薛亮　張繼飛　馮鵬飛

摘 要：基于iOS平臺(tái)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)技術(shù)，在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)一種智能家居報(bào)警系統(tǒng)，用以解決智能家居中的安防問(wèn)題。在該安防系統(tǒng)中，信息采集端由ZigBee無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)（監(jiān)控節(jié)點(diǎn)）以自組織方式構(gòu)成，可采集監(jiān)控區(qū)域的實(shí)時(shí)信息并將報(bào)警信息傳遞給服務(wù)器?；趇OS技術(shù)開(kāi)發(fā)的移動(dòng)客戶(hù)端可幫助用戶(hù)采取相應(yīng)的報(bào)警處理和操作措施。

關(guān)鍵詞：智能家居；iOS；消息推送；Xcode

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 引 言

近年來(lái)，安防監(jiān)控技術(shù)己經(jīng)由原來(lái)的單一控制發(fā)展為現(xiàn)在多種控制方式相結(jié)合的形式。在安防監(jiān)控技術(shù)不斷發(fā)展的影響下，監(jiān)控系統(tǒng)也由原來(lái)的模擬系統(tǒng)逐漸發(fā)展成為集網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、智能化于一體的多信息平臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)。隨著移動(dòng)智能終端應(yīng)用的日漸普及，通過(guò)移動(dòng)終端獲取家居環(huán)境的實(shí)時(shí)信息已成為智能家居安防應(yīng)用領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)熱點(diǎn)[1]。iOS（蘋(píng)果公司移動(dòng)操作系統(tǒng)）設(shè)備在中國(guó)移動(dòng)智能終端市場(chǎng)的占有率逐年上升。因此，在基于iOS的平臺(tái)上有針對(duì)性地開(kāi)發(fā)一種智能家居報(bào)警系統(tǒng)，將方便更多用戶(hù)“隨時(shí)隨地”防范和保護(hù)家居環(huán)境[2]。

2 總體方案設(shè)計(jì)

總體設(shè)計(jì)方案如圖1所示，該報(bào)警系統(tǒng)主要包括ZigBee數(shù)據(jù)采集端、報(bào)警管理服務(wù)器端、iOS移動(dòng)客戶(hù)端三個(gè)子系統(tǒng)[3]。數(shù)據(jù)采集端通過(guò)串口與報(bào)警管理服務(wù)器端相連接，負(fù)責(zé)采集家居環(huán)境中的監(jiān)控信息，并根據(jù)硬件智能控制機(jī)制采取相應(yīng)報(bào)警操作。iOS移動(dòng)客戶(hù)端負(fù)責(zé)報(bào)警信息的推送以及報(bào)警操作的控制，通過(guò)WLAN/GPRS網(wǎng)絡(luò)與報(bào)警管理服務(wù)器端相連接。報(bào)警管理服務(wù)器端負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)和處理信息采集端發(fā)送的報(bào)警信息，以及響應(yīng)移動(dòng)客戶(hù)端的操作信息。數(shù)據(jù)采集端和報(bào)警管理服務(wù)器端僅做簡(jiǎn)要介紹，本文將詳細(xì)介紹基于iOS的移動(dòng)客戶(hù)端開(kāi)發(fā)。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 ZigBee數(shù)據(jù)采集端設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用ZigBee無(wú)線(xiàn)節(jié)點(diǎn)采集并發(fā)出報(bào)警信息，利用人體熱釋電紅外傳感器（HCSR501人體感應(yīng)模塊）實(shí)時(shí)感應(yīng)人體入侵信息，利用門(mén)磁開(kāi)關(guān)模塊（KTMC8）感應(yīng)門(mén)或窗的被動(dòng)開(kāi)啟操作。該數(shù)據(jù)采集方案利用了ZigBee自組網(wǎng)無(wú)固定基礎(chǔ)設(shè)施的優(yōu)勢(shì)以及多源傳感器信息融合的特點(diǎn)，能夠保證家庭環(huán)境信息感知的實(shí)時(shí)性與準(zhǔn)確性。

3.2 報(bào)警管理服務(wù)器端設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

報(bào)警管理服務(wù)器采用的是Tomcat 8.0 服務(wù)器。Tomcat 8.0服務(wù)器是一種免費(fèi)的開(kāi)放源代碼的Web應(yīng)用服務(wù)器，運(yùn)行時(shí)占用的系統(tǒng)資源小，擴(kuò)展性好，適用于小型應(yīng)用服務(wù)端。

3.3 iOS移動(dòng)客戶(hù)端軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

移動(dòng)客戶(hù)端是基于iOS移動(dòng)終端進(jìn)行開(kāi)發(fā)的，報(bào)警信息的發(fā)布可通過(guò)文字和圖像等信息承載手段來(lái)實(shí)現(xiàn)?？紤]到其他不利因素，如終端設(shè)備不穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)速度和信息處理的載荷變化等，本文中基于iOS平臺(tái)的智能家居報(bào)警系統(tǒng)采用文本信息推送的形式發(fā)布報(bào)警信息。終端收到推送消息后，提醒用戶(hù)可在終端采取相應(yīng)的報(bào)警操作，如開(kāi)燈、拍照、撥打電話(huà)等。

3.3.1 開(kāi)發(fā)平臺(tái)

iOS是由蘋(píng)果公司開(kāi)發(fā)的移動(dòng)操作系統(tǒng)，主要應(yīng)用對(duì)象為蘋(píng)果公司出品的相關(guān)移動(dòng)設(shè)備。該操作系統(tǒng)具有簡(jiǎn)單易用的界面、強(qiáng)大的功能以及超強(qiáng)的穩(wěn)定性，據(jù)Kantar Worldpanel ComTech發(fā)布的全球智能手機(jī)季度銷(xiāo)售報(bào)告顯示，在2015年第二季度國(guó)內(nèi)的移動(dòng)終端設(shè)備領(lǐng)域，iOS設(shè)備占據(jù)了24.4%的份額[4]，創(chuàng)歷史新高，越來(lái)越多的移動(dòng)端用戶(hù)選擇使用iOS設(shè)備。與Android平臺(tái)相比，應(yīng)用iOS系統(tǒng)的移動(dòng)終端設(shè)備以視圖優(yōu)先為原則，使用較少的框架，保證了開(kāi)發(fā)者對(duì)硬件最有效的使用。同時(shí)，iOS系統(tǒng)具有較高的安全性[4][5]，所以這類(lèi)設(shè)備的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在良好的用戶(hù)體驗(yàn)和較為安全的使用環(huán)境。

iOS移動(dòng)客戶(hù)端的開(kāi)發(fā)使用的是蘋(píng)果公司提供的非開(kāi)源集成開(kāi)發(fā)環(huán)境Xcode 6.1，編程語(yǔ)言采用的是ObjectiveC。智能家居報(bào)警程序的前期調(diào)試在Xcode模擬器上完成，后期測(cè)試與調(diào)試在真機(jī)上完成。

3.3.2 軟件主程序架構(gòu)設(shè)計(jì)

首先進(jìn)入移動(dòng)端程序，用戶(hù)需要登錄對(duì)應(yīng)賬戶(hù)。移動(dòng)端通過(guò)WLAN/GPRS實(shí)時(shí)接收?qǐng)?bào)警管理服務(wù)器端發(fā)送的報(bào)警消息，如有報(bào)警消息，用戶(hù)可根據(jù)不同的報(bào)警消息采取相應(yīng)的報(bào)警操作。如果當(dāng)前報(bào)警操作已完成，則再次進(jìn)入接收推送消息的狀態(tài)。按照上述方式，程序循環(huán)執(zhí)行，圖2給出了軟件主程序流程圖。

3.3.3 主界面設(shè)計(jì)

如圖3所示，移動(dòng)終端應(yīng)用程序主界面包括監(jiān)控區(qū)域、情景設(shè)置、監(jiān)控詳情和其它四個(gè)功能模塊。

1.監(jiān)控區(qū)域：刪除或添加對(duì)指定房間的監(jiān)控；

2.情景設(shè)置：對(duì)不同的監(jiān)控區(qū)域設(shè)置不同的監(jiān)控條件，包括離家、回家和休息三種監(jiān)控狀態(tài)設(shè)置。此外，用戶(hù)也可以添加其他自定義的報(bào)警操作；

3.監(jiān)控詳情：以圖片形式顯示監(jiān)控區(qū)域畫(huà)面，用戶(hù)基于此監(jiān)控畫(huà)面可采取人為報(bào)警操作；

4.其它：提供移動(dòng)端程序的相關(guān)信息，如用戶(hù)登錄、關(guān)于軟件、版本更新等功能。

3.3.4 報(bào)警消息推送設(shè)計(jì)

該移動(dòng)客戶(hù)端使用iOS消息推送機(jī)制實(shí)現(xiàn)報(bào)警消息的推送[7]，該消息推送機(jī)制是在應(yīng)用程序APP、APP服務(wù)端（Your Server）與APNS（Apple Push Notification Service）服務(wù)器之間完成的。消息推送流程如圖4所示，推送流程功能說(shuō)明如下：

1.應(yīng)用程序（APP）通過(guò)iOS系統(tǒng)向Apple Push Notification Service（APNS服務(wù)器）注冊(cè)消息推送服務(wù)并申請(qǐng)Device Token（設(shè)備標(biāo)識(shí)）；

2.APNS 服務(wù)器將Device Token 發(fā)送給APP；

3.APP將Device Token發(fā)送給Your Server （APP服務(wù)端）；endprint

4.APP服務(wù)端向APNS 服務(wù)器發(fā)送推送消息；

5.APNS 服務(wù)器將推送消息發(fā)送給APP。

移動(dòng)端報(bào)警消息推送提示界面如圖5所示。

3.3.5 用戶(hù)報(bào)警操作設(shè)計(jì)

用戶(hù)報(bào)警操作界面如圖6所示，當(dāng)移動(dòng)端設(shè)備收到APNS服務(wù)器發(fā)送來(lái)的推送消息后，用戶(hù)根據(jù)推送消息及時(shí)采取相關(guān)報(bào)警操作，如點(diǎn)擊“燈光”按鈕，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控區(qū)域燈光的開(kāi)關(guān)控制功能。點(diǎn)擊“拍照”按鈕，實(shí)現(xiàn)拍照記錄監(jiān)控區(qū)域的功能[6]。點(diǎn)擊“報(bào)警電話(huà)”按鈕，實(shí)現(xiàn)撥號(hào)報(bào)警功能。上述操作均在iOS移動(dòng)客戶(hù)端實(shí)現(xiàn)，用戶(hù)通過(guò)操作移動(dòng)端，經(jīng)過(guò)報(bào)警管理服務(wù)器端將相關(guān)操作信息轉(zhuǎn)發(fā)到數(shù)據(jù)采集端，最終數(shù)據(jù)采集端實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的操作，達(dá)到家庭環(huán)境智能家居安防的目的。

4 系統(tǒng)分析與測(cè)試

軟件測(cè)試是程序開(kāi)發(fā)的重要環(huán)節(jié)，同時(shí)也是保障應(yīng)用程序正常運(yùn)行的關(guān)鍵。本文開(kāi)發(fā)的程序分別在Xcode Simulator（Xcode模擬器）和iOS真機(jī)設(shè)備兩個(gè)平臺(tái)進(jìn)行了測(cè)試。包括延時(shí)測(cè)試和iOS設(shè)備兼容性測(cè)試兩部分內(nèi)容。

圖7 延時(shí)測(cè)試

延時(shí)測(cè)試，包括入侵報(bào)警消息推送延時(shí)和安防操作延時(shí)，此處延時(shí)包括硬件延時(shí)和軟件延時(shí)的總和。由測(cè)試統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，不同的延時(shí)均達(dá)到了系統(tǒng)的要求，延時(shí)測(cè)試結(jié)果如圖7所示。

iOS設(shè)備的兼容性測(cè)試包括該報(bào)警系統(tǒng)軟件對(duì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)iPhone主流機(jī)型的兼容性，經(jīng)測(cè)試，該移動(dòng)客戶(hù)端能夠兼容目前iPhone主流機(jī)型。iOS設(shè)備兼容性測(cè)試結(jié)果如表1所示。

經(jīng)過(guò)不斷的測(cè)試與改進(jìn)，智能家居報(bào)警系統(tǒng)的延時(shí)和設(shè)備兼容性均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié) 論

本文設(shè)計(jì)的基于iOS平臺(tái)的人員入侵報(bào)警系統(tǒng)，著眼于智能家居安防的需求，可應(yīng)用于多種不同的場(chǎng)景，如家庭、倉(cāng)庫(kù)、小型超市、個(gè)體商店等[8]。結(jié)合ZigBee節(jié)點(diǎn)的無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了不同監(jiān)測(cè)區(qū)域的靈活布網(wǎng)。面向iOS移動(dòng)客戶(hù)端進(jìn)行開(kāi)發(fā)，使持有iOS設(shè)備的用戶(hù)能夠使用該系統(tǒng)，這將增加智能家居安防系統(tǒng)的目標(biāo)用戶(hù)。因此，該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，較好的適應(yīng)了智能家居安防系統(tǒng)的需求，適應(yīng)了智能家居行業(yè)的發(fā)展方向。

未來(lái)工作將根據(jù)ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，進(jìn)一步優(yōu)化iOS移動(dòng)終端的性能，增加更多的監(jiān)控措施，幫助用戶(hù)獲得更完美的使用體驗(yàn)。

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