基于Android的无线智能窗帘控制系统设计

孙浩文

(陕西国防工业职业技术学院， 西安 710300)

0 引言

随着科技的进步，智能家居受到追捧，也改善着我们的生活质量。在未来的发展前景中，智能家居的市场也会越来越广阔。家居智能化通过家庭分布总线把住宅内各种与信息相关的通信设备、家庭装置并到网络节点中进行集中的监控、管理，保持家居与环境的协调，为生活、工作、学习提供优质服务，创造一种智能舒适的家庭氛围。因此，本文基于Android平台基础上对无线智能窗帘控制系统进行设计。

1 系统技术分析

1.1 Android平台介绍

Android 系统是建立在Linux 内核系统之上的，该系统主要由5部分组成，分别是应用程序层、应用程序框架、函数库、Android 运行环境、linux 核心层[1]。Android数据存储方式主要分为5种类型，分别是：1)文件存储：把文件存放在应用程序自己的目录内的内部存储、访问SD卡等外部设备的外部存储以及访问保存在资源目录中的原始文件及XML文件；2)网络存储：使用网络访问和获取数据作为Android数据交互方式；3)内容提供器：用来存储和获取数据并使这些数据可以被所有的应用程序访问；4)共享优先存储：可以完全屏蔽对文件系统的操作过程；5)SQLite数据库存储：是一种小型数据库，资源占用少，对底层操控能力强、存储速度快、可靠性高。SQLite具有无配置，源代码开放等特点，在Android平台的移动设备中应用广泛，数据交互方式也是最有效的。综合上述对比，本文选用SQLite作为智能窗帘终端软件的数据存储方式。SQLite的内部结构，如图1所示。

图1 SQLite 的内部结构

Android网络通信方式主要有两种Socket和Http。Http通信则主要以“请求—响应”的连接方式为主，在对连接进行请求的同时建立起连接通道，然后通过服务器将数据反馈到客户端。Socket通信是服务器向客户端传送数据。在本文智能窗帘的设计中，智能家居不需要高传输效率，命令数据的完整性与安全性的要求较高，鉴于智能家居控制软件通信功能实现选择基于TCP的Socket通信机制。

1.2 WiFi无线技术介绍

WiFi是改善无线网路产品之间的互通性的高频无线信号，通过无线的方式连接电脑、手持设备等终端设备，用户可以通过Wi-Fi技术随时随地访问互联网，不必受有线网的限制，WiFi技术具有覆盖范围广、速度较快、可靠性高、不需要排线、健康安全的特点，所以将其用到无线智能窗帘控制系统设计中。WIFI 模块常用以下3种模式：1) 透明传输模式，通过该模式可以使网络与串口模块之间的数据进行随意传送；2) 串口指令模式，用户可以将自身制动的协议格式相不同的服务器发放，在此过程中无需重新启动；3) GPIO模式，用户通过协议指令的发送来对CTS、RTS、TXD、RXD、nLink、nReady 6个引脚进行控制。结合以上3种模式，该系统的设计选用Wi-Fi 技术的透明模式作为无线通信技术对数据进行传输，这种模式比较符合设计需求，能够降低设计的复杂度[2]。

2 系统总体设计

2.1 需求分析

无线智能窗帘的设计主要性能需求是提高人们的生活质量，为家庭打造更便捷、舒适的生活环境，让其更加人性化的为家庭提供服务。所以，智能窗帘控制系统的设计应该保持先进性、持久性、成本小、价格低廉的特点，使普通家庭也能享受高科技带来的便捷。用户可以直接通过手机来查看无线智能窗帘的功能，对该系统进行远程控制，对智能窗帘的工作状态进行设置，各项操作均可以通过手机端来发送指令，通过服务器传送到无线通信模块，再变成物理动作通过无线模块上传至云服务器，最后通过手机端来显示更新后的窗帘的工作状态。该设计系统巧妙地利用当下先进的物联网技术，对智能窗帘终端软件通过Android平台进行控制，使系统更加直观简洁，满足用户个性化的体验需求。

2.2 整体架构设计

在对市场智能家居产品调研的基础上对智能窗帘控制系统的研发技术、Android平台技术和无线通信技术进行分析。本文设计架构主要由Android平台控制软件、控制网关构成。首先对Android客户端控制软件进行设计，包括用户登录界面，系统通信功能以及SQLite 数据库构建。用户可以通过终端控制软件的操作来进行与窗帘的交互，发送命令控制设备。控制网关主要负责对数据的接收与发送。Android智能手持设备一般都能够连接无线WiFi，以无线传输的方式与智能终端进行数据交互。Android平台终端软件向控制网关发送控制命令同样使用无线传输技术。在控制网关上会有一个相应的无线发射模块与窗帘模块相连，完成控制网关和窗帘之间的数据连接。控制网关与窗帘通过433M无线射频模块实现连接。数据通过这些无线收发模块便可以在终端控制软件和控制网关、控制网关和窗帘嵌入模块子节点之间进行通信和信息交互。综上所述，智能窗帘控制系统结构框图，如图2所示。

图2 智能窗帘控制系统结构框图

3 系统软件的设计与实现

3.1 登录软件设计

在智能窗帘软件系统使用之前需要对身份登录界面进行设置，确保用户居住环境的隐私性和安全性。打开软件后，无账号和密码的用户必须先完成注册，然后输入正确的账号和密码，可以选择记住密码，若输入正确进入到智能家居软件主控制界面，否则重新输入。登录界程序设计流程图，如图3所示。

图3 登录界程序设计流程图

当用户打开软件后，启动Android 应用程序，登陆到系统界面，开始对智能窗帘进行控制与设置。首先看到的是智能窗帘的具体控制模块图标，用户点击即可进入控制子界面，并且可以查看本机网络[3]。主界面程序设计流程图，如图4所示。

图4 主界面程序设计流程图

3.2 窗帘控制模块

3.2.1 窗帘控制界面

智能窗帘模块控制界面如图所示，有“开”和“关”两个按钮，窗帘图案、场景选择框，还可以对终端软件连接的目标IP地址、监听端口号进行设置，进一步提升软件的广泛性和持久性。窗帘控制界面，如图5所示。

图5 窗帘控制界面

3.2.2 窗帘控制模块系统设计

首先用户通过互联网对登陆账号与密码进行设置，登录时输入正确的用户名与密码，对窗帘进行监控和设置。其次用户通过手机能够远程监测管理到家中窗帘工作状态，并对其进行相应的开关控制，而且用户可以对房间及其中相应的窗帘场景模式进行添加。同时也提供自定义模式的功能，用户可以对已有的模式进行更改也可以增添新的模式，通过模式配置界面对模式进行确定然后发送指令，将返回的数据存储在数据库中[4]。

3.3 控制网关模块

该模块主要是为了实现Android终端软件与窗帘通信的中间模块。智能手持设备终端是控制网关来实现和窗帘的信息交互，智能手持设备不能直接控制窗帘，如果要对窗帘进行控制，必须和控制关通信，通过家庭网关来和窗帘连接进行信息交互。智能手持设备终端通过无线网络与智能网关之间建立通信，在控制网关中会包括WIFI模块用来实现与控制终端的连接。窗帘嵌入硬件模块主要通过433M模块来对控制网关发送的命令进行接收，所以控制网关也会包含有433M无线射频模块，通过串口使两个模块之间连接然后进行通信，由此完成无线智能窗帘控制系统命令的接收和转发功能。

4 测试与评价

软件测试主要针对的是基于Android平台的登录软件及各个模块的测试与实验，软件的测试在整个系统中占据重要作用[4]。本次测试对系统进行了24小时的连续开机，检验系统工作状态是否满足需求分析。测试表明系统具有较好的稳定性和可靠性，各项指标均符合。测试结果，如表1所示。

表1 测试结果图

经过测试分析该系统具有如下优点：1) 网络通信技术方案选择WiFi技术，操作简便、价格低廉、应用范围广；2) 基于Android平台设计该系统可以保证源代码公开、拓展性好、迁移性好、功能强大；3) 无线智能窗帘市场发展前景好，可以带动智能家居行业迅速发展，用户群体广泛，应用市场宽阔[5]。

5 总结

本文以无线智能窗帘作为研究背景，并结合物联网在生活领域发展的实际情况，对基于Android平台的无线智能窗帘控制系统进行设计与研究，主要对Android平台控制软件进行开发，实现了对家庭控制网关的设计。首先从项目背景与市场需求方面入手，对市面上已有的智能家居产品设计理念进行分析，在此基础上对智能窗帘涉及的关键技术进行研究，最终得出智能家居控制系统的整体设计方案；然后设计了简洁的用户交互界面，实现了控制软件与控制网关通信功能；最后完成了整个基于Android的无线智能窗帘控制系统的设计。本文设计方案合理实用，达到了预期的设计目标，具有较高的研发价值。