摘   要：  在深入分析Android的系統(tǒng)架構(gòu)及其應(yīng)用程序組成的基礎(chǔ)上,，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一款基于Android的智能家居終端,。終端主要包括主控制模塊、信號(hào)處理模塊,、網(wǎng)絡(luò)管理模塊,、媒體流管理模塊及信息存取模塊等功能模塊,。較好地融合了Android與智能家居終端，具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值和開發(fā)指導(dǎo)意義,。
關(guān)鍵詞： 智能家居,；Android系統(tǒng)；家居安防,；可視對(duì)講,；智能終端

    自2007年Google推出開源手機(jī)操作系統(tǒng)Android以來，Android的應(yīng)用開發(fā)一時(shí)間風(fēng)靡全球,，各高科技領(lǐng)域應(yīng)用都在向Android進(jìn)軍,。Android的盛行取決于其獨(dú)特的優(yōu)勢。首先,，Android是一款基于Linux內(nèi)核的開源系統(tǒng),，它具有操作系統(tǒng)、中間件和關(guān)鍵應(yīng)用程序,。對(duì)第三方應(yīng)用開發(fā)完全開放,、人員具有較大的自由度[1]。其次,，Android應(yīng)用程序的開發(fā)采用Java語言,，通過應(yīng)用框架層提供的API，開發(fā)簡單,、周期短,。第三，Android具有很強(qiáng)的開放性和靈活性,。雖然現(xiàn)在市場上已經(jīng)出現(xiàn)各種各樣的智能家居終端,，但Android的出現(xiàn)及其廣泛應(yīng)用，使得很多智能家居廠商正投入很大的人力物力進(jìn)行研究開發(fā)基于Android的智能家居終端,。
1 Android系統(tǒng)
1.1 Android架構(gòu)
    Android是一個(gè)包括操作系統(tǒng),、中間件和關(guān)鍵應(yīng)用程序的移動(dòng)設(shè)備軟件堆。其作為一個(gè)開發(fā)式的系統(tǒng)平臺(tái),，包含了眾多的功能和龐大的基于Linux的代碼,，在用戶空間又分為本地代碼（C/C++）和Java代碼,。Android系統(tǒng)可以分為以下各層次：
    自底向上依次為Linux操作系統(tǒng)及其驅(qū)動(dòng)層,、本地代碼框架和Java虛擬機(jī)層、Java框架層和Java應(yīng)用程序?qū)覽2],。在各層之間存在相應(yīng)的分界線接口,。如圖1所示。

    作為開放式的系統(tǒng)，Android提供了豐富的組件和視圖控件,。大部分的開發(fā)只需要調(diào)用Android應(yīng)用框架層提供的API就可以方便地完成,，并且在Android的SDK中提供了豐富的實(shí)例供參考學(xué)習(xí)，使得應(yīng)用開發(fā)簡單易行,。Android各層次的功能如表1所示,。

1.2 Android應(yīng)用程序的組成
    一個(gè)程序可以調(diào)用另外一個(gè)程序的程序片段。這是Android程序框架的基本設(shè)計(jì)理念,。例如,，在Windows操作系統(tǒng)中,，資源管理器可以瀏覽圖片文件,，當(dāng)瀏覽到這個(gè)圖片文件時(shí)，雙擊該圖片文件,，便啟動(dòng)圖片瀏覽軟件,。Android的程序理念便是如此,所不同的是,在Windows中，打開圖片會(huì)啟動(dòng)圖片瀏覽軟件的全部功能,，雖然實(shí)際上只是需要查看圖片,；Android中是把一個(gè)程序的功能分為各種不同的程序片段,每個(gè)程序片段都能單獨(dú)啟動(dòng)。
　    Android應(yīng)用程序由Activity,、Service,、Broadcast Receiver和Content Provider四大組件構(gòu)成。這四大組件也稱為Android的四種類型的程序片段,，且每種類型都可以獨(dú)立運(yùn)行,。
　    Activity在四大組件中最復(fù)雜。從視覺上看,，一個(gè)Activity占據(jù)當(dāng)前的窗口,，響應(yīng)所有窗口事件，具有控件,、菜單等界面元素,，為用戶提供一個(gè)與界面交互的平臺(tái)。從內(nèi)部邏輯來看,，Activity需要為了保持各個(gè)界面狀態(tài),，需要做很多持久化的工作，還需要妥善管理生命周期和一些轉(zhuǎn)跳邏輯,。
　    Service就是剝離了界面的Activity,，都是封裝有一個(gè)完整的功能邏輯實(shí)現(xiàn)，只不過Service不拋頭露臉,，默默提供后臺(tái)服務(wù)。舉例，當(dāng)用戶處理其他問題時(shí),，服務(wù)可以播放背景音樂,，或者可以從網(wǎng)上獲取數(shù)據(jù)、計(jì)算,、提高,，提供給活動(dòng)所需要的結(jié)果。
    Broadcast Receiver只能接收廣播,，一個(gè)廣播可以有很多廣播接收器對(duì)它認(rèn)為重要的通知作出反應(yīng),。Android系統(tǒng)提供了一個(gè)sendBroadcast（）方法，Application Framework內(nèi)部調(diào)用該方法發(fā)送廣播,，比如有新短信息,、有來電等廣播消息，Broadcast Receiver會(huì)響應(yīng)這些系統(tǒng)消息的獨(dú)立執(zhí)行單元[4],。
    Content Provider提供了一套特殊的可供其他應(yīng)用使用的數(shù)據(jù),。這些數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)在文件系統(tǒng)中、SQLite數(shù)據(jù)庫中或者其他有意義的形式,。實(shí)現(xiàn)了一套標(biāo)準(zhǔn)的允許其他用戶檢索,、儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的方法。通過使用ContentProvider的實(shí)例,，調(diào)用它的方法,。
    Intent是Android中一個(gè)特殊的類，組件之間的通訊,，由Intent協(xié)助完成,。Intent負(fù)責(zé)對(duì)應(yīng)用中一次操作的動(dòng)作、動(dòng)作涉及數(shù)據(jù),、附加數(shù)據(jù)進(jìn)行描述，Android則根據(jù)此Intent的描述,，負(fù)責(zé)找到對(duì)應(yīng)的組件,，將 Intent傳遞給調(diào)用的組件，并完成組件的調(diào)用,。Intent在這里起著實(shí)現(xiàn)調(diào)用者與被調(diào)用者之間的解耦作用,，如圖2所示。

2 智能家居終端
2.1 終端主要功能
    智能家居終端的主要功能如下[5]：
   （1）可視對(duì)講,。室內(nèi)機(jī)與門口機(jī)進(jìn)行可視對(duì)講,；室內(nèi)機(jī)可以監(jiān)視門口情況；訪客留影,；兩個(gè)或多個(gè)室內(nèi)機(jī)進(jìn)行視頻對(duì)話,。
  （2）家居安防。防區(qū)設(shè)定：對(duì)室內(nèi)和室外安裝的監(jiān)視器進(jìn)行獨(dú)立的設(shè)定；報(bào)警：監(jiān)視器偵測到異常發(fā)出報(bào)警,；家居安防模式設(shè)定：外出,、在家、就寢等,。
  （3）家居控制,。燈光控制；窗簾控制,；空調(diào)控制,；電源控制；燃?xì)忾y控制,；電梯控制。
  （4）生活資訊,。天氣預(yù)報(bào),；萬年歷,；常用電話；物業(yè)服務(wù),。
  （5）系統(tǒng)管理,。常用設(shè)置；使用說明,；安防設(shè)置,；家居設(shè)置。
    系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能如圖3所示,。

2.2 軟件系統(tǒng)架構(gòu)
　整個(gè)軟件系統(tǒng)架構(gòu)分為四個(gè)層次,，每個(gè)層次的功能分別如下：
    （1）操作系統(tǒng)層。對(duì)下為各種硬件設(shè)備提供外圍設(shè)備驅(qū)動(dòng),，控制硬件工作,，如音視頻的采集播放設(shè)備、各類傳感器,、攝像頭等,；對(duì)上為庫函數(shù)提供各種設(shè)備的驅(qū)動(dòng)接口，以使得上層可以調(diào)用設(shè)備,。
   （2）庫和接口層,。該主要提供給應(yīng)用框架層一些基本的類庫和接口，包括Android的C/C++庫,、RTP/RTCP庫和多媒體的處理接口,。
    （3）應(yīng)用框架層。該層采用模塊化開發(fā)方法,，通過使用其下層的函數(shù)庫提供的接口,，將實(shí)現(xiàn)相同或相似功能的封裝成為一個(gè)模塊進(jìn)而供應(yīng)用層來開發(fā)使用。
   （4）應(yīng)用層,。通過與應(yīng)用框架層提供的模塊相互交互、資源分配等,，基于Android的四大組件及其他相關(guān)視圖控件完成界面設(shè)計(jì),，為用戶提供一個(gè)可視的界面平臺(tái)。在該軟件架構(gòu)下,，涉及到的功能模塊有信號(hào)處理模塊,、網(wǎng)絡(luò)管理模塊、媒體流管理模塊以及信息存取模塊,。
2.3 功能模塊的實(shí)現(xiàn)
2.3.1 主控制模塊
    最上層為主控制模塊,，是系統(tǒng)的主要模塊，通過使用Android的各種組件和控件,，在應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的主要功能,。一方面，通過 Android的資源文件如布局,、菜單,、視圖等提供的各種類和方法來完成系統(tǒng)的GUI設(shè)計(jì)，提供給用戶一個(gè)統(tǒng)一的圖形化接口給用戶,。另一方面,，通過使用應(yīng)用框架中的信號(hào)處理、網(wǎng)絡(luò)管理,、媒體流管理,、信息存儲(chǔ)等功能模塊接口，分別實(shí)現(xiàn)門磁控制,、家居安防,、家居控制、生活資訊,、可視對(duì)講及系統(tǒng)管理的功能,。在此模塊中的門磁控制可以直接控制房門的開關(guān)[6]。
    所有的功能都聚集在主模塊中,，這就需要一個(gè)合理的布局才能使系統(tǒng)使用起來比較協(xié)調(diào),。由于每個(gè)Activity中包含一個(gè)Window，每個(gè)Window中包含一個(gè)View Group,，而每個(gè)View Group中包含更多的View和View Group,。在主模塊中的布局如圖4所示,。

2.3.3 網(wǎng)絡(luò)管理模塊
    網(wǎng)絡(luò)管理模塊主要為生活資訊提供服務(wù)。此模塊提供服務(wù)的分為兩種,。一種為局域網(wǎng)服務(wù),，如物業(yè)服務(wù)。這里實(shí)現(xiàn)起來比較簡單,，用戶根據(jù)系統(tǒng)所提供的設(shè)備名稱向中心管理機(jī)報(bào)備需要服務(wù)的設(shè)備,。例如：點(diǎn)擊某個(gè)設(shè)備，終端向中心管理機(jī)發(fā)送一條“智能設(shè)備需要服務(wù)”指令,。物業(yè)收到該指令后，會(huì)主動(dòng)聯(lián)系該用戶,。另一種為Intenet服務(wù),，需要提供各種信息的Web服務(wù)，如天氣,。
2.3.4 媒體流管理模塊
    媒體流管理模塊是為可視對(duì)講提供服務(wù)的,。在系統(tǒng)中通過調(diào)用Android的OpenCORE接口來實(shí)現(xiàn)音視頻的編解碼。OpenCORE是Android多媒體框架的核心,，所有Android平臺(tái)的音頻,、視頻的采集以及播放等操作都是通過它來實(shí)現(xiàn)的。它主要包含了兩個(gè)大方面的內(nèi)容：
    PVPlayer：提供媒體播放器的功能,，完成各種音頻,、視頻流的回放功能。
    PVAuthor：提供媒體流記錄的功能,，完成各種音頻、視頻流以及靜態(tài)圖像的捕獲功能,。
    當(dāng)門口機(jī)需與室內(nèi)機(jī)請(qǐng)求對(duì)講時(shí),，室內(nèi)機(jī)只需要對(duì)門口機(jī)傳輸過來的音視頻進(jìn)行解碼播放,即Android調(diào)用MediaPlayer類用來播放音頻、視頻,。
    當(dāng)兩個(gè)室內(nèi)機(jī)進(jìn)行視頻對(duì)講時(shí),，雙方機(jī)器要同時(shí)進(jìn)行音視頻的編碼解碼。這時(shí)就要同時(shí)調(diào)用MediaPlayer類和MediaRecorder類,。MediaRecorder類用來進(jìn)行媒體采樣,，包括音頻和視頻。
2.3.5 信息存取模塊
    信息存取模塊主要為系統(tǒng)管理提供開發(fā)接口以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的管理,。如智能家居系統(tǒng)的終端系統(tǒng)管理模塊主要提供本機(jī)設(shè)置,、安防設(shè)置、家居設(shè)置,、使用幫助等功能,。本機(jī)設(shè)置包括本機(jī)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)置,、樓棟單元號(hào)房間號(hào)設(shè)置、密碼設(shè)置等,；安防設(shè)置可以對(duì)室內(nèi)的各個(gè)安防設(shè)備進(jìn)行布防和撤防設(shè)置,；家居設(shè)置則可以調(diào)整家用電器的斷電或啟動(dòng)時(shí)間；使用幫助則是關(guān)于本機(jī)的使用說明,。設(shè)置的一般過程為先通過相應(yīng)的get方法獲得要設(shè)置的狀態(tài),，然后通過set方法保存設(shè)置。
2.4 模塊封裝

    本文開發(fā)是按照Android開發(fā)規(guī)范進(jìn)行,，應(yīng)用層使用Java語言,，在底層的一些本地庫和接口開發(fā)過程中，考慮到代碼的使用效率及開發(fā)的簡易性,，采用了JNI,，是由C/C++語言實(shí)現(xiàn)的。如圖6為實(shí)現(xiàn)效果圖,。

    整個(gè)系統(tǒng)充分利用了Android內(nèi)部資源,，極大地提高了開發(fā)效率。測試結(jié)果表明系統(tǒng)的穩(wěn)定性極高,，具有較強(qiáng)的實(shí)用性,。
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