基于Android手机的智能家居远程控制系统

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

中图分类号：TP309 文献标识码：A 文章编号：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。

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）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。4）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 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。但是步进电机必须加驱动才可以运转，所以工作过程中用了一块芯片ULA2003来驱动步进电机的运转。

2.2 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2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。

2.3 GSM报警模块

GSM报警模块中适用SIM300型号的芯片，采用TEXT模式实现中文短信的发送，实现自动拨号，采用ATH指令自动挂机。利用AT指令可完成控制GSM模块进行SMS通讯的所有流程。当家中出现天然气泄漏或者是盗窃等情况，GSM报警模块会主动发送短信到手机终端[5]。

3 系统软件设计

系统的软件部分主要由四大部分构成：Java软件；数据的采集与分析程序；GSM安全预警；事件的执行。

3.1 系统软件流程图

如图3所示，首先人为的从手机端发送数据，数据经过手机网络通过uIP协议和家中的路由器进行通信，然后将数据包解包并通过串口协议传送给M3。

3.2 STC89C52串口接收数据并处理

M3作为主要的微控制器，会和下面的子处理器单片机STC89C52进行通信，通过串口通信实现。如下面的串口通信图所示，串口通信过程中还包括系统时钟的初始化及外设时钟使能、GPIO的初始化、USART的初始化、中断源的配置：

RCC_Configuration （）；

GPIO_ Configuration （）；

USART_ Configuration （）；

NVIC_ Configuration （）；

4 系统功能测试

基于上述的分析，我们以开发的基于Android手机系统的Java软件作为移动控制平台，采用LM3S811作为中央控制模块，通过网络模块进行数据的通信，使用户能远程控制家电，并通过监视模块用户能够实时了解家中状况。并且当用户在家中时，可以通过手机实现室内控制家电的功能。先进行各项基本功能测试，打开各个房间的灯、窗户、测量室温、打开电饭煲，然后进行安全系统测试，模拟有天然气泄漏，此时安全系统自动关闭燃气阀，并打开排风扇，同时GSM模块向手机终端发送告警信息，再通过手机远程查看家中状况。模拟发送火险，安全系统启动自动灭火装置，并发送告警信息。再模拟入室盗窃，安全系统发生声光报警，并向手机端告警，利用手机通过监控设备，查看家中情况。

5 总结

本系统通过把手机软件与智能家居系统相结合，设计实现出一种安全可靠、性价比极高、能够广泛、易操作、时尚感强的远程家居控制系统。基于android手机系统的智能家居软件，远程控制实时可靠，易于操作，系统性价比高，不仅能实现远程无误操作，而且具有极高的安全性，联网方便，实现了先在市场上少有的手机远程监控的功能。体现了智能化、人性化、时尚感强的特点，并且具有浓厚的生活气息，目前很少有成品的基于手机终端的智能家居远程控制系统，本系统具有很广阔的市场前景。本系统若能加以推广，则能真正意义上实现“移动物联，让生活尽在掌握中”的设计理念，倒时将颠覆人们传统的生活理念，将带给他们的是更加智能化、时尚化、舒适化的现代生活模式。

参考文献：

[1] 孙玉娟.智能家居借势突围从智慧城市到美丽中国[J].中国住宅设施，2013（1）：86-87.

[2] 李正明，吴波.基于物联网的智能家居控制系统研究[J]. 现代科学仪器，2012（2）：68-71.

[3] 陈致远，朱叶承，周卓全，等.一种基于STM32的智能家居控制系统[J].电子技术应用，2012，39（9）：138-140.

[4] 黎连业，郭春芳，向东明.无线网络及其应用技术[M].

[5] 林添成.基于GSM的远程家居控制系统[J].装备制造技术，2010（5）：75-76.

[6] 伯内特.Android基础教程[M].张译，译.北京：人民邮电出版社，2011.

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