基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

唐磊

摘要：隨著時代和信息技術的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)和發(fā)展為實現(xiàn)智能家居帶來了很大的幫助，智能家居也逐漸在家庭生活中越來越普及成為不可或缺的部分。鑒于傳統(tǒng)網(wǎng)絡布線的復雜和不美觀，本文提出利用無線網(wǎng)路來實現(xiàn)網(wǎng)絡布線的麻煩，通過ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡并由特定的主控芯片利用Socket通信技術以及Android技術開發(fā)了該智能家居系統(tǒng)。

關鍵詞：智能家居;Zigbee; Socket通信;傳感器

中圖分類號：TP311? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）19-0222-03

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

1智能家居概述

智能家居的概念出現(xiàn)于20世紀80年代，智能家居其實就是指家里的家居、家用電器和各種安防設備通過智能系統(tǒng)進行監(jiān)控和管制，進而使用戶更加方便安全的家庭環(huán)境。物聯(lián)網(wǎng)的概念現(xiàn)對于智能家居出現(xiàn)得晚一些，我國于2009年之后才大力發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)顧名思義就是把現(xiàn)實中的物與物連接到網(wǎng)絡中，通過局域網(wǎng)傳感網(wǎng)絡與互聯(lián)網(wǎng)的相結合，實現(xiàn)對被感知物體的監(jiān)測和控制。物聯(lián)網(wǎng)為智能家居的發(fā)展帶來了更好的解決方案。

2 智能家居樣板間組成

2.1 樣板間的通信過程

（1）監(jiān)測：傳感器收到監(jiān)測數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)通過ZigBee協(xié)議的傳輸方式傳輸?shù)街悄芫W(wǎng)關中的協(xié)調器中，然后通過智能網(wǎng)關把數(shù)據(jù)轉發(fā)給服務器。服務器收到數(shù)據(jù)后進行計算和解析，最后將數(shù)據(jù)給到手機客戶端。

（2）控制：用戶通過客戶端來發(fā)出控制指令，服務器接收到控制指令后會將其發(fā)給智能網(wǎng)關，然后智能網(wǎng)關對控制命令進行識別，若匹配，進而發(fā)至網(wǎng)關中的協(xié)調器，協(xié)調器下發(fā)給執(zhí)行器節(jié)點，最后執(zhí)行器執(zhí)行相應的動作。

2.2 樣板間的單品類型

樣板間的設備單品有三個監(jiān)測器和五個探測器。監(jiān)測器有：溫度、光照、濕度。探測器有：人體感應、CO2、燃氣、煙霧、PM2.5。

其中報警器、排風扇和射燈用的是電壓型繼電器，窗簾模塊用的是節(jié)點型繼電器。整個樣板間包含八個部分分別是：總電源控制箱、門禁系統(tǒng)、燈光控制系統(tǒng)、排風扇系統(tǒng)、報警器系統(tǒng)、電動窗簾系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、紅外遙控轉發(fā)系統(tǒng)。

下面所示各種設備的電路圖以及連接方式：

2.3 搭建服務器

第一：JDK的安裝：通過“手動搭建”文件夾，雙擊JDK安裝包（jdk-8u77-windows-i586），進入安裝向導，選擇JDK的安裝路徑，點擊“下一步”，緊接著選擇Java虛擬機JRE 的安裝路徑，并點擊“下一步”。JRE是運行Java 程序必需的環(huán)境，包含JVM 及Java核心類庫，然后點擊“關閉”，完成JDK的安裝。

第二：JAVA的環(huán)境變量配置：進入JDK的 bin目錄，（根據(jù)自己安裝的路徑）復制 jdk目錄的路徑：C：＼Program Files＼Java＼jdk1.7.0_67，返回桌面右鍵點擊“我的電腦”選擇“屬性，點擊“高級系統(tǒng)設置”，點擊“環(huán)境變量”，在系統(tǒng)變量中點擊“新建”、在變量名中輸入JAVA_HOME、在變量值輸入剛剛復制的JDK的目錄地址? C：＼Program Files＼Java＼jdk1.7.0_67，還需要在系統(tǒng)變量中新建一個CLASSPATH的變量（注意變量值前面有個小點）變量名：CLASSPATH

變量值：.;%JAVA_HOME%＼lib;%JAVA_HOME%＼lib＼tools.jar，然后再系統(tǒng)變量中找到Path點擊編輯，（win10系統(tǒng)請在點擊編輯文本），找到系統(tǒng)變量中名為 Path的環(huán)境變量，選中，并按“編輯”按鈕，把鼠標移動到最后，如果最后面有個分號，就不用加了，如果最后面沒有分號，請加上一個分號（注意不要打成中文的分號），寫入：%JAVA_HOME%＼bin;%JAVA_HOME%＼jre＼bin，把所有的環(huán)境變量配置完成后、點擊“確定”完成配置。然后檢查Java環(huán)境變量是否成功安裝： 首先打開Windows鍵+ R，輸入 cmd運行Dos窗口，然后在窗口中輸入命令：java? -version（注意，這里是用的 java命令，這是 Java的一個編譯命令，-version表示查看版本信息） ，如果顯示出Java的版本則JDK 安裝成功，再查看java編譯器是否配置完成輸入javac，如果出現(xiàn)如圖內容，證明安裝配置成功。

第三：Xampp安裝及配置

將xampp.zip解壓至 C盤根目錄下（數(shù)據(jù)庫和web服務器等都已經配置安裝好了，可以直接使用），進入C：＼xampp文件夾，右擊xampp-control.exe，以管理員身份運行，依次點擊三個 start即可，如果出現(xiàn)錯誤，是計算機的端口被占用。端口查看工具可也看到443已經被程序占用，我們把程序關掉重新啟動即可解決。如果上面的兩個服務順利啟動完成，那么再點擊tomcat服務，（如果點擊tomcat服務出錯，第一：你的JDK環(huán)境變量沒配置好，參考上面的說明，如果JDK環(huán)境沒配置好，后面的就不用做了，所以一定請檢查。如果第一步錯誤解決了，第二步，進入你的C：＼xampp文件夾下面，找到3個文件，[catalina_service，catalina_start，catalina_stop]，這三個文件，右鍵點擊編輯，按ctrl鍵+F鍵，打開查找框，輸入ENDERROR，點擊查找下一個，然后把找到的goto ENDERROR改成goto RUNJDK，注意：不要改前面有：的。一定要匹配goto ENDERROR這種形式，然后再改成goto RUNJDK，意思就是換個大寫的單詞而已）。

第四：My Sql數(shù)據(jù)庫配置

第五：服務器軟件SmartHomeServer安裝，開始安裝SmartHomeServer 雙擊SmartHomeServerSetup，運行SmartHomeServer? ? ?在C：＼Program Files （x86）＼SmartHomeServer 目錄下可以看到如下幾個文件，里面的字符串就是設備 ID需在企想設備激活系統(tǒng)網(wǎng)頁輸入設備ID獲得激活碼！ 如何獲得激活碼詳情請見（智能家居設備激活系統(tǒng)說明文檔） 將獲取到的激活碼覆蓋到DeviceKye.text并保存再次運行 StartServer.dat，你會發(fā)現(xiàn)多了Log_這樣一個文件并且在任務管理器里面找到javaw.exe這個進程表示程序運行正常。

（4）接下來，打開“服務”，找到剛才添加的smarthome 服務，注意，在我們這里我們是需要看到控制臺打印出來的東西的，這里的復選框我們需要選中。

（5）點擊確定后，啟動服務即可。

第七：配置Tomcat

在（sd卡制作）目錄里打開SD-Flasher.exe燒寫軟件，請注意，你需要通過管理員身份來打開該軟件才行。

SD-Flasher.exe會分割并預留130M空間用于燒寫Superboot，當你的? SD不再用于開發(fā)板時，你可能想恢復SD卡為原始狀態(tài)，可參考上面的方法再次啟動? SD-Flasher.exe，通過界面上的“ReFormat！”功能恢復SD卡為原始狀態(tài)。要恢復時，先點“Scan”掃描一下 SD? 卡，再擊“ReFormat！”按鈕，會跳出一個提示框，如圖，提示你 SD? 卡中的所有數(shù)據(jù)將會丟失，點“Yes”，開始恢復，這需要稍等一會，恢復完成后，再點一次“Scan”，這時SD卡的狀態(tài)為不可燒寫，即恢復到原始的狀態(tài)了。

第九：鏡像移植，將制作好的鏡像放到images->linux文件夾下，對比配置文件中的鏡像名是否一致。

第十：路由器配置，設備連線主要是網(wǎng)關、服務器、路由器之間的連線，將電源線和網(wǎng)線連接好，然后將網(wǎng)關的網(wǎng)線插到路由器（網(wǎng)線都插到LAN口），路由器再出來一根線到電腦，如果沒出現(xiàn)網(wǎng)關，裝ZTEK驅動（ZTEK-USB2.0）：計算機-管理-設備管理器（出現(xiàn)其他設備：出現(xiàn)感嘆號的地方?。?右鍵第一個導入ZTK（注意兩次安裝驅動 分別為FT232R 和USB開頭的兩次）。

第十一：給電腦配置IP地址，打開電腦右下角的“網(wǎng)絡和共享中心”-“本地連接”-“Internet協(xié)議版本4”，設置為“使用下面的IP地址：”

IP地址：10.1.3.2（將電腦的ip改為固定的ip10.1.3.2）

子網(wǎng)掩碼：255.255.0.0

默認網(wǎng)關：10.1.3.1

“確定”退出之后，點擊“詳細信息”看下是否配置成功，如果配置不成功，再重新操作一遍。如果配置成功，把IPV4的協(xié)議改為“自動獲得IP地址”和“自動獲得DNS服務器地址”（如果你的路由器IP的是自動獲取，那么電腦這里就是自動獲取，保持一致。推薦手動）

第十二：網(wǎng)關IP和mac地址配置

將網(wǎng)關用串口線與電腦相連，用配置工具配置網(wǎng)關。（如果節(jié)點板配置工具打不開，如果是第一次需要安裝.NETFramework的驅動軟件，位置在E：＼新建文件夾 （2）＼新智能家居培訓資料匯總＼1樣板間安裝與節(jié)點板配置＼接線圖＼使用材料＼運行環(huán)境DotNETFramework＼dotNetFx40_Full_x86_x64），重新運行節(jié)點板配置工具即可

4 結束語

物聯(lián)網(wǎng)將無線傳感器和互聯(lián)網(wǎng)連接在一起，來實現(xiàn)對被感知物體的監(jiān)測和控制，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展為智能家居提高了很好的解決方案，本文通過傳感器技術、無線通信技術、嵌入式技術和網(wǎng)絡通信技術來實現(xiàn)智能家居系統(tǒng)，進而實現(xiàn)家居生活的智能化。

參考文獻：

[1] 段恒利.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[D].成都：西南交通大學，2014.

[2] Ren Y，Wu K.A Zigbee network model used to large-scale networking[J].International Journal of Multimedia and Ubiquitous Engineering，2014，vol.9，no.4，pp.265-272.

[3] 林凡東，徐星.蒙智能家居控制技[M].北京：機械工業(yè)出版社，2017.

[4] 廖建尚.基于ZigBeeSimplici TI低功率藍牙Wi-Fi技術[M].北京：電子工業(yè)出版社，2018.

【通聯(lián)編輯：聞翔軍】