基于Android的室內微環境感知及家電控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于Android的室內微環境感知及家電控制方法，包括基于Android的室內微環境感知及家電控制系統，所述控制系統包括無線傳感器節點、網關、數據庫服務器、Web服務器、控制模塊、智能手機。本發明將Android與室內環境的監控結合起來，擴大了適用范圍。
【專利說明】基于Android的室內微環境感知及家電控制方法

【技術領域】
[0001] 本發明屬于互聯網【技術領域】，涉及一種基于Android的室內微環境感知及家電控 制方法。

【背景技術】
[0002] 近幾年隨著泛在網絡技術的發展，物聯網概念的提出大大沖擊了傳統智能家庭網 絡的網絡接入技術。以往的布線式家庭網絡正在逐漸淘汰，簡單和智能化的嵌入式設備和 無線傳感器正大量進入人們日常的生活應用中，為實現人與物，物與物交流，感知環境，形 成協同式決策提供了技術基礎。更多的家庭設備廠商在研產品中都加入了無線傳感模塊。 無線傳感網正在成為連接現有家庭設備，實現由感知層，網絡層，應用層共同構建開放式智 能家庭體系的重要途徑。
[0003] 此外，在智能家居領域還提出了構建綠色家庭的概念，推出了節能減耗的設計方 案。暖通空調企業也一直致力于空調產品的節能設計和改造。但是，在原有的家庭系統中， 智能家庭在電力節能方面卻進展有限。由于家庭設備功耗大部分由家電廠商決定，除了在 家電產品廠商提高設備的節能效率，智能家居系統只能在家庭設備的日常應用中切入，提 高設備的有效利用，減少能耗損失，無線傳感網為這種基于傳統家居體系的家庭設備整體 節能管理和控制提供了現成的基礎和體系。
[0004] 移動設備如平板電腦和智能手機已在人們信息交換中擔任重要角色。而今安卓系 統的手持移動設備已高度普及，2013年的第四季度，Android平臺手機的全球市場份額已 經達到78. 1 %。2013年09月24日谷歌開發的操作系統Android在迎來了 5歲生日，全世 界采用這款系統的設備數量已經達到10億臺。這使得人們通過安卓app隨時隨地監測、調 節室內環境成為可能。


【發明內容】

[0005] 本發明的目的在于克服上述技術存在的缺陷，提供一種基于Android的室內微環 境感知及家電控制方法，實現隨時隨地的室內微環境的監測功能，為用戶提供一套完整的 室內環境感知解決方案。其具體技術方案為：
[0006] -種基于Android的室內微環境感知及家電控制方法，包括感知子系統和控制子 系統，所述感知子系統包括無線傳感器節點、網關、數據庫服務器、Web服務器、智能手機； 所述控制子系統包括空調、控制模塊、智能手機；
[0007] 感知子系統分為采集實時數據和查詢歷史數據兩部分：
[0008] 感知子系統采集實時數據的步驟：
[0009] 1)智能手機通過wifi與網關相連接，當有數據需求時，智能手機向網關發送Http 請求。
[0010] 2)網關收到智能手機的數據請求后，解析智能手機的數據請求，并向無線傳感器 節點發送相關的命令。
[0011] 3)無線傳感器節點集成了空氣溫度傳感器空氣濕度傳感器光照強度傳感器，無線 傳感器節點收到命令后，采集相應的數據并將數據返回網關。
[0012] 4)網關將數據進行封裝并轉發給智能手機。
[0013] 5)智能手機收到數據后，對數據進行解析，并對數據進行合理的處理呈現，從而完 成一次完整的實時數據的采集；
[0014] 感知子系統采集實時數據的步驟：
[0015] 1)當智能手機需要查詢歷史數據時，安卓手機向Web服務器發送Http請求。
[0016] 2) Web服務器是數據庫服務器與智能手機之間的橋梁。Web服務器收到Http請求 后，通過Servlet調用JDBC查詢數據庫服務器。
[0017] 3)數據庫服務器將查詢結果返回給Web服務器。
[0018] 4) Web服務器將數據按照一定的格式封裝，并返回給智能手機
[0019] 5)智能手機收到數據后，進行數據解析，并通過曲線的形式展現出室內環境的變 化趨勢。
[0020] 所述控制子系統工作流程如下：
[0021] 1)使用基于Android的客戶端軟件通過藍牙4. 0BLE連接空調控制模塊；
[0022] 2)在軟件界面上選擇一個指令，點擊"學習"按鈕，空調控制模塊進入對指定紅外 指令的學習狀態；
[0023] 3)手持要學習的設備遙控器在近距離對空調控制模塊發出指定紅外信號；
[0024] 4)紅外學習模塊學習成功，軟件界面上顯示"學習成功"。
[0025] 5)點擊已學到紅外信號的按鈕，向空調控制模塊發送特定指令，空調控制模塊受 到指令后，發射對應的紅外信號控制空調。
[0026] 與現有技術相比，本發明的有益效果為：
[0027] 1、將Android與室內環境的監控結合起來
[0028] 到二^^一世紀，人類進入了所謂的后PC時代。PC不再是一個人的數字生活的中 心，移動設備如平板電腦和智能手機已在人們信息交換中擔任重要角色。
[0029] 而今安卓系統的手持移動設備已高度普及，使得人們通過安卓app隨時隨地監 測、調節室內環境成為可能。因此本發明在詳細分析了國內現狀后，將Android與室內環境 的監控結合起來。這樣做的好處有：
[0030] (1)降低系統的成本。在Android大行其道的今天，每個家庭至少有一臺Android 設備，用戶只需安裝相應的客戶端和必要的硬件就可以監控家庭環境，省去過去需要安裝 專用設備的費用，從而更加利于系統的推廣。
[0031] (2)用戶可以隨時監控家庭環境。過去，智能家居與用戶的交互通過PC機來完成， 那么用戶只能在固定的地點監控家庭環境。本系統將系統與用戶交互的環境放在了手機 上，這樣用戶就可以隨時隨地掌控自己的家庭環境了。
[0032] 2、消除了目前國內監控系統界面普遍不友好的弊端
[0033] 不可否認，目前市場上已經存在一些基于安卓的家庭環境監控系統，但是經過調 查發現，絕大多數客戶端的界面極其不友好。這也是基于安卓的家庭環境監控系統未能在 國內大氛圍推廣的原因。
[0034] 3、針對室內環境數據進行了大量的分析處理
[0035] 對數據的處理也是目前基于安卓的家庭環境監控系統的軟肋，大多數軟件基本上 都是在采集到數據后直接將數據展現出來，當然這種方式的用戶體驗也是極其糟糕的。在 本系統中對采集到的數據進行了大量的分析、處理（數據的處理在3. 3. 2節已經做了闡述， 此處不再贅述），從而使用戶的體驗更加良好。
[0036] 4、本系統針對底層接口不開放的家庭設備中最常用的空調進行控制
[0037] 空調應該說是現代家庭生活中不可獲取的家用電器，也是日常生活中最耗能的家 用電器之一。鑒于這兩個原因，本系統集成了空調控制功能，是系統的功能更加實用、更加 完善。此外，本系統的空調控制方式采用基于學習機制的紅外控制，使得可以控制任意類型 的空調設備，大大擴展了系統的適用范圍。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0038] 圖1是基于Android的室內微環境感知及家電控制系統的結構圖；
[0039] 圖2是歷史數據查詢示意圖；
[0040] 圖3是單片機模塊結構示意圖。

【具體實施方式】
[0041] 下面結合附圖和具體實施例對本發明的技術方案作進一步詳細地說明。
[0042] 從圖1中可以看到，智能手機是整個系統的核心。下面分別介紹系統中各個部分 的功能
[0043] 1、無線傳感器節點
[0044] 無線傳感器節點是本系統的基礎，室內環境信息的采集就是由它來完成。無線傳 感器節點集成了空氣溫度傳感器、空氣濕度傳感器、光照強度傳感器，因此它能夠實時采集 室內的空氣溫度、空氣相對濕度、光照強度信息。
[0045] 2、網關
[0046] 網關與無線傳感器節點通過Zigbee協議連接，網關的主要作用是解析智能手機 的數據請求，并將無線傳感器采集到的數據轉發給智能手機。此外，在未收到數據請求的情 況下，網關會每隔5s控制無線傳感器節點采集數據，并將數據發送給數據庫服務器。
[0047] 3、數據庫服務器
[0048] 本系統的數據庫服務器采用Microsoft SQL Server 2005,數據庫服務器的功能 是保存室內環境的歷史數據，以便查詢。本數據庫主要由三張表構成分別用于存儲空氣溫 度、空氣濕度、光照強度。
[0049] 4、Web 服務器
[0050] Web服務器是數據庫服務器與智能手機之間的橋梁。智能手機在訪問數據庫服務 器以獲取歷史數據時，由于智能手機無法直接訪問數據庫服務器，因此必須借助Web服務 器才能獲取到歷史數據。Web服務器在收到智能手機的數據請求后，連接數據庫服務器進行 查詢，最后將數據庫服務器返回的查詢結果返回給智能手機。
[0051] 5、控制模塊
[0052] 目前，絕大多數空調采用的控制方式依舊是紅外控制，因此，無法以手機直接控制 空調。空調控制模塊的作用就是通過學習機制，準確地把接收到的安卓手機藍牙命令轉換 為對應的紅外控制命令，從而控制空調。
[0053] 6、智能手機
[0054] 安卓手機是本系統的核心，它的功能可以分為以下三個
[0055] (1)通過WIFI與從網關獲取室內環境數據并進行展示
[0056] (2)從Web服務器端獲取歷史數據，并進行展示
[0057] (3)通過藍牙4. 0 BLE與空調控制模塊通信，從而達到控制空調的目的
[0058] 本發明所述的系統功能主要有
[0059] 1、室內環境參數監測功能
[0060] 用戶不僅可以通過安卓手機的軟件客戶端，查看當前室內的溫濕度及光照信息， 而且還能夠查看24小時內的歷史數據，以了解溫濕度及光照的變化趨勢，為用戶提供參 考。
[0061] 2、室內環境評價功能。
[0062] 室內環境的評價功能是在一系列調查研究后，增加的一個新功能。在分析現有的 智能家居類型軟件時，發現該類軟件在采集到數據后，往往是直接展示出來，更有甚者，展 示的方式都是非常拙劣的。因此本系統加入了室內環境的評價功能，以提供給用戶一個參 考。安卓手機的軟件客戶端在接收到數據后，除了以恰當的方式展現給用戶之外，還進行了 一些更深層次的數據處理，包括熱舒適度和光舒適的評價，并就此給出一些合理化的建議， 幫助用戶做出更加科學的決斷，營造一個更加舒適的室內環境。
[0063] 3、空調以及其他紅外遙控設備的控制功能。
[0064] 在完成為用戶評價室內環境狀態工作后，本系統還增加了空調控制這一十分有用 的功能，用戶在得到客戶端給出的建議后，便能立即使用該客戶端去控制空調，從而調節室 內的環境狀態。此外，由于本空調控制模塊采用的是紅外學習機制，因此除了控制空調之 夕卜，本客戶端還能夠控制一切通過紅外控制的家電（比如電視、投影儀等）。
[0065] 在本系統中選取藍牙4. 0作為手機與空調控制模塊的通信技術，在功耗方面，極 大地降低了空調控制模塊包括手機的功耗，免除經常充電的煩惱；在傳輸距離方面，60m的 傳輸距離足以滿足普通家庭的需求；在傳輸速率方面，由于在本系統中藍牙4. 0作為控制 信息的傳輸，數據量是很小的，因此在傳輸速率方面，藍牙4. 0也能很好的滿足要求。此外， 3毫秒低延遲帶給用戶更好的控制體驗，AES-128加密使得控制更加安全、可靠。總之，采用 藍牙4. 0作為手機與空調控制模塊的通信技術都是非常好的選擇。
[0066] 本系統控制空調的模塊采用的是STM32系列單片機（STM32F103C8單片機），STM32 系列基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應用專門設計的ARM Cortex-M3內核。 在處理性能方面，STM32F103C8單片機最高工作頻率72MHz，1. 25DMIPS/MHz。單周期乘法和 硬件除法，足以滿足性能要求；在存儲容量方面，片上集成的64KB Flash存儲器，足以存儲 編譯好的二進制代碼和學習的紅外信號，20KB的SRAM存儲器，足以滿足程序運行需求；此 夕卜，由于在學習紅外信號的過程中需要準確記錄高低電平的寬度，因此需要精準的定時器， STM32F103C8單片機的系統時間定時器采用的24位自減型計數器計時進度在us級，足以滿 足要求。
[0067] 本系統中可以獲取的室內環境信息包括溫度、濕度、光照強度，這三個信息是室內 環境最基本也是最重要的信息。安卓軟件整體分為數據的獲取、數據的處理以及數據的展 示三層，在下一節軟件實現中也是基本上按照這三層來介紹的。
[0068] 在獲取室內數據后，本軟件沒有直接將數據呈現給用戶，而是對數據做出大量的 處理，以便使用戶更好的了解室內的環境情況。其中包括舒適度的計算，以及根據舒適度形 成建議信息等。最后，在本軟件中增加空調控制模塊，以便用戶在得知室內熱舒適度的情況 下，根據建議對其進行相應的調節，營造一個更為舒適的室內環境。
[0069] 以上所述，僅為本發明較佳的【具體實施方式】，本發明的保護范圍不限于此，任何熟 悉本【技術領域】的技術人員在本發明披露的技術范圍內，可顯而易見地得到的技術方案的簡 單變化或等效替換均落入本發明的保護范圍內。
【權利要求】
1. 一種基于Android的室內微環境感知及家電控制方法，其特征在于， 包括感知子系統和控制子系統，所述感知子系統包括無線傳感器節點、網關、數據庫服 務器、Web服務器、智能手機；所述控制子系統包括空調、控制模塊、智能手機； 感知子系統分為采集實時數據和查詢歷史數據兩部分： 感知子系統采集實時數據的步驟： 1) 智能手機通過wifi與網關相連接，當有數據需求時，智能手機向網關發送Http請 求； 2) 網關收到智能手機的數據請求后，解析智能手機的數據請求，并向無線傳感器節點 發送相關的命令； 3) 無線傳感器節點集成了空氣溫度傳感器空氣濕度傳感器光照強度傳感器，無線傳感 器節點收到命令后，采集相應的數據并將數據返回網關； 4) 網關將數據進行封裝并轉發給智能手機； 5) 智能手機收到數據后，對數據進行解析，并對數據進行合理的處理呈現，從而完成一 次完整的實時數據的采集； 感知子系統采集實時數據的步驟： 1) 當智能手機需要查詢歷史數據時，安卓手機向Web服務器發送Http請求； 2. Web服務器是數據庫服務器與智能手機之間的橋梁；Web服務器收到Http請求后，通 過Servlet調用JDBC查詢數據庫服務器； 3) 數據庫服務器將查詢結果返回給Web服務器； 4. Web服務器將數據按照一定的格式封裝，并返回給智能手機 5) 智能手機收到數據后，進行數據解析，并通過曲線的形式展現出室內環境的變化趨 勢； 所述控制子系統工作流程如下： 1) 使用基于Android的客戶端軟件通過藍牙4. 0BLE連接空調控制模塊； 2) 在軟件界面上選擇一個指令，點擊"學習"按鈕，空調控制模塊進入對指定紅外指令 的學習狀態； 3) 手持要學習的設備遙控器在近距離對空調控制模塊發出指定紅外信號； 4) 紅外學習模塊學習成功，軟件界面上顯示"學習成功"； 5) 點擊已學到紅外信號的按鈕，向空調控制模塊發送特定指令，空調控制模塊受到指 令后，發射對應的紅外信號控制空調。
【文檔編號】G05B19/418GK104155943SQ201410360005
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月24日 優先權日:2014年7月24日
【發明者】張羽, 劉永吉, 李士寧, 詹東昀, 李志剛 申請人:西北工業大學