摘 要： 在深入分析Android的系統架構及其應用程序組成的基礎上，設計和實現了一款基于Android的智能家居終端。終端主要包括主控制模塊、信號處理模塊、網絡管理模塊、媒體流管理模塊及信息存取模塊等功能模塊。較好地融合了Android與智能家居終端，具有較強的實用價值和開發(fā)指導意義。
關鍵詞： 智能家居；Android系統；家居安防；可視對講；智能終端

自2007年Google推出開源手機操作系統Android以來，Android的應用開發(fā)一時間風靡全球，各高科技領域應用都在向Android進軍。Android的盛行取決于其獨特的優(yōu)勢。首先，Android是一款基于Linux內核的開源系統，它具有操作系統、中間件和關鍵應用程序。對第三方應用開發(fā)完全開放、人員具有較大的自由度[1]。其次，Android應用程序的開發(fā)采用Java語言，通過應用框架層提供的API，開發(fā)簡單、周期短。第三，Android具有很強的開放性和靈活性。雖然現在市場上已經出現各種各樣的智能家居終端，但Android的出現及其廣泛應用，使得很多智能家居廠商正投入很大的人力物力進行研究開發(fā)基于Android的智能家居終端。
1 Android系統
1.1 Android架構
Android是一個包括操作系統、中間件和關鍵應用程序的移動設備軟件堆。其作為一個開發(fā)式的系統平臺，包含了眾多的功能和龐大的基于Linux的代碼，在用戶空間又分為本地代碼（C/C++）和Java代碼。Android系統可以分為以下各層次：
自底向上依次為Linux操作系統及其驅動層、本地代碼框架和Java虛擬機層、Java框架層和Java應用程序層[2]。在各層之間存在相應的分界線接口。如圖1所示。

作為開放式的系統，Android提供了豐富的組件和視圖控件。大部分的開發(fā)只需要調用Android應用框架層提供的API就可以方便地完成，并且在Android的SDK中提供了豐富的實例供參考學習，使得應用開發(fā)簡單易行。Android各層次的功能如表1所示。

1.2 Android應用程序的組成
一個程序可以調用另外一個程序的程序片段。這是Android程序框架的基本設計理念。例如，在Windows操作系統中，資源管理器可以瀏覽圖片文件，當瀏覽到這個圖片文件時，雙擊該圖片文件，便啟動圖片瀏覽軟件。Android的程序理念便是如此,所不同的是,在Windows中，打開圖片會啟動圖片瀏覽軟件的全部功能，雖然實際上只是需要查看圖片；Android中是把一個程序的功能分為各種不同的程序片段,每個程序片段都能單獨啟動。
　 Android應用程序由Activity、Service、Broadcast Receiver和Content Provider四大組件構成。這四大組件也稱為Android的四種類型的程序片段，且每種類型都可以獨立運行。
　 Activity在四大組件中最復雜。從視覺上看，一個Activity占據當前的窗口，響應所有窗口事件，具有控件、菜單等界面元素，為用戶提供一個與界面交互的平臺。從內部邏輯來看，Activity需要為了保持各個界面狀態(tài)，需要做很多持久化的工作，還需要妥善管理生命周期和一些轉跳邏輯。
　 Service就是剝離了界面的Activity，都是封裝有一個完整的功能邏輯實現，只不過Service不拋頭露臉，默默提供后臺服務。舉例，當用戶處理其他問題時，服務可以播放背景音樂，或者可以從網上獲取數據、計算、提高，提供給活動所需要的結果。
Broadcast Receiver只能接收廣播，一個廣播可以有很多廣播接收器對它認為重要的通知作出反應。Android系統提供了一個sendBroadcast（）方法，Application Framework內部調用該方法發(fā)送廣播，比如有新短信息、有來電等廣播消息，Broadcast Receiver會響應這些系統消息的獨立執(zhí)行單元[4]。
Content Provider提供了一套特殊的可供其他應用使用的數據。這些數據可以存儲在文件系統中、SQLite數據庫中或者其他有意義的形式。實現了一套標準的允許其他用戶檢索、儲存數據的方法。通過使用ContentProvider的實例，調用它的方法。
Intent是Android中一個特殊的類，組件之間的通訊，由Intent協助完成。Intent負責對應用中一次操作的動作、動作涉及數據、附加數據進行描述，Android則根據此Intent的描述，負責找到對應的組件，將 Intent傳遞給調用的組件，并完成組件的調用。Intent在這里起著實現調用者與被調用者之間的解耦作用，如圖2所示。

2 智能家居終端
2.1 終端主要功能
智能家居終端的主要功能如下[5]：
（1）可視對講。室內機與門口機進行可視對講；室內機可以監(jiān)視門口情況；訪客留影；兩個或多個室內機進行視頻對話。
（2）家居安防。防區(qū)設定：對室內和室外安裝的監(jiān)視器進行獨立的設定；報警：監(jiān)視器偵測到異常發(fā)出報警；家居安防模式設定：外出、在家、就寢等。
（3）家居控制。燈光控制；窗簾控制；空調控制；電源控制；燃氣閥控制；電梯控制。
（4）生活資訊。天氣預報；萬年歷；常用電話；物業(yè)服務。
（5）系統管理。常用設置；使用說明；安防設置；家居設置。
系統結構功能如圖3所示。

2.2 軟件系統架構
　整個軟件系統架構分為四個層次，每個層次的功能分別如下：
（1）操作系統層。對下為各種硬件設備提供外圍設備驅動，控制硬件工作，如音視頻的采集播放設備、各類傳感器、攝像頭等；對上為庫函數提供各種設備的驅動接口，以使得上層可以調用設備。
（2）庫和接口層。該主要提供給應用框架層一些基本的類庫和接口，包括Android的C/C++庫、RTP/RTCP庫和多媒體的處理接口。
（3）應用框架層。該層采用模塊化開發(fā)方法，通過使用其下層的函數庫提供的接口，將實現相同或相似功能的封裝成為一個模塊進而供應用層來開發(fā)使用。
（4）應用層。通過與應用框架層提供的模塊相互交互、資源分配等，基于Android的四大組件及其他相關視圖控件完成界面設計，為用戶提供一個可視的界面平臺。在該軟件架構下，涉及到的功能模塊有信號處理模塊、網絡管理模塊、媒體流管理模塊以及信息存取模塊。
2.3 功能模塊的實現
2.3.1 主控制模塊
最上層為主控制模塊，是系統的主要模塊，通過使用Android的各種組件和控件，在應用層實現系統的主要功能。一方面，通過 Android的資源文件如布局、菜單、視圖等提供的各種類和方法來完成系統的GUI設計，提供給用戶一個統一的圖形化接口給用戶。另一方面，通過使用應用框架中的信號處理、網絡管理、媒體流管理、信息存儲等功能模塊接口，分別實現門磁控制、家居安防、家居控制、生活資訊、可視對講及系統管理的功能。在此模塊中的門磁控制可以直接控制房門的開關[6]。
所有的功能都聚集在主模塊中，這就需要一個合理的布局才能使系統使用起來比較協調。由于每個Activity中包含一個Window，每個Window中包含一個View Group，而每個View Group中包含更多的View和View Group。在主模塊中的布局如圖4所示。

2.3.3 網絡管理模塊
網絡管理模塊主要為生活資訊提供服務。此模塊提供服務的分為兩種。一種為局域網服務，如物業(yè)服務。這里實現起來比較簡單，用戶根據系統所提供的設備名稱向中心管理機報備需要服務的設備。例如：點擊某個設備，終端向中心管理機發(fā)送一條“智能設備需要服務”指令。物業(yè)收到該指令后，會主動聯系該用戶。另一種為Intenet服務，需要提供各種信息的Web服務，如天氣。
2.3.4 媒體流管理模塊
媒體流管理模塊是為可視對講提供服務的。在系統中通過調用Android的OpenCORE接口來實現音視頻的編解碼。OpenCORE是Android多媒體框架的核心，所有Android平臺的音頻、視頻的采集以及播放等操作都是通過它來實現的。它主要包含了兩個大方面的內容：
PVPlayer：提供媒體播放器的功能，完成各種音頻、視頻流的回放功能。
PVAuthor：提供媒體流記錄的功能，完成各種音頻、視頻流以及靜態(tài)圖像的捕獲功能。
當門口機需與室內機請求對講時，室內機只需要對門口機傳輸過來的音視頻進行解碼播放,即Android調用MediaPlayer類用來播放音頻、視頻。
當兩個室內機進行視頻對講時，雙方機器要同時進行音視頻的編碼解碼。這時就要同時調用MediaPlayer類和MediaRecorder類。MediaRecorder類用來進行媒體采樣，包括音頻和視頻。
2.3.5 信息存取模塊
信息存取模塊主要為系統管理提供開發(fā)接口以實現對系統的管理。如智能家居系統的終端系統管理模塊主要提供本機設置、安防設置、家居設置、使用幫助等功能。本機設置包括本機的網絡設置、樓棟單元號房間號設置、密碼設置等；安防設置可以對室內的各個安防設備進行布防和撤防設置；家居設置則可以調整家用電器的斷電或啟動時間；使用幫助則是關于本機的使用說明。設置的一般過程為先通過相應的get方法獲得要設置的狀態(tài)，然后通過set方法保存設置。
2.4 模塊封裝