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国际无线与移动网络杂志（IJWMN）Vol. 5月1日, 2013年2月
基于Android智能设备的智慧家居
明彦和郝世
澳大利亚墨尔本维多利亚大学工程与科学学院ming.yan2@live.vu.edu.au和hao.shi@vu.edu.au
摘要
随着现代科技和Android智能手机的发展，智能生活逐渐发展改变人们的生活。 蓝牙技术旨在在短时间内无线交换数据使用短波无线电传输，正在提供必要的技术来创造方便，情报和可控性。 在本文中，一个新的Smart Living系统称为家庭照明控制使用基于蓝牙的Android智能手机的系统被提出和原型。 第一款智能手机审查生活和蓝牙技术。 二是系统架构，通讯协议并描述硬件设计。 然后设计一个基于蓝牙的智能手机应用程序提出了原型。 显示Android智能手机可以提供一个平台来实现基于智能生活的蓝牙应用。
关键词
Android智能手机，Smart Living，蓝牙模块，单片机，家庭自动化
1.介绍
如今，智能手机越来越强大，加强了处理器，更大的存储空间功能，更丰富的娱乐功能和更多的沟通方式。蓝牙，主要用于数据交换，为智能手机添加新功能。蓝牙技术由电信厂商爱立信于1994年创建[1]，通过整合显示其优势与智能手机。它已经改变了人们如何在家庭或办公室使用数字设备将传统有线数字设备转移到无线设备中。主机蓝牙设备是能够同时与多达七个蓝牙模块进行通信链接[2]。考虑到其正常工作面积在八米以内，特别有用家庭环境。感谢蓝牙技术和其他类似技术的概念智能生活为方便，舒适和安全提供了更好的机会包括空调的集中控制，家庭照明，供暖和制冷服务机器人[3] [4]。随着智能手机用户的急剧增长，智能手机逐渐发展变成一个通用的便携式设备，为人们提供日常使用[5]。
近年来，Android开源平台已被广泛应用于智能手机[6]。Android具有完整的软件包，包括操作系统，中间件层，和核心应用。 不同于其他现有的平台，如iOS（iPhone OS），它来了与软件开发工具包（SDK），它提供必要的工具和应用程序编程接口（API），用于开发人员为Java中的Android平台构建新应用程序。 而Android平台还支持蓝牙网络堆栈，这允许蓝牙设备在短距离内相互无线通信[7]。 在本文旨在为拟议的家庭照明开发基于蓝牙的应用控制系统使用开源Android开发工具（ADT），Android SDK（软件开发工具包）和Java开发工具包（JDK）。
2.背景与相关工作
随着信息技术的飞速发展，智能生活的概念得到了放矢作为过去几十年来研究人员和投资者的一个吸引人的领域。在2006年，Tom和Sitteproproproposed提出了一个名为Family System [8]的参考模型描述一套家庭流程，如管理财务，规划和准备膳食，家庭保健，教育，家庭养护，创造收入和娱乐家庭自动化（HA）的社会生活维护及其关系，以及与外部元素的交互。家庭系统的模式可以是一个非常有用的平台进一步研究创造智慧生活来帮助人们日常生活[8]。蓝牙技术一直是家庭自动化或智能的重要技术之一活的。它是一种无线技术，用于替代移动电话等设备上的电缆和PC。虽然“电缆更换”可以创建点对点通信，蓝牙允许无线设备能够在范围内相互通信。该一组蓝牙设备的网络被称为“微微网”[9]，这是一种理性的技术网络一个聪明的现代家。最近，越来越多的基于Android和蓝牙的Smart Living应用程序开发[9]。 Android系统配备SDK和API，开发人员可以构建新的应用。随着蓝牙已经集成到Android系统中，许多Smart Living系统建立在Android系统之上。例如，Potts和Sukittanonbuilt an Android应用程序通过蓝牙远程锁定/解锁门[10]。但是在家里自动化系统，目前许多设备如灯具和电视机都没有蓝牙模块内置在设备中，因此可以使用适合的蓝牙模块和微控制器从市场上寻求[11] [12]，使得基于蓝牙的Android应用程序可以使用基于JAVA的开发工具（如Eclipse或Netbeans）构建。
3.系统设计
3.1系统架构
在建议的家用照明控制系统中，使用a建立了一个小的“微微网”微芯片和几个蓝牙模块BF10-A [13] [14]。 该系统是在下面开发的Android平台通过支持蓝牙功能的应用来监控和控制家庭照明主从架构在采用蓝牙功能的Android系统架构中采用电话作为主机控制器，而另一个蓝牙设备，在这种情况下，切换，链接到家庭照明系统是从设备。 微芯片控制器设置在轮询中状态并不断检查任何输入命令每500毫秒从Android电话申请。 如果接收到指令微芯片更改命令照明状态，微芯片通过蓝牙模块向主控制器发送命令。 然后蓝牙应用程序执行控制照明操作（打开或关闭）。系统架构的细节如图1所示：
图1 系统架构
3.2通讯协议
Android手机通过以下方式将其命令发送给客户端支持蓝牙的设备嵌入式蓝牙模块。 该手机被用作建立他们的主机控制器通过BF10-A与蓝牙模块通讯。 主人之间的沟通和从属蓝牙设备涵盖设备上电和数据交换的过程而协议是在蓝牙软件栈中建立的。 协议层模型是由蓝牙特别兴趣小组（SIG）指定，以支持通信在不同的蓝牙设备之间[14]。
图2 蓝牙通讯协议
考虑到Smart Living的环境和要求，蓝牙协议应用中使用的架构采用逻辑链路控制和适配协议（L2CAP），会话描述协议（SDP）和射频通信（RFCOMM）。 除了这些协议之外，还使用上级协议串行端口配置文件（SPP）与应用层通信。 蓝牙设备上电过程采用SDP协议要求在L2CAP协议提供数据时蓝牙模块的状态交换服务到蓝牙应用程序。 上级使用SSP进行通信与应用层。
3.3硬件设计
整体硬件设计原理图如图3所示。从站蓝牙模块[15]BF10-A通过SPP通道（每个从站）与支持蓝牙的手机进行通信模块与使用微芯片控制器的照明系统接口解码从主机控制器传送的命令来控制照明，并在上另一方面，尝试收集灯光状态并对其进行编码，以将反馈发送到主控制器。微芯片的UART接口P3.0和P3.1直接连接到UART_TX和UART_RX提供交换数据的功能。 P1.0通用IO用于控制照明通过大电流的中介继电器。
图3 硬件设计电路图
4.基于蓝牙的应用
蓝牙照明控制和监视应用程序提供了四个主要功能，即：
bull;设备注册
bull;照明状态监控
bull;照明控制
bull;诊断实用程序
4.1应用程序配置
在实施蓝牙手机应用之前，有几个软件包需要[16] [17]，其中包括Java开发工具包（JDK），Eclipse软件环境，Android开发工具（ADT）和Android SDK（软件开发）Kit）。这些开源软件包可以从以下网站下载：
bull;www.eclipse.org（Eclipse）
bull;developer.android.com（ADT和SDK）
bull;www.oracle.com（JDK）
蓝牙服务器应用程序是使用Eclipse集成开发的Java开发的环境（IDE），确保应用程序的轻松快速开发。
4.2 IDE（集成开发环境）
Android手机上提出的应用基于J2SE架构和蓝牙网络技术。整个家庭照明控制系统由主服务器和几个客户。以下是构建应用程序的步骤：
bull;设置蓝牙适配器
bull;查找范围内的周边蓝牙设备
bull;连接到蓝牙设备
bull;在主设备和从设备之间交换数据
Android蓝牙API可用于Java SDKandroid.bluetooth包。
4.2.1设置蓝牙适配器
SDK包android.bluetooth的类BluetoothAdapter用作所有的入口点蓝牙互动。由此可以发现所有的蓝牙设备。然后蓝牙设备根据其MAC地址进行初始化，最后是BluetoothServerSocket
创建为从周围的蓝牙设备接收回音。代码要设置一个蓝牙适配器和启用蓝牙通信如下[18]：
BluetoothAdaptermyBluetooth= BluetoothAdapter.getDefaultAdapter(); If(myBluetooth == null){Prove the found device do not support Bluetooth} Else if(myBluetooth.isEnabled()) {Intent enableBtIntent = new Intent(BluetoothAdapter.ACTION_REQUEST_ENABLE); startActivityForResult(enableBtIntent, REQUEST_ENABLE_BT);}
4.2.2查找周围的蓝牙模块
设置蓝牙适配器后，下一步是找到蓝牙适配器通过搜索匹配的蓝牙模块的设备。 在查找设备之前，需要查询匹配设备的列表，以确保所请求的设备是否已知服务器。 以下代码用于配对设备并获取设备名称[19]。
Set mypairedDevices =myBluetooth.getBondedDevices(); If (mypairedDevices.size()gt;0){ For (BluetoothDevice device : pairedDevices) { myArrayAdapter.add (device.getName() ' ' device.getAddress())} }
函数getBondedDevices返回一组表示配对的BluetoothDevice设备。当获得查询结果时，使用encodingbelow来查找所有的蓝牙
模块[20]：
// Create a BroadcastReceiver for ACTION_FOUND private final BroadcastReceivermReceiver = new BroadcastReceiver() { public void onReceive(Context context, Intent intent) { String action = intent.getAction(); if (BluetoothDevice.ACTION_FOUND.equals(action)) { // When discovery finds a device, // Get the BluetoothDevice object from the Intent BluetoothDevice device = intent.getParcelableExtra(BluetoothDevice.EXTRA_DEVICE); mArrayAdapter.add(device.getName() ' ' device.getAddress()); }}}; // Register the BroadcastReceiver IntentFilter filter = new IntentFilter(BluetoothDevice.ACTION_FOUND); registerReceiver(mReceiver, filter);
4.2.3建立蓝牙设备之间的通信
必须将Android手机分配为服务器才能执行应用程序实现蓝牙模块和服务器端机制来控制照明服务器打开服务器套接字，通过建立的连接发送和接收命令。BluetoothSocket类用于服务器在接收时接收命令连接被接受。设计中使用的微芯片起着客户的作用打开一个RFCOMM通道给服务器。服务器套接字侦听传入连接来自客户端的请求，当接受一个请求时，会处理一个BluetoothSocket对象。以下步骤是设置服务器套接字并接受连接：
bull;调用使用RfcommWithServiceRecord（String，UUID）获取一个BluetoothServerSocket。
bull;调用accept（）开始侦听连接请求。
bull;关闭（）结束程序。
4.3图形用户界面设计
图4 用户界面设计
为了控制家庭照明，在GUI中定义了四个灯。首先点击“打开”蓝牙“按钮在应用程序运行时打开蓝牙适配器。单击“搜索灯”按钮可以找到配有蓝牙设备的配对灯，最多四个设备，
根据从中接收到的蓝牙反馈，灯自动闪烁或关闭灯。要控制分配的光，请选择“ON”或“OFF”，如图4所示手机然后通过蓝牙通信将其命令发送到灯。最后，用户可以按“退出”按钮终止所有运行的线程并退出应用程序。
5.结论
本文的目的是实现智能生活，更具体地说是家居照明控制系统采用蓝牙技术。该系统已成功设计和原型使用Android蓝牙手机监控和控制照明状态和蓝牙模块通过BF10-A。微芯片用于协助收集状态照明并提供接口来控制照明。蓝牙模块发送和接收使用蓝牙功能的手机和RFCOMM协议的命令蓝牙设备之间的通信。 Android系统JDK是用来开发系统的，这被证明是非常有效和方便的。得出结论，智慧生活将会逐渐变成消费者可以远程和无线控制他们的家庭的特性[21]。
参考文献
[1]Heidi Monson (1999)Bluetooth Technology and Implications, John Wiley amp; Sons.
[2]Cano, J.-C., Manzoni,P. and Toh, C.K. (2006). “UbiqM
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