基于Android的无线控制系统的设计与实现

　　智能手机普及率的提升，催生了基于智能操作平台的附加产物。而Android平台为开源的手机开发平台，通过对Android平台的设计开发，使智能手机获得增强化的个性服务。提出了基于Android手机的无线控制系统，介绍了整体结构框架，分析了各功能模块的具体实现，并在实际设备中进行测试。实现了基于Android手机对设备的远程访问和控制。

　　引言

　　近年来，智能手机在全球范围内迅速普及。根据市场研究公司尼尔森发布的《2013移动消费者报告》显示，中国智能手机普及率已达到66%，已超越英国和美国的普及率。随着信息科技的快速发展，人们生活水平的提高，对电子产品的功能要求也越来越高。人们希望通过简单方便的操作，对周围设备进行访问控制。Android是一种开源的手机操作系统，具有强大的应用层API和丰富的传感器功能，其开放的平台有利于开发者开发出各类应用软件，增加手机的个性化服务。本文将Android手机与PC端联系起来，介绍了一种基于Android手机的无线控制系统。在该系统中，Android手机利用周边无线通信资源与其他设备进行交互，可进行无线鼠标控制、无线键盘输入、文件传输操作等。

　　1 Android的系统架构

　　Android的系统架构采用了由下至上的分层的结构，使下层为上层提供统一的服务。各层各司其职，本层及以下层发生变化不会影响上层，避免了各层的差异，图1是一张公开的关于Android体系结构架构图：

图1 Android的系统架构

　　从图中可以看出，Android系统分为四个层面，从底层到高层分别是：

　　Linux核心层(LINUX KERNEL)

　　Linux核心层负责硬件的驱动程序、网络、电源、系统安全以及内存管理等功能。Android的核心系统服务依赖于Linux2.6内核，同时作为硬件和软件层之间的抽象层，隐藏了具体的硬件特性，并为上一层提供统一的标准服务。

　　库(LIBRARIES)和运行环境层(ANDROID RUNTIME)

　　库和运行环境层包含了标准C函数库Libc、 OpenSSL、SQLite等以及支持游戏开发2D SGL和3D OpenGL|ES，并负责解释和执行生成的Dalvik格式的字节码。核心库提供了Java编程语言核心库的大多数功能。每一个Android应用程序都在自己的进程中运行，并拥有各自独立的Dalvik虚拟机实例。

　　应用程序框架层(APPLICATION FRAMEWORK)

　　普通开发这可以使用Android基本应用程序使用的系统API，Android应用框架中的各个模块都可以被复用，各种服务也可以被复用。该层复用机制使用户可以方便的替换程序组件。

　　应用程序层(APPLICATIONS)

　　应用程序层内含有Android内置的Google Maps、E-mail、即时通信工具、浏览器等，开发人员开发的程序也将置于该层，并同内置程序有平等的位置，可以相互调用和替换。这类应用基本都是通过Java语言编写的，能够独立的完成某些功能的应用程序。开发人员可使用应用框架提供的API编写自己的应用程序。

　　2系统实现

　　设计原理

　　基于Android手机的无线控制软件主要运用到Socket通信原理。Socket是通信的基本操作单元，主要有两种操作方式：面向连接和无连接。面向连接的Socket操作使用TCP协议，此模式下必须先连接上目的地的Socket，此操作模式下所有所发信息都会在另一端以同样的顺序被接受，安全性高。无连接的Socket操作无需连接一个目的Socket，只做简单的投出数据报，但是操作数据安全性不高[。

　　综合考虑本设计采用面向连接的Socket操作，在手机端和PC端建立一个Socket连接，当手机端和PC端之间发送不同的命令时，手机和PC机做出不同的响应，并返回响应的数据。

　　系统的总体工作流程图如图2所示：

图2 系统总体工作流程

　　PC端作为服务器先运行起来，通过WIFI或蓝牙设备在指定端口处进行监听。随后启动Android端程序，在Android端输入口令和PC端IP地址，并发送给服务器。当服务器接收的口令和IP地址与预置信息相同，验证信息无误后，返回数据信号，此时允许建立连接。现在便可在PC端和Android端进行无线控制，包括命令传送和文件传输。

　　为了提高响应速度，该系统在多处使用了子线程。此方法避免了事件间的盲等状态，可异步处理不同事件。如果当前没有处理任务，便可将处理器时间让给其他通信任务。提高了程序的运行效率以及CPU的利用率，同时减少服务器响应时间。

　　Android手机端设计

　　在Android手机端运行该软件XXX Client后，进入鼠标界面ControlActivity，该界面同鼠标相对应，有左键、滚标、右键。在用该手机进行控制PC端之前，还需对手机进行通信设置，此时进入菜单栏，选择connections，进入连接设置界面，新添加一个WIFI连接。在Android端输入用户名、服务端IP和端口号，通过服务器验证后，便和PC端建立好Socket连接。

　　当服务端和客户端建立好Socket连接后，他们之间可以相互发送命令和接受命令，目前支持图3中所示的控制命令。

图3 基于Android的无线控制系统支持命令

　　AuthentificationAction：认证命令。客户端向服务端发送认证的密码。

　　AuthentificationResponseAction：认证响应命令。服务端验证客户端是否正确的，返回验证的结果。

　　FileExploreRequestAction：打开文件命令。客户端请求打开服务端文件的命令。客户端发送这个命令请求打开服务端的文件。

　　FileExploreResponseAction：服务端响应客户端打开文件的命令。

　　KeyboardAction：键盘命令。

　　MouseClickAction:鼠标点击命令。

　　MouseMoveAction：鼠标移动命令。

　　MouseWheelAction：鼠标滚轮命令。

　　连接好Android端和PC端后通信，返回至鼠标界面，鼠标点击事件通过客户端发送特定的命令到服务端，触发MouseClickAction事件，服务端通过Java中专门控制鼠标键盘的Robot类[6]，将事件发送到Android端，从而实现Android端对PC端鼠标控制。

　　鼠标滑轮事件MouseWheelAction和键盘事件KeyboardAction命令均需要用到Robot类向服务端发送事件，该命令同MouseClickAction触发事件相似，从而实现鼠标滚标事件和键盘事件。

　　除了鼠标点击和鼠标滚标外的黑色区域是一个ControlView。当手指在ControlView里面移动时，触发事件onTouchMoveMouseMove，根据moveXFinal和moveYFinal计算出鼠标移动距离，并发送到服务端：

　　dos.writeByte(MOUSE_MOVE);

　　dos.writeShort(this.moveX);

　　dos.writeShort(this.moveY);

　　当服务端接收到该命令时，会触发moveMouse方法，然后通过服务端的Robot类，向系统发送移动事件。

　　文件传输功能在FileExplorerActivity中实现，客户端向服务端发送请求打开目录命令，服务端返回文件列表的响应命令。当客户端点击的文件不是一个目录，而是一个文件时，服务端就执行打开该文件的命令。

　　3 系统测试

　　该系统采用了C/S的结构来进行通信实现，Android端和PC端通过Socket进行网络连接通信。Android端做成APP模式，运行时通过WIFI或蓝牙连接服务端，在PC端使用Java的OSGi框架。在Android手机上经过反复测试，手机连接Server的时间小于3s，PC端对手机控制命令的响应时间小于5s，并能实现手机端对PC端的访问控制、文件操作。Android端鼠标界面、访问控制和文件操作过程如图4所示。

　　4 结语

　　智能手机在世界范围内的快速普及，加上科学技术的高速发展，让人们对智能手机的功能要求越发靠近日常生活。该系统在运行方面基本能完成所要求操作，但设计界面还不够完善，在常规使用中应有合适的操作界面，同时还应完善操作功能，如在本地进行新增、修改、删除的操作。为便于未来用户使用，该系统有待于今后深入探讨和研究。

　　物联网互动体验馆科普展品及教具研发 项目编号：cstc 2012gg-kp1B40005

　　物联网科普系列丛书 项目编号：csts 2012gg-kp1B40006

　　“教学做评”四位一体的实训模式的探索与研究 项目编号：XJG1204

　　重庆市级大学生创新创业训练计划项目——基于RFID和6LoWPAN的室内定位系统的设计 项目编号：201310617023

　　文/重庆市物联网工程技术研究中心/重庆邮电大学工业物联网与网络化控制教育部重点实验室 李倩 付蔚 洪阳