基于iOS的智能家居安防系統(tǒng)移動端設(shè)計

薛亮　張繼飛　馮鵬飛

摘 要：基于iOS平臺的設(shè)計與開發(fā)技術(shù)，在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)一種智能家居報警系統(tǒng)，用以解決智能家居中的安防問題。在該安防系統(tǒng)中，信息采集端由ZigBee無線傳感器節(jié)點（監(jiān)控節(jié)點）以自組織方式構(gòu)成，可采集監(jiān)控區(qū)域的實時信息并將報警信息傳遞給服務(wù)器。基于iOS技術(shù)開發(fā)的移動客戶端可幫助用戶采取相應(yīng)的報警處理和操作措施。

關(guān)鍵詞：智能家居；iOS；消息推送；Xcode

中圖分類號：TP311.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1 引 言

近年來，安防監(jiān)控技術(shù)己經(jīng)由原來的單一控制發(fā)展為現(xiàn)在多種控制方式相結(jié)合的形式。在安防監(jiān)控技術(shù)不斷發(fā)展的影響下，監(jiān)控系統(tǒng)也由原來的模擬系統(tǒng)逐漸發(fā)展成為集網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、智能化于一體的多信息平臺監(jiān)控系統(tǒng)。隨著移動智能終端應(yīng)用的日漸普及，通過移動終端獲取家居環(huán)境的實時信息已成為智能家居安防應(yīng)用領(lǐng)域的開發(fā)熱點[1]。iOS（蘋果公司移動操作系統(tǒng)）設(shè)備在中國移動智能終端市場的占有率逐年上升。因此，在基于iOS的平臺上有針對性地開發(fā)一種智能家居報警系統(tǒng)，將方便更多用戶“隨時隨地”防范和保護家居環(huán)境[2]。

2 總體方案設(shè)計

總體設(shè)計方案如圖1所示，該報警系統(tǒng)主要包括ZigBee數(shù)據(jù)采集端、報警管理服務(wù)器端、iOS移動客戶端三個子系統(tǒng)[3]。數(shù)據(jù)采集端通過串口與報警管理服務(wù)器端相連接，負(fù)責(zé)采集家居環(huán)境中的監(jiān)控信息，并根據(jù)硬件智能控制機制采取相應(yīng)報警操作。iOS移動客戶端負(fù)責(zé)報警信息的推送以及報警操作的控制，通過WLAN/GPRS網(wǎng)絡(luò)與報警管理服務(wù)器端相連接。報警管理服務(wù)器端負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)和處理信息采集端發(fā)送的報警信息，以及響應(yīng)移動客戶端的操作信息。數(shù)據(jù)采集端和報警管理服務(wù)器端僅做簡要介紹，本文將詳細(xì)介紹基于iOS的移動客戶端開發(fā)。

3 系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

3.1 ZigBee數(shù)據(jù)采集端設(shè)計與實現(xiàn)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用ZigBee無線節(jié)點采集并發(fā)出報警信息，利用人體熱釋電紅外傳感器（HCSR501人體感應(yīng)模塊）實時感應(yīng)人體入侵信息，利用門磁開關(guān)模塊（KTMC8）感應(yīng)門或窗的被動開啟操作。該數(shù)據(jù)采集方案利用了ZigBee自組網(wǎng)無固定基礎(chǔ)設(shè)施的優(yōu)勢以及多源傳感器信息融合的特點，能夠保證家庭環(huán)境信息感知的實時性與準(zhǔn)確性。

3.2 報警管理服務(wù)器端設(shè)計與實現(xiàn)

報警管理服務(wù)器采用的是Tomcat 8.0 服務(wù)器。Tomcat 8.0服務(wù)器是一種免費的開放源代碼的Web應(yīng)用服務(wù)器，運行時占用的系統(tǒng)資源小，擴展性好，適用于小型應(yīng)用服務(wù)端。

3.3 iOS移動客戶端軟件設(shè)計與實現(xiàn)

移動客戶端是基于iOS移動終端進(jìn)行開發(fā)的，報警信息的發(fā)布可通過文字和圖像等信息承載手段來實現(xiàn)?？紤]到其他不利因素，如終端設(shè)備不穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)速度和信息處理的載荷變化等，本文中基于iOS平臺的智能家居報警系統(tǒng)采用文本信息推送的形式發(fā)布報警信息。終端收到推送消息后，提醒用戶可在終端采取相應(yīng)的報警操作，如開燈、拍照、撥打電話等。

3.3.1 開發(fā)平臺

iOS是由蘋果公司開發(fā)的移動操作系統(tǒng)，主要應(yīng)用對象為蘋果公司出品的相關(guān)移動設(shè)備。該操作系統(tǒng)具有簡單易用的界面、強大的功能以及超強的穩(wěn)定性，據(jù)Kantar Worldpanel ComTech發(fā)布的全球智能手機季度銷售報告顯示，在2015年第二季度國內(nèi)的移動終端設(shè)備領(lǐng)域，iOS設(shè)備占據(jù)了24.4%的份額[4]，創(chuàng)歷史新高，越來越多的移動端用戶選擇使用iOS設(shè)備。與Android平臺相比，應(yīng)用iOS系統(tǒng)的移動終端設(shè)備以視圖優(yōu)先為原則，使用較少的框架，保證了開發(fā)者對硬件最有效的使用。同時，iOS系統(tǒng)具有較高的安全性[4][5]，所以這類設(shè)備的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在良好的用戶體驗和較為安全的使用環(huán)境。

iOS移動客戶端的開發(fā)使用的是蘋果公司提供的非開源集成開發(fā)環(huán)境Xcode 6.1，編程語言采用的是ObjectiveC。智能家居報警程序的前期調(diào)試在Xcode模擬器上完成，后期測試與調(diào)試在真機上完成。

3.3.2 軟件主程序架構(gòu)設(shè)計

首先進(jìn)入移動端程序，用戶需要登錄對應(yīng)賬戶。移動端通過WLAN/GPRS實時接收報警管理服務(wù)器端發(fā)送的報警消息，如有報警消息，用戶可根據(jù)不同的報警消息采取相應(yīng)的報警操作。如果當(dāng)前報警操作已完成，則再次進(jìn)入接收推送消息的狀態(tài)。按照上述方式，程序循環(huán)執(zhí)行，圖2給出了軟件主程序流程圖。

3.3.3 主界面設(shè)計

如圖3所示，移動終端應(yīng)用程序主界面包括監(jiān)控區(qū)域、情景設(shè)置、監(jiān)控詳情和其它四個功能模塊。

1.監(jiān)控區(qū)域：刪除或添加對指定房間的監(jiān)控；

2.情景設(shè)置：對不同的監(jiān)控區(qū)域設(shè)置不同的監(jiān)控條件，包括離家、回家和休息三種監(jiān)控狀態(tài)設(shè)置。此外，用戶也可以添加其他自定義的報警操作；

3.監(jiān)控詳情：以圖片形式顯示監(jiān)控區(qū)域畫面，用戶基于此監(jiān)控畫面可采取人為報警操作；

4.其它：提供移動端程序的相關(guān)信息，如用戶登錄、關(guān)于軟件、版本更新等功能。

3.3.4 報警消息推送設(shè)計

該移動客戶端使用iOS消息推送機制實現(xiàn)報警消息的推送[7]，該消息推送機制是在應(yīng)用程序APP、APP服務(wù)端（Your Server）與APNS（Apple Push Notification Service）服務(wù)器之間完成的。消息推送流程如圖4所示，推送流程功能說明如下：

1.應(yīng)用程序（APP）通過iOS系統(tǒng)向Apple Push Notification Service（APNS服務(wù)器）注冊消息推送服務(wù)并申請Device Token（設(shè)備標(biāo)識）；

2.APNS 服務(wù)器將Device Token 發(fā)送給APP；

3.APP將Device Token發(fā)送給Your Server （APP服務(wù)端）；endprint

4.APP服務(wù)端向APNS 服務(wù)器發(fā)送推送消息；

5.APNS 服務(wù)器將推送消息發(fā)送給APP。

移動端報警消息推送提示界面如圖5所示。

3.3.5 用戶報警操作設(shè)計

用戶報警操作界面如圖6所示，當(dāng)移動端設(shè)備收到APNS服務(wù)器發(fā)送來的推送消息后，用戶根據(jù)推送消息及時采取相關(guān)報警操作，如點擊“燈光”按鈕，實現(xiàn)對監(jiān)控區(qū)域燈光的開關(guān)控制功能。點擊“拍照”按鈕，實現(xiàn)拍照記錄監(jiān)控區(qū)域的功能[6]。點擊“報警電話”按鈕，實現(xiàn)撥號報警功能。上述操作均在iOS移動客戶端實現(xiàn)，用戶通過操作移動端，經(jīng)過報警管理服務(wù)器端將相關(guān)操作信息轉(zhuǎn)發(fā)到數(shù)據(jù)采集端，最終數(shù)據(jù)采集端實現(xiàn)相應(yīng)的操作，達(dá)到家庭環(huán)境智能家居安防的目的。

4 系統(tǒng)分析與測試

軟件測試是程序開發(fā)的重要環(huán)節(jié)，同時也是保障應(yīng)用程序正常運行的關(guān)鍵。本文開發(fā)的程序分別在Xcode Simulator（Xcode模擬器）和iOS真機設(shè)備兩個平臺進(jìn)行了測試。包括延時測試和iOS設(shè)備兼容性測試兩部分內(nèi)容。

圖7 延時測試

延時測試，包括入侵報警消息推送延時和安防操作延時，此處延時包括硬件延時和軟件延時的總和。由測試統(tǒng)計結(jié)果可知，不同的延時均達(dá)到了系統(tǒng)的要求，延時測試結(jié)果如圖7所示。

iOS設(shè)備的兼容性測試包括該報警系統(tǒng)軟件對當(dāng)前國內(nèi)iPhone主流機型的兼容性，經(jīng)測試，該移動客戶端能夠兼容目前iPhone主流機型。iOS設(shè)備兼容性測試結(jié)果如表1所示。

經(jīng)過不斷的測試與改進(jìn)，智能家居報警系統(tǒng)的延時和設(shè)備兼容性均達(dá)到設(shè)計要求。

5 結(jié) 論

本文設(shè)計的基于iOS平臺的人員入侵報警系統(tǒng)，著眼于智能家居安防的需求，可應(yīng)用于多種不同的場景，如家庭、倉庫、小型超市、個體商店等[8]。結(jié)合ZigBee節(jié)點的無線組網(wǎng)優(yōu)勢，實現(xiàn)了不同監(jiān)測區(qū)域的靈活布網(wǎng)。面向iOS移動客戶端進(jìn)行開發(fā)，使持有iOS設(shè)備的用戶能夠使用該系統(tǒng)，這將增加智能家居安防系統(tǒng)的目標(biāo)用戶。因此，該系統(tǒng)的設(shè)計，較好的適應(yīng)了智能家居安防系統(tǒng)的需求，適應(yīng)了智能家居行業(yè)的發(fā)展方向。

未來工作將根據(jù)ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)的特點，進(jìn)一步優(yōu)化iOS移動終端的性能，增加更多的監(jiān)控措施，幫助用戶獲得更完美的使用體驗。

參考文獻(xiàn)

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