基于Android手机的智能家居远程控制系统

基于Android手机的智能家居远程控制系统

罗云1，胡伊菁2，刘松林 3

（武汉纺织大学电子与电气学院）

摘要：针对家里的安全和防盗问题、同时也为了满足人们日益智能化的生活需求，提出了一种基于Android 智能手机编写的Java应用程序作为远程控制系统，Cortex-M3作为中央控制器，利用物联网技术的智能家居系统。该系统不仅能适用于普通的住宅家庭用户，也可用于酒店等地方。经验证，智能家居系统成本低、可靠性高、设备简单、实用性强。

关键词：Android；Java；Cortex-M3；智能家居

0 引言

版随着生产力的不断发展，人们的物质生活水平不断提高，传统的家居系统成本高，安全性差已经无法满足人们的需求了，于是要求借助物联网技术和移动终端实现“安全的、方便的、实时的”智能家居控制系统 [1]。设计的这款基于Android手机的智能家居远程控制系统的创新点在于（1）利用智能手机进行远程控制，达到实时性的要求（2）有全面的安全预警系统（3）通过手机远程监控室内情况，防止盗窃。随着Android平台的扩张，“智能家居”系统也会被投入应用。

1 系统设计方案

智能家居系统主要是利用基于Android系统下编写Java应用程序智能手机作为远程控制终端，用户操作手机终端，通过GPRS网、WiFi网发送控制命令，将数据传到家中的网络设备，实现实时与家中的中央处理器(CORTEX-M3)通信，将命令传送到不同的MCU（STC89C52RC）单元，然后中央控制器进行数据处理的操作，再经网络将有效数据返回给用户，以实现对家里各用电器的操作与监控，当家发生异常情况，如：天然气泄漏、入室盗窃等，可通过安全预处理系统及时处理，并在第一时间将信息告知用户以便及时处理，将损失尽最大可能减小为零[2]。系统的设计框图如图1所示：

图1 系统总设计框图

2 系统硬件电路设计

智能家居控制系统硬件部分的设计主要有四部分：

（1）控制单元：微控制器Cortex-M3(LM3S811)与STC89C52作为数据处理及控制模块。系统采用的单片机Cortex-M3和STC89C52，Corttex-M3具有大量的库函数和GPIO口，方便编程使用[3]。

（2）安全报警系统：主要由红外传感器、气体传感器等模块实时采集数据，通过DS18B20实现温度检测，GSM 模块实现告警功能。若有天然气泄漏，则启动蜂鸣和led灯进行声光器报警，同时自动关闭燃气阀门并且打开排风扇并且向用户手机终端通过GSM模块发送短信和电话报警。

（3）手持终端：具有Android系统的手机终端。

（4）受控部件：大功耗电器（如白炽灯、电饭煲等），电动燃气阀门、排风扇、灭火装置等，这些家用电器的控制必须要加上继电器才能通过单片机来完成。

（5）网络及监控单元：路由器，网卡，摄像头。采用的是环宇飞扬V6摄像头，稳定性和兼容性高。

2.1 单片机控制模块

采用的核心模块的控制器是 Corttex-M3和STC89C52, Cortex-M3是一个32位处理器内核。内部的数据路径是32位的，寄存器是32位的，存储器接口也是32位的。CM3采用了哈佛结构，拥有独立的指令总线和数据总线，并且可与MCS-51 兼容，系统具有大量内存存储数据，可提供于许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域，并且Corttex-M3具有大量的库函数和GPIO口，方便编程使用。

2.2 天然气泄漏检测

天然气泄漏，MQ-5气体检测模块的数字输出口输出低电平，单片机检测到信号由高到低并延时一会，再判断还是为低，则启动蜂鸣和led灯进行声光器报警，同时自动关闭燃气阀门并且打开排风扇，同时向用户手机终端通过GSM模块发送短信和电话报警。

2.3 开窗模块

系统中使用的28BYJ48直流步进电机来实现窗户的开启和关闭。步进电机必须加以驱动才可以运转，驱动信号必须为脉冲信号，没有脉冲的时候，步进电机静止，所以工作过程中用了一块芯片ULA2003来驱动步进电机的运转。步进电机的驱动电路如图2：

图2 步进电机驱动电路

2.4 以太网卡模块

系统选用的ENC28J600芯片作为以太网控制器，芯片连接如图3所示：ENC28J60是带有标准串行外设接口（SPI）的独立以太网控制器，能与配备有SPI的MCU使用，作为以太网接口[4]。ENC28J60能提供10M/S的数据传输速率，该芯片介入以太网只需配合以单片机、两个脉冲变压器、和一些无源器件，非常适合小型嵌入式以太网接入。系统中由单片机STC89LE5A60S2负责将数据进行以太网协议、IP协议的封装，发送到网络上，接受来自于网络的数据，它是M3与外网的通行桥梁，STC89LE5A60S2与LMS811之间的通行通过UART串口完成，M3对来自STC89LE5A60S2的串口信息进行判断，可以选择自行处理，也可以选择通过串口转发给其他MCU。

为了配合ENC28J60芯片的使用，并能够连接到广域网中，需要集成IP协议。uIP协议是是使用于低至8位或16位处理器的可实现的极小的TCP/IP协议栈，其对RAM的需求比一般TCP/IP协议的要求要小，将其与单片机c代码同时编译，可实现TCP/IP的基本功能。对于一般小容量的51单片机而言，一般很难同时容纳ENC28J60驱动代码与uIP协议代码，为此采用了加强型的51单片机STC89LE5A60S2，它采用了贴片封装，具有60K的程序容量，可使用11.0592x2M的晶振，以及3.6V~2.2V的低功耗工作电压。

由STC89LE5A60S2负责将数据进行以太网协议、IP协议的封装，发送到网络上，接受来自于网络的数据，它是M3与外网的通行桥梁，STC89LE5A60S2与LMS811之间的通行通过UART串口完成，M3对来自STC89LE5A60S2的串口信息进行判断，可以选择自行处理，也可以选择通过串口转发给其他MCU。