摘要：論述基于安卓（Android）智能手持設備的智能遙控系統的設計與實現。實現了對智能電視的遙控。提出并實現了新穎的基于近場通信（Near Field Communication, NFC）和二維碼的智能遙控器與受控設備之間的初始化綁定配對方法，以實現安全便捷的通信連接。該設計可移植到智能空調等智能家居設備中，以實現多功能的智能家居設備遙控。

引言

　　隨著物聯網技術的發展，智能家居設備、智能手機、平板電腦、個人電腦等可由無線局域網(Wireless-Fidelity, WiFi)等無線通信技術彼此互聯。在此基礎上，可以通過在智能手機或平板電腦上運行專門的應用(Application, APP)軟件遠程控制智能電視、空調、個人電腦等智能家居設備^[1-2]，這時智能手機相當于一個多功能智能遙控器，且較傳統遙控器更加簡單易用、通用性強、節省了傳統遙控器的材料消耗。本文設計實現了基于安卓(Android)智能手機的智能遙控系統，實現了對智能電視的遙控，提出并實現了新穎的基于近場通信^[3]結合二維碼的智能遙控器與受控設備之間的初始化綁定配對方法，以實現安全便捷的通信連接，且適用局域網和廣域網場景。該設計可移植到其他類型的智能家居設備中(如智能空調等)，以實現對不同類型智能家居設備的統一遙控。

1 關鍵技術

　　如圖1，整套智能遙控器系統采用客戶端/服務器(Client/Server, C/S)架構。作為遙控器本身，Android智能手機上運行控制端軟件，負責向受控端發送控制指令。Android智能電視上運行受控端軟件，負責接收、解碼、執行來自遙控器的遠程控制指令。控制端與受控端的連接是基于套接字(Socket)技術^[4]，底層基于互聯網協議(Internet Protocol, IP)和WiFi無線連接技術。首次使用時，為了避免非法訪問和追求更高的安全性，需確保控制端、受控端在同一局域網中，并通過專門設計的基于NFC/二維碼的綁定技術建立通信連接。建立綁定關系后，受控端和遙控器端將自己的介質訪問控制(Media Access Control, MAC)地址、IP地址、設備類型(遙控器或受控設備)等信息發送至云端服務器，云端服務器負責維護遙控器與受控設備之間的綁定關系，并在廣域網場景中，轉發來自遙控器且目的地為受控設備的控制指令包。在局域網場景中，無需云端參與，遙控器與受控設備可直接通過WiFi技術彼此發包通信。

2 設計與實現

2.1 初始化與綁定

　　智能電視帶有集成TCP/IP和Web協議的嵌入式WiFi模塊。上電后，嵌入式WiFi模塊自動進入工作狀態并處于熱點模式。該熱點的名稱、接入密碼以及主頁IP地址信息事先需告知用戶。用戶首次使用時需據此配置手機WiFi參數以建立底層通信連接。非首次使用時，用戶可直接通過手機的WiFi聯網功能和瀏覽器以Web網頁方式訪問、配置嵌入式WiFi模塊。若用戶配置打開電視機的選項為開啟狀態，則嵌入式WiFi模塊通過串口向電視主板發送喚醒信號，進而啟動智能電視開機。關機時，用戶會通過手機上基于Socket客戶端通信協議的遙控器軟件發送關機指令，智能電視后臺Socket服務器端軟件收到并判斷出是關機指令后，進行關機操作。開機后，手機與智能電視通過WiFi密碼接入用戶私有的家庭無線局域網中，避免了非法用戶對智能電視的訪問。另外，傳統紅外/藍牙遙控器與電視在首次使用時，需要進行對碼配對操作，之后雙方建立起封閉的控制與被控關系。如果不進行該操作，遙控器發出的指令可能會被多個受控設備接收，進而可能觸發對這些非目標設備的誤控制。因此電視開機后需要進行智能手機與智能電視之間的配對，即Socket IP地址與端口的綁定初始化操作，否則受控設備無法接收來自遙控器的控制指令。傳統的對碼操作需要將遙控器對準電視機的紅外/藍牙接收區域，進而按下遙控器上的特殊按鍵，雙方通過短距離無線通信建立起配對關系。該過程用時較長，一般需5秒左右。本文提出并實現了基于NFC技術的安全快捷的配對方案，整個配對過程只需毫秒級時間即可完成，大大提高了用戶體驗。同時，考慮到攝像頭已成為智能手機標配，而現階段不是每部智能手機都支持NFC，本文為此開發了基于攝像頭二維碼掃描的配對方案，以在無法使用NFC技術的場景下進行手機與電視間的配對操作。

　　如圖2，智能電視運行Android操作系統，電視啟動后受控端軟件以Service軟件形式在后臺運行^[4-5]。該軟件啟動后，首先初始化Socket套接字。若為首次使用，將自身的IP地址、MAC地址和端口信息保存到NFC Tag(標簽)^[6-7]中或在屏幕上生成二維碼，之后在預先指定的端口監聽。