王俊童+劉艷艷+蘭旭婷

摘 要："基于樹莓派通過java實遠程控制和接收數(shù)據(jù)的智能家居"，采取以智能手機發(fā)送數(shù)據(jù)到服務(wù)器，在通過服務(wù)器返回數(shù)據(jù)到樹莓派使之做出相應(yīng)的處理，本項目設(shè)計使智能家居突破傳統(tǒng)的地理位置和空間上的限制，無論用戶身處室內(nèi)或室外都可以對家居進行控制，和實現(xiàn)對家庭內(nèi)部設(shè)備的控制。如今我們僅僅需要一部智能手機，就可以對家里的家居完全的掌控，和對家里的情況完全的了解，如：當我們下班回家的路上，我們完全可以僅僅通過控制手機，就可以把家里的臺燈、風扇打開。

由西北民族大學電氣工程學院"雙E"項目資助（項目編號：20161823 ）

1 緒論

近年來，隨著信息技術(shù)的更新?lián)Q代，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)取得了長足的發(fā)展和進步，物聯(lián)網(wǎng)這一新興的信息革命產(chǎn)物受到了密切的關(guān)注，在智能化領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用，這一現(xiàn)象在貼近我們生活的智能家居行業(yè)更是尤為突出。針對當前智能家居系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高昂的問題，采用價格低廉的樹莓派作為家庭網(wǎng)關(guān)、開源硬件Arduino Uno作為微控制器、yeelink作為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺，并通過編程語言來搭建控制開關(guān)，從而有效的簡化了智能家居系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)，降低了開發(fā)成本。實驗結(jié)果驗證了此方法的有效性。

2 整體設(shè)計方案

具體設(shè)計方案如圖2-1所示，1和7分別代表是遠程控制的PC端和手機端，即為三級結(jié)構(gòu)中的控制層，2代表以太網(wǎng)，即系統(tǒng)中的yeelink網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺，3表示路由器，即連接以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)施，2、3共同組成控制信息的傳輸層，4代表以AVR為核心的Arduino Uno微控制器，5代表網(wǎng)絡(luò)信號，6代表搭載在Arduino Uno上的LED小燈，處于系統(tǒng)的被控制層。在這個設(shè)計中，用戶可以通過PC端或者手機終端訪問yeelink網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺，在平臺上遠程查看小燈的開關(guān)情況，并可以通過同樣路徑對于小燈進行控制，當點擊開關(guān)按鈕時，yeelink網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺會通過相應(yīng)的轉(zhuǎn)換程序?qū)㈤_關(guān)小燈的指令信息發(fā)送給Arduino Uno微控制器，從而實現(xiàn)對于室內(nèi)小燈的控制。

3系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計

該部分主要介紹系統(tǒng)所采用的技術(shù)及開發(fā)工具，涉及采用的架構(gòu)有：樹莓派、LINUX系統(tǒng)、Python和JAVA語言、Arduino Uno單片機、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺等。

3.1 Arduino Uno硬件設(shè)計

Arduino是一款基于AVR的微控制器的開源硬件，近年來，因其良好的開源性和以及高度的可擴展性，得到了迅速的發(fā)展，在帶有傳感器的系統(tǒng)設(shè)計領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。Arduino Uno的硬件設(shè)計所采用的協(xié)議是CC BY-SA3.0，UNO型號的Arduino具有1KB的EEPROM、32KB的Flash、14路數(shù)字輸入輸出口，其中6路為PWM輸出，6路為模擬輸入口，還有ICSP下載線接口，支持在線燒寫程序同時在UNO里，還預(yù)先設(shè)置了Bootloader程序，因此在給板子燒寫程序時，并不需要外部燒寫器，直接通過USB接口下載程序即可，同時該板子還帶有復(fù)位鍵、USB程序燒寫口和電源接口。

在本智能家居的控制開關(guān)的設(shè)計中，為了實現(xiàn)遠程控制功能，作為搭載底層傳感器的Arduino Uno也需要具備聯(lián)網(wǎng)功能，，此時我們需要借助一款具備聯(lián)網(wǎng)功能的擴展板Arduino Ethernet，它可以讓Arduino控制器連接網(wǎng)絡(luò)。

3.2 樹莓派的基本配置和開發(fā)

作為系統(tǒng)的控制中心，樹莓派上需要萬層控制功能的開發(fā)和配置，因此除了核心部件開發(fā)板以外，還需要針對樹莓派配備其他的硬件外設(shè)：連接網(wǎng)線、配備鼠標鍵盤，通過HDMI高清輸出線，將樹莓派與顯示器相連。然后就需要進行具體的配置的步驟：首先為樹莓派安裝操作系統(tǒng)，將Raspbian系統(tǒng)的鏡像文件通過Win32DiskImager解壓導入SD卡中，將SD卡插入樹莓派的SD卡槽，接通電源，然后就進入了樹莓派的內(nèi)部配置界面 raspi-config，此時需要針對開關(guān)的功能需要進行配置，在本研究中，為了更充分的利用樹莓派的內(nèi)部空間，選擇expand_rootfs這一項，將它的大小擴展到與SD卡大小相同；為了實現(xiàn)控制功能和其他應(yīng)用軟件的安裝，需要使樹莓派具備網(wǎng)絡(luò)功能，因此選取 NG8508-GS無線網(wǎng)卡，將無線網(wǎng)卡插入后，重新啟動樹莓派，等開機以后，輸入sudo lsusb命令行。

3.3 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺的配置

作為針對物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)應(yīng)用的云端網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺，要利用yeelink完成智能家居控制開關(guān)的設(shè)計，實現(xiàn)Arduino Uno與yeelink的數(shù)據(jù)傳遞和信息交互，就必須為所接入的設(shè)備申請yeelink所分配的ID號和API key，同時需要指明傳感器的類型和數(shù)據(jù)格式，然后通過HTTP POST請求為傳感器分配ID號。在yeelink平臺上，API key為設(shè)備操作的識別號，控制功能的實現(xiàn)。同時還需要根據(jù)硬件的實際連接情況，設(shè)置相應(yīng)的端口，比如設(shè)置通信的波特率為9600，輸出為5號口。設(shè)置完基本的硬件連接，確定網(wǎng)絡(luò)連通后，程序就進入了主體的執(zhí)行部分，此部分主要進行的功能是實現(xiàn)yeelink與Arduino Uno的網(wǎng)絡(luò)通信，以及實現(xiàn)對Arduino Uno的遠程控制，當用戶進入yeelink平臺的網(wǎng)絡(luò)界面，選擇關(guān)燈時，yeelink會向Arduino發(fā)送"turn off the LED"指令，給5號口所接的LED小燈輸出低電平實現(xiàn)關(guān)燈功能；當用戶選擇開燈時，點擊開燈按鈕，yeelink會向Arduino發(fā)送"turn on the LED"指令，給5號口所接的LED小燈輸出高電平實現(xiàn)開燈功能。

4 結(jié)論

本論文所研究的基于樹莓派通過java實遠程控制和接收數(shù)據(jù)的智能家居，不僅可以隨時隨地的查看控制照明設(shè)備的情況，還可以在此基礎(chǔ)上，增添其他類型的傳感器，完善平臺功能，實現(xiàn)人與物之間的信息交互，真正賦予物體以智慧和溝通能力，同時這種開發(fā)模式并不局限于智能家居，還可以應(yīng)用在工業(yè)、農(nóng)業(yè)的環(huán)境中，達到高效生產(chǎn)、節(jié)能減排的作用。

參考文獻：

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