基于物聯(lián)網(wǎng)的智能云服務應用研究

吳新勝，李 震，何 鯤，夏 恒

1 引言

當前我國隨著不斷深化改革開放，科技事業(yè)迅速發(fā)展，人民生活水平不斷提高.計算機、網(wǎng)絡通訊、智能家用電器、智能系統(tǒng)設備、云計算、大數(shù)據(jù)等產品越來越普及，大到空調，冰箱，洗衣機，電視機，電風扇等，小到電飯煲，凈水器，空氣凈化器，清掃機器人，烤箱，微波爐，洗碗機[1]等.使用和管理這些電器設備已變得越來越麻煩，特別是不同的廠家遙控器不同，給人們的收藏和使用帶來許多煩惱，如何高效簡捷地使用它們，解決當前不同功能分散控制所帶來的麻煩，將它們整合組合成為一個有機的整體，對它們進行統(tǒng)一的管理和監(jiān)控，是人們一直期待和追求向往的家居生活，也是物聯(lián)網(wǎng)家居未來發(fā)展的需要.

2 物聯(lián)網(wǎng)家庭智能云服務應用工作原理

智能家居系統(tǒng)框圖如下圖1所示.用戶通過手機app或者智能語音系統(tǒng)發(fā)送回家指令、離家指令、睡眠指令或起床指令到云平臺，云平臺收到指令并將平臺內存儲好的相應指令數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡和路由傳送給主控芯片MT8516[2]，并且云平臺記錄使用者的個人用戶習慣，并儲存在使用者的個人賬戶信息內.主控芯片收到指令后通過WIFI、藍牙、紅外、ZigBee等方式傳送指令給智能攝像頭、智能電飯煲、智能熱水器、智能空調，智能窗簾，智能鎖，智能掃地機器人，聲光報警器，智能藍牙音箱以及其他前端應用從而進行智能化的操作指令控制.前端設備采集用戶信息及房間內的信息，傳輸給智能家居主機MT8516，主機將該信息通過路由和網(wǎng)絡自動轉移到大數(shù)據(jù)云平臺，云平臺集中存儲計算判斷，再做出合理反饋給用戶端，同時也發(fā)送指令到智能家居主機，進行智能反饋控制.鑒于此，提出設計具有手機遠程控制的云計算物聯(lián)網(wǎng)功能，而且還具有通過對家庭人員的生活習慣大數(shù)據(jù)自動研判而自動設定生活場景，讓生活更加的便捷化.比如說早晨，系統(tǒng)會依據(jù)大數(shù)據(jù)和家庭生活習慣、結合實際需要啟動智能起床模式，背景音樂溫馨提醒、將窗簾自動打開、早餐準備等.通過個人的生活習慣自動設定生活場景，讓生活更加的便捷化，為消費者提供方便.系統(tǒng)還提供了家庭安全保障功能，讓我們的家隨時在我們掌控之中.

圖1 系統(tǒng)原理圖

3 物聯(lián)網(wǎng)家庭智能云服務應用系統(tǒng)硬件

3.1 主控芯片

MT8516支持四核心64位ARM Cortex-A35，主頻達1.3GHz.MT8516內建WIFI 802.11 b/g/n和藍牙4.0.主控芯片MT8516通過WIFI、藍牙、紅外、ZigBee、總線與前端應用的各類智能電器和智能設備相連接實現(xiàn)智能家居，當用戶通過手機或者語音識別系統(tǒng)開啟睡眠模式時、主控機會自動開啟睡眠模式、接著是家庭燈光系統(tǒng)啟動緩降功能，將燈光降到適合睡眠的強度、智能窗簾會自動啟動關閉窗簾、大數(shù)據(jù)會自動采集用戶的信息及室內環(huán)境溫度選擇關閉還是開啟空調并適當調節(jié)溫度，背景音樂系統(tǒng)啟動開始播放輕音樂以是用戶有更好的更加舒適的睡眠體驗、安防系統(tǒng)會啟動智能無線ZigBee聲光報警器及智能報警器開始工作以保證用戶的睡眠安全.大數(shù)據(jù)會根據(jù)不同當用戶設置起床時間，主控芯片會在早晨預設時間前半`個小時啟動智能窗簾，通過自然光給用戶早晨起床帶來更好的體驗，達到預設的時間主控機會控制中央智能音樂背景機，開始播放輕音樂，并開始喚醒用戶起床.當用戶離家之后主控芯片會控制開啟離家模式，智能空調自動關閉、智能安防系統(tǒng)自動啟動智能攝像頭會通過主控機傳送實時畫面至用戶手機APP、智能無線ZigBee聲光報警器、若外界有暴力從外面打開窗戶系統(tǒng)會自動報警，然后發(fā)送指令到用戶手機.當用戶回家之前通過手機APP發(fā)送一條回家指令，主控系統(tǒng)會啟動智能電飯煲開始煮飯，智能空調也隨之啟動，讓用戶在回家之前感受到空調帶來的涼爽.

MT8516是專門為智能語音業(yè)開發(fā)的芯片，專門針對解碼，降噪，聲音處理和多通道協(xié)同優(yōu)化進行了優(yōu)化.對于需要大量音頻處理和聲音合成的工作環(huán)境，定制芯片整合了獨立的NEON處理單元，可加速音頻和語音處理，電話和語音合成等等.從而帶來更優(yōu)秀的語音識別及音頻處理效果.

圖2 MT8516工作流程圖

主控芯片連接 ZigBee、紅外、藍牙、Wi-Fi、語音識別串口調試、4G網(wǎng)關，以此發(fā)送回家指令、離家指令、睡眠指令或起床指令到云平臺，云平臺收到指令并將平臺內存儲好的相應指令數(shù)據(jù)傳送給主控芯片，主控芯片收到信息后通過WIFI、藍牙、紅外、ZigBee等方式傳送指令給智能攝像頭、智能電飯煲、智能空調，智能窗簾，智能鎖，智能掃地機器人，聲光報警器，智能藍牙音箱以及其他前端應用從而進行智能化的操作指令控制.

3.2 WIFI模塊

WIFI模塊選用KB3071，KB3071超低功耗嵌入式 WIFI模塊提供了一種將用戶的物理設備連接到WIFI無線網(wǎng)絡的方式，KB3071是一體化超低功耗的802.11 b/g/n WIFI的高性能解決方案[3]，傳統(tǒng)的低端串行設備或MCU控制設備可以輕松訪問WIFI無線網(wǎng)絡，以促進物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡的聯(lián)網(wǎng)，控制和管理.無線網(wǎng)關通過串口（USART）將WIFI模塊接收到的編碼數(shù)據(jù)傳輸?shù)絊TM32內部數(shù)據(jù)寄存器.并且通過DMA將及時接收編碼后的數(shù)據(jù)，然后通過射頻模塊發(fā)送出去.

3.3 ZigBee節(jié)點

傳感層由多個ZigBee節(jié)點和傳感器組成.協(xié)調器通過串口將接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送給通信網(wǎng)關，通信網(wǎng)關將數(shù)據(jù)發(fā)送給云平臺.ZigBee傳感器節(jié)點根據(jù)ZigBee網(wǎng)絡協(xié)議進行組網(wǎng)后，將傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送給協(xié)調器，并根據(jù)與云平臺的通信協(xié)議協(xié)調數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆破脚_.采用TCP通訊和云平臺交互數(shù)據(jù)，云平臺由Lua腳本解析通訊數(shù)據(jù)和下發(fā)命令，節(jié)點通過串口發(fā)送數(shù)據(jù)到通訊網(wǎng)關[4].

4 物聯(lián)網(wǎng)家庭控制系統(tǒng)軟件設計和功能

云服務平臺選用中國移動OneNET[5]，它是中移動向客戶開放的物聯(lián)網(wǎng)云平臺.客戶通過該平臺的接入?yún)f(xié)議將相關的前端設備與云平臺OneNET鏈接，設備與云平臺之間有關信息雙向共享.OneNET平臺提供各類協(xié)議兼容性強，為物聯(lián)網(wǎng)的開發(fā)和應用提供非常優(yōu)越的服務，是國內最為先進的系統(tǒng)平臺[6].其基本系統(tǒng)框架如圖3所示.

圖3 云平臺功能分層示意圖

設備與OneNET接入服務(183.230.40.40:1811)建立TCP連接，發(fā)送登錄報文，格式如下:

*PID#AuthCode#ParserName*

PID 產品ID,創(chuàng)建產品時OneNET生成的產品唯一性數(shù)字標識Auth Code 設備鑒權碼，在設備注冊時，用戶創(chuàng)建設備時指定的唯一字符串標識Parser Name 用戶自定義解析腳本的名稱,用戶上傳腳本時指定的唯字符串標識

PID產品ID，OneNET在創(chuàng)建產品時生成的唯一數(shù)字ID.驗證設備驗證碼的代碼，這是用戶在設備注冊時創(chuàng)建設備時指定的唯一字符串標識符.傳感器數(shù)據(jù)和命令格式是：傳感器上傳各組傳感器值，傳送字節(jié)的控制命令，并控制相關設備如圖4.

圖4 MT8516與云平臺軟件流程

智能家居軟件平臺采用的是主賬號登錄與子賬戶登錄模式，可大大提高家庭的安全性，軟件平臺搭建回家模式、可隨時添加的模式，如家庭模式，喚醒模式，睡眠模式，大數(shù)據(jù)判斷習慣模式等.同時搭建安防系統(tǒng)，也有獨創(chuàng)的APP家庭安全預警系統(tǒng)，讓整個家掌握在我們的手中.網(wǎng)絡傳輸層使用外部網(wǎng)絡通信網(wǎng)關.傳感器層設備域數(shù)據(jù)可以傳輸?shù)交ヂ?lián)網(wǎng)的任何指定服務平臺如圖5所示.

圖5 智能家居軟件流程

當用戶通過手機或者語音識別系統(tǒng)開啟睡眠模式時、主控機會自動開啟睡眠模式、接著是家庭燈光系統(tǒng)啟動緩降功能，將燈光降到適合睡眠的強度、智能窗簾會自動啟動關閉窗簾、空調會自動適應環(huán)境溫度選擇關閉還是開啟，背景音樂系統(tǒng)啟動開始播放輕音樂以是用戶有更好的更加舒適的睡眠體驗、安防系統(tǒng)會啟動智能無線ZigBee聲光報警器及智能報警器開始工作以保證用戶的睡眠安全.當用戶設置起床時間或者大數(shù)據(jù)判斷用戶起床時間后，主控芯片會在早晨預設時間或者判斷時間前半個小時啟動智能窗簾，通過自然光給用戶早晨起床帶來更好的體驗，達到預設的時間主控機會控制中央智能音樂背景機，開始播放輕音樂，并開始喚醒用戶起床.當用戶離家之后主控芯片會控制開啟離家模式，智能空調自動關閉、智能安防系統(tǒng)自動啟動智能攝像頭會通過主控機傳送實時畫面至用戶手機APP、智能無線ZigBee聲光報警器、若外界有暴力從外面打開窗戶系統(tǒng)會自動報警，然后發(fā)送指令到用戶手機.當用戶回家之前通過手機APP發(fā)送一條回家指令，主控系統(tǒng)會啟動智能電飯煲開始煮飯，智能空調也隨之啟動，讓用戶在回家之前感受到空調帶來的涼爽，大數(shù)據(jù)會判斷不同用戶的生活習慣來提前打開熱水器.

5 結語

家居生活走向智能化已成必然趨勢.應用云平臺智能家居作為藍海項目，前景無法估量.在探索智能云平臺家電市場的過程中，智能家居帶來新業(yè)務，重新定義了客戶體驗并刺激拓展了市場需求，其廣闊的市場價值將使其能廣泛與智慧社區(qū)、智慧城市、智慧地球村相結合，并極大改變我們現(xiàn)有的生活方式.希望我們的作品能給人們的生活帶來便利和舒適.