（计算机应用技术专业论文）智能家居中信息家电万能遥控器的研究与设计.pdf

摘要 2 1 世纪以来，嵌入式技术进入了高速发展的时代，已经渗透进 人类社会的方方面面，可以说是无所不在，无处不在，正深刻地影响 着人们的生活。科学技术的不断进步带来了社会发展水平的提高，人 们对生活品质的提升也提出了迫切要求。传统的家用电器已经无法满 足现代家庭的需要，人们需要信息化、网络化和智能化的信息家电， 因此信息家电和智能家居进入未来家庭是一个必然的趋势，它们将为 人们提供一个舒适、安全、便捷的生活环境。 在现代家庭生活中使用的每种传统家电都有其对应的专用遥控 器，当家里有较多的传统家电时，遥控器的管理和使用会变得很不方 便。在智能家居中也存在着各种各样的信息家电，为解决上述问题， 本文提出了一个可以管理和控制所有信息家电的万能遥控器。 文章首先介绍了信息家电接口定义语言i a i d l ，它采用面向对象 方法描述信息家电设备，以便将不同厂商生产的信息家电抽象到同一 个语言平台上进行统一管理和控制；然后设计了智能家居中信息家电 网络监控系统的模型，并基于该模型构造了一个 $ 3 c 2 4 1 0 x + l i n u x + m i n i g u i + b l u e z 的信息家电万能遥控器：以嵌入式 微处理器$ 3 c 2 4 1 0 x 为中心设计硬件平台，裁减和移植l i n u x 作为嵌 入式操作系统，以m i n i g u i 作为嵌入式图形系统，以b l u e z 作为蓝牙 协议栈，并使用c 语言编程的方式实现万能遥控器应用程序；最后 在万能遥控器应用程序的设计中进行了流程分析和关键讨论。 信息家电万能遥控器的一个重要作用是为用户提供一个用于交 互的前端图形用户界面。由于每个家庭中的信息家电设备的种类和数 目及其详细信息都不尽相同，因此本文还设计了带约束的界面动态布 局的算法完成g u i 界面的动态生成。 本课题的研究结合了嵌入式技术、无线通信技术和手持移动终端 技术，提出了一个可行的方案。可以预见，在市场需求和技术发展的 双重推动下，信息家电万能遥控器必将走进千家万户，成为智能家居 不可或缺的成员。 关键词：信息家电，万能遥控器，i a i d l ，嵌入式技术，动态界面布局 a b s t r a c t s i n c e2 1 s tc e n t u r y ，e m b e d d e dt e c h n o l o g yh a sc o m ei n t o h i g h s p e e dd e v e l o p e de r a ，i th a sp e n e t r a t e de v e r ya s p e c to f h u m a ns o c i e t y ，i te x i s t si na n y w h e r ea n di sa f f e c t i n gt h e1 i f e o f h u m a n p r o f o u n d l y t h e c e a s e l e s s p r o g r e s s o fs c i e n c e t e c h n o l o g i e se n h a n c e st h es o c i a ld e v e l o p m e n tl e v e l ，p e o p l e h a v ea d v a n c e d e x i g e n td e m a n df o ri m p r o v i n gt h el i f eq u a l i t y ， t o o b u tt h et r a d i t i o n a ld o m e s t i ca p p l i a n c ec o u l dn o ts a t i s f y t h en e e d so fm o d e r nf a m i1i e s p e o p l en e e di n f o r m a t i o n i z e d ， i n t e r n e t i z e da n di n t e l l i g e n ti n f o r m a t i o na p p l i a n c e s a sa n e c e s s i t y ，i n f o r m a t i o na p p l l a n c e sa n di n t e l l i g e n th o u s e sw i l l e n t e ro u rf u t u r el i f e b e s i d e s ，t h e yw i l ls u p p l yac o m f o r t a b l e ， s a f ea n dc o n v e n i e n te n v i r o n m e n t f o r1 i f e i nm o d e r nf a m i l i e s 1 i f e ，e a c ht r a d i t i o n a ld o m e s t i c a p p l i a n c eh a si t ss p e c i a lc o n t r o l l e r ，i tw i l lb ei n c o n v e n i e n t w h e nw eh a v et ou s es om a n yc o n t r o l l e r s t os e t t l et h i sp r o b l e m ， t h isp a p e rd e si g n e dak i n do fc o n t r o ll e rt om a n a g ea n dc o n t r o l a l li n f o r m a t i o na p p l i a n c e s t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h ei n f o r m a t i o na p p l i a n c ei n t e r f a c e d e f i n i t i o nl a n g u a g e ( i a i d l ) ，i ta d o p t so r i e n t e d 一0 b j e c tm e t h o d t od e s c r i b et h ed e v i c e so fi n f o r m a t i o na p p l i a n c e s ，s ot h a tw e c a na b s t r a c tt h ei n f o r m a t i o n a p p l i a n c e s o fd i f f e r e n t m a n u f a c t u r e rt ot h es a m el a n g u a g ep l a t f o r m ，a n dm a n a g ea n d c o n t r o lt h e mu n i f o r m l y t h e n ，w e d e s i g n e d t h em o d e lo f i n f o r m a t i o na p p li a n c en e t w o r km o n i t o r i n gs y s t e mi ni n t e l l i g e n t h o u s e ，a n d c o n s t r u c t e dav e r s a t i l ec o n t r o l l e ro f s 3 c 2 4 1 0 x + l i n u x + m i n i g u i + b l u e zb a s e dt h i sm o d e l ：w ed e s i g na h a r d w a r ep l a t f o r mf o c u so ne m b e d d e dm i c r o p r o c e s s o r $ 3 c 2 4 1 0 x ， c u td o w na n dt r a n s p l a n tl i n u xa st h ee m b e d d e do s ，m i n i g u ia s t h ee m b e d d e dg r a p h i c s s y s t e m ，t h eb l u e za st h eb l u e t o o t h p r o t o c o ls t a c k ，a n du s ect oa c h i e v et h ea p p li c a t i o n o f v e r s a t i l ec o n t r o l l e r ：a tl a s t ，i nt h ed e s i g n m e n to fv e r s a t i l e c o n t r o ll e r ，w ec a r r yo nt h ef l o wa n a l y s i sa n dk e yd is c u s s i o n o n eo fi m p o r t a n tf u n c t i o no ft h i sc o n t r o l l e ri st op r o v i d e a ni n t e r a c ti o n a lg u i a st h et y p e ，t h en u m b e ra n dt h ed e t a il i n f o r m a ti o no ft h ei n f o r m a ti o na p p li a n c e sa r ev a r i e sf r o me a c h f a m il y ，w ed e s i g n e daa l g o r i t h mo ft h er e t r i c t e dd y n a m i c a lg u i l a y o u tt og e n e r a t ear e a l ti m eg u i t h er e s e a r c ho ft h isp r o b l e mc o m b i n e de m b e d d e dt e c h n o l o g y ， w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g ya n dh a n d l e dm o b il e 。t e r m i n a l t e c h n o l o g y ，i tp r o p o s e daf e a s i b l es c h e m e f o r e s e e a b l y ，u n d e r t h ed o u b l ed r i v e so ft h em a r k e td e m a n da n dt h et e c h n o l o g y d e v e l o p m e n t ，t h i sv e r s a t i l ec o n t r o l l e rm u s tw a l ki n t oe v e r y f a m il ya n db ean e c e s s a r ym e m b e r k e yw o r d s ： i n f o r m a t i o na p p l i a n c e ，v e r s a t i l ec o n t r o l l e r ， i a i d l ，e m b e d d e dt e c h n o l o g y ，d y n a m ic a lg u il a y o u t i i i 湖南师范大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论 文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的 研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人 完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：嚆之竿擀6 月歹日 湖南师范大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南师范大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密囱。 、( 请在以上相应方框内打“ ) 作者签名：儆华日期：蚺6 月r 日 导师签名：乏勿丘岂日期：膨月j 日 一c 智能家居中信息家电万能遥控器的研究与设计 1 绪论 2 1 世纪以来，数字化、网络化和智能化技术取得了更加迅猛的发 展并日益渗透到各个领域。借助这些现代科学技术，人们已经可以足 不出户纵览全球。电子商务、电子政务、网上银行、网上购物、网上 投资、远程医疗、远程教育、社区智能管理等等，以超乎想象的速度 改变了人类的生产、生活方式，更深刻地影响到人类的思维模式和生 存状态。 随着i n t e r a c t 网络向普通家庭生活不断扩展，3 c ( c o m p u t e r , c o m m u n i c a t i o na n dc o n s u m e r ) 融合的趋势日益明显，人类家庭正逐步 进入以信息家电和智能家居为标志的“后p c 时代”。 1 1 信息家电 信息家电( i n f o r m a t i o na p p l i a n c e ，简称为i a ) 是一种操作简 便、实用性强、具有网络信息终端功能的智能化家电产品，是利用计 算机、数字通信和电子技术与传统家电相结合的创新产品，是为满足 现代家庭需要而设计的新型家用电器 从技术角度来看，信息家电是以利用网络主动或被动交互信息来 完成产品功能为主要特征，它将数字化技术引入家用电器、移动通信 等设备，使其成为网络终端，进而成为信息装置，用以发布、获取和 处理信息。 信息家电被人们看作是“看不见的电脑”，因为它通过对技术的 隐藏，使得用户能够从p c 机的复杂中解脱出来，将易于使用的特性 展露在用户面前。所以相对于传统的家电而言，信息家电具有如下的 特点n 1 ： 易用性 信息家电最重要的目的就是要克服复杂性，做到以人为中心，而 不是以技术为中心。由于信息家电采用了嵌入式技术，从而降低 了应用界面的技术要求，增强了技术对用户的透明度，让用户在 使用时避免了与操作系统的直接接触，只要通过日常积累起来的 硕士学位论文 经验就能够很方便的操作这些设备，减少了人机之间的技术障碍， 突显了应用功能。同时由于功能的集中，可以使得使用界面保持 稳定的模式，给用户的操作也带来很大的方便。 夺功能单一集中 是指只完成某种或某几种特定的功能。信息家电实际上是面向任 务( o r i e n t e d t a s k ) 的设备，它将一些特定的功能从大而全的计算 机中剥离出来，集合到某一特定的产品中去，从而提高产品的专 用性，尽管这也限定了它的适用范围。 令协同工作和网络化 信息家电的重要特征是彼此之间的信息交流。信息家电不是独立 存在的，通常被称为是合作的设备( c o o p e r a t i n gd e v i c e s ) 。要做 到相互通信，信息家电就应具有网络接入能力。可以通过家庭局 域网与p c 或其它家电交换信息，或可通过家庭网关连入i n t e m e t 接收远程信息或控制指令，并可以主动向网络获取信息或主动向 网络提供一些本身有用的信息。 节能化 信息家电可根据周围环境自动调整工作状态，从而实现节能。 令实时性 想用就用，无需做计划和安排。由于复杂的控制程序由内嵌在家 电中的控制器解决，不必等待重新启动设备或是加载软件后才能 使用设备。 数字化 信息家电包含有微处理器，处理的是数字化信息。 夺智能化 嵌入式技术的使用让信息家电具有智能化。信息家电通过嵌入微 处理器，使得用户能够通过网络获取直接的、简单的和安全的信 息和服务。智能的信息家电可根据周围环境的不同迅速做出反应， 自动化和智能化的进行自我维护，而不需要人为地干预。能够通 过c p u 或d s p 执行复杂的指令或程序，并可由用户编辑或重组 功能模块，以便更适应个性化的要求。 令标准化 智能家居中信息家电万能遥控器的研究与设计 由于网络连接协议众多，使用不同协议的信息家电之间不能互连。 所以应参考已有的通信协议来制定数据交换标准。 1 2 智能家居 智能家居是以家为平台，兼备自动化、高效化的高效、舒适、安 全、便利的家居环境。智能家居是一个典型的集计算机、通讯和消费 于一体的3 c 系统，是整个世界形成的一个巨型网络的末端，俗称是 该网络的“最后1 0 0 米幢1 。 智能家居利用家庭网络连接各种信息家电和控制设备，通过家庭 网关统一管理，并保持这些设备与住宅的协调以及设备间的协同工 作，从而构筑成舒适、安全、便利的信息化居住空间，以便于实现在 信息化社会中享受高品质的家居生活。 总的来说，智能家居的基本目标是为人们提供一个舒适、安全、 方便和高效率的生活环境，它所要实现的主要功能3 有： 对信息家电和其他设备的控制、调节和监测，如微波炉、洗衣机、 灯光、电动窗帘、防盗报警器、火警检测器、温度和湿度控制器、 各种手动开关和遥控器等。 令沟通计算机和其他视频设备之间以及外部世界之间的信息通道， 其中包括：台式手持计算机、电视、录摄像机、v c d d v d 和数 码照相机等，同时还可以实现对它们的控制和监测。 通过对外的接口，实现远程控制和信息交换，如：电话线、有线 电视电缆、照明线、双绞线和无线通信方式等。 提供丰富的系统关联功能，使设备间能进行协同工作，如：当您 晚上回家，一打开大门，客厅的灯自动打开，音乐自动响起，等 等。 根据智能家居的特点、功能及目标，我们设计的智能家居的基本 结构如图1 - 1 所示。 硕士学位论文 图l - l 智能冢居基本拓朴结构 从以上智能家居的结构图我们可以看到，要实现智能家居，将家 居中的信息家电设备、灯光控制系统、安全控制系统等连成一体，给 家庭信? 息设备提供一个统一平台，要通过该平台实现家庭信息设备之 间的互连和信息共享、实现家庭信息设备与外界的信息交换就必须有 一个完善的家庭网络。 1 3 家庭网络 家庭网络( h o m en e t w o r k ) 是实现智能家居系统架构的前提和 基础。通常意义的家庭网络是加工、管理、传输和存储信息诸要素的 集合体，能够连接和集成家庭中的计算、控制、监视和通信等多种设 备。它是在家庭和社会的信息网络相连之前，将家庭内部的所有信息 设备( 包括信息家电、灯光控制系统、安全控制系统等) 连接起来而 形成的网络；它提供了一个实现家庭信息设备之间的互连和信息共 享、实现家庭信息设备与外界的信息交换的统一的信息化平台h 1 。 家庭内部设备存在多样性，如信息家电、控制设备等，根据家庭 内部信息传输的特点和要求，可将家庭网络分为三部分： 高速娱乐用家庭内网。用以传输音频和视频数据的流媒体信号。 智能家居中信息家电万能遥控器的研究与设计 令中速操纵用家庭内网。用以传输功能类信息家电( 如：空调、洗衣 机、微波炉等) 的控制、处理的数字信号。 令低速控制用家庭内网。用于传输在门、窗、烟雾探测仪等上的传 感器、控制器的监视信号、控制信号和报警信号等。虽然这些控 制装置安装比较灵活、数目也较多，但它们传输的数据量都很小， 对传输速率要求比较低，是家庭网络中唯一的低速网络。 1 4 嵌入式技术 在后“p c 时代的今天，嵌入式技术已经渗透到家庭生活的方 方面面。信息家电作为智能家居中典型设备，自然也离不开嵌入式技 术对它的支持。嵌入式技术在信息家电中的应用是通过安装嵌入式微 处理器芯片，并在其内固化特有的嵌入式操作系统，由该系统通过运 行相应的应用程序来对加装嵌入式系统的设备进行控制和管理，使该 设备具有相当的智能。因此，信息家电最大的特点就是利用嵌入式系 统对传统家电设备进行改造，使其成为能够接收和处理数字信息的终 端，并具有简单的数据存储、处理能力与联网信息交互的能力以及对 传统的家电可控制的能力。因此，嵌入式系统是信息家电的核心。 嵌入式系统就是“以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬 件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要 求的专用计算机系统哺1 。 总的来说，嵌入式系统具有以下特点砸力砸3 ： 夺嵌入式系统“嵌入到对象的体系中，对对象、环境和嵌入式系 统自身具有严格的要求。一般的嵌入式系统具有功耗低、体积小、 成本低、集成度高、专用性强等特点。 令嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各 个行业的具体应用相结合的产物。 令嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣，去除 冗余，力争在同样的硅片面积上实现更多的功能和更高的性能。 夺嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起，它的升级换代也是和 具体产品同步进行的，因此嵌入式系统产品一旦进入市场，就具 有较长的生命周期。 硕士学位论文 为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入式系统中的软件一般都固 化在非易失性存储器芯片中，而不是存储于磁盘等载体中。 对软件代码质量要求很高，应尽最大可能避免“死机”的发生。 嵌入式系统开发需要专门的开发工具和开发环境。 1 5 本文的研究内容 由于现有智能家居在操作方式、性能等方面不能满足用户的要 求，而且随着信息家电种类的增多，必然会造成“一机一遥控”、多 种遥控器并存的情形，在这种情况下用户对信息家电的使用将会复杂 化。基于上述问题，本文提出一种解决方案：结合嵌入式系统、网络 技术、无线通信技术以及手持移动终端技术，设计一个能够在智能家 居中管理和控制所有信息家电的、可以直接与用户交互的可视化嵌入 式智能设备一信息家电万能遥控器。 主要研究内容如下： ( 1 ) 智能家居中信息家电的接1 2 1 定义语言i a i d l 在信息家电设备在被外界识别、理解、使用之前，必须有一种统 一、抽象的语言来进行设备的定义和功能描述。本文通过对信息家电 的特点进行分析，给出了一种针对家庭网络中信息家电的接口定义语 言( i a i d l ，i n f o r m a t i o na p p l i a n c ei n t e r f a c ed e f i n i t i o nl a n g u a g e ) 。 i a i d l 不是编程语言，它唯一的目的是以与任何具体编程语言无关的 形式来定义智能家居中的信息家电。 ( 2 ) 基于c s 模式的信息家电网络监控系统结构的设计 在智能家居中，为有效地对信息家电进行统一的管理和监控，本 文设计了在c s 模式下的信息家电网络监控系统结构以信息家 电万能遥控器为c l i e n t 端，以家庭网关和信息家电为s e r v e r 端。 ( 3 ) 信息家电万能遥控器的软硬件系统的设计 信息家电万能遥控器是一种嵌入式设备，为满足高效、便携、稳 定等特性，需要为其量身定做硬件系统。本文在研究过程中，对其硬 件系统进行了设计，包括c p u 、f l a s h 、s d r a m 、k e y b o a r d 、b l u e t e e t h 、l c d 、t o u c h p a d 、p o w e r 各个模块。 智能家居中信息家电万能遥控器的研究与设计 万能遥控器作为一个与用户直接交互的移动可视化智能设备，其 上的软件系统也至关重要。本文首先分析和设计了软件系统层次结构 的各部分，包括嵌入式操作系统、嵌入式图形系统和万能遥控器应用 程序；然后介绍了蓝牙协议栈并设计了万能遥控器与家庭网关问的通 信协议。 ( 4 ) 信息家电万能遥控器应用程序的设计 信息家电万能遥控器的主要作用是动态与用户交互，因此要求有 友好的g u i 界面和快速的响应时间。本文从g u i 界面动态生成技术、 多线程编程技术等方面进行研究来完成其上应用程序的设计。 智能家居中信息家电万能遥控器的研究与设计 2 信息家电接口定义语言i a i d l 在智能家居中存在着多种不同类型和功能的信息家电设备，若每 种信息家电都按自己的方式来申明其所具有的功能和提供的控制接 口，则智能家居系统需要多个解释模块来理解各种信息家电所申明的 内容，系统的复杂性也随之增加。因此，需要在信息家电设备在被外 界识别、理解、使用之前，有一种统一、抽象的语言来进行设备的定 义和功能描述。所有的信息家电采用同一种方式申明自己所具备的功 能和提供的控制接口，这样，所有信息家电都建立在同一个语言平台 上，从而对信息家电的控制在实现上就变得容易了。 信息家电接口定义语言( i a i d l ，i n f o r m a t i o na p p l i a n c ei n t e r f a c e d e f i n i t i o nl a n g u a g e ) 是一种用来定义家庭网络中信息家电的说明性 语言，是对设备资源信息的描述。 2 1i a i d l 描述的内容 2 1 1 属性 属性描述的是设备的某种特性。设备的属性可以分为不变属性和 可变属性。不变属性的值一经厂家设定，就不会改变；而可变属性的 值是随着环境的影响和使用者的干预而不断变化的。例如：一台空调， 它的型号、生产厂家等属性就是不变属性；它的当前室温就是一个可 变属性。 2 1 2 操作 将设备提供的物理功能以应用程序接口( a p i ) 的形式提供给应 用程序开发人员，并由应用程序开发人员来实现设备操作和控制的细 节。对最终用户来说这是透明的，无须知道该应用程序接口的存在及 其用法。 在i a i d l 中，操作是以类似函数的方式进行表达，包括：操作 名，功能说明，操作返回值，操作的参数数目、参数类型和参数的取 硕十学位论文 值范围等。 设备的每种操作都有一个唯一的标识符即操作名，在同一设备中 互不相同的操作是通过不同的操作名进行区分，而在智能家居中即使 存在相同类型的设备，我们也可以通过“设备名操作名”的方式来 区分来自于不同设备的不同操作。而功能说明语句是语意对象的一 种，它是一个字符串，用来说明操作所具备的功能。一般情况下，对 设备的操作是对设备某一可变属性的值的改变，因此，应该将需要改 变的数据以操作的参数方式传送给设备，并将操作是否成功的信息通 过返回值反馈给用户。 2 2i a i d l 的基本数据类型 在i a i d l 中基本的数据类型有：整型、字符串型、和自定义枚 举型。其中，自定义枚举型的使用频率最高，这是因为不同的信息家 电设备的在属性上的取值存在特殊性的特点。例如：电视的输入模式 ( i n p u tm o d e ) 属性就具有两个值“，r v 和“a v ”。枚举型的定 义是在所有操作定义之前，对某枚举型类型的使用遵循先定义后使用 的原则。其语句为： e n u m 枚举类型名称= ( 枚举值1 ，枚举值2 ，枚举值n ) ； 2 3i a i d l 规范 本设计中设计i a i d l 规范h 3 如下： ：接口头接口体 ：= i s ” ：= “ ” i 空“) ： 宰 木 宰 ：= e n u m _ c “，” 宰 ) ； ：= 【 a t t r i b u t e ： 】 “；” ：= f u n c t i o n ：“一 “一 r e f e r e n c e s 智能家居中信息家电万能遥控器的研究与设计 “一 “ ( ) “；” ：- i ：= ：- - i n t “ 【 “， “】，ls t r i n g i ：= c o n s t i v a r ：= 字符串 ：= 字符串 ：= 字符串 ：= 字符串 ：= 字符串 ：= 字符串 ：= 字符串 ：- - v o i dis t r i n gii n t ：= 字符串 ：= 字符串 ：= 数字 ：= 数字 符号说明： 对于i a i d l 语法描述的符号有点类似于e x t e n d e db a c k u s - n a u r f o r m a t ( e b n f ) 。现特说明如下： ：= 表示定义为； 令 i 表示可选 ( ) 表示包含了参数说明； 表示变量； 夺 “t e x t 表示规定书写的内容； 令人表示可重复0 次或1 次； 表示可重复0 次或多次； 夺+ 表示可重复1 次或多次； 硕十学位论文 ) 表示一个独立的接口； 令 【l 表示对后面内容的说明。如果 内包含的关键字是a t t t i b u t e ， 则说明后面表示的是一个属性；如果 】内包含的关键字是f u n c t i o n ， 则说明后面表示的是一个操作； 今 咖】说明整型类参数的取值范围。 例如： 海尔电视i s e n u n ls w i t c h = ( 开，关) ； e n u mc h a n n e l = ( c c t v , 7 】m ，) ； e n u mm o d e = ( a v , t v ) ； 【c o n s ta t t r i b u t e ：厂家】海尔集团； 【c o n s ta t t r i b u t e ：屏幕响应速度 8 m s ； 【c o n s ta t t r i b u t e ：型号 l c 4 2 r 3 5 ； c o n s ta t t r i b u t e ：数字接口 h d m i * 2 ； c o n s ta t t r i b u t e ：颜色】白色； c o n s ta t t r i b u t e ：分辨率 1 3 6 6 7 6 8 ： w a ra t t r i b u t e ：开关】关； w a r ( a t t r i b u t e ：静音】否； w a ra t t r i b u t e ：屏显 否； w a ra t t r i b u t e ：音量 5 0 ； w a ra t t r i b u t e ：亮度】5 0 ； w a ra t t r i b u t e ：频道 c c t v ： w a ra t t r i b u t e ：输入模式】t v ； 【f u n c t i o n ：开关r e f e r e n c e s 开关 v o i do n o f f ( s w i t c hp o w e r ) ； 【f u n c t i o n ：静音r e f e r e n c e s 静音 v o i dm u t eo ； 【f u n c t i o n ：屏显r e f e r e n c e s 屏显 v o i ds c r e e n d i s p l a y ( ) ； f u n c t i o n ：设置音量r e f e r e n c e s 音量 v o i ds e t v o l u m e ( i n t v o l u m e 0 ，lo o 】) ； f u n c t i o n ：设置亮度r e f e r e n c e s 亮度 v o i ds e t b r i g h m e s s ( i n t 智能家居中信息家电万能遥控器的研究与设计 v o l u m e j 0 ，10 0 】) ； f u n c t i o n ：设置频道r e f e r e n c e s c h a n n e l n a m e ) ； f u n c t i o n ：设置输入模式 s e t i n p u t m o d e ( m o d em o d e n a m e ) ； r e f e r e n c e s 输入模式 v o i d 上述i a i d l 表示的意义如下：被定义的信息家电为海尔电视， 该电视的类型属于电视类白色信息家电，它所具有的不变属性有：厂 家、屏幕响应速度、型号、颜色、数字接口和物理分辨率；它所具有 的可变属性有：开关、静音、屏显、音量、亮度、频道和输入模式； 该家电的操作共有七个，分别为开关、设置静音、设置屏显、设置音 量、设置亮度、设置频道和设置输入模式，可见，每种操作对应着一 个可变属性。下面重点介绍设置输入模式操作和设置音量操作的声明 及该声明的意义。 f u n c t i o n ：设置输入模式r e f e r e n c e s 输入模式 v o i d s e t l n p u t m o d e ( m o d em o d e n a m e ) ； 该声明表示该海尔电视具有一个操作，该操作用来完成输入模式 转换的功能。即a v 状态为从录像机( 或v c d 、d v d 等) 获得信号 播放状态，1 v 状态为收看有线电视信号状态。其声明解释如下： 该操作功能描述为“设置输入模式，其目的是为了显示在万能遥 控器端的操作界面上，以便于用户选择和使用； 夺该操作的操作名为s e t l n p u t m o d e 。在设备的接口申明中不同的操 作是通过唯一标识的操作名来进行区分，而在功能实现上是由万 能遥控器通过调用对应的操作名来进行； 这个操作是一个无返回值的操作； 该操作只有一个参数，参数类型为m o d e 自定义枚举类型。由前 面类型申明中“e n u mm o d e = ( a v , m 所定义的，其枚举值有两 个，分别为a v 跟1 v ； 该操作对应着可变属性输入模式。该操作的结果将会影响该可变 属性的当前取值。 f u n c t i o n ：设置音量r e f e r e n c e s 音量 v o i ds e t v o l u m e ( i n t 硕士学位论文 v o l u m e o ，10 0 ) ； 该声明表示海尔电视具有一个操作，该操作用来完成电视声音音 量控制的功能，其声明解释如下： 该操作说明为“设置音量”； 该操作的操作名为s e t v o l u m e ； 令这是一个无返回值的操作； 该操作只有一个参数，参数类型为i n t 整数类型，其取值范围为 【0 ，1 0 0 ； 该操作对应着可变属性音量。该操作的结果将会影响该可变属性 的当前取值。 智能家居中信息家电万能遥控器的研究与设计 3 智能家居中信息家电网络监控系统的系统结构 在有了i a i d l 之后，智能家居中的所有信息家电设备都可以建 立在一个统一的语言平台上。这样，让设备与家庭网关之间相互理解 和交互成为了可能。在i a i d l 基础上，再应用嵌入式技术、网络通 信技术和控制技术，就可以搭建一个智能家居内信息家电网络监控系 统。 信息家电网络监控系统是由信息家电、家庭网关、信息家电万能 遥控器三部分所组成，它们相辅相成、缺一不可，并通过家庭网络连 接在一起。该系统是一个典型的c s 结构，由信息家电万能遥控器构 成了其c l i e n t ( 客户端) ，由家庭网关和信息家电共同构成了其 s e r v e r ( 服务端) ；其核心是信息家电万能遥控器，它的主要功能是在 智能家居内部管理和操纵所有信息家电。该系统的c s 控制结构图如 图3 - 1 所示。 信 息 家 电 万 能 遥 控 器 发出控制命令 返回操作结果， 生成新的图形 用户界面。 家 庭 网 关 控制命 一 一j 信息家电1 1 ：= ： 册、返回操作结果 = = ! 陌赢 信息家电n 图3 - 1 ：信息家电网络监控系统的c s 控制结构图 3 1 信息家电 每种信息家电设备都有对应的用i a i d l 来编写的设备描述文件， 在该文件中包含着对应设备的属性、操作等的描述。 当某个信息家电设备接通电源并连入家庭网络后，需要立即向家 庭网关注册；同时，还需要将自己的设备描述文件提交给家庭网关。 而家庭网关在接受到信息家电的注册请求之后会为该设备分配一个 全局唯一标识符，且对该设备的i a i d l 设备描述文件进行解释和处 硕+ 学位论文 理之后，连同该设备的当前状态信息一起存入家庭网关的数据库中。 在某信息家电设备注册成功之后，即可在信息家电万能遥控器的 界面上动态生成其控制界面当用户在界面上操作对应该设备的一个 控件后，万能遥控器会解释该操作的具体含义并发出控制命令，通过家 庭网关将命令送达至该设备上，然后由其上运行的控制程序完成它的 某种物理动作，并将操作的结果反馈给家庭网关和万能遥控器。网关 根据设备的当前状态信息修改数据，而万能遥控器则更新其控制界 面，继续与用户进行交互。 3 2 家庭网关 家庭网关是智能家居网络上的核心设施，它将家庭内部网络与外 部网络( 如局域网、i n t e m e t 网等) 分离开来，并为信息家电提供了 一个统一的平台，通过该平台能实现信息家电与万能遥控器之间的互 连和信息交互。 在该系统下，家庭网关中运行着嵌入式数据库、i a i d l 编译器、 设备适配器等模块。 家庭网关统一管理着智能家居中所有的信息家电设备。在其上的 嵌入式数据库中，存储着所有信息家电的注册信息、状态信息及统计 信息。其中，每个信息家电设备都有其注册信息和状态信息，而统计 信息则包含有：家庭网络中信息家电设备类型的名称和数目信息、家 庭网络中每种信息家电设备类型下各个设备的名称和数目信息。这 样，万能遥控器在从家庭网关处获取这些信息后就可以动态生成以下 三种控制界面：家庭网络中信息家电的类别界面，同类信息家电设备 的列表界面及信息家电设备的详细信息界面。 当家庭网关收到某设备发来的注册请求和设备描述文件后，会通 过i a i d l 编译器对该设备描述文件进行编译，形成一种中间信息， 并存入嵌入式数据库中。这种中间信息本身与编程语言无关，是不能 被执行的。它只是编译器按照语法规则对i a i d l 进行扫描后，从设 备描述文件中分离出来，然后按照一定的规则重新组合，供外部的程 序使用。 当用户在万能遥控器的控制界面上进行了操作，万能遥控器会解 智能家居中信息家电万能遥控器的研究与设计 释该操作的具体含义，如果用户在非信息家电的详细信息界面上操 作，则向家庭网关发送获取统计信息命令，由网关查询数据库并将统 计信息返回给万能遥控器，由万能遥控器继续生成新的控制界面；如 果用户是在某具体信息家电的一个控件操作的，则发出设备控制命令 至家庭网关，由家庭网关解析该命令并通过设备适配器将该命令转发 给对应的信息家电设备，在设备接收该命令且完成设备的某种物理动 作之后，将操作结果返回给家庭网关，再由网关转发至万能遥控器， 最后由万能遥控器更新控制界面。 3 3 信息家电万能遥控器 在智能家居中，信息家电万能遥控器是一个可以操纵和管理所有 信息家电的、可以直接与用户交互的可视化嵌入式智能设备。 万能遥控器的具体应用环境及特殊性的应用对象决定了其自身 的特点： 令界面动态性。每个家庭中所使用的信息家电的类型和数目都不尽 相同；且在不同的家庭中即使拥有相同类型的信息家电，也可能 具有不同品牌或型号的差异。因此，万能遥控器需要使用动态界 面生成技术来解决这种异构性，为每个家庭量身定做其控制界面。 令便携性。在智能家居中，用户随时都可能走动且随时都可能有操 纵信息家电的需要。这就要求万能遥控器必须是一个便携、无线、 可独立供电的设备。 易用性。万能遥控器的图形用户界面的易用程度直接影响到用户 的接受程度，在一定程度上决定着家庭网络市场的培育和成熟， 因此图形用户界面的设计必须面向最普通的用户群体，为使用者 提供灵活、简单和直观的控制界面。 3 3 1 万能遥控器逻辑结构 万能遥控器通过家庭网络连接到家庭网关，完成接收家电设备接 口信息、提交服务请求、接收服务结果等功能，以此来实现万能遥控 器管理和控制设备旧1 。 万能遥控器由结果拆装器、命令装配器、界面生成器等模块组成， 硕十学位论文 其逻辑结构图如图3 - 2 所示。 图3 2 ：刀能遥控器的逻辑结构图 命令装配器：通过在控制界面上捕获用户对信息家电设备的操 作，装配为实施该操作的命令，生成数据包并发送给家庭网关。 结果拆装器：将家庭网关发至万能遥控器的数据包按通信协议进 行拆装，作为界面生成器模块的输入数据。 界面生成器：万能遥控器中的控制界面是动态生成的。获得结果 拆装器的处理结果后，通过该模块从图形对象库中调用与界面元素相 对应的控件，动态生成或更新万能遥控器的控制界面。 图形对象库：万能遥控器中嵌入式图形系统的控件集合。 3 3 2 万能遥控器事务流程 信息家电万能遥控器根据其功能进行划分，可分为信息查询和设 备控制。 其中，信息查询功能的典型特点是万能遥控器只与家庭网关进行 交互，而不涉及到具体的信息家电设备。它又可细分为对智能家居内 信息家电设备统计信息的查询、对已注册信息家电设备接口信息的查 智能家居中信息家电万能遥控器的研究与设计 询以及对信息家电设备当前工作状态信息的查询三类。在万能遥控器 生成家庭网络中信息家电的类别界面和同类信息家电设备的列表界 面时需要对智能家居内信息家电设备统计信息进行查询；在万能遥控 器生成信息家电设备的详细信息界面时需要对已注册信息家电设备 接口信息进行查询；而在万能遥控器更新信息家电设备的详细信息界 面时需要对信息家电设备当前工作状态信息进行查询。无论哪种查 询，都由万能遥控器利用命令装配器将查询请求打包并发送给家庭网 关；家庭网关在接收并解析数据包后，在其嵌入式数据库中完成查询 请求，并将查询结果打包返回至万能遥控器；万能遥控器在接收到数 据包后，由结果拆装器提取信息交由界面生成器，最后由界面生成器 利用图形对象库完成控制界面的生成或更新。其事务流程图如图3 3 所示。 当前界面 磊工 能 童 遥 i 命令装配器模块： 控 l 将查询请求打