基于Android的智能家居系统的设计与实现_莫太平
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2 通信方式实现
常用家居电器的遥控信号有红外和射频，射频 信号是可以无视障碍物穿墙传播的，而红外信号传 播的两点之间不能有任何障碍物，只能直线短距离 传播，这就为控制家居各个房间中红外遥控信号的 电器带来不便。 基于以上原因，系统采用智能网关 （主机） 和分布在各个房间的分机协作控制家居电 器的方案。
WiFi/GPRS
控制终端
无线路由器
灯 具 射频 窗 帘 等 射频
WiFi
电
主机
红外 视 空
调
射
射频 等
频
分机1
红
射
外
频
机电 顶动 盒门 等窗
分机2
红
射
外
频
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
音遥 响控 电窗 视帘 机等
分机N
红
射
外
频
空 调 电 视 机
排 风 扇 等
房间1
房间2 … 房间N
图 1 系统设计框图
Fig.1 Design diagram of system
Design and Implementation of Smart Home System Based on Android
MO Tai-ping，HU Jun-bo，ZHAO Pei-si
（School of Electronic Engineering and Automation，Guilin University of Electronic and Technology，Guilin 541004，China） Abstract：In order to create a more secure and convenient home space，a smart home system was designed. The system was used the App Based on Android platform as a control terminal.and based on STEM32 host controller as intelligent gateway，which were located in every room in the home to control the household equipment. In this system， the communication method between the control terminal and the host was based on TCP/IP communication protocol， also the communication means of host and extension in home was the Radio Frequency technology. Integrate home appliances，lighting and entertainment equipment into the smart home system by network and implement the function of real-time supervisory and control，lighting control，smart outlet control and infrared or radio frequency device control. The smart home system has the features of low cost，simple and reliable，flexible operation and friendly interface. It also gets a good user experience by actual use and has high practicability and value. Key words：smart home；Android；application；host；extension
（1990— ），男 ，在 读 硕 士 研 究 生 ，研 究 方 向 为 智 能 控 制 与 企 业 信 息 化 管 理 ；赵 佩 斯 （1990— ），男 ，在 读 硕 士 研 究 生 ， 研究方向为智能系统建模与工业智能控制。
自动化与仪表 2015(1)
33
总线与网络
升了人们的生活质量 。 [2-3] 计算机技术、网络技术与 移动通信技术的结合与发展为智能家居的高速发 展 提 供 了 前 提 和 条 件 [4]。
系统实现智能控制前，需要进行遥控器学习操
作，先将家居电器遥控器按键所对应的红外或射频
编码学习到主机中，然后，由主机转发编码数据到
控制终端 App 并存储到本地 SQLite 数据库中，即可
完成学习操作。 运行于智能手机或平板上的 App 基
于 TCP/IP 通信协议， 通过 WiFi 或 GPRS 向主机发
文 章 编 号 ：1001-9944(2015)01-0033-04
总线与网络
基于 Android 的智能家居系统的设计与实现
莫太平，胡俊波，赵佩斯
（桂林电子科技大学 电子工程与自动化学院，桂林 541004）
摘要：为营造一个更为安全、便利的居家空间，带来时尚、智能的生活体验，设计出了一套 智能家居系统。 系统采用基于Android平台的App作为控制终端，以STM32为主控制器的主 机 作 为 家 居 智 能 网 关 ，与 分 布 在 家 居 各 个 房 间 的 分 机 协 作 控 制 家 居 设 备 ；系 统 以 TCP/IP 通 信协议作为控制终端与主机的通信方式，射频无线通信技术作为家居内主机、分机之间的 通信手段，将家电、照明、娱乐设备通过网络集成于一体，通过运行在移动控制终端上的 App实现实时监视控制、灯光控制、智能插座控制、红外射频家居设备控制等强大功能。 整 套系统成本低廉、简易可靠、操作灵活、界面友好，经实际使用获得了很好的用户体验，具 有较高的实用性和推广价值。 关 键 词 ： 智 能 家 居 ；Android；App；主 机 ；分 机 中图分类号：TP273 文献标志码：A
App 的开发使用 Android 操作系统作为开发平 台 ，Eclipse 作 为 开 发 环 境 ，ADT （android development tools） 作为开发插件，Java 面向对象语言作为 开发语言，负责应用程序数据存储的 SQLite 数据库 作为开发数据库， 开发出一款在 Android 手机或平 板上运行的 App，作为智能家居系统的控制终端。在 Android 开发过程中，Google 公司已经对它的开发目 录 文 件 根 据 MVC 的 设 计 模 式 进 行 简 要 的 分 类 ，本 文基于 MVC 的设计模 式对 Android App 总体 架构 进行设计， 这样一方面可以更易于总体框架的搭 建、减少工作量，另一方面基于 MVC 的框架设计使 得系统结构更加清晰。 设计完成的控制终端 App 的 部分界面如图 2 所示，主要由配置主机、添加分机、 添加遥控、 添加场景和遥控器学习等功能模块构 成，其设计框图如图 3 所示。
本文考虑到 Android 系统应用的广泛性并结合 智能家居的发展趋势， 以运行于 Android 智能移动 设备上的 App 为控制终端， 使以 STM32 为主控制 器的主机与分布在家居各个房间的分机协作控制 家居电器，设计了一套成本低廉、可靠实用、界面友 好的智能家居系统。
1 系统总体设计
整个智能家居系统主要由控制终端 App、 家居 智能网关（主机）以及分布在家居各个房间的控制 器（分机）等部分构成。 系统总设计框图如图 1 所示。
收 稿 日 期 ：2014-11-13 ；修 订 日 期 ：2014-11-24 基 金 项 目 ：国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 （61263013）；广 西 教 育 厅 重 大 项 目 （201101ZD007）；广 西 信 息 科 学 实 验 中 心 重 大 项 目
（20130110） ； 桂 林 电 子 科 技 大 学 研 究 生 教 育 创 新 计 划 资 助 项 目 （GDYCSZ201475） 作 者 简 介 ：莫 太 平 （1974—），男 ，副 教 授 ，硕 士 生 导 师 ，研 究 方 向 为 智 能 控 制 与 模 式 识 别 、嵌 入 式 系 统 及 现 场 总 线 ；胡 俊 波
（2）用 户 个 人 的 智 能 Android 手 机 或 平 板 电 脑 作为控制终端， 即可实现家居设备的智能控制，而 不用为智能家居系统设计专用的控制器，这样做不 仅减少了硬件设计复杂度，降低了系统成本，还为 用户提供了非常便利的使用条件。
（3） 智 能 家 居 系 统 中 主 机 和 分 机 的 通 信 是 利 用 射频无线通信技术实现的，与其它实现同样功能的 无线通信技术相比，极大地降低了系统成本。
智 能 家 居 （smart home）是 利 用 计 算 机 技 术 、多 传感器技术、网络通信技术、智能控制技术、综合布 线技术等现代化技术，将家居生活中的各类电子设
备有机地结合在一起从而实现智能控制和管理的 一种嵌入式系统[1]。 智能家居的诞生让人们的 生活 舒适性得到了提高、安全性得到了保障并极大地提
总线与网络
控制家居电器的分机的 MAC 等数据存储到 App 的 数据库中，以便于主机转发控 制指令时，根 据 MAC 找到相对应的分机。
（3）添加场景。 即添加一个家居中房间的相关 信息到 App 数据库中，如客厅、卧室、厨房等。
（4）添 加 遥 控 即 将 某 个 家 用 电 器 相 关 信 息 添 加 到 App 的数据库中，包含电器所属场景（房间）和所 属控制器（主机或分机）等信息。
送控制指令，主机接收控制指令后，将控制指令解
析，并根据指令决定主机是将指令转发给相应的分
机还是直接控制相应的家居电器工作，而分布在家 居各个房间的分机主要负责接收主机发出的 RF 射
频控制信号，并将信号解析成控制指令，用于控制
分机所在房间的家居电器工作。 家居电器接收控制
操作指令后，执行相关功能，并将家居设备状态信
3 系统实现
3.1 基于 Android 的 App 设计 Android 是 Google 公司基 于 Linux 开 放 式 内 核
34
Automation ＆ Instrumentation 2015(1)
开发的手机 嵌入式操作 系统 。 Android 系 统 分 为 3 层，以 Linux 内核为基础层，中间层包括各类函数库 和虚拟机，最上层是用户界面和各种应用软件。
息返回到控制终端，从而实现智能手机或平板电脑
对家居电器的实时智能控制。 本文设计的智能家居系统具有如下特点： （1）基 于 开 放 流 行 的 Android 系 统 进 行 控 制 终
端 App 的设计，使用开源的 SQLite 结构数据库进行 数据存储， 同时，App 采用图形界面进行人机交互， 具有良好的用户体验。
为 了 满 足 主 机 无 线 转 发 从 控 制 终 端 App 得 到 的控制指令到相应分机设备的需求，需要组建一个 通信网络用于实现家居内的主机和分机之间的通 信。 因家居所占空间的限制，只需满足短距离通信 即可，满足这些条件的通信技术有 ZigBee 无线通信 技术、有线通信技术和射频无线通信技术等，本文 设 计 的 智 能 家 居 系 统 采 用 433 MHz 频 段 的 射 频 进 行无线通信， 构建家居通信网络。 本系统采用 433 MHz 频段的射频构成家居内网具有以下优点：采用 射频技术使得系统易于安装， 不需布线等工序，脱 离了有线的限制，整体架构灵活性高；433 MHz 为我 国免去申请步骤的无线通讯频段，可以减少不必要 的麻烦；射频信号是可穿墙的无线信号，与其它实 现同样功能的无线通信技术相比，系统设计成本低 廉，降低了系统的设计复杂度。
（5）遥控器学习功能模块。 将家居电器遥控器 按键所对应的红外或射频编码学习到主机中，然 后，主机转发编码数据到控制终端并存储到 App 的 SQLite 数据库中，用来组成控制终端向主机发送的 控制指令。 3.2 主机分机的硬件设计
主机和分机的区别是主机具有与控制终端通 信的 WiFi 模块，而分机则无。 主机由 STM32F101C8 主控制器、红外遥控发送接收模块、315 MHz 和 433 MHz 射频发送接收模块、WiFi 模块、 温湿度传感器 及烟雾传感器等组成，其设计框图如图 4 所示。
常用家居电器的遥控信号有红外和射频，射频 信号是可以无视障碍物穿墙传播的，而红外信号传 播的两点之间不能有任何障碍物，只能直线短距离 传播，这就为控制家居各个房间中红外遥控信号的 电器带来不便。 基于以上原因，系统采用智能网关 （主机） 和分布在各个房间的分机协作控制家居电 器的方案。
WiFi/GPRS
控制终端
无线路由器
灯 具 射频 窗 帘 等 射频
WiFi
电
主机
红外 视 空
调
射
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频
分机1
红
射
外
频
机电 顶动 盒门 等窗
分机2
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音遥 响控 电窗 视帘 机等
分机N
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空 调 电 视 机
排 风 扇 等
房间1
房间2 … 房间N
图 1 系统设计框图
Fig.1 Design diagram of system
Design and Implementation of Smart Home System Based on Android
MO Tai-ping，HU Jun-bo，ZHAO Pei-si
（School of Electronic Engineering and Automation，Guilin University of Electronic and Technology，Guilin 541004，China） Abstract：In order to create a more secure and convenient home space，a smart home system was designed. The system was used the App Based on Android platform as a control terminal.and based on STEM32 host controller as intelligent gateway，which were located in every room in the home to control the household equipment. In this system， the communication method between the control terminal and the host was based on TCP/IP communication protocol， also the communication means of host and extension in home was the Radio Frequency technology. Integrate home appliances，lighting and entertainment equipment into the smart home system by network and implement the function of real-time supervisory and control，lighting control，smart outlet control and infrared or radio frequency device control. The smart home system has the features of low cost，simple and reliable，flexible operation and friendly interface. It also gets a good user experience by actual use and has high practicability and value. Key words：smart home；Android；application；host；extension
（1990— ），男 ，在 读 硕 士 研 究 生 ，研 究 方 向 为 智 能 控 制 与 企 业 信 息 化 管 理 ；赵 佩 斯 （1990— ），男 ，在 读 硕 士 研 究 生 ， 研究方向为智能系统建模与工业智能控制。
自动化与仪表 2015(1)
33
总线与网络
升了人们的生活质量 。 [2-3] 计算机技术、网络技术与 移动通信技术的结合与发展为智能家居的高速发 展 提 供 了 前 提 和 条 件 [4]。
系统实现智能控制前，需要进行遥控器学习操
作，先将家居电器遥控器按键所对应的红外或射频
编码学习到主机中，然后，由主机转发编码数据到
控制终端 App 并存储到本地 SQLite 数据库中，即可
完成学习操作。 运行于智能手机或平板上的 App 基
于 TCP/IP 通信协议， 通过 WiFi 或 GPRS 向主机发
文 章 编 号 ：1001-9944(2015)01-0033-04
总线与网络
基于 Android 的智能家居系统的设计与实现
莫太平，胡俊波，赵佩斯
（桂林电子科技大学 电子工程与自动化学院，桂林 541004）
摘要：为营造一个更为安全、便利的居家空间，带来时尚、智能的生活体验，设计出了一套 智能家居系统。 系统采用基于Android平台的App作为控制终端，以STM32为主控制器的主 机 作 为 家 居 智 能 网 关 ，与 分 布 在 家 居 各 个 房 间 的 分 机 协 作 控 制 家 居 设 备 ；系 统 以 TCP/IP 通 信协议作为控制终端与主机的通信方式，射频无线通信技术作为家居内主机、分机之间的 通信手段，将家电、照明、娱乐设备通过网络集成于一体，通过运行在移动控制终端上的 App实现实时监视控制、灯光控制、智能插座控制、红外射频家居设备控制等强大功能。 整 套系统成本低廉、简易可靠、操作灵活、界面友好，经实际使用获得了很好的用户体验，具 有较高的实用性和推广价值。 关 键 词 ： 智 能 家 居 ；Android；App；主 机 ；分 机 中图分类号：TP273 文献标志码：A
App 的开发使用 Android 操作系统作为开发平 台 ，Eclipse 作 为 开 发 环 境 ，ADT （android development tools） 作为开发插件，Java 面向对象语言作为 开发语言，负责应用程序数据存储的 SQLite 数据库 作为开发数据库， 开发出一款在 Android 手机或平 板上运行的 App，作为智能家居系统的控制终端。在 Android 开发过程中，Google 公司已经对它的开发目 录 文 件 根 据 MVC 的 设 计 模 式 进 行 简 要 的 分 类 ，本 文基于 MVC 的设计模 式对 Android App 总体 架构 进行设计， 这样一方面可以更易于总体框架的搭 建、减少工作量，另一方面基于 MVC 的框架设计使 得系统结构更加清晰。 设计完成的控制终端 App 的 部分界面如图 2 所示，主要由配置主机、添加分机、 添加遥控、 添加场景和遥控器学习等功能模块构 成，其设计框图如图 3 所示。
本文考虑到 Android 系统应用的广泛性并结合 智能家居的发展趋势， 以运行于 Android 智能移动 设备上的 App 为控制终端， 使以 STM32 为主控制 器的主机与分布在家居各个房间的分机协作控制 家居电器，设计了一套成本低廉、可靠实用、界面友 好的智能家居系统。
1 系统总体设计
整个智能家居系统主要由控制终端 App、 家居 智能网关（主机）以及分布在家居各个房间的控制 器（分机）等部分构成。 系统总设计框图如图 1 所示。
收 稿 日 期 ：2014-11-13 ；修 订 日 期 ：2014-11-24 基 金 项 目 ：国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 （61263013）；广 西 教 育 厅 重 大 项 目 （201101ZD007）；广 西 信 息 科 学 实 验 中 心 重 大 项 目
（20130110） ； 桂 林 电 子 科 技 大 学 研 究 生 教 育 创 新 计 划 资 助 项 目 （GDYCSZ201475） 作 者 简 介 ：莫 太 平 （1974—），男 ，副 教 授 ，硕 士 生 导 师 ，研 究 方 向 为 智 能 控 制 与 模 式 识 别 、嵌 入 式 系 统 及 现 场 总 线 ；胡 俊 波
（2）用 户 个 人 的 智 能 Android 手 机 或 平 板 电 脑 作为控制终端， 即可实现家居设备的智能控制，而 不用为智能家居系统设计专用的控制器，这样做不 仅减少了硬件设计复杂度，降低了系统成本，还为 用户提供了非常便利的使用条件。
（3） 智 能 家 居 系 统 中 主 机 和 分 机 的 通 信 是 利 用 射频无线通信技术实现的，与其它实现同样功能的 无线通信技术相比，极大地降低了系统成本。
智 能 家 居 （smart home）是 利 用 计 算 机 技 术 、多 传感器技术、网络通信技术、智能控制技术、综合布 线技术等现代化技术，将家居生活中的各类电子设
备有机地结合在一起从而实现智能控制和管理的 一种嵌入式系统[1]。 智能家居的诞生让人们的 生活 舒适性得到了提高、安全性得到了保障并极大地提
总线与网络
控制家居电器的分机的 MAC 等数据存储到 App 的 数据库中，以便于主机转发控 制指令时，根 据 MAC 找到相对应的分机。
（3）添加场景。 即添加一个家居中房间的相关 信息到 App 数据库中，如客厅、卧室、厨房等。
（4）添 加 遥 控 即 将 某 个 家 用 电 器 相 关 信 息 添 加 到 App 的数据库中，包含电器所属场景（房间）和所 属控制器（主机或分机）等信息。
送控制指令，主机接收控制指令后，将控制指令解
析，并根据指令决定主机是将指令转发给相应的分
机还是直接控制相应的家居电器工作，而分布在家 居各个房间的分机主要负责接收主机发出的 RF 射
频控制信号，并将信号解析成控制指令，用于控制
分机所在房间的家居电器工作。 家居电器接收控制
操作指令后，执行相关功能，并将家居设备状态信
3 系统实现
3.1 基于 Android 的 App 设计 Android 是 Google 公司基 于 Linux 开 放 式 内 核
34
Automation ＆ Instrumentation 2015(1)
开发的手机 嵌入式操作 系统 。 Android 系 统 分 为 3 层，以 Linux 内核为基础层，中间层包括各类函数库 和虚拟机，最上层是用户界面和各种应用软件。
息返回到控制终端，从而实现智能手机或平板电脑
对家居电器的实时智能控制。 本文设计的智能家居系统具有如下特点： （1）基 于 开 放 流 行 的 Android 系 统 进 行 控 制 终
端 App 的设计，使用开源的 SQLite 结构数据库进行 数据存储， 同时，App 采用图形界面进行人机交互， 具有良好的用户体验。
为 了 满 足 主 机 无 线 转 发 从 控 制 终 端 App 得 到 的控制指令到相应分机设备的需求，需要组建一个 通信网络用于实现家居内的主机和分机之间的通 信。 因家居所占空间的限制，只需满足短距离通信 即可，满足这些条件的通信技术有 ZigBee 无线通信 技术、有线通信技术和射频无线通信技术等，本文 设 计 的 智 能 家 居 系 统 采 用 433 MHz 频 段 的 射 频 进 行无线通信， 构建家居通信网络。 本系统采用 433 MHz 频段的射频构成家居内网具有以下优点：采用 射频技术使得系统易于安装， 不需布线等工序，脱 离了有线的限制，整体架构灵活性高；433 MHz 为我 国免去申请步骤的无线通讯频段，可以减少不必要 的麻烦；射频信号是可穿墙的无线信号，与其它实 现同样功能的无线通信技术相比，系统设计成本低 廉，降低了系统的设计复杂度。
（5）遥控器学习功能模块。 将家居电器遥控器 按键所对应的红外或射频编码学习到主机中，然 后，主机转发编码数据到控制终端并存储到 App 的 SQLite 数据库中，用来组成控制终端向主机发送的 控制指令。 3.2 主机分机的硬件设计
主机和分机的区别是主机具有与控制终端通 信的 WiFi 模块，而分机则无。 主机由 STM32F101C8 主控制器、红外遥控发送接收模块、315 MHz 和 433 MHz 射频发送接收模块、WiFi 模块、 温湿度传感器 及烟雾传感器等组成，其设计框图如图 4 所示。