一种Android端智能家居远程控制方案的实现※

时光，马维华

（南京航空航天大学计算机科学与技术学院，南京210016）

引 言

远程控制作为智能家居的一种标志性技术，被广泛应用于各种智能家居系统中［1]。本文设计并实现了一种智能家居中远程空调控制方案。本系统基于Android系统客户端用户友好型界面和GSM模块，屏蔽控制信息传输处理细节，客户端采用控件绑定号码的方式，用户只需根据终端Android界面提示，即可完成远程空调控制。相比于以往方案中GSM模块采用PDU方式进行通信，用户端需要手动输入具体命令的模式，本系统采用text文本方式进行通信，传输的控制命令仅为数字即可。

本文实现了两种Android应用中接收短消息的方式BroadcastReceiver（广播接收者）方式和ContentObserver（内容观察者）方式，采用Handler机制将接收到信息显示，且对安卓中SQLite数据库的操作进行阐述及应用。本系统通过接收GSM控制消息的基于LPC1766芯片的集中器传输控制消息到各个分控制器，可以同时控制6台空调，每台空调对应一个分控制器，具体系统控制端架构见图1。

图1 控制端系统架构

1 系统控制端设计

1.1 硬件设计

本系统采用NXP公司的LPC1766芯片作为集中器的SoC。系统GSM模块采用华为公司的GTM900－B型号无线模块，该模块具有标准的AT命令接口，并提供无线接口用于短消息的收发，且可通过串口通信和嵌入式MCU相连。

本系统中GSM模块和集中器通过串口相连。GTM900－B模块的串口与LPC1766的UART0相连，具体连接见图2。

1.2 AT指令

GTM900－B模块使用了GSM Rec.07.07中规定的标准AT命令，本系统需要使用到的AT命令如表1所列［3]。

图2 集中器与GSM模块的连接

表1 系统中使用的AT命令

1.3 通信协议

本系统主要通过GSM短消息的方式完成对每个房间的温度获取（通过分控制器上的温度传感器）和每个房间空调工作模式、温度的设置，以及关闭房间空调的功能。从安卓终端的角度包括两个方面的通信——发送和接收。

从安卓终端发送到GSM模块的控制信息包括三个方面：获取温度值，设置某个房间空调参数，关闭某个房间空调。GSM模块采用text方式通信，系统将发送的三种控制信息数字化为相同规格：

Sent1分隔符Sent2分隔符Sent3分隔符Sent4

其中Sent1表示控制信息类型：“1”表示获取温度，“2”表示设置某个房间空调，“3”表示关闭某个房间空调。Sent2表示房间号，取值1～6对应相应房间。Sent3表示当Sent1为“2”时，设置号码为Sent2的房间空调的工作模式：“1”表示制热，“2”表示制冷，“3”表示送风，“4”表示除湿。Sent4表示当Sent1为“2”时，设置号码为Sent2房间的工作温度。分隔符用冒号表示，主要作为区别控制信息与初始化返回信息的标识符。所以，Android发送端发送的控制信息格式表示为“Sent1：Sent2：Sent3：Sent4”。

对安卓终端接收的反馈消息也包括三个方面：集中器从分控制器得到的温度信息，设置某个房间空调成功的返回消息，某个房间空调关闭的返回消息。因为这三种消息长度不一致，处理方式不同，系统只对接收消息的前两位格式化即可完成系统功能，具体如下：

Rec1 Rec2

其中Rec1表示反馈信息类型：“1”表示温度信息，“2”表示设置空调返回信息，“3”表示关闭空调返回信息。Rec2表示当Rec1为“2”或“3”时空调返回信息，“1”表示设置或者关闭成功，“0”表示失败。所以，Android接收端接收的由系统控制端返回的信息中，首先会判断第1位（即Rec1位），如果是“1”，则表示返回的是各个房间的温度；如果是“2”，表示的是设置空调（Sent1等于“2”时）的返回消息；如果是“3”，表示的是关闭空调（Sent1等于“3”时）的返回消息；对于Rce1等于“2”或者“3”，再根据Rce2来判断相应的返回消息状态。

1.4 集中器软件设计

集中器上的程序主要完成系统模块和GSM模块初始化，判断控制信息类型及作相应的处理，向终端用户返回消息［4]。具体程序流程见图3。

图3 集中器程序流程图

其中GucRcvNew＝1表示集中器从UART0接收到来自GSM模块的返回消息，recvfg用来对GSM模块进行初始化，其初值为0。集中器发送命令at到GSM模块，如果接收到GSM模块的“at ok”返回消息，则设置recvfg＝1，然后进入switch语句，当recvfg＝1时，向GSM模块发送命令at＋cmgf＝1，如果返回值为“at＋cmgf＝1ok”，设置recvfg＝2。当recvfg＝2时，向GSM模块发送命令“at＋cnmi＝2，2，，1”，如果返回值为“at＋cnmi＝2，2，，1ok”，设置recvfg＝3，到此GSM模块初始化结束。如果初始化过程中当集中器发送AT命令后，接收到的不是正确返回值，则设置recvfg＝0，重新开始初始化。

根据控制信息类型设置flag子程序和根据flag值进行相应处理的子程序主要是在初始化结束后完成系统功能，程序流程见图4、图5。

图4 根据控制信息设置flag

图5 根据flag值进行相应处理

本系统集中器采用UART中断方式和GSM模块通信，当有数据返回集中器时，会触发UART中断，在UART中断处理程序中从U0RBR寄存器读数据到Guc RcvBuf［GulNum] 数组中。因为每次通信返回的字节数不相等，本系统在UART中断处理函数中引入定时器中断，在定时器中断处理函数中设置GucRcvNew＝＝1。即每次进入UART中断处理函数时，开启定时器，UART在初始化时设定的中断触发点是1个字节，当所有返回字节都接收完成时，定时器超时会触发定时器中断处理函数，设置GucRcvNew＝＝1，主程序检测到有数据返回。系统中设置定时器的触发时间是0.5s。

2 Android端设计

本系统采用Android应用程序的用户友好型界面作为与用户的接口，Android终端程序通过控件绑定方式对固定号码进行短信接收与发送，用户只需通过点击控件方式即可传递和接收控制信息，具体根据系统自定义通信协议发送的控制信息则完全被程序屏蔽，对用户完全透明。其中发送短信和接收短息都会对Android系统的SQLite数据库作出改动，需要对数据库中的相关信息进行删除来保证对用户透明。另外对于控件之间消息传递采用Android中的Handler机制［5]。

2.1 发送控制信息

Android中发送消息主要通过SmsManager类来实现，它继承自java.lang.Object类。其主要的方法说明略——编者注。

发送短信程序首先调用SmsManager.getDefault（）获取SmsManager对象，然后通过PendingIntent的getActivity方法获得一个PendingIntent对象。根据短信长度Message.length（）与短信长度最大值比较来判断是否需要调用smsManager.divideMessage（Message）将短信分割，然后再调用smsManager的sendTextMessage方法发送短信。代码略——编者注。

发送短信模块需要在清单文件AndroidManifest.xml中加入允许发送短信的权限：＜uses－permission android：name＝"android.permission.SEND＿SMS"／＞。

2.2 接收返回信息

在Android端接收消息，可以采用两种方式，一种通过BroadcastReceiver广播接收器的方式，另外一种是通过观察数据库变化的内容观察者类ContentObserver来实现。

2.2.1 BroadcastReceiver接收短信

Android中的广播是一种在应用程序之间传递信息的机制，在Android中有多种广播，基于GSM短信的接收会产生一个广播，应用程序可以监听这些广播并根据广播类型作出相应的处理。BroadcastReceiver就是对接收到的广播进行过滤并响应的一类组件。

当应用程序接收到广播发送来的intent对象，BroadcastReceiver类根据其注册的广播地址与接收到的intent对象进行比较，如果匹配则调用BroadcastReceiver的on－Receive（）方法。

BroadcastReceiver类的注册有两种方式，第一种是静态注册方式，即在AndroidManifest.xml文件中利用intent－filter指明需要过滤的广播地址。静态注册方式会使程序始终监听广播消息，并自动调用程序继承自BroadcastReceiver的类。第二种是动态注册方式，其在activity中调用函数registerReceiver来注册，当应用程序关闭后，就不在进行监听。在动态注册的activity被销毁前，需要调用unregisterReceiver解除注册。

短消息广播是一个有序广播，即每次只被优先级最高的接收者处理，然后由优先级高的接收者传递到优先级低的接收者。优先级高的接收者可以终止这个广播。对于有序广播而言，动态注册的优先级高于静态注册。

系统中定义SmsReceiver类继承自BroadcastReceiver类，采用动态注册的方式，在activity中用于动态注册的代码略——编者注。

接收短信模块需要在清单文件AndroidManifest.xml中加入允许发送短信的权限：＜receiver android：name＝".SMSReceiver"android：enabled＝"true"＞＜／receiver＞。

2.2.2 ContentObserver接收短信

系统实际使用中，对于用BroadcastReceiver接收短信往往效果不好，主要因为用户在Android终端安装的第三方软件，比如接收短信软件、安全软件等，这类软件从底层获取系统权限，优先级始终高于应用层软件，导致应用层软件不能优先接收到广播消息，所以在设计短信接收客户端时一般采用监听数据库方式。

当客户端接收到短信后会将其插入SQLite数据库，数据库发生变化会触发内容观察者——ContentObserver。ContentObserver类似于一个触发器，当其所观察的Uri发生变化，这个触发器就会触发来执行相应的处理。主要方法的说明略——编者注。

本系统在onChange的方法中，利用Context实例对象的getContentResolver方法获得一个ContentResolver对象，然后调用ContentResolver的query方法获取当前数据库中的短消息。具体代码略——编者注。

对于得到的短消息通过Cursor对象的getColumnIndexOrThrow方法获取其thread＿id，id和body内容。对于在数据库中的短消息，为了保证对用户的透明传输，要调用ContentResolver对象的delete方法将收件箱中的短消息删除。具体代码略——编者注。

ContentObserver接收短信模块需要在清单文件AndroidManifest.xml中加入允许接收短信的权限：＜uses－permission android：name＝"android.permission.READ＿SMS"／＞。

2.3 Handler机制

对于使用ContentObserver接收到房间温度信息后，通过Android的Handler机制将信息传送到主activity显示。在Android中，主程序会创建一个Looper对象，在Looper对象初始化时候会创建一个消息队列Message－Queue用来存放线程放入的消息。用户可以构造一个Handler对象与Looper沟通，以便将消息push到消息队列中。当主线程检测到有新消息进入消息队列后，首先判断该消息对应的Handler，然后将消息分发到指定的Handler处理。

系统中通过ContentObserver继承类SMSContentO－bserver的构造函数将在activity中定义的Handler对象传入SMSContentObserver中，然后调用Handler对象的obtainMessage方法获得一个message对象，最后调用message对象的sendToTarget方法将控制消息发送到消息队列，在activity中定义了handleMessage函数用来处理得到的控制消息。具体代码略——编者注。

2.4 Android终端效果

Android客户端控制界面见图6，当点击“获取温度”按钮，Android端会自动向系统控制端发送短信“1：0：0：00”，这样系统控制端会检测到是1类控制信息，则返回每个房间温度。

当需要设置某个房间空调的工作方式，则通过点击“设置空调”按钮左侧的“房间号”、“空调模式”和“设置温度”等三个下拉列表（Spinner）来设置。如设置房间号为“房间二”，空调模式为“制冷”，设置温度为“25℃”，然后点击“设置空调”按钮，安卓端会自动发送2类控制信息“2：2：2：25”到系统控制端，系统接收到控制信息会处理后返回设置是否成功消息，安卓端解析后将其显示。当需要关闭某个房间空调，可以通过“关闭空调”按钮左侧的“要关闭空调所在房间号”下拉列表实现，比如选择“房间五”，然后点击“关闭空调”按钮，Android端即把3类控制信息“3：5：0：00”发送到系统控制端，系统控制端处理后将空调关闭状态返回。

图6 客户端初始界面

结 语

智能家居中的远程控制方式有很多，本系统结合Android终端的用户友好型界面，采用自定义协议方式，设计了一套基于短消息的空调控制系统。在Android终端接收返回信息的两种方式中，ContentObserver因其稳定性在工程实践中使用较多，本系统最终也是采用了ContentObserver的方式，并取得很好的效果。本系统设计合理，性能稳定，对其他工程设计也具有一定参考价值。

编者注：本文为期刊缩略版，全文见本刊网站www.mesnet.com.cn。

［1] 俞建峰.物联网工程开发与实践［M] .北京：人民邮电出版社，2013.

［2] 周立功.深入浅出Cortex－M3——LPC1700（上册）［M] .广州：广州致远电子股份有限公司，2007.

［3] 华为技术有限公司.GTM900无线模块AT命令手册［EB／OL] .［2007－07] .http：／／www.huawei.com.

［4] 刘海涛.嵌入式应用中接收GSM短消息的两种方法［J] .单片机与嵌入式系统应用，2013（3）：11－13.

［5] 杨丰盛.Android应用开发解密［M] .北京：机械工业出版社，2012：166－187.