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基于Android和Pachube的智能家居遠程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

來源：微型機與應(yīng)用2012年第13期

葉紅衛(wèi)

（河源職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與信息工程學(xué)院，廣東河源 517000）

摘要： 設(shè)計了一種可遠程控制的智能家居監(jiān)控系統(tǒng)，采用XBee模塊組成ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳輸智能家居控制網(wǎng)絡(luò)，由Netduino plus搭建的家庭網(wǎng)關(guān)實施控制，Android遠程控制端通過Pachube對網(wǎng)關(guān)進行訪問。該系統(tǒng)組網(wǎng)方便，能通過手機遠程監(jiān)控智能家居的運轉(zhuǎn)，具有很好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞： 嵌入式操作系統(tǒng) Android Pachube 智能家居 XBee

Abstract：

Key words :

　隨著人們生活品質(zhì)的不斷提高，對智能家居的要求也隨之提高，不再局限于PC終端的控制和信息的傳遞，而要求隨時隨地能夠?qū)χ悄芗揖拥母鞣N信息進行監(jiān)控。隨著3G技術(shù)和各種智能手機的普及，使得智能家居可以通過手機進行控制。同時，2.4 GHz頻段的高通信速率和可兼容性正引起人們的重視，比起其他組網(wǎng)方式，采用2.4 GHz通信正逐步成為家電類產(chǎn)品無線通信發(fā)展的趨勢[1]。
1 系統(tǒng)硬件設(shè)計
1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計
　系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，家居設(shè)備上各種傳感器的信息通過Digi公司的XBee模塊組建的ZigBee網(wǎng)絡(luò)進行傳輸。ZigBee在物理層和媒體訪問控制層采用IEEE 802.15.4協(xié)議，使用帶時隙或不帶時隙的載波檢測多址訪問和沖突檢測（CSMA-CA）的數(shù)據(jù)傳輸方法，并與確認(rèn)和數(shù)據(jù)檢驗等措施結(jié)合，可保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸[2]。XBee模塊功耗低，傳輸速率最高可達250 kb/s，支持AT和API command模式，易于配置[3]。智能家居網(wǎng)關(guān)采用Netduino接收ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳遞的數(shù)據(jù)進行處理和存儲，Netduino所用的是Atmel的32 bit ARM7，其頻率為48 MHz。Netduino具有1個SPI、I2C、2個UARTs（1個RTS/CTS）、4個PWM和6個ADC，基于微軟的.NET Micro Framework，支持C#和VB.NET進行系統(tǒng)開發(fā)。Netduino的IDE采用Visual Studio，且支持仿真和在線調(diào)試（In-Circuit Debugging），支持事件機制。Netduino Plus直接板載了網(wǎng)絡(luò)模塊和Micro SD卡槽[4-5]，如圖2所示。

　智能家居網(wǎng)關(guān)和遠程控制端采用Pachube進行信息的傳遞，可以對智能家居設(shè)備的數(shù)據(jù)進行監(jiān)控，同時，遠程控制端可以發(fā)送指令控制智能家居設(shè)備。Pachube是一種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，它幫助你在世界范圍連接和共享來自物體、設(shè)備、建筑和環(huán)境的感應(yīng)裝置實時數(shù)據(jù)，并且創(chuàng)建標(biāo)簽。Pachube有一點像YouTube，唯一的不同是它不是共享視頻，Pachube使人們能夠監(jiān)測和共享與互聯(lián)網(wǎng)相連的感應(yīng)裝置的實時環(huán)境數(shù)據(jù)。Pachube可以在不同的環(huán)境之間發(fā)揮作用，既實現(xiàn)了獲得來自遠程感應(yīng)裝置的導(dǎo)入數(shù)據(jù)，又實現(xiàn)了為遠程促動器提供輸出數(shù)據(jù)。任何兩個環(huán)境之間可以建立連接，支持點對點、自發(fā)或事先未計劃的連接[6]。遠程監(jiān)控端采用基于Android系統(tǒng)的手機。Android是谷歌公司和開放手機聯(lián)盟（Open Handset Alliance）共同提供的軟件平臺。由嵌入式Linux和Java構(gòu)成的Android系統(tǒng)的架構(gòu)和工作原理決定了它是目前最具可移植性的移動設(shè)備操作系統(tǒng)[7-8]。
1.2 開發(fā)平臺搭建
　開發(fā)平臺的搭建主要包括.NET Micro Framework的安裝和Netduino的硬件平臺的搭建。由于Netduino的IDE采用Visual Studio，要Visual Studio支持Netduino，首先必須安裝.NET Micro Framework和Netduino SDK。目前，最新的.NET Micro Framework和Netduino SDK都是V.4.2.0版本。
智能家居網(wǎng)關(guān)與控制終端通過Internet進行互聯(lián)，對Netduino Plus板載的網(wǎng)卡進行初始化的配置，設(shè)置IP地址、子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)關(guān)和DNS，同時也支持通過DHCP獲取上述的設(shè)置信息。要在pachube.com上創(chuàng)建存儲智能家居設(shè)備信息和控制指令的Feed及用來訪問對應(yīng)Feed的API key。
2 系統(tǒng)軟件設(shè)計
2.1 網(wǎng)關(guān)設(shè)計
　智能家居網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的主體流程如圖3所示。系統(tǒng)啟動后進行設(shè)備的初始化，并且通過XBee模塊采集家居設(shè)備的狀態(tài)信息，如房間的光照強度、火災(zāi)報警器信息等。采集數(shù)據(jù)后通過Netduino Plus板載的網(wǎng)口，通過HTTP協(xié)議發(fā)送信息到Pachube，同時監(jiān)聽從Pachube發(fā)送的指令。如果接收到控制指令則啟動設(shè)備控制模塊，發(fā)送指令給智能家居設(shè)備執(zhí)行，同時網(wǎng)關(guān)進行設(shè)備數(shù)據(jù)的更新，將更新后的設(shè)備數(shù)據(jù)發(fā)送到Pachube。監(jiān)聽從Pachube發(fā)送的指令的部分代碼如下：

……
//調(diào)用Pachube API的apikey
const string apikey=
"eRJdp_9i9l224rvrRpDN062owfeAkNan0ce_ZE1_21w"；
//用于發(fā)送指令的feedId
    const string feedId="49567"；
    var requestUri="http：//api.pachube.com/v2/feeds/" + feedId + ".csv"；
    using （var request=（HttpWebRequest）
WebRequest.Create（requestUri））
         {
           request.Method="GET"；
//通過GET形式獲取數(shù)據(jù)
           request.Headers.Add（"X-PachubeApiKey"， apikey）；//添加Pachube API key
           using （var response = （HttpWebResponse）request.GetResponse（））
                {
               if （signal）
                    {
                     if（HandleResponse（response））
                   Home_windows1.Write（true）；
//拉上房間的窗簾
……
2.2 遠程控制端設(shè)計
　遠程控制端基于Android系統(tǒng)進行設(shè)計，主要有兩個功能，一是從Pachube接收智能家居網(wǎng)關(guān)發(fā)送的設(shè)備信息（包含空調(diào)的溫度、燈光的亮度等），同時判斷獲取的信息與上一次獲取的信息是否相同。如果不同，則顯示信息，并采用AChartEngine進行圖形化的顯示；如果相同，則再次從Pachube接收信息。二是發(fā)送遠程控制指令給智能家居網(wǎng)關(guān)。系統(tǒng)發(fā)送指令到Pachube，智能家居網(wǎng)關(guān)收到控制指令后，將控制指令通過XBee模塊組成的ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳遞給設(shè)備執(zhí)行。執(zhí)行完畢后，網(wǎng)關(guān)將指令執(zhí)行情況發(fā)送到Pachube，遠程控制端獲取指令執(zhí)行情況信息，并顯示指令執(zhí)行是否成功。遠程控制端系統(tǒng)流程如圖4所示，發(fā)送控制指令部分代碼如下：

……
    try {
        //調(diào)用Pachube API
      Pachube p = new Pachube
（"eRJdp_9i9l224rvrRpDN062owfeAkNan0ce_ZE1_21w"）；
                    Feed f = p.getFeed（49568）；
                    f.updateDatastream（1，ControlCode）；
//發(fā)送控制指令
            } catch （PachubeException e） {
                    System.out.println（e.errorMessage）；
            }

……
　本文設(shè)計了一種基于Android和Pachube的智能家居遠程監(jiān)控系統(tǒng)，基于Netduino Plus的智能家居網(wǎng)關(guān)對整個家居系統(tǒng)進行控制，同時提供了遠程訪問的功能，通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)進行設(shè)備的控制和信息的傳送，基于Android系統(tǒng)設(shè)計遠程控制端通過Pachube和智能家居網(wǎng)關(guān)通信。此外，本系統(tǒng)的可擴展性強，可以將Pachube嵌入到網(wǎng)站中，不同操作系統(tǒng)的智能終端可以通過訪問網(wǎng)站實現(xiàn)對智能家居的監(jiān)控，這也是本系統(tǒng)進一步研究的方向。
參考文獻
[1] 余熾業(yè).一種智能家居遠程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].電測與儀表，2011，48（542）：36-39.
[2] 郭淵博，楊奎武.ZigBee技術(shù)與應(yīng)用-CC2430設(shè)計、開發(fā)與實踐[M].北京：國防工業(yè)出版社，2010.
[3] 吳文忠，李萬磊.基于ARM和ZigBee的智能家居系統(tǒng)[J].計算機工程與設(shè)計，2011，32（6）：1987-1990.
[4] PRISTER C. Getting started with the Internet of things[M].America： O′Reilly Media， Inc， 2011.
[5] WALKER C. Getting started with Netduino[M]. America： O′Reilly Media， Inc，2012.
[6] 歡迎來到Pachube[EB/OL].http：//www.pachube.cn/，2012-03-01.
[7] 農(nóng)麗萍，王力虎，黃一平.Android在嵌入式車載導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用研究[J].計算機工程與設(shè)計，2010，31（11）：2473-2476.
[8] 張魏，李卉.Android移動應(yīng)用開發(fā)從入門到精通[M].北京：人民郵電出版社，2010.

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