安卓APP與智能硬體相結合的簡易方案，安卓app智能相結合

安卓APP與智能硬體相結合的簡易方案，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部落格）

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

                                          

1.1 設計背景與意義

安卓物聯絡統的設計主要是解決安卓手機APP與智能硬體的結合，將互連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連網，更離不開物聯體系。手機通過4G網路就可以與家用網路相串連，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檯燈，風扇，熱水器等家用電器，如果回家晚，就可以提前開啟APP，通過網路開啟家裡的熱水器。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。物聯絡統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）瞭解並熟練編寫Android代碼，瞭解安卓相關架構，瞭解安卓開發體系與運行機制，瞭解Eclipse Android環境的配置。

（2）使用多種Android組件，熟練使用Android多種控制項。本軟體是基於Eclipse開發環境，採用了Activity, Broadcast Receiver, Service組件，頁面菜單採用Navigation Drawer ，每個頁面採用Fragment，能任意比例適應手機大小，而且比較靈活。首頁採用grid view網格布局，只是採用了橫向布局，能夠橫向滾動的效果，可以快速地開啟任意頁面，比較方便。

（3）採用語音辨識控制。項目中採用科大 訊 飛 語音辨識API介面，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）最簡約的介面UI設計，採用Tranlucent沈浸式，獲得簡明友好的介面設計，扁平化簡約圓形按鈕，隱藏式瀏覽選單的快捷方便，最大限度的節省介面空間布局。

（5）使用Socket 通訊端 串連WIFI 並實現傳輸資料，主要傳輸字元，用來控制硬體裝置的高低電平觸發。

（6）實現多種資料存放區方式：完成SQLite資料庫的儲存，主要儲存使用者登入帳號密碼；另外一種比較輕快的資料儲存方式share preference，主要用來暫時儲存WIFI設定資訊資料。

（7）實現硬體的焊接工作，主要是對Arduino開發板代碼的設計，檯燈風扇USB介面以及外部供電介面的設計，舵機串連的方式，網路攝影機有OpenWrt路由器串連的設定，繼電器的焊接，以及平衡車電機驅動模組，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

安卓手機物聯絡統APP可以通過4G網路連接到家用網路，查看家裡的具體情況，可以查看家庭監控，可以遠程遙控網路攝影機向左，向右轉動。可以遠端控制家裡面的電器，例如熱水器，檯燈，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 介面需求

（1）登入、註冊介面

首先是使用者登入介面，使用者登入和註冊的介面為同一個，用來登入並註冊帳號密碼並且儲存在SQLite資料庫中。使用者可以隨時登入並註冊相關帳號資訊，SQLitte資料庫儲存帳號資訊使使用者資訊更加安全，便於維護資料庫。

（2）主屏介面

使用者主介面用來使使用者快速地選擇功能，採用GridView,實現了橫線滾動，可以使使用者有更好的體驗。

（3）使用者介面

使用者介面主要顯示使用者的資訊，採用TextView來顯示可以完成什麼樣的功能。

（4）網路攝影機介面

網路攝影機介面主要實現監控視頻的即時顯示，以及控制監控網路攝影機向左，向右轉動。

（5）網路介面

網路介面主要用來配置使用者佈建的WIFI地址，視頻連接埠和控制連接埠號碼，便於開發維護，採用Share Preference輕量級儲存資料，可以方便的儲存資料，下次不用再次輸入內容。

（6）電器介面

電器介面主要控制檯燈、風扇的開關。

（7）語音介面

採用科大訊飛語音API介面，實現語音辨識控制電器開啟關閉，以及對平衡車的姿態控制。

（8）小車介面控制

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 設計架構圖

系統主要分為5大主模組，主要是使用者資料模組，網路攝影機模組，網路設定儲存模組， 控制模組，語音辨識和語音朗讀模組，小車控制模組，系統總體框圖如3.1所示：

圖3.1 系統設計框圖

 3.2系統模組框圖設計

（1）使用者登入/註冊模組框圖

採用SQLite3資料庫作為儲存資料的方案，可以方便的維修使用者資訊。使用者登入、註冊框圖3.2.1所示：

圖3.2.1系統登入註冊框圖

（2）網路攝影機模組框圖

網路攝影機模組主要顯示監控畫面，以及控制網路攝影機左轉和網路攝影機右轉，3.2.2所示：

圖3.2.2網路攝影機框圖

（3）網路設定模組框圖

網路設定模組主要設定網路的URL地址，網路攝影機的連接埠號碼，網路控制連接埠號碼，框圖3.2.3所示：

圖3.2.3網路設定模組框圖

（4）電器模組框圖

電器模組框圖主要實現檯燈，風扇的開啟和關閉，框圖3.2.4所示：

圖3.2.4電器控制模組框圖

（5）語音模組框圖

語音模組主要實現用語音辨識來控制檯燈和風扇的開關，平衡車方向的控制。框圖3.2.5所示：

圖3.2.5電器控制模組框圖

（5）小車控制模組框圖

小車模組主要是控制小車的方向，前進，後退，向左，向右，以及串連WIFI，框圖3.2.6所示：

圖3.2.6小車控制模組框圖

3.3 設計架構說明3.3.1 後台服務

 語音辨識和語音文本朗讀使用了後台服務元件，採用Service的好處就是可以靈活的調用服務，後台運行。語音模組通過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介面調用，語音辨識，擷取語音辨識的結果，返回給Fragment。

3.3.2 SQLite 資料庫儲存

 使用者登入註冊模組採用了SQLite資料庫，SQLite3資料庫用來儲存使用者的帳號密碼資訊，方便維護使用者資訊資料。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資料檔案,以及建立表格。然後在使用者類中自己定義函數實現增刪改查。

3.3.3 Share Preference資料存放區

Android輕量級的資料存放區用來暫時儲存使用者的喜好設定，非常方便。使用者儲存的資料都是存放在XML檔案中。

3.3.4 Grid View 資料配接器

資料配接器將圖片和標題存放到鏈表資料結構中，顯示的時候就以圖片或者標題的長度遍曆鏈表，輸出完整的圖片和文字標題。

3.3.5 Navigation Drawer隱藏式瀏覽選單

隱藏式瀏覽選單就是側滑出介面菜單，節省空間的布局大小。側滑菜單採用Fragment裡麵包含一個List View, 採用一個資料配接器，List View裡麵包含圖片和標題。

第4章Arduino開發板硬體方案

4.2.1 Arduino 主控搭建

（1）採用了Arduino Nano 最小板外加一個擴充版，主要用來控制檯燈、風扇，語音模組和網路攝影機舵機，4.2.1.1所示：

圖4.2.1.1 Arduino Nano 主控板

（2）控制平衡車則是採用了Arduino UNO R3板，4.2.1.2所示：

 

圖4.2.1.2 Arduino Uno板

4.2.2 Arduino 檯燈、風扇繼電器搭建

繼電器用來弱電控制強電，給繼電器供電，來控制檯燈、風扇的開啟和關閉，4.2.2.1所示：

圖4.2.2.1 檯燈、風扇繼電器

4.2.3 舵機和網路攝影機的搭建

舵機主要控制網路攝影機的左轉和右轉，網路攝影機用來採集視頻映像，4.2.3.1所示：

圖5.2.3.1 舵機網路攝影機

4.2.4 SYN6288語音文本合成模組

模組主要用於語音合成，播放檯燈“檯燈已經關閉”，“檯燈已經開啟”或者播放“風扇已經關閉”，“風扇已經開啟”語音提示音，4.2.4.1所示：

圖4.2.4.1 SYN6288語音合成模組

4.2.5 OpenWrt 路由器模組

Openwrt簡單就是跑在微控制器上的Linux作業系統

路由器主要實現WIFI熱點，以及網路攝影機映像的採集，WIFI串口控制Arduino MCU主控板的工作，4.2.5.1所示：

帶串口的TX RX GND,然後串連MCU Arduino上的RX TX GND，即可通訊（前提是Openwrt上安裝ser2net一類的串口轉寄接收資料軟體）

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電機驅動模組，MPU6059陀螺儀模組，降壓模組，其他包括電池，電機等組件，整體設計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

上部分主要是控制檯燈、風扇和舵機網路攝影機的左右轉動，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 語音辨識測試

    主要看語音辨識是否成功，測試圖5.2.4

圖5.2.4 語音辨識測試圖

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5.2.6所示：

圖5.2.6 WIFI發送接收測試圖

5.3 硬體測試過程5.3.1 檯燈風扇的測試

 用手機串連Wi-Fi測試是否可以開啟和關閉風扇，5.3.1所示：

圖5.3.1 控制檯燈風扇測試圖

5.3.2 網路攝影機和舵機的測試

 用手機串連Wi-Fi測試是否可以接收監控映像和舵機左右轉動，5.3.2所示：

圖5.3.2 網路攝影機和舵機測試

5.3.3 智能平衡車的測試

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

圖5.3.3平衡車測試

第6章　結　論

瞭解Android的開發流程，瞭解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，對各種控制項都有所瞭解和更深入的研究。

物聯絡統的項目將安卓手機APP與智能硬體裝置結合，通過WIFI網路傳串口的方式，與Arduino MCU主控串口通訊，實現發送與接收資料，更加深入的瞭解軟體和硬體結合密不可分的關係，作為軟體與硬體結合，必定像是智能家居，智能物聯絡統 這樣的智慧型裝置的新潮流。

在項目開發中，對安卓各種UI介面和開發架構更有深入的瞭解，瞭解開發的思路，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，在硬體中，學習Arduino 開發板硬體代碼的編寫，瞭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脈衝來控制電機。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。

 

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   最後下面是項目的示範視頻：

   語音辨識控制風扇檯燈的開關

   

  安卓遠端控制智能機器人，最佳化好的話必定是家庭機器人控制新潮流

  

  Arduino 舵機網路攝影機轉動

  

       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！