安卓APP與智能硬件相結合的簡易方案，安卓app智能相結合

安卓APP與智能硬件相結合的簡易方案，安卓app智能相結合

第1章　概  述

（作者小波QQ463431476)

(來源http://blog.chinaaet.com/zhaocundang/p/5100017645博客）

(來源   http://www.cnblogs.com/xiaobo-Linux/博客）

                                          

1.1 設計背景與意義

安卓物聯系統的設計主要是解決安卓手機APP與智能硬件的結合，將互聯網和生活中使用的家用電器結合。像智能家居那樣，未來的發展離不開互聯網，更離不開物聯體系。手機通過4G網絡就可以與家庭網絡相連接，個人不在家中，就可以知道家裡發生的所以事情，只要動一動手指頭，在手機APP上點一點，遠在千裡之外就可以控制家裡的台燈，風扇，熱水器等家用電器，如果回家晚，就可以提前打開APP，通過網絡打開家裡的熱水器。此外還可以遠程監控家裡的情況，給生活提供更多的便捷與快樂。物聯系統APP的設計朝著智能化發展方向，與物聯網相結合，為生活帶來方便，為生活增添樂趣。

1.2 設計目標

（1）了解並熟練編寫Android代碼，了解安卓相關框架，了解安卓開發體系與運行機制，了解Eclipse Android環境的配置。

（2）使用多種Android組件，熟練使用Android多種控件。本軟件是基於Eclipse開發環境，采用了Activity, Broadcast Receiver, Service組件，頁面菜單采用Navigation Drawer ，每個頁面采用Fragment，能任意比例適應手機大小，而且比較靈活。首頁采用grid view網格布局，只是采用了橫向布局，能夠橫向滾動的效果，可以快速地打開任意頁面，比較方便。

（3）采用語音識別控制。項目中采用科大 訊 飛 語音識別API接口，來語音控制電器，小車，快速方便，而且具有語音文本朗讀的功能。

（4）最簡約的界面UI設計，采用Tranlucent沉浸式，獲得簡明友好的界面設計，扁平化簡約圓形按鈕，導航抽屜的快捷方便，最大限度的節省界面空間布局。

（5）使用Socket 套接字 連接WIFI 並實現傳輸數據，主要傳輸字符，用來控制硬件設備的高低電平觸發。

（6）實現多種數據存儲方式：完成SQLite數據庫的存儲，主要存儲用戶登錄賬號密碼；另外一種比較輕快的數據儲存方式share preference，主要用來暫時存儲WIFI設置信息數據。

（7）實現硬件的焊接工作，主要是對Arduino開發板代碼的設計，台燈風扇USB接口以及外部供電接口的設計，舵機連接的方式，攝像頭有OpenWrt路由器連接的設置，繼電器的焊接，以及平衡車電機驅動模塊，MPU6050陀螺儀，Arduino主控，電機碼盤和電機的接線方式。

第2章　需求分析

2.1 功能需求

安卓手機物聯系統APP可以通過4G網絡連接到家庭網絡，查看家裡的具體情況，可以查看家庭監控，可以遠程遙控攝像頭向左，向右轉動。可以遠程控制家裡面的電器，例如熱水器，台燈，風扇等家庭電器。此外也可以遙控智能平衡車，實現小車的前進，後退，向左，向右等。

2.2 界面需求

（1）登錄、注冊界面

首先是用戶登錄界面，用戶登錄和注冊的界面為同一個，用來登錄並注冊賬號密碼並且保存在SQLite數據庫中。用戶可以隨時登錄並注冊相關賬號信息，SQLitte數據庫保存賬號信息使用戶信息更加安全，便於維護數據庫。

（2）主屏界面

用戶主界面用來使用戶快速地選擇功能，采用GridView,實現了橫線滾動，可以使用戶有更好的體驗。

（3）用戶界面

用戶界面主要顯示用戶的信息，采用TextView來顯示可以完成什麼樣的功能。

（4）攝像頭界面

攝像頭界面主要實現監控視頻的實時顯示，以及控制監控攝像頭向左，向右轉動。

（5）網絡界面

網絡界面主要用來配置用戶設置的WIFI地址，視頻端口和控制端口號，便於開發維護，采用Share Preference輕量級存儲數據，可以方便的保存數據，下次不用再次輸入內容。

（6）電器界面

電器界面主要控制台燈、風扇的開關。

（7）語音界面

采用科大訊飛語音API接口，實現語音識別控制電器打開關閉，以及對平衡車的姿態控制。

（8）小車界面控制

主要實現對平衡車的前進、後退、向左、向右的方向控制。

 

//http://www.cnblogs.com/xiaobo-Linux/  qq463431476 （趙存檔編寫）

 

第3章　概要設計

3.1 設計框架圖

系統主要分為5大主模塊，主要是用戶數據模塊，攝像頭模塊，網絡配置存儲模塊， 控制模塊，語音識別和語音朗讀模塊，小車控制模塊，系統總體框圖如3.1所示：

圖3.1 系統設計框圖

 3.2系統模塊框圖設計

（1）用戶登錄/注冊模塊框圖

采用SQLite3數據庫作為存儲數據的方案，可以方便的維修用戶信息。用戶登錄、注冊框圖如圖3.2.1所示：

圖3.2.1系統登錄注冊框圖

（2）攝像頭模塊框圖

攝像頭模塊主要顯示監控畫面，以及控制攝像頭左轉和攝像頭右轉，如圖3.2.2所示：

圖3.2.2攝像頭框圖

（3）網絡設置模塊框圖

網絡設置模塊主要設置網絡的URL地址，網絡攝像頭的端口號，網絡控制端口號，框圖如圖3.2.3所示：

圖3.2.3網絡設置模塊框圖

（4）電器模塊框圖

電器模塊框圖主要實現台燈，風扇的打開和關閉，框圖如圖3.2.4所示：

圖3.2.4電器控制模塊框圖

（5）語音模塊框圖

語音模塊主要實現用語音識別來控制台燈和風扇的開關，平衡車方向的控制。框圖如圖3.2.5所示：

圖3.2.5電器控制模塊框圖

（5）小車控制模塊框圖

小車模塊主要是控制小車的方向，前進，後退，向左，向右，以及連接WIFI，框圖如圖3.2.6所示：

圖3.2.6小車控制模塊框圖

3.3 設計框架說明

3.3.1 後台服務

 語音識別和語音文本朗讀使用了後台服務組件，采用Service的好處就是可以靈活的調用服務，後台運行。語音模塊通過Intent Start Service的方式來啟動Service服務，調用Stop Service 開關Service服務。服務裡面主要實現語音API接口調用，語音識別，獲取語音識別的結果，返回給Fragment。

3.3.2 SQLite 數據庫存儲

 用戶登錄注冊模塊采用了SQLite數據庫，SQLite3數據庫用來存儲用戶的賬號密碼信息，方便維護用戶信息數據。首先建立一個SQLite Helper的類來重載增刪 改 查的方法，並且建立Database數據文件,以及建立表格。然後在用戶類中自己定義函數實現增刪改查。

3.3.3 Share Preference數據存儲

Android輕量級的數據存儲用來暫時存儲用戶的偏好設置，非常方便。用戶存儲的數據都是存放在XML文件中。

3.3.4 Grid View 數據適配器

數據適配器將圖片和標題存放到鏈表數據結構中，顯示的時候就以圖片或者標題的長度遍歷鏈表，輸出完整的圖片和文字標題。

3.3.5 Navigation Drawer導航抽屜

導航抽屜就是側滑出界面菜單，節省空間布局大小。側滑菜單采用Fragment裡面包含一個List View, 采用一個數據適配器，List View裡面包含圖片和標題。

第4章Arduino開發板硬件方案

4.2.1 Arduino 主控搭建

（1）采用了Arduino Nano 最小板外加一個擴展版，主要用來控制台燈、風扇，語音模塊和攝像頭舵機，如圖4.2.1.1所示：

圖4.2.1.1 Arduino Nano 主控板

（2）控制平衡車則是采用了Arduino UNO R3板，如圖4.2.1.2所示：

 

圖4.2.1.2 Arduino Uno板

4.2.2 Arduino 台燈、風扇繼電器搭建

繼電器用來弱電控制強電，給繼電器供電，來控制台燈、風扇的打開和關閉，如圖4.2.2.1所示：

圖4.2.2.1 台燈、風扇繼電器

4.2.3 舵機和攝像頭的搭建

舵機主要控制攝像頭的左轉和右轉，攝像頭用來采集視頻圖像，如圖4.2.3.1所示：

圖5.2.3.1 舵機攝像頭

4.2.4 SYN6288語音文本合成模塊

模塊主要用於語音合成，播放台燈“台燈已經關閉”，“台燈已經打開”或者播放“風扇已經關閉”，“風扇已經打開”語音提示音，如圖4.2.4.1所示：

圖4.2.4.1 SYN6288語音合成模塊

4.2.5 OpenWrt 路由器模塊

Openwrt簡單就是跑在微控制器上的Linux操作系統

路由器主要實現WIFI熱點，以及攝像頭圖像的采集，WIFI串口控制Arduino MCU主控板的工作，如圖4.2.5.1所示：

帶串口的TX RX GND,然後連接MCU Arduino上的RX TX GND，即可通信（前提是Openwrt上安裝ser2net一類的串口轉發接收數據軟件）

圖4.2.5.1 OpenWrt路由器

4.2.5 平衡車整體電路搭建設計

平衡車系統電路搭建主要包括Arduino UNO R3主控制板，L298N電機驅動模塊，MPU6059陀螺儀模塊，降壓模塊，其他包括電池，電機等部件，整體設計如圖4.2.5.2所示：

圖4.2.5.2平衡車整體電路搭建

4.2.6 上部分電路搭建設計

上部分主要是控制台燈、風扇和舵機攝像頭的左右轉動，如圖4.2.6.1所示：

圖5.2.6.1 上部分電路設計

第五章測試

5.2.4 語音識別測試

    主要看語音識別是否成功，測試圖5.2.4

圖5.2.4 語音識別測試圖

5.2.5 廣播發送接收測試

主要測試廣播是否發送接收成功，測試圖如圖5.2.5所示：

圖5.2.5 廣播測試圖

5.2.6 Wi-Fi 發送接收測試

主要測試WIFI是否發送接收成功，測試圖如圖5.2.6所示：

圖5.2.6 WIFI發送接收測試圖

5.3 硬件測試過程

5.3.1 台燈風扇的測試

 用手機連接Wi-Fi測試是否可以打開和關閉風扇，如圖5.3.1所示：

圖5.3.1 控制台燈風扇測試圖

5.3.2 攝像頭和舵機的測試

 用手機連接Wi-Fi測試是否可以接收監控圖像和舵機左右轉動，如圖5.3.2所示：

圖5.3.2 攝像頭和舵機測試

5.3.3 智能平衡車的測試

用手機連接Wi-Fi測試平衡是否可以前進後退向左和向右，測試如圖5.3.3所示：

圖5.3.3平衡車測試

第6章　結　論

了解Android的開發流程，了解Android 的運行開發機制模式，熟悉了Android 4大組件代碼編寫與熟練的應用，對各種控件都有所了解和更深入的研究。

物聯系統的項目將安卓手機APP與智能硬件設備結合，通過WIFI網絡傳串口的方式，與Arduino MCU主控串口通信，實現發送與接收數據，更加深入的了解軟件和硬件結合密不可分的關系，作為軟件與硬件結合，必定像是智能家居，智能物聯系統 這樣的智能設備的新潮流。

在項目開發中，對安卓各種UI界面和開發框架更有深入的了解，了解開發的思路，學習別人開發的方式方法，將與自己的項目結合，做一些更好的改進，在硬件中，學習Arduino 開發板硬件代碼的編寫，了解串口發送與接收的方式，保證能夠成功執行相關指令。對於平衡車的控制，主要是對MPU6050陀螺儀的角度輸出控制，卡爾曼濾波輸出比較穩定的角度值，然後PID計算角度輸出PWM脈沖來控制電機。當小車往前傾時，小車電機快速前進防止其傾倒，反之小車往後傾時，小車電機快速後退防止其傾倒，這樣就保證小車穩定運行。

 

項目代碼：https://item.taobao.com/item.htm?spm=686.1000925.0.0.QUGyYj&id=534691263656

 

   最後下面是項目的演示視頻：

   語音識別控制風扇台燈的開關

   

  安卓遠程控制智能機器人，優化好的話必定是家庭機器人控制新潮流

  

  Arduino 舵機攝像頭轉動

  

       就介紹到這裡啦，又什麼想法或者有什麼問題請在下面留言，一起學習進步吧！