基于ARM和Android的智能家居控制系统设计方案研究 - 沈阳航空航天大学徐宏宇团队

Xu Hongyu，Cheng Wu，Zhang bo

（现场航空与宇航学大学电子信息工程学院

摘要：针对传统的智能家庭控制系统，该系统使用有线网络网络，繁琐的接线，系统中的家用电器需要PC来控制，移动性差等，并根据手臂嵌入式处理器和Android Technologn提出了智能家居控制系统设计计划。该解决方案首先通过Zigbee Wireless技术建立传感器网络和家用电器控制网络。然后，家庭网关以S3C2440处理器作为硬件平台设计，并配备了嵌入式Linux操作系统。最后，编写了基于Android系统的应用程序（应用程序软件）。使用Android系统使用智能手机安装此应用程序可以通过3G/4G/WIFI网络和控制家用电器远程获得健康状态内部。实验结果表明，该系统具有简单的接线和良好的移动性，可以更好地实现智能家居系统的本地和远程无线控件。

关键字：智能家居；手臂;遥控;安卓; Zigbee;嵌入式处理器； Linux

媒介中的类别编号：TP311文献注释：ADOI：10.19358/j.issn.1674-7720.2017.03.009

报价格式：Xu Hongyu，Cheng Wu，Zhang Bo。基于ARM和Android [J]的智能家庭控制系统设计。 Micro-Machine and Applications，2017,36（3）：29-32。

0简介

随着对高质量生活的持续探索，对生活环境的要求也朝着安全，舒适，聪明和自动化的方向发展。智能家园已成为当今社会的热门话题。成本低，出色的性能和良好的可扩展性的系统是研究人员需要解决的问题。

传统的智能家庭控制系统通常由PC通过有线[1]建立和控制。此方法通常需要部署许多电缆。当有必要增加或降低设备时，有必要重新覆盖，这不仅会影响室内的美丽，而且会增加支出。家用电器通过PC控制，这增加了用户的学习成本，并且可移植性很差。升级和维护非常不便。基于上述事实，本文结合了Zigbee技术来建立智能家庭系统传感器网络和家用设备控制网络（这两个网络称为家庭网络），该网络用于检测房间的健康状况和控制家用电器[ 2];然后，使用ARM嵌入式处理器是核心，并且网关中心建立一个智能家居系统 - 家用网关（向外连接公共网络并向内连接家庭网络）；最后，客户软件是基于Android平台开发的，以开发智能手机。无线网络可以远程获得室内条件并控制家用电器。

1系统的功能和整体结构

1.1系统的功能

用户可以通过Android手机或互联网远程连接到家庭门户，以实现室内室内温度，湿度，光强度和烟雾浓度的真实时代，并控制家庭用具，例如照明，音乐播放器，门控制，门控制，和窗帘[3]。

1.2系统的整体结构

本文设计的智能家庭控制系统包括3个部分（如图1所示），即家庭网络，家庭门户和移动客户端应用程序。其中，家庭网络包含传感器网络和家用电器控制网络，该网络用于检测室内条件和控制家用电器。主门是整个家庭网络的核心。对于与家庭网络的内部连接，请从传感器网络和家用设备控制网络中处理数据；手机用户可以通过移动应用程序实时远程控制家用电器，并实时监视房间的安全状态[4]。

2系统的硬件设计

2.1家庭门户的设计

家用网关的核心是基于TCP/IP协议的嵌入式Web服务器。本文将三星的ARM9处理器S3C2440用作硬件平台（如图2所示）。 ，RS232，I2C等）以及包括AD在内的丰富硬件资源可以极大地简化外围设备和处理器的连接，并提高系统的稳定性和可靠性。

2.2家庭网络的设计

图3智能家居控制系统的最终链接，用于室内环境监视的连接框图的连接框图，安全监控警报和家用设备的遥控器。因此，家庭网络的设计包括两个部分：传感器网络和家用设备控制网络。为了摆脱传统电缆的约束，全面考虑了功耗，复杂性和速率，该系统使用Zigbee技术来构建传感器网络和家用设备控制网络。 Zigbee技术是基于IEEE802.15.4标准的短范围，低功率消耗和无线通信技术。它的特征是近距离，低复杂性和自组织网络，非常适合室内环境[5]。

市场上有许多基于Zigbee技术的解决方案，这也非常成熟。本文中选择的主控制模块的核心部分是由Chipcon生产的2.4 GHz生产的RF芯片CC2430。芯片基于增强的51个内核集成了Zigbee RF前端，内存和微控制器。硬件支持运营商监视多路向访问/冲突检测（CSMA/CA），2至3.6 V的工作电压有利于系统实现低功耗。基于Zigbee模块的传感器节点和家用设备控制节点如图3所示。

每个子节点都连接到Zigbee协调器节点，以便将传感器节点和家用设备控制节点连接到主门，然后连接到Internet。

3系统软件设计

系统软件设计包括三个部分：家庭门户软件设计，智能终端节点软件设计和智能手机应用程序设计。主门是基于ARM9处理器作为控制核心的。它的软件设计包括移植的嵌入式Linux操作系统，Linux的Web服务器应用程序软件设计和Zigbee协调器节点编程。 MCU通常使用智能终端节点的控制，其应用程序软件是控制程序的周期。智能手机应用程序部分是基于Google官方开发工具包（Android SDK）的Android操作系统平台开发的。

3.1移植嵌入Linux操作系统

尽管Linux内核的版本现已更新为4.4，但它仍然在嵌入式Linux领域中使用大型2.6内核。因此，该设计仍然使用2.6内核Linux操作系统，然后将其移植到S3C2440平台。

首先，从/内核下载内核源代码，然后解压缩源代码，输入内核源代码的根目录，修改makefile文件，设置相应的目标平台并交叉编译器，然后配置和编译内核。最后，可以通过UBOOT命令行菜单将镜像文件刻录到NAND闪存中。

3.2基于TCP/IP协议的Web服务器设计

在ARM+Linux开发平台下，常用的Web服务器包括HTTPD，THTTPD和BOA。 BOA服务器支持具有强大功能的CGI（公共网关接口）。为了实现动态的Web技术，本文根据BOA编写了Home Gateway的服务器。首先建立服务器套件，然后绑定服务器的IP地址，然后回收服务器的端口[6]。连接客户端请求时，服务器将打开子过程处理请求，并与客户端完成数据通信。特定的软件设计过程如图4所示。

3.3zigbee协调员节点程序设计

在系统中，Zigbee协调器节点主要用于创建无线网络，分配Zigbee终端节点的网络地址，然后将控制命令发送到终端节点并从终端节点接收环境信息。最后，它通过公共以太网传输到用户的移动应用程序。协调员首先初始化了应用程序层，然后初始化端口并打开全局中断。然后，协调员初始化了一个通道并建立Zigbee网络。目前，可以将Zigbee终端节点添加到网络中，并且可以通过认证添加数据交换。特定过程如图5所示。

3.4智能终端节点计划设计

智能终端节点是指由Zigbee终端控制的节点，该节点主要是系统中的传感器节点和家用设备控制节点。 Zigbee终端节点的初始化还包括应用程序层的初始化，I/O端口初始化和全局中断的打开。之后，尝试添加由Zigbee协调器创建的无线网络。仅加入网络。成功加入网络后，Zigbee终端节点将其注册信息发送给Zigbee协调器，然后Zigbee协调器完成了终端节点的注册[7]。

Zigbee终端节点每次（简短）完成数据收集，并将数据信息发送给协调员。对于Home Gateway的家用设备控制命令，Zigbee协调器将其发送到家庭设备终端控制节点，而终端节点通过中断获取信息并完成了家用电器的控制。特定的实现过程如图6所示。

3.5智能手机应用程序设计

图7智能手机应用程序图的主要接口最终由智能手机完成整个智能家庭控制系统的操作。为此，作者根据Android智能手机操作系统平台开发了应用程序。该应用程序的设计包括应用程序接口的末端和背景的开发。其中，应用程序的前端是UI（用户界面）设计。通过创建XML文件，根据此XML文件下的某个布局编写相应的控件，然后XML文件在MainAttivity代码[8 8 8]中绑定；该应用程序的后端代码设计主要打开一个子线程，然后基于子线程中的TCP/IP协议构建套接字连接。在成功连接到家用门户家用电器或来自室内传感器的数据之后，移动电话界面上显示了。该应用的主要接口如图7所示。

4系统测试

系统软件和硬件设计完成后，将在实验室条件下进行测试。测试系统是Zigbee协调器，两个Zigbee终端节点（这是温度和湿度传感器节点和音乐播放器节点），S3C2440平台构建的家用网关，无线路由器（用于连接Internet）和Android Smart Phone组成。其中，Zigbee协调器和Zigbee端子节点之间的距离为10 m，相邻的Zigbee端子节点距离为15 m；主门通过网络端口连接到无线路由器，然后连接到Internet。经过测试后，截获了家庭门户的一部分背景服务器，如图8所示。可以看出，系统运行稳定，信息收集是及时且准确的，结构的实现很快，实现了家庭网络和自动化的目标。

5个单词

本文将嵌入式的ARM技术与Zigbee无线通信技术结合在一起。基于Android平台，已为人类计算机交互开发了智能手机应用程序。系统功能很强大，以后的扩展很强，功耗很低，这已经实现了对家庭设备进行智能管理和远程监控的目的，并且具有更广泛的应用程序前景。参考

[1] Chen Faicai，Wang Rinbo。基于SC11128电力线载体芯片［j]的智能家居系统设计。 Micro-Machine and Application，2009，28（20）：16-18。

[2] Yin Jiting，Yuan Jia，Jiao Zhiman等。基于Arm和Zigbee [J]的智能家居控制系统的研究和开发。计算机测量与控制，2013，21（9）：2451-2454。

[3] Ye Gaoyang，Bi Ran。基于物联网的智能家居系统的设计和实现，［j]计算机应用程序，2014，31（S1）：318-319。

[4] Han DM，Lim J H.基于Zigbee [J]的智能家庭能源管理系统的设计和实施。 IEEE关于消费电子产品的交易，2010，56（3）：1417-1425。

[5] Xu Shufang，Wang Jinhai，Gong Yulong。基于Zigbee的智能家居控制系统的研究和设计[J]。电子技术应用，2013，39（8）：81-83。

[6] Guan Yong，Zhang Jie，Shi Yishuang。基于ARM的嵌入式Web服务器的研究。电子设备，2006，29（2）：42-45。

[7] Jim Jinshui。基于Zigbee无线传感器网络技术的系统设计[J]。计算机工程与设计，2007，28（2）：22-25。

[8] Yang Wei，Gao Wenhua。基于Android [J]的智能家居终端设计和研究。计算机技术与发展，2013，23（7）：189-192。