基于開(kāi)源硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)的智能家居系統(tǒng)研究

朱書儀 劉慶全

摘要：智能家居產(chǎn)品已經(jīng)快速融入到我們生活中。智能家居綜合利用先進(jìn)的各項(xiàng)混合智能技術(shù)，將與家居生活領(lǐng)域相關(guān)的家庭電器設(shè)備有機(jī)結(jié)合，將每一個(gè)電氣設(shè)備當(dāng)做一個(gè)子系統(tǒng)。該文選取開(kāi)源硬件平臺(tái)進(jìn)行智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)，通過(guò)遠(yuǎn)距離通信與近距離通信相結(jié)合，有線通信與無(wú)線通信相結(jié)合，使得手機(jī)隨時(shí)隨地能夠控制家電。該套智能家居控制管理系統(tǒng)，具有價(jià)格便宜、性能優(yōu)越等特點(diǎn)，具有非常大的市場(chǎng)規(guī)模與潛力。

關(guān)鍵詞： 智能家居；開(kāi)源硬件平臺(tái)；計(jì)算機(jī)技術(shù)；家居電器

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）09-0303-02

1引言

智能家居產(chǎn)品已經(jīng)快速融入到我們生活中，比如早上可以被舒緩的音樂(lè)叫醒起床，比如可以隨心控制的智能燈光，中央控制，人到燈亮，人走燈滅的系統(tǒng)，智能門鎖、可視對(duì)講等，這些都在我們的生活發(fā)揮著重要的作用（如圖1所示）。智能家居通常可以設(shè)定為一個(gè)綜合性的管理系統(tǒng)（如圖2所示），具有智能化、信息化、節(jié)能化以及人性化等特點(diǎn)。

當(dāng)下比較有名的智能家居系統(tǒng)有小米推出的米家系統(tǒng)（以小米制造的智能硬件與手機(jī)APP為中心），蘋果公司的HOMEKIT（授權(quán)第三方廠家生產(chǎn)兼容的智能硬件）等等。小米，蘋果等大型公司有著強(qiáng)大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，并且推出的智能家居產(chǎn)品已經(jīng)初步形成了一定的市場(chǎng)規(guī)模。近年來(lái)，網(wǎng)絡(luò)開(kāi)源硬件領(lǐng)域也出現(xiàn)了大量針對(duì)控制家電的開(kāi)源程序，利用自帶的類庫(kù)就可以開(kāi)發(fā)出一個(gè)簡(jiǎn)單的手機(jī)控制LED燈或是實(shí)現(xiàn)手機(jī)遙控空調(diào)；在智能家居社區(qū)論壇上有很多智能家居參考案例。但是其所采取的實(shí)現(xiàn)手段千差萬(wàn)別，又比較零散。僅僅就通信方式來(lái)說(shuō)，就有藍(lán)牙通信、WiFi通信、zigbee通信、串口通信等等。本文選取網(wǎng)絡(luò)硬件開(kāi)源平臺(tái)，進(jìn)而降低程序編寫的難度，快速實(shí)現(xiàn)了智能化的智能家居系統(tǒng)。

本文將專注于構(gòu)建一個(gè)家電控制平臺(tái)，采用開(kāi)源的硬件平臺(tái)通過(guò)手機(jī)APP實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)燈光，溫度，濕度等參數(shù)的控制。智能家居目前是一個(gè)具有發(fā)展?jié)摿Φ男律a(chǎn)業(yè)，今后隨著智能家居產(chǎn)品的推廣普及的進(jìn)一步落實(shí)，消費(fèi)需求愈發(fā)多樣化，智能化。因此，智能家居市場(chǎng)的消費(fèi)潛力必然是巨大的，產(chǎn)業(yè)前景光明。

2 基于硬件開(kāi)源平臺(tái)的智能家居控制系統(tǒng)

智能家居系統(tǒng)綜合各項(xiàng)常規(guī)技術(shù)（比如智能控制技術(shù)、線性系統(tǒng)技術(shù)、布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、音頻智能技術(shù)等）實(shí)施有機(jī)集成，不斷提高智能家居系統(tǒng)的簡(jiǎn)潔方便。本文設(shè)計(jì)的基于硬件開(kāi)源平臺(tái)的智能家居控制系統(tǒng)主要技術(shù)方案是首先完成網(wǎng)絡(luò)開(kāi)源硬件平臺(tái)搭建，同時(shí)編寫開(kāi)源控制程序與手機(jī)端的操控軟件。該系統(tǒng)的硬件構(gòu)成為：控制主板，傳感器模塊，家用電器，繼電器/無(wú)線開(kāi)關(guān)/智能插座模塊（用于控制非紅外遙控家電），紅外信號(hào)發(fā)射模塊（用于控制紅外遙控家電），藍(lán)牙模塊（用于構(gòu)建藍(lán)牙內(nèi)網(wǎng)），傳感器模塊（收集室內(nèi)信息），WiFi模塊（連接外網(wǎng)）。硬件整體框架如圖3所示，整個(gè)產(chǎn)品的工作原理是：傳感器收集室內(nèi)信息傳給主板，通過(guò)外網(wǎng)與手機(jī)交互，返回指令信息，通過(guò)藍(lán)牙內(nèi)網(wǎng)傳遞信息給紅外信息發(fā)射模塊和繼電器/無(wú)線開(kāi)關(guān)/智能插座模塊，從而控制家電。藍(lán)牙內(nèi)網(wǎng)由主板（上位機(jī)）、下位機(jī)、HC-05藍(lán)牙模塊組成。開(kāi)源硬件平臺(tái)與藍(lán)牙模塊通過(guò)串口連接，藍(lán)牙模塊間進(jìn)行無(wú)線通訊。軟件功能設(shè)計(jì)框架見(jiàn)圖4。程序發(fā)出的箭頭指向其要實(shí)現(xiàn)的功能。針對(duì)不同的功能，合理運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)上的開(kāi)源類庫(kù)，開(kāi)發(fā)手機(jī)端時(shí)將仔細(xì)研討人性化操作界面設(shè)計(jì)方案，盡可能讓軟件容易上手，較好的控制了軟硬件成本，易實(shí)現(xiàn)價(jià)格低廉、性能較為優(yōu)越的智能家居系統(tǒng)。

本文設(shè)計(jì)的基于開(kāi)源硬件平臺(tái)的智能家居系統(tǒng)具有較多優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)，具體如下：1）利用網(wǎng)絡(luò)開(kāi)源硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，成本更低，研發(fā)周期更短，程序修改調(diào)試更容易，新功能開(kāi)發(fā)也比較便利，后期軟件維護(hù)難度較低。舉個(gè)例子，如果產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)硬件開(kāi)源板出了故障，用戶甚至不需要電子技術(shù)基礎(chǔ)，按提示購(gòu)入一塊新板并按指示燒寫程序到板上即可。2）遠(yuǎn)距離通信與近距離通信相結(jié)合，有線通信與無(wú)線通信相結(jié)合，可以靈活調(diào)整下位機(jī)，上位機(jī)數(shù)量，改進(jìn)室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。避免單一通信方式帶來(lái)的安全性問(wèn)題。3）不需要購(gòu)買昂貴的配套的智能家電，適應(yīng)性較強(qiáng)，大大降低了消費(fèi)者的支出，尤其是住宅里電器較多的情況。不僅可以在手機(jī)端控制，也可以通過(guò)電腦訪問(wèn)網(wǎng)站控制，比起米家系統(tǒng)還有HOMEKIT系統(tǒng)更加靈活方便。

3結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一套基于開(kāi)源硬件平臺(tái)的智能家居系統(tǒng)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)化綜合智能控制和管理，實(shí)現(xiàn)全新家居生活體驗(yàn)。根據(jù)國(guó)務(wù)院發(fā)布的新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃，到2020年底，中國(guó)在人工智能（AI，Artificial Intelligence）相關(guān)核心領(lǐng)域的主要產(chǎn)業(yè)值達(dá)到1萬(wàn)億元，帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)規(guī)模超過(guò)10萬(wàn)億元。在這其中，家居作為與大眾日常生活聯(lián)系最緊密的產(chǎn)業(yè)之一，無(wú)疑是人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)重點(diǎn)。智能家居產(chǎn)品現(xiàn)在已經(jīng)成為了家居行業(yè)的發(fā)展的重要趨勢(shì)，智能家居產(chǎn)品技術(shù)的水平的不斷提高，以及安裝工藝的不斷累積，可以讓更多的用戶看到智能產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)性能。

參考文獻(xiàn)：

[1] 邵鵬飛， 王喆， 張寶儒. 面向移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)研究[J]. 計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2012，20（02）：474-476.

[2] 李群亮. 物聯(lián)網(wǎng)在智能家居中的應(yīng)用[J] . 商品與質(zhì)量，2015（49）：31-32.

[4] 王誠(chéng)華 . 情感化設(shè)計(jì)下的交互產(chǎn)品設(shè)計(jì)程序方法探究[J]. 設(shè)計(jì)，2015（11）：72-73.

[5] 孔超，許曉云 . 智能家用電器中的情感化設(shè)計(jì)策略探究[J]. 設(shè)計(jì)，2014（9）：25-26.

[6] 朱雅琴. 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能家居中的應(yīng)用[J] . 電腦知識(shí)與技術(shù)，2017，13（19）：152-153.

[7] 賈艷星. 探究“SANSAN上上”家居產(chǎn)品中的情感化設(shè)計(jì)[J]. 設(shè)計(jì)，2016（13）：108-109.

[8] 李宇， 王衛(wèi)星， 陳潤(rùn)澤. 基于ZigBee的物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)[J].電子測(cè)試，2016（05）：71-75.