一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居數(shù)字網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)

吳弋旻 錢衛(wèi)星

摘要： 物聯(lián)網(wǎng)[1]是指把物品通過射頻識(shí)別（RFID）裝置、傳感器、無線數(shù)據(jù)通信儀器等信息感知、監(jiān)測、傳輸設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來而形成的網(wǎng)絡(luò)生態(tài)體系。文章針對當(dāng)前國內(nèi)居民小區(qū)的實(shí)際特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居數(shù)字網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，它具有低成本、互聯(lián)性、多平臺(tái)、自組織、可擴(kuò)展性等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞： 物聯(lián)網(wǎng)； 射頻識(shí)別； 智能家居； 安防

中圖分類號(hào)：TN92文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8228（2012）04-04-02

Design of an intelligent home gateway based on net of things

Wuyimin, Qian weixing

（Department of Communication and Electron, Hangzhou Vocational & Technical College, Hangzhou, Zhejiang 310018， China）

Abstract： The Internet of things is a web ecosystem combined by things and internet through RFID, senor, wireless data communication devices. This article aimed at realizing a smart-digital-home gateway system which is based on the technology of Internet of things. It has characteristics such as low cost, mutual connection, multi-platform, self-organizing and scalability.

Key words： Internet of things； RFID； intelligent home； security

0 引言

二十世紀(jì)80年代開始，能夠初步實(shí)現(xiàn)監(jiān)管、控制功能的智能家居系統(tǒng)已經(jīng)開始得到實(shí)際應(yīng)用。目前，此項(xiàng)技術(shù)在韓國普及的程度排在全球前列，美國已經(jīng)為智能家居系統(tǒng)制定了相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，智能家居的基礎(chǔ)產(chǎn)品已通過美國FCC或歐盟等行業(yè)組織機(jī)構(gòu)的質(zhì)量安全認(rèn)證，全球家居智能技術(shù)的發(fā)展已進(jìn)入白熱化階段。

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的社區(qū)數(shù)字智能網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，即基于小區(qū)的家庭智能家居解決方案，通過小區(qū)服務(wù)器和小區(qū)應(yīng)用軟件把小區(qū)內(nèi)的多個(gè)家庭智能網(wǎng)關(guān)結(jié)合起來，進(jìn)行集中管理和資源共享，利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、家電技術(shù)、無線控制技術(shù)[2]，將家居生活有關(guān)的子系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合，通過統(tǒng)籌管理，不僅可實(shí)現(xiàn)小區(qū)安防監(jiān)控，更能將家庭智能控制、信息及消費(fèi)服務(wù)等家居生活有效地結(jié)合在一起，讓家居生活更加舒適、安全、有效。

1 智能家居數(shù)字網(wǎng)關(guān)的功能需求

⑴室內(nèi)主機(jī)軟件：實(shí)現(xiàn)可視門鈴、記錄查看、系統(tǒng)設(shè)置、呼叫管理中心機(jī)四個(gè)主功能的相關(guān)部分；能在小區(qū)內(nèi)實(shí)現(xiàn)可視對講、電話/短信報(bào)警；實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控，并能將報(bào)警信息從小區(qū)的服務(wù)器上通過ECP以電話、短信、彩信的形式報(bào)警。

⑵單元門口機(jī)軟件：無GUI，實(shí)現(xiàn)可視門鈴、呼叫管理中心機(jī)、系統(tǒng)設(shè)置三個(gè)主要功能。

⑶小區(qū)管理中心機(jī)軟件：實(shí)現(xiàn)與單元門口機(jī)的音頻雙向、視頻單向?qū)χv；實(shí)現(xiàn)與業(yè)主室內(nèi)機(jī)的雙向音頻對講；實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)置的相關(guān)功能；實(shí)現(xiàn)可視對講、業(yè)主報(bào)警記錄管理。

⑷小區(qū)服務(wù)器軟件：搭建SIP服務(wù)器；小區(qū)服務(wù)器軟件收到室內(nèi)主機(jī)發(fā)過來的報(bào)警信息包后能通過串口電話撥號(hào)器/GPRS 模塊撥打主人電話、發(fā)送短信的管理軟件；采用ECP軟件，以使小區(qū)服務(wù)器軟件能夠在收到室內(nèi)主機(jī)發(fā)過來的報(bào)警消息包后，通過電信的ECP服務(wù)平臺(tái)自動(dòng)撥打主人電話，發(fā)送短信/彩信給主人手機(jī)。

2 智能家居數(shù)字網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)

2.1 單元門口機(jī)設(shè)計(jì)

圖1單元門口機(jī)硬件需求示意圖

單元門口機(jī)的硬件采用V512的主板，通過UART/SPI/IIC來連接RFID讀卡器，通過MX27的12個(gè)GPIO或者IIC擴(kuò)展的12個(gè)GPIO來連接按鍵。CMOS 攝像頭要裝有LED燈或紅外燈，各單元樓安放以太網(wǎng)交換機(jī)，交換出口接入小區(qū)局域網(wǎng)，硬件設(shè)計(jì)框架如圖1所示。

2.2 單元門口機(jī)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

單元門口機(jī)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)置、密碼更新、RFID[3]權(quán)限管理通過USB導(dǎo)入。單元門口機(jī)讀到合法的RFID卡/IC卡的ID或/和密碼后自動(dòng)打開電動(dòng)門（可用密碼/RFID/密碼+RFID）,響應(yīng)“*”按鍵呼叫小區(qū)管理中心機(jī)；根據(jù)按鍵輸入的物業(yè)編號(hào)（1803）呼叫業(yè)主；接收本單元內(nèi)室內(nèi)機(jī)或小區(qū)中心機(jī)呼叫并自動(dòng)接通，并通過室內(nèi)機(jī)查看狀態(tài)。

2.3 室內(nèi)主機(jī)/室內(nèi)分機(jī)/管理中心機(jī)設(shè)計(jì)

室內(nèi)主機(jī)硬件采用V509硬件和模具。通過室內(nèi)主機(jī)可查看單元門口機(jī)；查看來訪紀(jì)錄，也可通過USB 接口導(dǎo)出。室內(nèi)主機(jī)內(nèi)置SD Socket和 CMOS Sensor，315/433M 內(nèi)置無線模塊可連接到業(yè)主家庭內(nèi)的315/433M無線網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)主機(jī)與本小區(qū)業(yè)主的室內(nèi)主機(jī)的可視對講，報(bào)警。室內(nèi)主機(jī)內(nèi)置一個(gè)USB的WiFi模塊，可加入家庭局域網(wǎng)，它能實(shí)現(xiàn)家庭局域網(wǎng)上的 IPCAM/室內(nèi)分機(jī)和小區(qū)局域網(wǎng)相關(guān)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)路由。硬件設(shè)計(jì)框架[4]如圖2所示。

圖2室內(nèi)主機(jī)/室內(nèi)分機(jī)/管理中心機(jī)硬件設(shè)計(jì)框架

2.4 室內(nèi)主機(jī)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

室內(nèi)主機(jī)主界面（GUI）采用Android 實(shí)現(xiàn)（如圖3所示）。如果連續(xù)5分鐘沒有任何操作，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)入屏保模式。屏保模式下，觸摸屏或者按鍵有任何操作，則室內(nèi)主機(jī)返回主界面。在主菜單下點(diǎn)擊呼叫按鈕圖標(biāo)，系統(tǒng)進(jìn)入呼叫小區(qū)管理中心機(jī)狀態(tài)，用戶可與小區(qū)管理中心機(jī)進(jìn)行音頻對講或者可視對講（如圖4所示）。

圖3室內(nèi)機(jī)主界面

圖4室內(nèi)機(jī)呼叫界面

門鈴在查看狀態(tài)下，用戶可以查看、監(jiān)聽單元門口機(jī)，但是單元門口機(jī)聽不到室內(nèi)主機(jī)的聲音，直到按下室內(nèi)主機(jī)對講按鈕，方可開始單向視頻、雙向音頻的對講；開門按鈕，僅在室內(nèi)主機(jī)處于門鈴查看狀態(tài)下或者對講狀態(tài)才能被有效操作（打開電控門）；室內(nèi)主機(jī)返回鍵被按下即從門鈴狀態(tài)下返回，如果此時(shí)室內(nèi)主機(jī)處于門鈴查看、對講狀態(tài)，則自動(dòng)掛斷； 室內(nèi)主機(jī)在門鈴查看、對講狀態(tài)下，如果單元門口機(jī)對其他室內(nèi)主機(jī)發(fā)起了新的呼叫請求，則單元門口機(jī)會(huì)自動(dòng)掛斷與原來室內(nèi)主機(jī)的連接，室內(nèi)主機(jī)則會(huì)自動(dòng)返回主界面；此外，室內(nèi)主機(jī)在門鈴查看、對講狀態(tài)下，如果連續(xù)5分鐘無任何觸摸屏操作，則室內(nèi)主機(jī)會(huì)先以O(shè)SD提示信息來告訴用戶需要點(diǎn)擊一個(gè)屏幕，如果用戶在10秒內(nèi)還是沒有任何操作，室內(nèi)主機(jī)即自動(dòng)掛斷，返回到主界面的屏保模式。

在主界面下點(diǎn)擊室內(nèi)主機(jī)記錄查看圖標(biāo)，室內(nèi)主機(jī)即進(jìn)入記錄查看狀態(tài)。用戶可以按照時(shí)間逆訪紀(jì)錄和安防報(bào)警記錄（如圖5所示）。

圖5視頻查看界面

2.5 室內(nèi)分機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖6室內(nèi)分機(jī)主界面

室內(nèi)分機(jī)GUI的絕大部分和室內(nèi)主機(jī)一樣，只是需要設(shè)置室內(nèi)主機(jī)在家庭局域網(wǎng)中的IP地址，這樣，市內(nèi)分機(jī)可以通過室內(nèi)主機(jī)的路由功能來實(shí)現(xiàn)可視對講/門禁管理/安防報(bào)警/視頻監(jiān)控的功能。室內(nèi)分機(jī)在作為分機(jī)工作時(shí)，不需要在本機(jī)上安防報(bào)警的功能，視頻監(jiān)控功能也僅僅限于查看IPCAM的實(shí)時(shí)視頻（如圖6所示）。

3 結(jié)束語

物聯(lián)網(wǎng)作為新一代信息技術(shù)的重要組成部分，具有廣闊的發(fā)展前景。本文針對目前國內(nèi)小區(qū)管理的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居[5]數(shù)字網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，已在相關(guān)房地產(chǎn)和物業(yè)企業(yè)中推廣試用，并獲得了客戶的肯定。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與實(shí)際生活相結(jié)合的產(chǎn)品具有強(qiáng)有力的生命力和市場發(fā)展?jié)摿?，將?huì)有越來越多的小區(qū)在建設(shè)過程中采用智能家居系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)整個(gè)小區(qū)的智能化。預(yù)計(jì)在未來幾年，智能家居的應(yīng)用將越來越廣泛，并帶動(dòng)智能化裝修、智能化小區(qū)服務(wù)、智能化家電等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 喬彥友,李廣文.基于GIS和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)設(shè)施管理信息系統(tǒng)[J].地理信息世界.2010.5:17

[2] 王永紅,肖碩.高密度物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)簽防止沖突的研究[J].安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2010.5:14

[3] 柳維長.RFID與物聯(lián)網(wǎng)[J].信息電腦,2010.10:32

[4] 張輝,陳古典.基于物聯(lián)網(wǎng)的城市消防遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)[J].信息化研究,2010.10:55

[5] 施軍,黃衛(wèi)東.物聯(lián)網(wǎng)打造智能家居[J].中國電信業(yè),2010.12:70