基于Android的無線控制系統(tǒng)是怎樣去設計

智能手機普及率的提升，催生了基于智能操作平臺的附加產(chǎn)物。而Android平臺為開源的手機開發(fā)平臺，通過對Android平臺的設計開發(fā)，使智能手機獲得增強化的個性服務。提出了基于Android手機的無線控制系統(tǒng)，介紹了整體結(jié)構(gòu)框架，分析了各功能模塊的具體實現(xiàn)，并在實際設備中進行測試。實現(xiàn)了基于Android手機對設備的遠程訪問和控制。

引言

近年來，智能手機在全球范圍內(nèi)迅速普及。根據(jù)市場研究公司尼爾森發(fā)布的《2013移動消費者報告》顯示，中國智能手機普及率已達到66%，已超越英國和美國的普及率。隨著信息科技的快速發(fā)展，人們生活水平的提高，對電子產(chǎn)品的功能要求也越來越高。人們希望通過簡單方便的操作，對周圍設備進行訪問控制。Android是一種開源的手機操作系統(tǒng)，具有強大的應用層API和豐富的傳感器功能，其開放的平臺有利于開發(fā)者開發(fā)出各類應用軟件，增加手機的個性化服務。本文將Android手機與PC端聯(lián)系起來，介紹了一種基于Android手機的無線控制系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，Android手機利用周邊無線通信資源與其他設備進行交互，可進行無線鼠標控制、無線鍵盤輸入、文件傳輸操作等。

1 Android的系統(tǒng)架構(gòu)

Android的系統(tǒng)架構(gòu)采用了由下至上的分層的結(jié)構(gòu)，使下層為上層提供統(tǒng)一的服務。各層各司其職，本層及以下層發(fā)生變化不會影響上層，避免了各層的差異，圖1是一張公開的關(guān)于Android體系結(jié)構(gòu)架構(gòu)圖：

圖1 Android的系統(tǒng)架構(gòu)

從圖中可以看出，Android系統(tǒng)分為四個層面，從底層到高層分別是：

Linux核心層（LINUX KERNEL）

Linux核心層負責硬件的驅(qū)動程序、網(wǎng)絡、電源、系統(tǒng)安全以及內(nèi)存管理等功能。Android的核心系統(tǒng)服務依賴于Linux2.6內(nèi)核，同時作為硬件和軟件層之間的抽象層，隱藏了具體的硬件特性，并為上一層提供統(tǒng)一的標準服務。

庫（LIBRARIES）和運行環(huán)境層（ANDROID RUNTIME）

庫和運行環(huán)境層包含了標準C函數(shù)庫Libc、 OpenSSL、SQLite等以及支持游戲開發(fā)2D SGL和3D OpenGL|ES，并負責解釋和執(zhí)行生成的Dalvik格式的字節(jié)碼。核心庫提供了Java編程語言核心庫的大多數(shù)功能。每一個Android應用程序都在自己的進程中運行，并擁有各自獨立的Dalvik虛擬機實例。

應用程序框架層（APPLICATION FRAMEWORK）

普通開發(fā)這可以使用Android基本應用程序使用的系統(tǒng)API，Android應用框架中的各個模塊都可以被復用，各種服務也可以被復用。該層復用機制使用戶可以方便的替換程序組件。

應用程序?qū)樱ˋPPLICATIONS）

應用程序?qū)觾?nèi)含有Android內(nèi)置的Google Maps、E-mail、即時通信工具、瀏覽器等，開發(fā)人員開發(fā)的程序也將置于該層，并同內(nèi)置程序有平等的位置，可以相互調(diào)用和替換。這類應用基本都是通過Java語言編寫的，能夠獨立的完成某些功能的應用程序。開發(fā)人員可使用應用框架提供的API編寫自己的應用程序。

2系統(tǒng)實現(xiàn)

設計原理

基于Android手機的無線控制軟件主要運用到Socket通信原理。Socket是通信的基本操作單元，主要有兩種操作方式：面向連接和無連接。面向連接的Socket操作使用TCP協(xié)議，此模式下必須先連接上目的地的Socket，此操作模式下所有所發(fā)信息都會在另一端以同樣的順序被接受，安全性高。無連接的Socket操作無需連接一個目的Socket，只做簡單的投出數(shù)據(jù)報，但是操作數(shù)據(jù)安全性不高［。

綜合考慮本設計采用面向連接的Socket操作，在手機端和PC端建立一個Socket連接，當手機端和PC端之間發(fā)送不同的命令時，手機和PC機做出不同的響應，并返回響應的數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)的總體工作流程圖如圖2所示：

圖2 系統(tǒng)總體工作流程

PC端作為服務器先運行起來，通過WIFI或藍牙設備在指定端口處進行監(jiān)聽。隨后啟動Android端程序，在Android端輸入口令和PC端IP地址，并發(fā)送給服務器。當服務器接收的口令和IP地址與預置信息相同，驗證信息無誤后，返回數(shù)據(jù)信號，此時允許建立連接?，F(xiàn)在便可在PC端和Android端進行無線控制，包括命令傳送和文件傳輸。

為了提高響應速度，該系統(tǒng)在多處使用了子線程。此方法避免了事件間的盲等狀態(tài)，可異步處理不同事件。如果當前沒有處理任務，便可將處理器時間讓給其他通信任務。提高了程序的運行效率以及CPU的利用率，同時減少服務器響應時間。

Android手機端設計

在Android手機端運行該軟件XXX Client后，進入鼠標界面ControlAcTIvity，該界面同鼠標相對應，有左鍵、滾標、右鍵。在用該手機進行控制PC端之前，還需對手機進行通信設置，此時進入菜單欄，選擇connecTIons，進入連接設置界面，新添加一個WIFI連接。在Android端輸入用戶名、服務端IP和端口號，通過服務器驗證后，便和PC端建立好Socket連接。

當服務端和客戶端建立好Socket連接后，他們之間可以相互發(fā)送命令和接受命令，目前支持圖3中所示的控制命令。

圖3 基于Android的無線控制系統(tǒng)支持命令

AuthentificationAction：認證命令。客戶端向服務端發(fā)送認證的密碼。

AuthentificationResponseAction：認證響應命令。服務端驗證客戶端是否正確的，返回驗證的結(jié)果。

FileExploreRequestAction：打開文件命令?？蛻舳苏埱蟠蜷_服務端文件的命令。客戶端發(fā)送這個命令請求打開服務端的文件。

FileExploreResponseAction：服務端響應客戶端打開文件的命令。

KeyboardAction：鍵盤命令。

MouseClickAction：鼠標點擊命令。

MouseMoveAction：鼠標移動命令。

MouseWheelAction：鼠標滾輪命令。

連接好Android端和PC端后通信，返回至鼠標界面，鼠標點擊事件通過客戶端發(fā)送特定的命令到服務端，觸發(fā)MouseClickAction事件，服務端通過Java中專門控制鼠標鍵盤的Robot類［6］，將事件發(fā)送到Android端，從而實現(xiàn)Android端對PC端鼠標控制。

鼠標滑輪事件MouseWheelAction和鍵盤事件KeyboardAction命令均需要用到Robot類向服務端發(fā)送事件，該命令同MouseClickAction觸發(fā)事件相似，從而實現(xiàn)鼠標滾標事件和鍵盤事件。

除了鼠標點擊和鼠標滾標外的黑色區(qū)域是一個ControlView。當手指在ControlView里面移動時，觸發(fā)事件onTouchMoveMouseMove，根據(jù)moveXFinal和moveYFinal計算出鼠標移動距離，并發(fā)送到服務端：

dos.writeByte（MOUSE_MOVE）;

dos.writeShort（this.moveX）;

dos.writeShort（this.moveY）;

當服務端接收到該命令時，會觸發(fā)moveMouse方法，然后通過服務端的Robot類，向系統(tǒng)發(fā)送移動事件。

文件傳輸功能在FileExplorerActivity中實現(xiàn)，客戶端向服務端發(fā)送請求打開目錄命令，服務端返回文件列表的響應命令。當客戶端點擊的文件不是一個目錄，而是一個文件時，服務端就執(zhí)行打開該文件的命令。

3 系統(tǒng)測試

該系統(tǒng)采用了C/S的結(jié)構(gòu)來進行通信實現(xiàn)，Android端和PC端通過Socket進行網(wǎng)絡連接通信。Android端做成APP模式，運行時通過WIFI或藍牙連接服務端，在PC端使用Java的OSGi框架。在Android手機上經(jīng)過反復測試，手機連接Server的時間小于3s，PC端對手機控制命令的響應時間小于5s，并能實現(xiàn)手機端對PC端的訪問控制、文件操作。Android端鼠標界面、訪問控制和文件操作過程如圖4所示。

4 結(jié)語

智能手機在世界范圍內(nèi)的快速普及，加上科學技術(shù)的高速發(fā)展，讓人們對智能手機的功能要求越發(fā)靠近日常生活。該系統(tǒng)在運行方面基本能完成所要求操作，但設計界面還不夠完善，在常規(guī)使用中應有合適的操作界面，同時還應完善操作功能，如在本地進行新增、修改、刪除的操作。為便于未來用戶使用，該系統(tǒng)有待于今后深入探討和研究。