随着家庭生活水平的提高，普通家庭的用电设备越来越多，越来越难以管理，不但无法全面掌握家用电器的运行状况，而且偶尔出现主人出门上班家中某个设备因未关闭而起火，导致重大损失。本文提出一种基于Android的光纤智能家庭用电管理中心，为解决上述问题带来了全新的解决方案。
硬件结构
智能家庭用电管理中心整体硬件结构如图1所示，由AM335X数据处理单元、用户交互单元、电源单元、通信单元、存储单元、时钟单元、拍照单元、继电器控制单元等部分组成。
图1整体硬件结构图
本文设计的光纤智能家庭用电管理中心采用基于Cortex-A8架构的ARM处理器AM335X，该处理器主频720M，具有2个CAN总线接口、6路UART串口、2个USB2.0高速OTG端口、3个I2C端口、2个SPI端口、2个10/100/1000M以太网交换机接口、SGX5303D图形引擎，并且具有多达128个GPIO，完全满足光纤智能家庭用电管理中心的设计需求。
如图1所示的电源单元包括主电源子单元、备用电源子单元；用户交互单元包括显示子单元、触摸输入子单元；通信单元包括光纤通信子单元、微功率无线通信子单元、RS485通信子单元。
其中，用户交互单元，用于显示数据处理单元的处理结果，获取用户的操作请求，并将所述操作请求发送给所述的数据处理单元；数据处理单元，用于将数据处理结果发送到用户交互单元、功能单元和通信单元，并从用户交互单元、功能单元和通信单元获取数据；通信单元，用于将数据处理单元的处理结果发送到远程集中器和本地用电设备，或从远程集中器和本地设备获取数据；光纤通信子单元，用于将数据处理单元的处理结果发送到远程集中器，或从远程集中器获取数据；微功率无线通信子单元，用于与家庭智能插座通信；RS485通信子单元，用于从本地水表、燃气表、热表获取数据。
Android系统
核心控制模块基于Android4.2系统开发，Android是一种基于Linux的开放源代码的操作系统，由Google公司和开放手机联盟领导及开发。Android分为应用程序层、应用程序框架层、系统运行库层和Linux内核层。
应用层：应用层的程序使用JAVA语言编写，本文所述的应用层软件设计就是属于这一层。
应用程序框架层：开发者通过使用核心应用程序来调用Android框架提供的API，这个应用程序结构被设计成为方便利用的组件。任何应用程序都可以公布它的功能，其他的应用程序可以使用这些功能。
系统运行库层：用户空间部分为系统运行库层，包含了系统库和运行时库两种。系统库包含了一套C/C++函数库；运行时库可以分为核心库和Dalvik虚拟机。核心库提供了JAVA语言核心库的大部分功能，Dalvik虚拟机可以提高程序的运行效率。
Linux核心层：可以完成驱动程序的设计，从而为系统提供底层服务。
在本设计中，Android系统使用Google公司开发的Android4.2版本，并不需要大量修改Android系统的代码，只需要修改Linux核心层代码，增加部分驱动程序即可使用，增加的驱动程序包括：液晶屏显示驱动程序、电容触摸屏驱动程序、光纤通信驱动程序、微功率通信驱动程序、RS485通信驱动程序载波通信驱动程序、实时时钟驱动程序、ESAM通信驱动程序。
除了Android系统本身，在系统启动之前还需要引导系统，本文使用uboot作为启动引导系统。uboot是用一段单片机代码用来作为引导程序，这个引导程序在系统启动时是最先执行的，它的主要任务是初始化硬件设备，将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，再将内核从一种存储介质读入到内存中，然后跳到内核的入口点去运行，即操作系统。
应用层软件
Android应用包括四大组件：活动（Activity），服务（Service），内容提供者（Contentprovider），广播接收者（Broadreceiver）。
在本文描述的家庭用电管理中心中，活动（Active）就是用电管理中心应用程序，启动后始终处于前台运行状态，用户可通过应用程序的UI主界面选择要执行的操作，包括选择查看当前用电量、查看历史用电量、智能开关状态、查看用电曲线、设置定时开关等操作。下图为显示总用电曲线的流程图。
图2显示总用电曲线的流程图
Android系统中，服务（Service）能在后台运行，不要用户界面，用来执行需要长时间处理的组件，能够在后台持久的运行，其它组件可与Service绑定，甚至能进行跨进程的通讯（IPC：interprocesscommunication）。本文中服务包括抄读水、电、气、热四表当前数据、检测周围坏境、智能开关控制等操作。服务的软件框图3所示。
图3软件功能框图
活动（Activity）与服务（Service）之间的通信通过Activity与后台服务绑定，通过中间对象Binder的实例操作后台服务实现，活动与服务绑定后，就可以获取进度信息和服务的状态。
由于在后台服务程序中，有一些程序需要长期运行，并且等待时间较长，例如数据存储等功能需要较长时间运行，会造成活动与服务通信时间过长，操作界面假死，为了避免这种情况，在服务中创建新线程来执行数据存储、环境检测、水、电、气、热表通信等持续运行的操作。服务创建线程后，如果要对线程进行控制（启动，暂停，停止等），那么服务中只要保留线程的引用，就可以直接调用线程的其它方法了。运行的线程要向服务发送消息的话，使用Handler就可以了。
Android平台内置了一套SQLite数据存储机制,并包含了一系列管理SQLiteDatabase的相关方法,如创建、打开数据库以及执行SQL命令等,应用程序可直接使用这些方法来构建私有存储系统,在创建ContentProvider时也可以借用这些方法。本文描述的家庭用电管理中心就选用了Android内置的SQLite数据库。
总结
本文介绍了基于Android的光纤智能家庭用电管理中心的硬件和软件设计，重点介绍了Android系统下应用软件的整体软件架构，以及活动、服务、线程之间的关系。目前基于Android平台的技术方案虽然已经成熟，但本产品尚未经过长期运行实验，其稳定性和安全性仍有待于进一步验证。
基于Android的光纤智能家庭用电管理中心相比于传统的基于Linux或uC/OS-II等系统的用电管理系统具有明显的优势，例如可扩展性强、应用丰富、操作简单、界面友好等，利用Android平台，可以很容易的扩展充电桩的额外功能，例如：
结合GPS功能与Android的地图应用服务，实现每一用户的精确定位，实现火警自动报警自动定位。
结合Android系统内置的相机程序及人脸检测相机程序，可实现家庭进门自动拍照防盗功能。
采用载波和光纤结合技术，即使网络连接断开，依然可以通过载波与上行集中器通信，将重要事件上报主站，实现断网报警。
原标题：【分享】基于Android的光纤智能家庭用电管理中心
