fā)送火險，安全系統(tǒng)啟動自動滅火裝置，并發(fā)送告警信息。再模擬入室盜竊，安全系統(tǒng)發(fā)生聲光報警，并向手機端告警，利用手機通過監(jiān)控設備，查看家中情況。

5 總結

本系統(tǒng)通過把手機軟件與智能家居系統(tǒng)相結合，設計實現(xiàn)出一種安全可靠、性價比極高、能夠廣泛、易操作、時尚感強的遠程家居控制系統(tǒng)。基于android手機系統(tǒng)的智能家居軟件，遠程控制實時可靠，易于操作，系統(tǒng)性價比高，不僅能實現(xiàn)遠程無誤操作，而且具有極高的安全性，聯(lián)網(wǎng)方便，實現(xiàn)了先在市場上少有的手機遠程監(jiān)控的功能。體現(xiàn)了智能化、人性化、時尚感強的特點，并且具有濃厚的生活氣息，目前很少有成品的基于手機終端的智能家居遠程控制系統(tǒng)，本系統(tǒng)具有很廣闊的市場前景。本系統(tǒng)若能加以推廣，則能真正意義上實現(xiàn)“移動物聯(lián)，讓生活盡在掌握中”的設計理念，倒時將顛覆人們傳統(tǒng)的生活理念，將帶給他們的是更加智能化、時尚化、舒適化的現(xiàn)代生活模式。

參考文獻：

[1] 孫玉娟.智能家居借勢突圍從智慧城市到美麗中國[J].中國住宅設施，2013（1）：86-87.

[2] 李正明，吳波.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居控制系統(tǒng)研究[J]. 現(xiàn)代科學儀器，2012（2）：68-71.

[3] 陳致遠，朱葉承，周卓全，等.一種基于STM32的智能家居控制系統(tǒng)[J].電子技術應用，2012，39（9）：138-140.

[4] 黎連業(yè)，郭春芳，向東明.無線網(wǎng)絡及其應用技術[M].

[5] 林添成.基于GSM的遠程家居控制系統(tǒng)[J].裝備制造技術，2010（5）：75-76.

[6] 伯內特.Android基礎教程[M].張譯，譯.北京：人民郵電出版社，2011.