房彪 蔣強 謝桂 馬金

【摘要】隨著物聯(lián)網(wǎng)技術高速發(fā)展，而智能家居系統(tǒng)則是物聯(lián)網(wǎng)技術一個重要應用領域之一。但現(xiàn)有的智能家居通信接口較為單一[1]，限制了終端功能的擴展和系統(tǒng)的部署能力。在現(xiàn)有的智能家居通信基礎上提出了一種多種通信接口統(tǒng)一體的解決方案，該系統(tǒng)的通信接口容納包括RS232、USB、TCP/IP、GSM和WIFI。且該解決方案成功部署在LV-Home智能家居系統(tǒng)中，實現(xiàn)了PC、win8平板、智能手機和數(shù)據(jù)采集儀器在局域網(wǎng)的協(xié)同工作。為今后智能家居通信系統(tǒng)發(fā)展創(chuàng)造了條件。

【關鍵詞】智能家居;通信系統(tǒng);LabVIEW

1.方案簡述

本系統(tǒng)具備與多種類型終端通信功能，按照通信終端類型可分為RS232串口設備、USB采集卡終端、PC終端、手機或平板終端。欲實現(xiàn)不同設備正常通信，必須使用不同的通信技術及其協(xié)議。與串口設備通信時采用基于RS232串口的Modbus協(xié)議[6]，通信數(shù)據(jù)格式遵循Modbus規(guī)范;與6009數(shù)據(jù)采集卡和USB攝像頭通信時，使用USB通信協(xié)議;與GSM模塊通信時采用基于RS232串口[7]的AT通信協(xié)議[2][3]，即數(shù)據(jù)格式遵循AT指令規(guī)范;與PC客戶端通信時采用基于以太網(wǎng)的NI Data socket通信協(xié)議，遵循DSTP通信規(guī)范;與手機或平板客戶端通信時采用基于WIFI協(xié)議的Web service通信協(xié)議，遵循web Service相關規(guī)范。

2.基于Modbus協(xié)議的設計

2.1 Modbus協(xié)議簡介

Modbus協(xié)議是應用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡（例如以太網(wǎng)）和其它設備之間可以通信。它已經(jīng)成為一通用工業(yè)標準。有了它，不同廠商生產的控制設備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡，進行集中監(jiān)控。此協(xié)議定義了一個控制器能認識使用的消息結構，而不管它們是經(jīng)過何種網(wǎng)絡進行通信的。它描述了一控制器請求訪問其它設備的過程，如何回應來自其它設備的請求，以及怎樣偵測錯誤并記錄。它制定了消息域格局和內容的公共格式。

當在Modbus網(wǎng)絡上通信時，此協(xié)議決定了每個控制器須要知道它們的設備地址，識別按地址發(fā)來的消息，決定要產生何種行動。如果需要回應，控制器將生成反饋信息并用Modbus協(xié)議發(fā)出。在其它網(wǎng)絡上，包含了Modbus協(xié)議的消息轉換為在此網(wǎng)絡上使用的幀或包結構。這種轉換也擴展了根據(jù)具體的網(wǎng)絡解決節(jié)地址、路由路徑及錯誤檢測的方法。

此協(xié)議支持傳統(tǒng)的RS-232、RS-422、RS-485和以太網(wǎng)設備。

2.2 Modbus特點

（1）標準、開放，用戶可以免費、放心地使用Modbus協(xié)議，不需要交納許可證費，也不會侵犯知識產權。目前，支持Modbus的廠家超過400家，支持Modbus的產品超過600種。

（2）Modbus可以支持多種電氣接口，如RS-232、RS-485等，還可以在各種介質上傳送，如雙絞線、光纖、無線等。

（3）Modbus的幀格式簡單、緊湊，通俗易懂。用戶使用容易，廠商開發(fā)簡單。

本章將在該協(xié)議的基礎之上完成通信格式的設計。將在RS-232串口實現(xiàn)通信。

2.3 Modbus通信消息幀

表1 Modbus通信消息幀

地址碼 功能碼 數(shù)據(jù)區(qū) CRC校驗碼

1字節(jié) 4字節(jié) 1-252字節(jié) 2字節(jié)

數(shù)據(jù)區(qū)：從機發(fā)給主機的數(shù)據(jù)需將各種類型數(shù)據(jù)轉換為ASCII碼，包含如表3所示數(shù)據(jù)。

CRC校驗碼：用于校驗數(shù)據(jù)傳輸過程中是否收到干擾。取數(shù)據(jù)區(qū)最前兩個字節(jié)，結果計算后將結果與收到的數(shù)據(jù)區(qū)前兩個字節(jié)進行對比，若相同，則表示數(shù)據(jù)傳輸過程中沒有收到干擾。校驗算法請參加參考文獻《CRC校驗碼在單片機中的程序實現(xiàn)及其冗余碼表的求取[4] 》。

3.基于Datasocket 技術通信設計

3.1 Datasocket 技術簡介

Datasocket[5]技術是由NI公司開發(fā)，主要面向測控計算機網(wǎng)絡間通信領域，用于共享和發(fā)布實時數(shù)據(jù)，是一種易用的高性能數(shù)據(jù)交換編程接口。它能有效地支持本地計算機上不同應用程序對特定數(shù)據(jù)地同時應用，以及網(wǎng)絡上不同計算機地多個應用程序之間的數(shù)據(jù)交互，實現(xiàn)跨機器、跨語言、跨進程的實時數(shù)據(jù)共享。用戶只需要知道數(shù)據(jù)源和數(shù)據(jù)宿及需要交換的數(shù)據(jù)就可以直接進行高層應用程序的開發(fā)，實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸，而不必關心底層的實現(xiàn)細節(jié)，從而簡化通信程序的編寫過程，提高編程效率。

在本系統(tǒng)中，主要利用它在以太網(wǎng)上實現(xiàn)遠程控制功能。用戶可以通過遠程計算機客戶端對家居的實時控制。采用一對多通信架構，在軟件實現(xiàn)上需要編寫一個受于服務器運行的服務器軟件和受于PC客戶端運行的客戶端軟件。

3.2 服務器與PC客戶端通信消息幀（如表4、5所示）

4.基于Web Service通信設計

4.1 Web Service 簡介

Web Service技術，能使得運行在不同機器上的不同應用無須借助附加的、專門的第三方軟件或硬件，就可相互交換數(shù)據(jù)或集成。依據(jù)Web Service規(guī)范實施的應用之間， 無論它們所使用的語言、平臺或內部協(xié)議是什么， 都可以相互交換數(shù)據(jù)。Web Service是自描述、 自包含的可用網(wǎng)絡模塊，可以執(zhí)行具體的業(yè)務功能。Web Service也很容易部署， 因為它們基于一些常規(guī)的產業(yè)標準以及已有的一些技術，諸如標準通用標記語言下的子集XML、HTTP。Web Service減少了應用接口的花費。Web Service為整個企業(yè)甚至多個組織之間的業(yè)務流程的集成提供了一個通用機制。

在本系統(tǒng)內中主要利用它來實現(xiàn)手機客戶端與服務器的通信，主要基于wifi網(wǎng)絡。用戶可通過手機實時查看家里檢測到的各種數(shù)據(jù)，并且可以通過面板遠程控制家里的電器。其原理就是在PC服務器端發(fā)布基于Web Service 的標準XML數(shù)據(jù)，然后通過編寫的手機App 訂閱該服務，可支持安卓、IOS和WP平臺。

4.2 服務器與手機客戶端通信消息幀（如表6、7所示）

4.3 MOBUS、Datasocket和Web服務通信流程

圖1 通信流程

圖2 PC客戶端基于以太網(wǎng)的通信效果圖

如圖1、2所示，在本系統(tǒng)中，MODBUS、Datasocket和Web Services通信流程都一樣，盡是所占資源不一樣而已。具體請見參考相關文獻。

參考文獻

[1]楊利平.基于網(wǎng)絡技術的遠程智能家居系統(tǒng)[J].儀器儀表學報，2009，25（4）：309-311.

[2]劉松，趙忠，孫學磊.基于GSM 的遠程家庭智能監(jiān)控系統(tǒng)設計[J].電子測量技術，2009，32（1）：89-91.

[3]張俊. SMS 短消息傳輸?shù)倪h端控制技術及其實現(xiàn)[J].儀器儀表學報，2003，24（4）：610-611.

[4]唐鵬程，鄒久明.CRC 校驗碼在單片機中的程序實現(xiàn)及其冗余碼表的求取[J].工業(yè)自動化與裝置報，2004（3）：56-57.

[5]阮奇珍.我和LabVIEW：一個NI工程師十年編程經(jīng)驗[M].北京航空航天大學出版社，2009：210-230.

[6]施耐德電氣有限公司.MODBUS通信協(xié)議技術規(guī)范.2000.

[7]EIA.RS232技術規(guī)范.1962.

基金項目：2013-2014年大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目（編號：201310649005）;樂山市科研啟動項目（編號：LS-ZX005）。