智能家居(Smart Home)是以物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Thing)為基礎(chǔ)，融合計算機,、通信,、控制技術(shù)于一體的現(xiàn)代智慧家居解決方案[1],。隨著人們對生活質(zhì)量和家居安防要求的提高,，智能家居系統(tǒng)在室內(nèi)終端控制方式的基礎(chǔ)上又增加了對遠(yuǎn)程監(jiān)控的新要求。而嵌入式Web服務(wù)器是解決該問題的一種很好的方案,。嵌入式Web服務(wù)器是指采用嵌入式Web技術(shù),，在嵌入式設(shè)備上移植的一個支持通用網(wǎng)關(guān)接口CGI(Common Gateway Interface)或服務(wù)器腳本語言(ASP、JSP,、PHP等)功能的輕量級Web服務(wù)器,。嵌入式Web服務(wù)器基于HTTP協(xié)議運作，具有標(biāo)準(zhǔn)的接口形式和通信協(xié)議,，能夠向用戶提供基于瀏覽器的統(tǒng)一監(jiān)控界面,，從而將傳統(tǒng)的嵌入式設(shè)備轉(zhuǎn)變?yōu)橐訲CP/IP為底層通信協(xié)議和以Web技術(shù)為核心的遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備[2]。嵌入式Web服務(wù)器的應(yīng)用已成為嵌入式系統(tǒng)必然的發(fā)展趨勢,。
    本文主要研究Android系統(tǒng)下的i-Jetty服務(wù)器在智能家居系統(tǒng)中的應(yīng)用,。Android是一種基于Linux內(nèi)核的開源嵌入式操作系統(tǒng)，其開源特性和良好的UI系統(tǒng)相比于Windows CE和Linux系統(tǒng)具有一定的優(yōu)勢[3],。因此本文采用Android構(gòu)建智能家居系統(tǒng),。系統(tǒng)將Android、i-Jetty和嵌入式數(shù)據(jù)庫SQLite三者結(jié)合,，并以遠(yuǎn)程控制室內(nèi)照明,、監(jiān)控室內(nèi)溫度和門窗開關(guān)狀態(tài)為例驗證方案的可行性。
1 系統(tǒng)總體設(shè)計
    系統(tǒng)由中央服務(wù)與控制器,、控制模塊,、藍(lán)牙模塊,、監(jiān)控終端以及多種傳感器和家電組成。中央服務(wù)與控制器具有家庭網(wǎng)關(guān),、服務(wù)器和控制器的功能,，可提供自身觸摸屏直接監(jiān)控、互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控和藍(lán)牙室內(nèi)近程監(jiān)控三種監(jiān)控方式,?？刂颇K與中央服務(wù)以及與控制器的藍(lán)牙模塊配對組網(wǎng)，通過藍(lán)牙通信接收并執(zhí)行控制指令,，反饋狀態(tài)信息,。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

2.1 中央服務(wù)與控制器
    中央服務(wù)與控制器模塊采用FriendlyARM公司生產(chǎn)的Mini6410開發(fā)板,。Mini6410采用ARM11內(nèi)核的S3C6410A處理器,，主頻為533 MHz，外設(shè)接口包括4個串口,、28路GPIO口,、1個SPI和I2C接口等。Mini6410支持Android 2.3,，并具有以太網(wǎng)接入功能,。
    中央服務(wù)與控制器通過串口連接藍(lán)牙主模塊，并與藍(lán)牙終端傳感器,、外設(shè)進行通信,；通過i-Jetty服務(wù)器將采集的家居環(huán)境信息轉(zhuǎn)換為動態(tài)網(wǎng)頁進行發(fā)布，并為用戶提供Web控制頁面以實現(xiàn)家電的遠(yuǎn)程控制功能,；通過SQLite將相關(guān)家居信息進行存儲,，為用戶提供查看室內(nèi)環(huán)境相關(guān)歷史數(shù)據(jù)的功能。
2.2 藍(lán)牙模塊
    藍(lán)牙是一種支持設(shè)備短距離通信的無線電技術(shù),，具有自動同步,、自動聯(lián)網(wǎng)功能[4]。最新的低功耗藍(lán)牙BT4.0的有效傳輸距離可達100 m,，連接延遲時低于3 ms,，這些特點使得藍(lán)牙與智能家居系統(tǒng)的結(jié)合更具優(yōu)勢。
    本系統(tǒng)采用廣州匯承公司生產(chǎn)的藍(lán)牙串口透傳模塊,，分為主模塊和從模塊兩種,。主、從模塊的硬件一致,，協(xié)議棧不同,。在連接配對過程中，主動發(fā)起搜索任務(wù)的為主模塊。當(dāng)連接完成后,，主,、從雙方的通信為角色對等的點對點通信。Mini6410通過2個串口分別連接主模塊和從模塊,，其中主模塊用于與控制模塊通信,，從模塊用于與手機、平板電腦等手持控制終端通信,。藍(lán)牙模塊可通過AT命令進行配置,。
2.3 控制模塊
    控制模塊包括藍(lán)牙從模塊、微處理器和驅(qū)動或開關(guān)器件（如繼電器）,，通過與中央服務(wù)與控制器的藍(lán)牙主模塊配對組網(wǎng),，接收并解析中央服務(wù)與控制器發(fā)來的指令，完成數(shù)據(jù)采集和設(shè)備控制的任務(wù),。本系統(tǒng)采用的微處理器為廣州周立功公司生產(chǎn)的TinyM0開發(fā)板,。溫度傳感器采用DS18B20，霍爾傳感器為A04E,，傳感器及固態(tài)繼電器與TinyM0的GPIO口連接,。
3 軟件平臺設(shè)計
3.1 Android驅(qū)動加載及系統(tǒng)移植
    Mini6410平臺i-Jetty服務(wù)程序通過控制平臺的串口實現(xiàn)藍(lán)牙通信，因此需要移植Android系統(tǒng)并加載串口驅(qū)動,。FriendlyARM公司提供了交叉編譯工具鏈arm-linux-gcc,、Android系統(tǒng)映像制作工具mktools、系統(tǒng)引導(dǎo)文件superboot以及SD卡燒寫工具SD-Flasher,，可以方便地實現(xiàn)系統(tǒng)移植,。Mini6410平臺Android系統(tǒng)移植及驅(qū)動加載的過程如下：（1）將編寫的驅(qū)動文件拷貝到Linux內(nèi)核的Drivers路徑下,，修改Makefile和Kconfig配置文件,；（2）通過make命令編譯Linux內(nèi)核，生成內(nèi)核映像,；（3）修改Android文件系統(tǒng)中的init.rc文件,，增加驅(qū)動對應(yīng)設(shè)備的讀寫權(quán)限；（4）在上位機編寫JNI程序,，并通過Android NDK工具生成Linux平臺下的.so文件,；（4）將.so文件拷貝到系統(tǒng)庫文件路徑下，然后生成Android文件系統(tǒng)的映像,；（5）將系統(tǒng)引導(dǎo)文件,、Linux內(nèi)核映像、Android文件系統(tǒng)映像燒寫至Mini6410,。
3.2 i-Jetty與SQLite
    i-Jetty是Android系統(tǒng)下的輕量級Web服務(wù)器,，它將開源Web服務(wù)器Jetty移植到Android平臺，從而使Android設(shè)備可提供Web服務(wù)。i-Jetty是一個完全由Java實現(xiàn)的,、開源的HTTP服務(wù)器和Servlet容器[5],，其運行速度快，可以迅速為一些獨立運行的Java應(yīng)用提供網(wǎng)絡(luò)和Web連接功能,。i-Jetty是Google的開源項目,，可以從Google官網(wǎng)下載APK安裝包直接安裝到Android系統(tǒng)上。
    相比于常見的Linux平臺下的boa,、thttpd,、mini_httpd、shttpd,、lighttpd等嵌入式Web服務(wù)器,，i-Jetty具有以下優(yōu)點：（1）由于Android支持Java虛擬機，因此i-Jetty支持采用面向?qū)ο笏枷牒投嗑€程技術(shù)構(gòu)建的功能強大的Web服務(wù)程序,。（2）支持Servlet技術(shù),。Java Servlet是采用Java技術(shù)的CGI程序[6]，相比于其他嵌入式Web服務(wù)器的傳統(tǒng)CGI技術(shù),，Servlet能夠更簡潔,、更高效地生成動態(tài)Web頁面。
    SQLite是一個針對嵌入式設(shè)備的輕量級數(shù)據(jù)庫,，是一個自包含,、無服務(wù)器、零配置,、事務(wù)性的SQL數(shù)據(jù)庫引擎[7],。Android系統(tǒng)集成了SQLite，并提供SQLiteData-
base,、Cursor和SQLiteOpenHelper 3個主要的類用于數(shù)據(jù)庫操作,。
3.3 通信協(xié)議
    本系統(tǒng)設(shè)計有通信協(xié)議用于中央服務(wù)與控制器和控制模塊間的通信，其格式如圖4所示,。

    軟件設(shè)計有服務(wù)器主線程,、串口監(jiān)聽線程、服務(wù)子線程和數(shù)據(jù)保存線程,。其中服務(wù)器主線程和串口監(jiān)聽線程的程序流程分別如圖6和圖7所示,。

    程序開發(fā)環(huán)境為Eclipse。在Eclipse中新建Android項目和動態(tài)Web項目,，在Web項目中開發(fā)HTML,、創(chuàng)建Servlet程序框架并配置web.xml；在Android項目開發(fā)中,，首先將Web項目中的Servlet框架文件拷貝到源碼文件夾下,，然后進行控制邏輯的編碼開發(fā),。Eclipse對Android項目Java文件自動編譯，得到.class文件,。在PC任意目錄下構(gòu)建Web工程的通用目錄結(jié)構(gòu),，將Android項目中編譯后的類文件和Web項目中的HTML文件、web.xml文件以及i-Jetty服務(wù)器的JAR包拷貝至相應(yīng)路徑下,，采用dx命令將工程編譯為Android虛擬機識別的字節(jié)碼文件,，然后將整個工程拷貝至Mini6410平臺i-Jetty服務(wù)器目錄下的webapps文件夾下。
4 系統(tǒng)測試
    將Mini6410接入互聯(lián)網(wǎng),，運行Android系統(tǒng),，打開其上的i-Jetty服務(wù)器。在瀏覽器端輸入服務(wù)網(wǎng)址,，打開智能家居系統(tǒng)的登錄頁面,，登錄成功后進入主頁面，主頁面提供家居管理,、系統(tǒng)管理和數(shù)據(jù)管理3項功能,。家居管理用于監(jiān)控室內(nèi)環(huán)境和家居狀態(tài)；系統(tǒng)管理用于配置系統(tǒng),，如增加監(jiān)控家電等,；數(shù)據(jù)管理用于查看家居信息歷史數(shù)據(jù)。
    進入“家居管理”欄目,，可以查看室內(nèi)溫度,、門窗開關(guān)情況，并可以控制照明燈,。管理頁面如圖8所示,。

    本文提出了一種基于Android平臺i-Jetty嵌入式Web服務(wù)器的智能家居系統(tǒng)方案。該方案以ARM開發(fā)平臺Mini6410為核心,，通過移植Android系統(tǒng),、加載串口驅(qū)動、安裝i-Jetty服務(wù)器和SQLite數(shù)據(jù)庫并利用藍(lán)牙組網(wǎng),，實現(xiàn)對家居環(huán)境的遠(yuǎn)程監(jiān)控,。系統(tǒng)主要采用Java語言開發(fā)，具有架構(gòu)簡單,、開發(fā)難度較低的特點，并采用面向?qū)ο笏枷牒投嗑€程技術(shù)開發(fā)復(fù)雜應(yīng)用程序,。后續(xù)工作將對智能家居系統(tǒng)中的家電藍(lán)牙組網(wǎng)進行研究,。
參考文獻
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