基于B/S模式的智能家居管理系統(tǒng)設計

趙鑫+王亞剛+王凱

摘 要：為了解決當前用戶反映智能家居控制系統(tǒng)占用了手機或電腦大量內(nèi)存而導致電子設備運行緩慢的問題，設計了基于B/S模式的智能家居管理系統(tǒng)。運用B/S結構模式，結合Node.js平臺，通過MongoDB數(shù)據(jù)庫與Socket.IO通訊協(xié)議，搭建Express框架的服務器，并布置網(wǎng)站到云服務器上，使用戶可以通過4G和WiFi等網(wǎng)絡控制與管理設備。經(jīng)測試，系統(tǒng)在不同設備終端均運行正常，系統(tǒng)的擴展也非常容易，可實現(xiàn)客戶端的零安裝、零維護，只要有網(wǎng)絡即可控制設備。

關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；智能家居；B/S模式

DOIDOI：10.11907/rjdk.172945

中圖分類號：TP319

文獻標識碼：A 文章編號：1672-7800（2018）002-0099-03

0 引言

“智能家居”的概念，伴隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的不斷推進，已頻繁出現(xiàn)在實際生活應用中，切實改變了人們的生活方式與工作習慣。它包含兩層含義，一層是自動化處理過程，自動化處理過程是智能的基礎，包括遠程監(jiān)測、控制設備開關，根據(jù)設備的功能性分類進行參數(shù)設置、定時啟動等，能夠以自動和手動兩種方式，在家庭內(nèi)或家庭外達到遠程同步控制，不再受地理位置限制，給予作為“控制者”的用戶最大程度的自由；另一層是信息分析過程，對從物理層采集的數(shù)據(jù)進行分析處理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計、行為預測等功能。提供處理后的有價值的生活信息能讓用戶或系統(tǒng)本身成為家居的智能“管理者”，實現(xiàn)在應用層的不同應用。本文基于B/S架構模式，設計并實現(xiàn)了一個智能家居管理系統(tǒng)。綜合運用智能化家居技術和Web技術，能夠使用戶在客戶端零安裝的前提下通過不同的設備終端訪問系統(tǒng)，建立個人家居管理檔案，實現(xiàn)設備遠程監(jiān)控、智能信息分析等功能。

1 基于Web的B/S模式架構

在系統(tǒng)的組成結構方面，最常見的架構主要為B/S模式（Browser/Server）和C/S模式（Client/Server）。通常B/S模式的構成可分為三層，其體系結構如圖1所示。

B/S模式由瀏覽器和服務器組成，服務器包括Web服務器、數(shù)據(jù)庫服務器、應用服務器等多層結構，并存有應用程序與數(shù)據(jù)信息。在網(wǎng)頁端加載服務器端運行程序，瀏覽器向用戶提供應用界面顯示。B/S模式利用Web技術結合瀏覽器的多種腳本語言，瀏覽器作為通信平臺實現(xiàn)交互功能。C/S模式與B/S應用程序架構對比如表1所示。

考慮到智能家居對滿足用戶需求的實時性要求很高，本文采用了B/S模式。

2 智能家居管理系統(tǒng)設計

將智能家居管理系統(tǒng)分為用戶信息模塊、設備列表模塊，分別進行功能設計。

（1）用戶信息模塊：建立用戶信息檔案，有系統(tǒng)注冊、登錄等基本功能。提交以常用郵箱為地址的用戶名，可向郵箱發(fā)送系統(tǒng)信息等。核實信息采用MD5驗證方式，以保證系統(tǒng)安全性。

（2）設備列表模塊：主要具有顯示和控制功能，顯示信息分為屬性信息和使用信息兩類。前者以列表方式呈現(xiàn)，列明設備名稱、編號，后者顯示如設備實時電量、累計電量，設備狀態(tài)是處于開啟還是關閉等使用信息情況。控制功能包括遠程控制設備開關和設置定時開關，還可以根據(jù)用電對象進行模式修改如調節(jié)空調溫度等。另外，加入第三方天氣數(shù)據(jù)接口，向用戶提供溫度變化、空氣質量等信息，以便對溫控及風控設備進行控制。系統(tǒng)具體結構如圖2所示。

3 系統(tǒng)軟件實現(xiàn)

3.1 用戶模塊實現(xiàn)

首先需要實現(xiàn)系統(tǒng)Web服務器，本文用到的軟件開發(fā)工具有：①Node.js v4.4.3運行平臺；②Node Package Manager v2.15.1 JavaScript包管理器；③MongoDB v3.2.6數(shù)據(jù)庫；④可視化數(shù)據(jù)庫Robomongo v0.9.0；⑤IDE工具Sublime Text。對以上工具進行下載、安裝并在系統(tǒng)環(huán)境下進行配置。

由Express搭建HTTPs服務器，具體步驟如下：①用NPM在全局安裝express模塊（V4.13.1）“npm install-g express”；②采用Express創(chuàng)建網(wǎng)站基本結構和項目名稱smarthome “exprss-e smarthome”；③進入工程目錄cd./smarthome，根據(jù)package.json文件“npm install”自動安裝文件內(nèi)所有指定的dependencies依賴模塊。

由Node.js搭建http服務器，先引入http模塊，設定端口號并存儲（默認端口號3000），用http.createServer方法新建一個App實例，監(jiān)聽端口號并啟動服務器“npm start”，終端顯示Express server listening on port 3000 in development mode。在服務器上，軟件運行環(huán)境是Windows Server 2012 R2系統(tǒng)，瀏覽器地址輸入http：//182.61.17.241：3000（云服務器公網(wǎng)IP地址）。

用戶模塊主要功能實現(xiàn)原理如下：用戶在/reg注冊頁中填寫表單信息，采用POST方式得到req.body.username，req.body.password，req.body.email三個參數(shù)，按照預設的User.protype.save保存到數(shù)據(jù)庫中。在/login登錄頁中填寫表單信息，得到的username和password用User.get方法進行檢驗。

3.2 設備控制模塊實現(xiàn)

在數(shù)據(jù)庫中建立設備集合Device，用于將設備對象的屬性信息和控制信息保存到數(shù)據(jù)庫中。對需要定時的設備也建立集合Schedule，用于保存定時事件信息、觸發(fā)時間與觸發(fā)事件，使用mongoose模塊可以更加簡化地使用native mongoDB。簡要實現(xiàn)代碼如下：endprint

//Device集合

var mongoose = require（'./database.js'）；

var Schema=mongoose.Schema；

var deviceSchema=

new Schema（{

owner：String，

name：String，

type：{type：Number，default：0}，

online：{type：Boolean，default：true}，

status：{type：Boolean，default：false}，

power：{type：Number，default：0}，

sumpower：{type：Number，default：0}，

time：{type：String，default：Date.now}

//Schedule集合

var mongoose=require（'./database.js'）；

var Schema=mongoose.Schema；

var scheduleSchema=

new Schema（{

device_id：String，

task：{type：Boolean，default：false}，

scheduletimestart：{type：String，default：Date.now}

}，

scheduletimefinish：{type：String，default：Date.now}

}

界面功能實現(xiàn)如圖3所示。

4 結語

結合用戶需求，本文分析了B/S和C/S的架構特點，提出基于B/S架構模式的Web應用程序。在無需安裝App、無需占用移動設備內(nèi)存的前提下，實現(xiàn)了智能家居管理系統(tǒng)設計。在軟件實現(xiàn)上，運用了Node.js平臺，結合MongoDB數(shù)據(jù)庫和Socket.IO通訊協(xié)議，搭建Express框架的服務器，并布置網(wǎng)站到云服務器上，使用戶在任何時間、地點都可以通過4G和WiFi等網(wǎng)絡控制與管理設備。經(jīng)測試，該系統(tǒng)中各個功能模塊均運行良好。因此，本文的設計具有良好的通用性和可擴展性，可以作為其它智能項目的基礎框架。

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