CN102917477A - 一种基于嵌入式终端家庭智能网关的工作方法 - Google Patents

Abstract

一种基于嵌入式终端家庭智能网关的工作方法，属于电子信息的智能网关技术领域。以运行在ARM Cortex-A9 芯片上的Android系统为载体，开发运行于Android平台的家庭智能网关，数据经过ZigBee无线网络传输、嵌入式终端校验解析、SQLite存储处理，实现了基于嵌入式Android平台的无线传感器网络家庭智能网关的数据接收、处理和存储、控制功能。本发明不仅具有功耗小、体积小、价格低廉的优点，还具有强大的数据存储、处理、显示功能，良好的兼容性和可扩展性，对于同类嵌入式平台，可移植性强，对于推动嵌入式无线传感器网络设备的普及应用具有积极意义。

Description

一种基于嵌入式终端家庭智能网关的工作方法

技术领域

本发明涉及一种基于嵌入式终端家庭智能网关的工作方法，属于电子信息技术领域。 

背景技术

随着无线传感器网络的发展以及Android系统在电子信息技术领域的发展，无线传感器网络通过智能感知、识别技术与普适计算、泛在网络的融合应用，打破了之前的传统思维，人类可以实现无所不在的计算和网络连接。Android平台具有良好的开放性和兼容性，是当前广泛流行的移动设备操作系统。通过嵌入式终端家庭智能网关的实现，人们可以通过更友好的人机界面，实时查看无线传感器网络中的一些节点信息，实现信息的交互。 

现有的家庭智能网关，一种是运行在PC机上，缺点是不能在PC机上运行其他易除干扰通信的软件，时刻处于运行状态时功耗大、体积大、价格昂贵。  一种方法是采用嵌入式微处理器，基于嵌入式Linux操作系统，如专利号为201110442852.2（一种用于智能家庭网络的家庭网关，发明人：熊璞、张磊、张永恒）的专利所描述的家庭智能网关，虽然解决了功耗大、体积大、价格昂贵的缺点，但是该嵌入式微处理器的数据存储和处理功能不够强大，并且兼容性和可扩展性差。本发明基于基于ARM Cortex-A9硬件平台，依托嵌入式Android系统，采用SQLite数据库完成数据的存储处理工作。不仅具有功耗小、体积小、价格低廉的特点，还具有强大的数据存储处理显示功能，良好的兼容性和可扩展性。 

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于嵌入式终端家庭智能网关的工作方法。本发明嵌入式终端家庭智能网关连接无线传感器网络协调器，接收无线传感器网络协调器传回的数据并进行处理，同时将数据通过Internet发送到后台服务器进行存储记录，实现查看和控制整个无线传感器网络系统的功能。 

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下： 

一种基于嵌入式终端家庭智能网关的工作方法，通过Android系统终端实现，该智能网关包括嵌入式终端、ZigBee无线传感器节点、ZigBee协调器节点,ZigBee无线传感器节点连接家用电器，ZigBee协调器节点和ZigBee无线传感器节点之间通过ZigBee无线网络通讯；嵌入式终端集成了无线传输模块和以太网模块，能够与ZigBee协调器节点实现通讯，也能够通过以太网模块连接Internet网络，该方法步骤如下： 

1）ZigBee无线传感器节点通过自组织网络，即通过格栅状的拓扑结构，将智能性由交换机分散到接入点中，使ZigBee无线传感器节点无须经过嵌入式终端即可相互通信，从而消除了集中的故障，并提供了自愈和自我组织的功能，无线传感器节点移动使得彼此间的联系发生变化时，通过重新寻找通信对象，确定彼此间的联络，对原有网络进行刷新，形成互通互联的ZigBee网络； 

2）ZigBee无线传感器节点检测到数据之后，将数据发送给ZigBee协调器节点，此过程在ZigBee技术中，使用的主要函数是AF_DataRequest()函数，此函数最终会调用 APSDE_DataReq原语，AF_DataRequest函数的调用会触发afDataConfirm()函数，数据的发送结果也是由afDataConfirm()函数返回； 

3）ZigBee协调器节点收到数据后，经过校验解析后，将数据发送到嵌入式终端进行数据校验解析，即预定的通信协议对缓冲区中以0x7E开始和以0x7E结束的完整数据帧进行解封装，解析出无线传感器网络网关发送的命令字和有效数据，根据命令格式判断接收数据的类型为数据帧还是应答帧，并根据命令执行相应的处理，包括数据帧的存储、丢弃和应答帧的应答； 

4）嵌入式终端对收到的数据进行校验解析，采用占用内存较少的嵌入式数据库SQLite，解决嵌入式内存小运行速度慢的难题，在使用时通过Android系统下驱动的方式进行打开，创建需要的数据库表和主键，存储数据处理线程中无线传感器网络网关传回来的数据，按照查询条件进行条件查询并将查询结果返回，完成数据的存储处理；对于SQLite的操作，Android提供了SQLitData-base和SQLitOpenHelper两个类；SQLitOpenHelper提供两个方法onCreat()和onUpgrade()对SQLite数据库进行创建和更新，提供getWritableDatabase()或getReadableDatabase()方法来获得数据库对象；SQLitDatabase类则提供一些方法，能够创建、删除、执行SQL指令、完成常规的数据库管理任务，如execSQL()能执行SQL语句，insert()能够插入表项，update()能够更新表项； 

5）用户通过嵌入式终端的客户端，采用SQLite数据库进行存取操作，利用了Android中的TableLayout进行表中对应字段的显示，同时利用游标cursor进行表中字段的查询，可以实现对数据库的访问，实现对各个传感器模块监测数据的读取显示操作； 

6）基于Android系统的嵌入式终端通过Android系统的Button事件取得操作指令，并将指令下传给ZigBee协调器节点，ZigBee协调器节点接收到指令后，通过数据帧的检测确定需要接收指令的ZigBee无线传感器节点，令通过步骤2）中所述方法传达给对应的ZigBee无线传感器节点即完成对ZigBee无线传感器节点连接的家用电器的控制操作。 

本发明为嵌入式终端设计的家庭智能网关，需要解决信息数据的采集、书立、显示、应答和公网交互问题。本发明基于ARM CortexA9硬件平台，依托嵌入式Android系统，通过ZigBee无线传感器节点实现信息数据的采集，上传至嵌入式终端后，通过SQLite完成数据的存储、处理、界面显示、控制操作等功能。 

本发明基于当前广泛流行的Android系统进行控制显示终端设计，使用支持组件重用和替换的应用框架，使用开源的SQLite结构数据库，具有良好的兼容性和可拓展性。同时采用图形界面交互，界面直观美好，所见即所得，具有良好的用户体验效果。使用Android系统的终端实现对家具设备的操作和控制，可以替代智能家居系统专用控制器，减少硬件设计的复杂度，也减少了用户的使用成本。 

本发明不仅具有功耗小、体积小、价格低廉的优点，还具有强大的数据存储、处理、显示功能，良好的兼容性和可扩展性，对于同类嵌入式平台，可移植性强，对于推动嵌入式无线传感器网络设备的普及应用具有积极意义。 

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述。 

实施例： 

一种基于嵌入式终端家庭智能网关的工作方法，通过Android系统终端实现，该智能网关包括嵌入式终端、ZigBee无线传感器节点、ZigBee协调器节点,ZigBee无线传感器节点连接家用电器，ZigBee协调器节点和ZigBee无线传感器节点之间通过ZigBee无线网络通讯；嵌入式终端集成了无线传输模块和以太网模块，能够与ZigBee协调器节点实现通讯，也能够通过以太网模块连接Internet网络，该方法步骤如下： 

1）ZigBee无线传感器节点通过自组织网络，即通过格栅状的拓扑结构，将智能性由交换机分散到接入点中，使ZigBee无线传感器节点无须经过嵌入式终端即可相互通信，从而消除了集中的故障，并提供了自愈和自我组织的功能，无线传感器节点移动使得彼此间的联系发生变化时，通过重新寻找通信对象，确定彼此间的联络，对原有网络进行刷新，形成互通互联的ZigBee网络； 

2）ZigBee无线传感器节点检测到数据之后，将数据发送给ZigBee协调器节点，此过程在ZigBee技术中，使用的主要函数是AF_DataRequest()函数，此函数最终会调用APSDE_DataReq原语，AF_DataRequest函数的调用会触发afDataConfirm()函数，数据的发送结果也是由afDataConfirm()函数返回； 

3）ZigBee协调器节点收到数据后，经过校验解析后，将数据发送到嵌入式终端进行数据校验解析，即预定的通信协议对缓冲区中以0x7E开始和以0x7E结束的完整数据帧进行解封装，解析出无线传感器网络网关发送的命令字和有效数据，根据命令格式判断接收数据的类型为数据帧还是应答帧，并根据命令执行相应的处理，包括数据帧的存储、丢弃和应答帧的应答； 

4）嵌入式终端对收到的数据进行校验解析，采用占用内存较少的嵌入式数据库SQLite，解决嵌入式内存小运行速度慢的难题，在使用时通过Android系统下驱动的方式进行打开，创建需要的数据库表和主键，存储数据处理线程中无线传感器网络网关传回来的数据，按照查询条件进行条件查询并将查询结果返回，完成数据的存储处理；对于SQLite的操作，Android提供了SQLitData-base和SQLitOpenHelper两个类；SQLitOpenHelper提供两个方法onCreat()和onUpgrade()对SQLite数据库进行创建和更新，提供getWritableDatabase()或getReadableDatabase()方法来获得数据库对象；SQLitDatabase类则提供一些方法，能够创建、删除、执行SQL指令、完成常规的数据库管理任务，如execSQL()能执行SQL语句，insert()能够插入表项，update()能够更新表项； 

5）用户通过嵌入式终端的客户端，采用SQLite数据库进行存取操作，利用了Android中的TableLayout进行表中对应字段的显示，同时利用游标cursor进行表中字段的查询，可以实现对数据库的访问，实现对各个传感器模块监测数据的读取显示操作； 

6）基于Android系统的嵌入式终端通过Android系统的Button事件取得操作指令，并将指令下传给ZigBee协调器节点，ZigBee协调器节点接收到指令后，通过数据帧的检测确定需 要接收指令的ZigBee无线传感器节点，令通过步骤2）中所述方法传达给对应的ZigBee无线传感器节点即完成对ZigBee无线传感器节点连接的家用电器的控制操作。 

Claims (1)

1.一种基于嵌入式终端家庭智能网关的工作方法，通过Android系统终端实现，该智能网关包括嵌入式终端、ZigBee无线传感器节点、ZigBee协调器节点,ZigBee无线传感器节点连接家用电器，ZigBee协调器节点和ZigBee无线传感器节点之间通过ZigBee无线网络通讯；嵌入式终端集成了无线传输模块和以太网模块，能够与ZigBee协调器节点实现通讯，也能够通过以太网模块连接Internet网络，该方法步骤如下：

1）ZigBee无线传感器节点通过自组织网络，即通过格栅状的拓扑结构，将智能性由交换机分散到接入点中，使ZigBee无线传感器节点无须经过嵌入式终端即可相互通信，从而消除了集中的故障，并提供了自愈和自我组织的功能，无线传感器节点移动使得彼此间的联系发生变化时，通过重新寻找通信对象，确定彼此间的联络，对原有网络进行刷新，形成互通互联的ZigBee网络；

2）ZigBee无线传感器节点检测到数据之后，将数据发送给ZigBee协调器节点，此过程在ZigBee技术中，使用的主要函数是AF_DataRequest()函数，此函数最终会调用APSDE_DataReq原语，AF_DataRequest函数的调用会触发afDataConfirm()函数，数据的发送结果也是由afDataConfirm()函数返回；

3）ZigBee协调器节点收到数据后，经过校验解析后，将数据发送到嵌入式终端进行数据校验解析，即预定的通信协议对缓冲区中以0x7E开始和以0x7E结束的完整数据帧进行解封装，解析出无线传感器网络网关发送的命令字和有效数据，根据命令格式判断接收数据的类型为数据帧还是应答帧，并根据命令执行相应的处理，包括数据帧的存储、丢弃和应答帧的应答；

4）嵌入式终端对收到的数据进行校验解析，采用占用内存较少的嵌入式数据库SQLite，解决嵌入式内存小运行速度慢的难题，在使用时通过Android系统下驱动的方式进行打开，创建需要的数据库表和主键，存储数据处理线程中无线传感器网络网关传回来的数据，按照查询条件进行条件查询并将查询结果返回，完成数据的存储处理；对于SQLite的操作，Android提供了SQLitData-base和SQLitOpenHelper两个类；SQLitOpenHelper提供两个方法onCreat()和onUpgrade()对SQLite数据库进行创建和更新，提供getWritableDatabase()或getReadableDatabase()方法来获得数据库对象；SQLitDatabase类则提供一些方法，能够创建、删除、执行SQL指令、完成常规的数据库管理任务，如execSQL()能执行SQL语句，insert()能够插入表项，update()能够更新表项；

5）用户通过嵌入式终端的客户端，采用SQLite数据库进行存取操作，利用了Android中的TableLayout进行表中对应字段的显示，同时利用游标cursor进行表中字段的查询，可以实现对数据库的访问，实现对各个传感器模块监测数据的读取显示操作；

6）基于Android系统的嵌入式终端通过Android系统的Button事件取得操作指令，并将指令下传给ZigBee协调器节点，ZigBee协调器节点接收到指令后，通过数据帧的检测确定需要接收指令的ZigBee无线传感器节点，令通过步骤2）中所述方法传达给对应的ZigBee无线传感器节点即完成对ZigBee无线传感器节点连接的家用电器的控制操作。