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基于Android的室内监控系统的研究与实现.pdf
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基于Android的室内监控系统的研究与实现.pdf
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I
摘要
随着物联网技术的发展和人们生活水平的提高,人们对于自己居住环境的安全性和智能
化有了更高的要求,渴望在自己家中安装一套智能家居监控系统。智能家居目前仍然处于发
展阶段,一款价格适中、安全可靠、功能齐全、运行稳定的家庭监控系统将具有非常大的市
场竞争力。
本文提出了一种基于 Android 和 Zigbee 技术实现的家庭环境监控系统的设计方案,该方
案应用于室内环境中感知数据(温湿度、光亮度、烟雾和红外)和多媒体数据(图片、视频
和语音)的采集和监控。该系统分为四个部分:Zigbee 无线传感网络模块、网关模块、室内
Android 手机 App、室外 Android 手机 App。Zigbee 无线传感器网络模块主要负责室内感知数
据的采集,并由 Zigbee 协调器管理各个 Zigbee 子节点。网关模块主要负责家庭内部 Zigbee
网络和家庭外部蜂窝网络之间的数据转换,本文比较了三款数据转换芯片:IOIO 串口转 USB
模块、IOIO 串口转蓝牙模块和 USR-WIFI232-T 串口转 Wifi 模块,通过测试比较,最终选择
USR-WIFI232-T 串口转 Wifi 模块作为本系统中的网关模块。室内 Android 手机 App 主要负责
在室内环境下,提供主动查询 Zigbee 节点信息、实时监控 Zigbee 节点信息、管理 Zigbee 节
点和管理远端手机等功能。室外 Android 手机 App 主要负责在室外环境下,提供主动查询
Zigbee 节点信息、危险数据实时监控、对于室内环境进行图片、视频以及语音方面的监控。
感知数据信息监控功能包括对于室内温湿度、光亮度、烟雾警报和红外警报的查询,通过 UI
界面模块、统一数据格式模块、通信模块和数据存储模块四个方面进行了详细的研究。多媒
体信息监控模块支持对于图片,视屏和语音三种多媒体数据的监控,图片和视屏信息通过电
子邮件传输,语音监控功能利用 Android系统的一个漏洞以实现手机自动接听电话功能实现。
通过系统测试表明,该智能家居监控系统功能齐全、操作简单、运行稳定,满足用户需求。
关键词: Android、Zigbee、USR-WIFI232-T、智能家居、监控
万方数据
II
Abstract
With the rapid development of the Internet of things technology and the improvement of
people’s living standard , people have a higher request for the safety and intelligence of their living
environment. So they are eager to install the smart home monitoring system. Because smart home
technology is still in the development stage, the home monitoring system with moderate price, safe,
reliable ,stable and complete function will be really competitive in the market.
This paper proposes a solution to set up the monitoring system by using Android and Zigbee
technology. This solution is applied to acquisition and monitoring of the sensing data (temperature
and humidity, light, smoke and infrared ) and the multimedia data (image, vedio and audio) in the
house. The system is divided into four parts: Zigbee wireless sensor network module, gateway
module, indoor Android App and outdoor Android App. Zigbee wireless sensor network module is
mainly responsible for acquisition of the indoor sensing data. Zigbee coordinator manages each
Zigbee node. The gateway module is mainly responsible for data conversion of Zigbee network in
the house and cellular network out of house. This paper compares three data conversion chips: IOIO
serial to USB module, IOIO serial to Bluetooth module and USR-WIFI232-T serial to wifi module.
By the test, we finally choose USR-WIFI232-T serial to wifi module as the gateway module in this
system. The indoor Android App provides the functions of active query Zigbee node information,
realtime monitoring of Zigbee node information, management of Zigbee node and management of
remote mobile phone in the house. The outdoor Android App provides the functions of active query
Zigbee node information, realtime monitoring of risk data, image,vedio and audio out of house.
Thia paper introduces in detail the above function through the modular of UI, the modular of data
format, the modular of communication and the modular of data storage. We can alse monitor the
information of the picture , the vedeo and the voice by multimedia information monitoring function.
The information of the picture and the vedio is transferred by email. The function of monitoring
voice is realized by a vulnerability in Android system that is automatic answering telephone. After
the system test , it proved that the intelligent monitoring system is a simple ,stable solution , and it
meets the demand of the customers.
Key words: Android, Zigbee, USR-WIFI232-T, Smart Home, Monitor
万方数据
III
目录
第一章 绪论 ............................................................................................................................................................. 1
1.1 本文的研究背景和意义 .............................................................................................................................1
1.2 智能家居的发展现状和存在问题 .............................................................................................................1
1.3 本文的主要工作及章节安排 .....................................................................................................................3
第二章 系统的方案设计与技术选型 ..................................................................................................................... 5
2.1 系统的方案设计 .........................................................................................................................................5
2.1.1 系统的需求分析 ............................................................................................................................. 5
2.1.2 系统的总体架构 ............................................................................................................................. 6
2.2 网关模块的技术选择 .................................................................................................................................7
2.2.1 IOIO 串口转 USB 模块..................................................................................................................... 9
2.2.2 IOIO 串口转蓝牙模块 ................................................................................................................... 12
2.2.3 USR-WIFI232-T 串口转 Wifi 模块 ................................................................................................. 13
2.2.4 以上三种网关模块的比较和选择 ............................................................................................... 15
2.3 客户端开发技术的选择 .......................................................................................................................... 15
2.3.1 Android ........................................................................................................................................... 15
2.3.2 Android 与其他手机操作系统的比较 ........................................................................................... 17
2.3.3 Android 开发环境搭建 .................................................................................................................. 18
2.3.4 Android 项目的组织架构 .............................................................................................................. 24
2.4 本章小结 ................................................................................................................................................ 26
第三章 感知数据监控功能的技术实现 ............................................................................................................... 27
3.1 UI 模块的设计与实现 ............................................................................................................................... 27
3.1.1 Android UI 的基本使用 .................................................................................................................. 27
3.1.2 室内 Android 客户端的 UI 设计 ................................................................................................... 28
3.1.3 室外 Android 客户端的 UI 设计 ................................................................................................... 29
3.2 统一数据格式 .......................................................................................................................................... 30
3.2.1 Zigbee 协调器与室内 Android 手机统一数据格式 ...................................................................... 30
3.2.2 室内 Android 手机与远程 Android 手机统一数据格式 .............................................................. 33
3.3 通信模块的设计和实现 .......................................................................................................................... 36
3.3.1 Wifi 通信模块的实现 ..................................................................................................................... 36
3.3.2 短信通信模块的实现 ................................................................................................................... 39
3.4 数据存储模块的设计和实现 .................................................................................................................. 40
3.4.1 使用 XML 文件进行数据存储 ...................................................................................................... 41
3.4.2 使用 Sqlite 数据库进行数据存储 ................................................................................................ 42
3.5 本章小结 .................................................................................................................................................. 46
第四章 多媒体信息监控的技术实现 ................................................................................................................... 47
4.1 多媒体通信方式的选择 ........................................................................................................................... 47
4.1.1 使用彩信传递多媒体信息 ........................................................................................................... 47
4.1.2 使用电子邮件传递多媒体信息 ................................................................................................... 49
4.1.3 比较与选择 ................................................................................................................................... 50
4.2 图片监控的实现 ...................................................................................................................................... 51
4.3 视屏监控的实现 ...................................................................................................................................... 53
4.4 语音监控的实现 ...................................................................................................................................... 53
4.5 本章小结 .................................................................................................................................................. 56
万方数据
IV
第五章 系统测试以及结果分析 ........................................................................................................................... 57
5.1 系统测试的重要性 .................................................................................................................................. 57
5.2 感知数据监控模块系统测试 .................................................................................................................. 57
5.3 多媒体信息监控模块系统测试 .............................................................................................................. 60
5.4 本章小结 .................................................................................................................................................. 64
第六章 总结与展望 ............................................................................................................................................... 65
6.1 论文总结 .................................................................................................................................................. 65
6.2 未来展望 .................................................................................................................................................. 66
参考文献 ................................................................................................................................................................. 67
附录 1 攻读硕士学位期间撰写的论文 ................................................................................................................ 69
附录 2 攻读硕士学位期间参加的科研项目 ......................................................................................................... 70
致谢 ......................................................................................................................................................................... 71
万方数据
南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章 绪论
1
第一章 绪论
1.1 本文的研究背景和意义
随着现在社会经济的飞跃发展,人们对自己的生活环境有了更高的要求 ,越来越注意自
己生活环境的智能化、安全性和舒适性。与此同时,现代计算机技术、电子信息技术、物联
网等等高科技产业也在迅猛的发展。功能丰富、品种繁多的高科技产品也慢慢的走进了普通
人的生活之中,它们在提高人们科技生活水平之中有着重要的存在价值。智能家居的出现正
好满足了人们的这种需求,将现代科技真正的运用到人们的平常生活之中,让人们的生活变
得更加的安全和舒适。
智能家居
[1-2]
是以住宅为平台,利用网络通信技术、综合布线技术、自动控制技术、安全
防范技术等将家居环境相关的设施统一管理集成,构建高效的住宅设施和环境监控的管理系
统,提供环保节能、高效安全的居住环境。智能家居不仅具备传统的居住功能,同时也具备
信息家电、网络通信、设备自动化等全方位的信息交互功能。
传统的智能家居系统
[3-4]
,一般是采用 PC 计算机作为终端显示,并且通过 Internet 网络
进行远程监控,这种组合方式存在以下两种缺陷:1、国内 Internet 网络布局收到很大的地
域限制,很多欠发达的城镇地区和大部分农村的确目前还很难布局 Internet 网络;2、PC 终
端体型较大,携带起来非常不方便。随着移动网络互联技术的大力发展和移动终端的大量普
及,移动终端可以使用覆盖较为广泛的蜂窝网络,并且具有便携式和易接入网络的特点,可
解决传统智能家居监控系统的主要缺点。在移动终端阵营中,Google 推出的 Android 手机操
作系统目前占据全球移动手机市场主要份额,并且 Android 系统开放源代码,开发者们可以
充分发挥自己的想象力去开发自己满足自己需求的应用。Android 手机价格合理,一些低端
手机均处于千元以下,如果选择 Android 手机作为智能家居系统的终端,可以大大减少开发
成本,使以前只能出现在高档小区的智能家居系统进入寻常百姓家成为可能。Android 手机
功能丰富,一般都具备 Wifi 模块、蓝牙模块、语音模块、拍照和录像模块、GPRS 模块、显
示模块等等,而这些模块正是智能家居系统所需要的。
1.2 智能家居的发展现状和存在问题
智能家居(SmartHome)的概念早在上个世纪 70 年代就被提出来,随后智能家居在国外
万方数据
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