摘要：該文提出了一種智能家居藍(lán)牙遙控方案。手機(jī)通過藍(lán)牙給智能家居系統(tǒng)的主處理器發(fā)送命令，從而控制整個(gè)智能家居系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞：智能家居；藍(lán)牙；手機(jī)
中圖分類號(hào)：TP391
1、引 言
早在30年代便有人提出家庭是“Machine forLiving”的遠(yuǎn)景，50年代更有人提出了“AutomatedHome”的說法；時(shí)至今日，“Digital Home”，“Intelligent Home”，“Smart Home”等異曲同工的說法如雨后春筍般冒出來�！癝mart Home”被翻譯為智能家居，把電腦、網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)控制等技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)家具、電器，使之代替人的某些勞動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)家庭居住條件的簡(jiǎn)單化、智能化，其基本目標(biāo)是為人們提供一個(gè)高效、舒適、安全、便利、環(huán)保的生活環(huán)境。
在快思聰(Crestron)亞洲有限公司提供設(shè)備贊助和澳門特別行政區(qū)科學(xué)技術(shù)發(fā)展基金提供經(jīng)費(fèi)贊助的支持下，澳門科技大學(xué)智能家居實(shí)驗(yàn)室從2006開始開發(fā)智能家居系統(tǒng)。利用快思聰亞洲有限公司提供的硬件設(shè)備成功實(shí)現(xiàn)了有線觸摸屏、無線觸摸屏、掛墻式觸摸屏和網(wǎng)頁對(duì)智能家居系統(tǒng)的控制。但由于觸摸屏的價(jià)格相對(duì)較高，在家里利用網(wǎng)頁控制智能家居系統(tǒng)又不太方便，因此，本文提出了一種較為經(jīng)濟(jì)且方便的控制方案，即手機(jī)通過藍(lán)牙對(duì)智能家居系統(tǒng)進(jìn)行控制。
藍(lán)牙技術(shù)是一種統(tǒng)一的開放性全球短距離無線通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，它有著低成本、短距離無線連接的優(yōu)勢(shì)，具有使用方便、可靠性高、低功耗等特性，能與多種固定或移動(dòng)設(shè)備的通信環(huán)境建立無線連接，可應(yīng)用在計(jì)算機(jī)、手機(jī)及其它家電產(chǎn)品上。隨著手機(jī)應(yīng)用的普及化和功能的完善化，使用手機(jī)通過藍(lán)牙控制智能家居將是一種具有廣闊前景的方法。
2、澳門科技大學(xué)智能家居系統(tǒng)(MUST Smart Home System)
澳門科技大學(xué)智能家居系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2．1所示。其中，PRO2是主處理器，用來控制整個(gè)智能家居系統(tǒng)；CNPCI－8是電源繼電器，通過紅外線(Infrared rays)來控制電視機(jī)(TV)、DVD播放器(DVD player)和冷風(fēng)機(jī)(Air conditioner)的電源開關(guān)；CLI-220N-4為燈光控制器，用來控制四組吊燈(Lamps)；TPS－4500V、TPMC－10、CT1000分別為有線觸摸屏、無線觸摸屏、掛墻式觸摸屏。Web page和X-Panel(.exe file)是在電腦(PC)上生成的兩種不同的網(wǎng)頁格式。
智能家居系統(tǒng)的控制界面和邏輯程序分別使用快思聰公司的界面設(shè)計(jì)軟件Vision Tools Pro-e(vTPro-e)和邏輯設(shè)計(jì)軟件SIMPL Windows設(shè)計(jì)而成，通過將程序傳送到主處理器PRO2上，從而實(shí)現(xiàn)有線觸摸屏、無線觸摸屏、掛墻式觸摸屏和網(wǎng)頁對(duì)智能家居系統(tǒng)的控制。其軟件開發(fā)步驟如圖2.2所示。
3、智能家居藍(lán)牙遙控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
前面介紹了澳門科技大學(xué)的智能家居系統(tǒng)，接下來我們討論手機(jī)通過藍(lán)牙遙控智能家居系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過程。
3.1 智能家居藍(lán)牙遙控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)流程
手機(jī)通過藍(lán)牙遙控智能家居系統(tǒng)需要經(jīng)過一系列流程。
首先，在邏輯設(shè)計(jì)軟件SIMPL Win-dows中建立TCP/IP Server，User Program Commands和Serial I/O元素，分別對(duì)它們進(jìn)行相應(yīng)的邏輯編程。
其次，手機(jī)電腦連接系統(tǒng)(Mohile toPC System，以下簡(jiǎn)稱MPS)使手機(jī)通過藍(lán)牙與客戶端電腦相連接，打開電腦的一個(gè)串口，并將手機(jī)上用戶所寫的指令發(fā)送到電腦相應(yīng)的串口。
再次，藍(lán)牙控制系統(tǒng)(BluetoothControl System，以下簡(jiǎn)稱BCS)從電腦相應(yīng)的串口讀出指令并判斷指令相對(duì)應(yīng)的命令，然后轉(zhuǎn)發(fā)給主處理器PRO2。
最后，主處理器PR02通過指定的端口接收指令，并通過其功能模塊執(zhí)行相應(yīng)操作，從而實(shí)現(xiàn)各種控制。
具體流程如圖3.1所示。
下面將詳細(xì)說明MPS和BCS的實(shí)現(xiàn)過程以及主處理器PR02的控制原理。
3.2 MPS的實(shí)現(xiàn)
MPS通過藍(lán)牙使手機(jī)和電腦建立連接，打開電腦的一個(gè)串口，手機(jī)通過按鍵向相應(yīng)串口中寫入指令，使用Python語言可以簡(jiǎn)便地實(shí)現(xiàn)這一功能。Python是一種即譯式的、互動(dòng)的、面向?qū)ο蟮木幊陶Z言，它包含了模組式的操作、異常處理、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的形態(tài)與結(jié)構(gòu)以及類別的使用等功能。和其他語言相比，Python中可以用一個(gè)語句表達(dá)復(fù)雜的操作，不需要聲明變量，且具有可擴(kuò)充性。
3.2.1 MPS的開發(fā)步驟
隨著python語言的日益發(fā)展，各個(gè)手機(jī)代理商都將python解釋器移植到它的移動(dòng)終端系統(tǒng)上，該方案所采用的Python for Series 60就是其中之一。基于NoMa S60系統(tǒng)進(jìn)行python程序開發(fā)的步驟如下：
(1)安裝Python for Series 60的Python解釋器，即一個(gè)后綴為*.sis的文件；
(2)在PC上編寫所需的python程序，并保存為*.py文件；
(3)將*.py文件通過藍(lán)牙傳送到手機(jī)上即可運(yùn)行(無需編譯或者安裝)。
3.2.2 MPS的實(shí)現(xiàn)流程
MPS的目標(biāo)是使手機(jī)通過藍(lán)牙連接到電腦并且可以通過手機(jī)向電腦寫入相應(yīng)指令，為了完成這些功能，需要解決兩個(gè)問題：
(1)建立藍(lán)牙連接處理函數(shù)bt_connect( )；
(2)創(chuàng)建一個(gè)可觸發(fā)數(shù)字輸入框，并建立手機(jī)通過藍(lán)牙發(fā)送指令至電腦串口的函數(shù)bt_typetext( )。
程序?qū)崿F(xiàn)的流程如圖3.2所示。
3.3 BCS的實(shí)現(xiàn)
指令寫入電腦串口后，BCS需要從電腦相應(yīng)的串口讀取指令并轉(zhuǎn)發(fā)給智能家居系統(tǒng)主處理器PR02，從而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制功能。本方案采用Visum Basic(簡(jiǎn)稱VB)來實(shí)現(xiàn)該程序，其界面如圖3.3所示。
其中，PC Serial用于電腦相應(yīng)串口的打開，Pro2IP用于智能家居系統(tǒng)主處理器的連接，Send用于相應(yīng)指令的發(fā)送。
下面將分別介紹這三個(gè)功能塊。
3.3.1 PC Serial功能塊
當(dāng)手機(jī)通過藍(lán)牙與電腦成功連接時(shí)，藍(lán)牙適配器會(huì)虛擬一個(gè)串口通信的環(huán)境并自動(dòng)分配串口。程序編寫中使用了VB提供的通信控件——MSCOMM控件，它通過串行端口傳輸和接收數(shù)據(jù)，為應(yīng)用程序提供串行通訊功能；通過該控件可設(shè)置串行通信的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收，也可以對(duì)串口狀態(tài)及串口通信的信息格式和協(xié)議進(jìn)行設(shè)置。
在BCS主控界面(圖3.3)Pc Serial部分輸入相應(yīng)串口號(hào)并對(duì)其參數(shù)作相應(yīng)設(shè)置(一般情況使用默認(rèn)設(shè)置)，打開串口，下方顯示“串口打開中”表示串口成功打開。
3.3.2 Pro2IP功能塊
在建立服務(wù)端與客戶端的連接時(shí)，采用了Microsoft VB提供的用于Windows Sock-ets編程的可用控件——Winsock控件。Winsock控件有兩個(gè)重要屬性：Protocol和State。
Protocol屬性用于設(shè)定使用的協(xié)議是TCP還是UDP：取值sckTCPProtocol表示TCP，取值sckUDPProfocol則表示UDP，這里需要建立客戶機(jī)與服務(wù)器的TCP連接，故取值Protocol＝sckTCPProtocoi。State屬性用于反映當(dāng)前TCP/IP的連接狀態(tài)。
實(shí)現(xiàn)該功能塊需要兩個(gè)步驟，首先，分別設(shè)置控件的RemoteHost屬性和RemotePort屬性，用于制定服務(wù)器的IP地址和偵聽端口。然后，使用Connect方法向服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求：
若服務(wù)器接受客戶端程序請(qǐng)求，即Winsock.State＝sckConnected，則客戶端程序產(chǎn)生Connect事件，就可以使用SendData方法發(fā)送數(shù)據(jù)；若接收到Close事件，則用Close方法關(guān)閉連接。
其流程圖如圖3.4所示。
在BCS主控界面(圖3.3)Pr02IP部分輸入主處理器的IP及預(yù)設(shè)定的端口號(hào)，打開連接，下方顯示：IP連接成功，則表示連接成功；否則，連接失敗。
3.3.3 Send功能塊
Send功能塊使用了VB MScomm控件的OnComm事件，在事件程序編寫中設(shè)定了快捷方式，左側(cè)0－9數(shù)字分別對(duì)應(yīng)右側(cè)十種不同的控制命令，我們根據(jù)電腦串口接收到的數(shù)據(jù)判斷發(fā)送什么指令到主處理器PR02，從而實(shí)現(xiàn)控制。
3.4 主處理器PRO2的控制原理
主處理器PR02成功接受BCS發(fā)送的指令后，User Program Commands元素接收指令并通過TCP/IP Server元素中已指定的端口傳送至TCP/IP Server元素，繼而轉(zhuǎn)送至Serial I/O元素進(jìn)行指令匹配，如果指令匹配成功，則執(zhí)行相應(yīng)命令。
各元素邏輯圖如圖3.5所示。
4、結(jié)束語
隨著因特網(wǎng)和移動(dòng)通信的迅猛發(fā)展，社會(huì)發(fā)展日趨信息化，人們的生活方式、工作方式以及思維方式都隨之發(fā)生了巨大的變化；智能家居的逐步發(fā)展給當(dāng)今信息社會(huì)注入了新的生機(jī)和活力，智能家居藍(lán)牙遙控系統(tǒng)是一種經(jīng)濟(jì)且方便的控制方法，藍(lán)牙技術(shù)的日益成熟及智能家居的逐步普及使得該方案具有潛在的市場(chǎng)前景。
關(guān)鍵詞：智能家居；藍(lán)牙；手機(jī)
中圖分類號(hào)：TP391
1、引 言
早在30年代便有人提出家庭是“Machine forLiving”的遠(yuǎn)景，50年代更有人提出了“AutomatedHome”的說法；時(shí)至今日，“Digital Home”，“Intelligent Home”，“Smart Home”等異曲同工的說法如雨后春筍般冒出來�！癝mart Home”被翻譯為智能家居，把電腦、網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)控制等技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)家具、電器，使之代替人的某些勞動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)家庭居住條件的簡(jiǎn)單化、智能化，其基本目標(biāo)是為人們提供一個(gè)高效、舒適、安全、便利、環(huán)保的生活環(huán)境。
在快思聰(Crestron)亞洲有限公司提供設(shè)備贊助和澳門特別行政區(qū)科學(xué)技術(shù)發(fā)展基金提供經(jīng)費(fèi)贊助的支持下，澳門科技大學(xué)智能家居實(shí)驗(yàn)室從2006開始開發(fā)智能家居系統(tǒng)。利用快思聰亞洲有限公司提供的硬件設(shè)備成功實(shí)現(xiàn)了有線觸摸屏、無線觸摸屏、掛墻式觸摸屏和網(wǎng)頁對(duì)智能家居系統(tǒng)的控制。但由于觸摸屏的價(jià)格相對(duì)較高，在家里利用網(wǎng)頁控制智能家居系統(tǒng)又不太方便，因此，本文提出了一種較為經(jīng)濟(jì)且方便的控制方案，即手機(jī)通過藍(lán)牙對(duì)智能家居系統(tǒng)進(jìn)行控制。
藍(lán)牙技術(shù)是一種統(tǒng)一的開放性全球短距離無線通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，它有著低成本、短距離無線連接的優(yōu)勢(shì)，具有使用方便、可靠性高、低功耗等特性，能與多種固定或移動(dòng)設(shè)備的通信環(huán)境建立無線連接，可應(yīng)用在計(jì)算機(jī)、手機(jī)及其它家電產(chǎn)品上。隨著手機(jī)應(yīng)用的普及化和功能的完善化，使用手機(jī)通過藍(lán)牙控制智能家居將是一種具有廣闊前景的方法。
2、澳門科技大學(xué)智能家居系統(tǒng)(MUST Smart Home System)
澳門科技大學(xué)智能家居系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2．1所示。其中，PRO2是主處理器，用來控制整個(gè)智能家居系統(tǒng)；CNPCI－8是電源繼電器，通過紅外線(Infrared rays)來控制電視機(jī)(TV)、DVD播放器(DVD player)和冷風(fēng)機(jī)(Air conditioner)的電源開關(guān)；CLI-220N-4為燈光控制器，用來控制四組吊燈(Lamps)；TPS－4500V、TPMC－10、CT1000分別為有線觸摸屏、無線觸摸屏、掛墻式觸摸屏。Web page和X-Panel(.exe file)是在電腦(PC)上生成的兩種不同的網(wǎng)頁格式。
智能家居系統(tǒng)的控制界面和邏輯程序分別使用快思聰公司的界面設(shè)計(jì)軟件Vision Tools Pro-e(vTPro-e)和邏輯設(shè)計(jì)軟件SIMPL Windows設(shè)計(jì)而成，通過將程序傳送到主處理器PRO2上，從而實(shí)現(xiàn)有線觸摸屏、無線觸摸屏、掛墻式觸摸屏和網(wǎng)頁對(duì)智能家居系統(tǒng)的控制。其軟件開發(fā)步驟如圖2.2所示。
3、智能家居藍(lán)牙遙控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
前面介紹了澳門科技大學(xué)的智能家居系統(tǒng)，接下來我們討論手機(jī)通過藍(lán)牙遙控智能家居系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過程。
3.1 智能家居藍(lán)牙遙控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)流程
手機(jī)通過藍(lán)牙遙控智能家居系統(tǒng)需要經(jīng)過一系列流程。
首先，在邏輯設(shè)計(jì)軟件SIMPL Win-dows中建立TCP/IP Server，User Program Commands和Serial I/O元素，分別對(duì)它們進(jìn)行相應(yīng)的邏輯編程。
其次，手機(jī)電腦連接系統(tǒng)(Mohile toPC System，以下簡(jiǎn)稱MPS)使手機(jī)通過藍(lán)牙與客戶端電腦相連接，打開電腦的一個(gè)串口，并將手機(jī)上用戶所寫的指令發(fā)送到電腦相應(yīng)的串口。
再次，藍(lán)牙控制系統(tǒng)(BluetoothControl System，以下簡(jiǎn)稱BCS)從電腦相應(yīng)的串口讀出指令并判斷指令相對(duì)應(yīng)的命令，然后轉(zhuǎn)發(fā)給主處理器PRO2。
最后，主處理器PR02通過指定的端口接收指令，并通過其功能模塊執(zhí)行相應(yīng)操作，從而實(shí)現(xiàn)各種控制。
具體流程如圖3.1所示。
下面將詳細(xì)說明MPS和BCS的實(shí)現(xiàn)過程以及主處理器PR02的控制原理。
3.2 MPS的實(shí)現(xiàn)
MPS通過藍(lán)牙使手機(jī)和電腦建立連接，打開電腦的一個(gè)串口，手機(jī)通過按鍵向相應(yīng)串口中寫入指令，使用Python語言可以簡(jiǎn)便地實(shí)現(xiàn)這一功能。Python是一種即譯式的、互動(dòng)的、面向?qū)ο蟮木幊陶Z言，它包含了模組式的操作、異常處理、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的形態(tài)與結(jié)構(gòu)以及類別的使用等功能。和其他語言相比，Python中可以用一個(gè)語句表達(dá)復(fù)雜的操作，不需要聲明變量，且具有可擴(kuò)充性。
3.2.1 MPS的開發(fā)步驟
隨著python語言的日益發(fā)展，各個(gè)手機(jī)代理商都將python解釋器移植到它的移動(dòng)終端系統(tǒng)上，該方案所采用的Python for Series 60就是其中之一。基于NoMa S60系統(tǒng)進(jìn)行python程序開發(fā)的步驟如下：
(1)安裝Python for Series 60的Python解釋器，即一個(gè)后綴為*.sis的文件；
(2)在PC上編寫所需的python程序，并保存為*.py文件；
(3)將*.py文件通過藍(lán)牙傳送到手機(jī)上即可運(yùn)行(無需編譯或者安裝)。
3.2.2 MPS的實(shí)現(xiàn)流程
MPS的目標(biāo)是使手機(jī)通過藍(lán)牙連接到電腦并且可以通過手機(jī)向電腦寫入相應(yīng)指令，為了完成這些功能，需要解決兩個(gè)問題：
(1)建立藍(lán)牙連接處理函數(shù)bt_connect( )；
(2)創(chuàng)建一個(gè)可觸發(fā)數(shù)字輸入框，并建立手機(jī)通過藍(lán)牙發(fā)送指令至電腦串口的函數(shù)bt_typetext( )。
程序?qū)崿F(xiàn)的流程如圖3.2所示。
3.3 BCS的實(shí)現(xiàn)
指令寫入電腦串口后，BCS需要從電腦相應(yīng)的串口讀取指令并轉(zhuǎn)發(fā)給智能家居系統(tǒng)主處理器PR02，從而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制功能。本方案采用Visum Basic(簡(jiǎn)稱VB)來實(shí)現(xiàn)該程序，其界面如圖3.3所示。
其中，PC Serial用于電腦相應(yīng)串口的打開，Pro2IP用于智能家居系統(tǒng)主處理器的連接，Send用于相應(yīng)指令的發(fā)送。
下面將分別介紹這三個(gè)功能塊。
3.3.1 PC Serial功能塊
當(dāng)手機(jī)通過藍(lán)牙與電腦成功連接時(shí)，藍(lán)牙適配器會(huì)虛擬一個(gè)串口通信的環(huán)境并自動(dòng)分配串口。程序編寫中使用了VB提供的通信控件——MSCOMM控件，它通過串行端口傳輸和接收數(shù)據(jù)，為應(yīng)用程序提供串行通訊功能；通過該控件可設(shè)置串行通信的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收，也可以對(duì)串口狀態(tài)及串口通信的信息格式和協(xié)議進(jìn)行設(shè)置。
在BCS主控界面(圖3.3)Pc Serial部分輸入相應(yīng)串口號(hào)并對(duì)其參數(shù)作相應(yīng)設(shè)置(一般情況使用默認(rèn)設(shè)置)，打開串口，下方顯示“串口打開中”表示串口成功打開。
3.3.2 Pro2IP功能塊
在建立服務(wù)端與客戶端的連接時(shí)，采用了Microsoft VB提供的用于Windows Sock-ets編程的可用控件——Winsock控件。Winsock控件有兩個(gè)重要屬性：Protocol和State。
Protocol屬性用于設(shè)定使用的協(xié)議是TCP還是UDP：取值sckTCPProtocol表示TCP，取值sckUDPProfocol則表示UDP，這里需要建立客戶機(jī)與服務(wù)器的TCP連接，故取值Protocol＝sckTCPProtocoi。State屬性用于反映當(dāng)前TCP/IP的連接狀態(tài)。
實(shí)現(xiàn)該功能塊需要兩個(gè)步驟，首先，分別設(shè)置控件的RemoteHost屬性和RemotePort屬性，用于制定服務(wù)器的IP地址和偵聽端口。然后，使用Connect方法向服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求：
若服務(wù)器接受客戶端程序請(qǐng)求，即Winsock.State＝sckConnected，則客戶端程序產(chǎn)生Connect事件，就可以使用SendData方法發(fā)送數(shù)據(jù)；若接收到Close事件，則用Close方法關(guān)閉連接。
其流程圖如圖3.4所示。
在BCS主控界面(圖3.3)Pr02IP部分輸入主處理器的IP及預(yù)設(shè)定的端口號(hào)，打開連接，下方顯示：IP連接成功，則表示連接成功；否則，連接失敗。
3.3.3 Send功能塊
Send功能塊使用了VB MScomm控件的OnComm事件，在事件程序編寫中設(shè)定了快捷方式，左側(cè)0－9數(shù)字分別對(duì)應(yīng)右側(cè)十種不同的控制命令，我們根據(jù)電腦串口接收到的數(shù)據(jù)判斷發(fā)送什么指令到主處理器PR02，從而實(shí)現(xiàn)控制。
3.4 主處理器PRO2的控制原理
主處理器PR02成功接受BCS發(fā)送的指令后，User Program Commands元素接收指令并通過TCP/IP Server元素中已指定的端口傳送至TCP/IP Server元素，繼而轉(zhuǎn)送至Serial I/O元素進(jìn)行指令匹配，如果指令匹配成功，則執(zhí)行相應(yīng)命令。
各元素邏輯圖如圖3.5所示。
4、結(jié)束語
隨著因特網(wǎng)和移動(dòng)通信的迅猛發(fā)展，社會(huì)發(fā)展日趨信息化，人們的生活方式、工作方式以及思維方式都隨之發(fā)生了巨大的變化；智能家居的逐步發(fā)展給當(dāng)今信息社會(huì)注入了新的生機(jī)和活力，智能家居藍(lán)牙遙控系統(tǒng)是一種經(jīng)濟(jì)且方便的控制方法，藍(lán)牙技術(shù)的日益成熟及智能家居的逐步普及使得該方案具有潛在的市場(chǎng)前景。
