智能家居平臺

摘要：隨著全球范圍內(nèi)信息技術(shù)創(chuàng)新不斷加快，信息領(lǐng)域新產(chǎn)品、新服務(wù)、新業(yè)態(tài)大量涌現(xiàn)，并由于無線網(wǎng)絡(luò)的普及，無線智能家居產(chǎn)品必然逐漸取代了有線家居產(chǎn)品，智能家居市場的推廣普及得到進一步落實。本項目智能家居平臺由安卓APP控制模塊，智能信息中控模塊，無線控制最小模塊，各類智能設(shè)備模塊四大部分組成。APP客戶端連接互聯(lián)網(wǎng)與家中的智能信息中控模塊建立連接。各類智能設(shè)備再連接入智能信息中控模塊，從而實現(xiàn)遠(yuǎn)距離高速的信息交互家庭網(wǎng)絡(luò)。整個平臺能夠?qū)崟r管理各個智能化子系統(tǒng)運轉(zhuǎn)，各子系統(tǒng)在交互平臺管理下運行。使我們對家庭的控制系統(tǒng)能隨時掌控、需要的信息隨時獲取。

關(guān)鍵詞：智能家居系統(tǒng)；物聯(lián)網(wǎng)；智慧城市；云計算

中圖分類號：TP212.9 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）10（b）-0000-00

Smart Home Platform

XIE Peng，HUANG Yong-liang，ZHOU Si-yuan

（University of Electronic Science And Technology of China，Zhongshan Institute Computer Institute，Guangdong 528402，China）

Abstract：With the global information technology innovation continues to accelerate， the new products， new services， new formats are emerging and due to the popularity of wireless networks， wireless smart home products will gradually replace the wired home products， smart home market to promote the implementation of a step further. The smart home platform of this project is composed of APP control module， intelligent information module， wireless control module， all kinds of intelligent device module four parts. APP client connection to the Internet and the home of intelligent information in the control module to establish a connection. All kinds of intelligent devices are connected with the intelligent information in the control module， so as to realize the long-distance and high speed information interactive home network. The entire platform can manage all the subsystems of the system in real time， and the subsystems are running under the interactive platform. The control system of the family can be controlled， the need to obtain information at any time.

Key words： Smart home system； Internet of things； smart city； cloud computing

0 前言

截止2013年，全球范圍內(nèi)信息技術(shù)創(chuàng)新不斷加快，不斷激發(fā)新的消費需求，成為日益活躍的消費熱點。我國市場規(guī)模龐大，正處于居民消費升級和信息化、工業(yè)化、城鎮(zhèn)化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化加快融合發(fā)展的階段，信息消費具有良好發(fā)展基礎(chǔ)和巨大發(fā)展?jié)摿?。智能家居作為一個新生產(chǎn)業(yè)，處于一個導(dǎo)入期與成長期的臨界點，市場消費觀念還未形成，但隨著智能家居市場推廣普及的進一步落實，培育起消費者的使用習(xí)慣，智能家居市場的消費潛力必然是巨大的。綜合實際情況，利用嵌入式技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，研發(fā)出一套具有實用性且低成本的智能家居產(chǎn)品通信方面的智能家居平臺。該平臺不僅能夠?qū)崟r控制家庭智能設(shè)備，并且能夠高速獲取聯(lián)網(wǎng)家庭產(chǎn)品信息，還有能夠根據(jù)用戶設(shè)定的情景模式，搭建溫馨浪漫的家庭生活體驗，達(dá)到為用戶提供全方位的信息交互功能的目的。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計方案

本項目智能家居平臺整體設(shè)計分為三大模塊，分別是手機客戶端與中控端的信息交互模塊，中控端與無線模塊之間的信息傳輸模塊，數(shù)據(jù)采集與分析模塊。

手機端即提供給用戶一個操作多樣化的界面控制端。手機端與中控端通過現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)建立連接。手機端能夠?qū)崟r對家庭聯(lián)網(wǎng)的所有擁有無線最小模塊的智能設(shè)備進行控制與獲取目前設(shè)備的狀態(tài)。還可通過設(shè)置各種各樣的情景模式對家中的環(huán)境起到調(diào)制節(jié)能效果。

智能信息中控與無線模塊設(shè)備之間的信息傳輸模塊屬于本地端線路。實現(xiàn)把各類智能家居設(shè)備結(jié)合起來，使手機客戶端可以實時控制設(shè)備和獲取設(shè)備信息。例如與攝像頭模塊，智能門控模塊，LEDRGB模塊，環(huán)境監(jiān)測模塊，NFC模塊等建立通信。智能信息中控通過掃描式并三次握手組網(wǎng)方式，與無線模塊設(shè)備組成家庭無線網(wǎng)絡(luò)。

數(shù)據(jù)采集與分析模塊，處于當(dāng)今時代，數(shù)據(jù)采集與分析顯得更加突出。數(shù)據(jù)的采集能夠分析出用戶的生活習(xí)慣，從而總結(jié)出用戶的使用習(xí)慣和某種規(guī)律，讓系統(tǒng)能夠自學(xué)習(xí)。另外伴隨著可穿戴式設(shè)備的普及，可實時檢測并提供用戶的身體狀況，通過分析，提供數(shù)據(jù)給智能設(shè)備，例如空調(diào)，可智能化調(diào)節(jié)適宜溫濕度。又能直接反映給用戶，達(dá)到可視化的效果。

本項目智能家居平臺整體思想即手機客戶端通過現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)與家庭信息中控進行連接。家庭信息中控再與各類無線模塊設(shè)備連接，所采用的無線模塊為SI4432型號。SI4432模塊相比WIFI模塊來說具有超遠(yuǎn)距離傳輸，穿墻性強，低成本的優(yōu)點。本平臺通信的模式相對于WIFI家庭設(shè)備與手機客戶端直接通信的模式的好處在于家庭信息中控相當(dāng)于扮演家庭的智能管家，能夠很好的處理信息的傳輸。對于智能家居平臺中各模塊之間的聯(lián)系如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 智能信息中控硬件設(shè)計

智能信息中控模塊能夠集中管理全部無線模塊，綜合利用各種資源，處理無線模塊與手機客戶端越來越頻繁的信息交流和溝通。智能信息中控模塊EMW3162內(nèi)置了主頻高達(dá)120MHz的Cortex-M3微控制器STM32F205RG，擁有1M字節(jié)Flash，128k字節(jié)SRAM和豐富的外設(shè)功能。中控通過接收手機等第三方軟件的控制協(xié)議消息，解析完通過SI4432無線模塊向相應(yīng)設(shè)備模塊發(fā)送協(xié)議消息，實現(xiàn)實時且準(zhǔn)確的信息傳遞。而且，中控模塊能通過APP軟件遠(yuǎn)程配置。從而搭建出一個家庭物聯(lián)網(wǎng)，讓家庭的智能設(shè)備連接起來，可以獲取各自提供的信息，不再是單一的存在。其整體設(shè)計如圖2所示。

2.2無線模塊設(shè)備硬件設(shè)計

無線模塊是一塊完整的、體積小巧的、低功耗無線收發(fā)模塊。通信方式為半雙工，適合點對點，點對多通信機制，一主機對多從機通信方式要求所有從機都設(shè)定唯一地址編碼并與相應(yīng)主機對應(yīng)。模塊集成了所有射頻的相關(guān)功能和器件，與STM8單片機采用SPI接口連接，超低功耗，有掉電保護模式等。無線模塊的控制距離高達(dá)2000米，穿墻能力強，高靈敏度，數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)到256kbps，不會因為距離遠(yuǎn)而影響控制的效果。因此用于組建家庭無線網(wǎng)絡(luò)，各模塊通過無線模塊接受中控的控制協(xié)議，準(zhǔn)確及時并響應(yīng)信息。最小無線模塊系統(tǒng)如圖3所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1手機客戶端軟件設(shè)計

基于JAVA語言開發(fā)的安卓手機應(yīng)用。手機通過開啟APP進入到登錄頁面進行連接服務(wù)器。如果登錄失敗會手機將會無法進入到應(yīng)用程序。我們通過調(diào)用手機的socket連接與路由器做信息交互。整體的APP設(shè)計是滑動式界面設(shè)計，左邊是用戶的登錄界面右邊是應(yīng)用程序。通過安卓的service的綁定對socket進行綁定。給用戶提供一個簡單優(yōu)美且實用性強的控制界面進行實時人機交互，智能多樣化的操作效果。能隨時掌控、隨時獲取需要的信息。

圖4 手機客戶端軟件界面圖

3.2智能信息中控軟件設(shè)計

智能信息中控首先進行硬件初始化，然后等待接收手機客戶端發(fā)送來的信息，然后通過協(xié)議解析，查詢是否存在相應(yīng)的情景模式，然后轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的無線設(shè)備。其流程如圖5所示 。

3.3無線模塊設(shè)備軟件設(shè)計

無線模塊設(shè)備采用中斷機制接收中控發(fā)送過來的數(shù)據(jù)包。無線模塊設(shè)備處于正常工作狀態(tài)，當(dāng)檢測到有發(fā)送過來的數(shù)據(jù)包，程序馬上進入到中斷處理程序，然后進行協(xié)議解析，解析正確則進行相應(yīng)操作。解析錯誤則丟棄該數(shù)據(jù)包，不作處理。解析完畢則退出中斷服務(wù)程序。其框架流程如圖6所示。

4 結(jié)束語

本文提出了一套低成本且可行的智能家居平臺的整體設(shè)計方法。核心設(shè)計以現(xiàn)有成熟的互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，再結(jié)合遠(yuǎn)距離的無線傳輸模塊，實現(xiàn)高效遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳輸。通過設(shè)計的Android客戶端測試，能夠很好的控制LED的亮度和色度的調(diào)節(jié)，RGB燈的顏色變換、遠(yuǎn)程門控、攝像頭監(jiān)測、家庭背景音樂的選擇、家庭環(huán)境參數(shù)的獲取等家庭生活體驗的基本效果。有了智能信息中控添加了情景模式的設(shè)定，即是用戶可以通過手機客戶端去設(shè)置相應(yīng)的條件所相應(yīng)的場景，例如簡單例子，晚上回家進門的時候，伴隨著設(shè)定好的音樂，還有暖和的陽臺燈光。這一功能即是物聯(lián)網(wǎng)的一大特色，設(shè)備與設(shè)備之間可以相互通信，做到同步。本文提出的這套設(shè)計方案的先進性及創(chuàng)新點在于根據(jù)用戶對智能家居功能的需求，整合最實用最基本的家居控制功能。甚至為各種能源費用節(jié)約資金。為用戶搭建溫馨浪漫的家庭生活體驗。

參考文獻（References）：

[1]曹薇、謝云敏.單片機原理及應(yīng)用[M].中國水利水電 出版社， 2004.

[2]譚浩強.C程序設(shè)計（第3版）[M].清華大學(xué)出版社，2005.

[3]王珊珊，臧洌，張志航.C++程序設(shè)計教程（第2版）[M].機械工業(yè)出版社，2011.

[4]周立功.ARM嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程（第2版）[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2008.

[5]王宇行.ARM程序分析與設(shè)計[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2008

[6]馬潮.AVR單片機嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用實踐（第2版）[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2011.

[7]楊云君.Android 的設(shè)計與實現(xiàn)[M].機械工業(yè)出版社，2013

[8]向忠宏.智能家居[M].人民郵電出版社，2002

[9]顧牧君.智能家居設(shè)計與施工[M].同濟大學(xué)出版社，2004.