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        基于微信平臺(tái)的智能家居系統(tǒng)

        2017-12-20 03:48:37山東淄博實(shí)驗(yàn)中學(xué)劉佩旺
        電子世界 2017年23期
        關(guān)鍵詞:監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)測(cè)距智能家居

        山東淄博實(shí)驗(yàn)中學(xué) 劉佩旺

        基于微信平臺(tái)的智能家居系統(tǒng)

        山東淄博實(shí)驗(yàn)中學(xué) 劉佩旺

        本文設(shè)計(jì)了一種基于微信平臺(tái)的只能家居系統(tǒng),包括設(shè)置于智能終端的微信平臺(tái)、智能家居控制模塊、智能家居控制中心和智能家居監(jiān)測(cè)模塊,所述智能家居監(jiān)測(cè)模塊用于采集智能家居的設(shè)備監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),并將采集的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳送給智能家居控制中心并經(jīng)智能家居控制中心傳送至微信平臺(tái)。

        智能家居;微信平臺(tái);監(jiān)測(cè)終端

        一、前言

        現(xiàn)有的智能家居系統(tǒng)主要有兩個(gè)弊端:一是用戶必須通過(guò)特定的終端(如遠(yuǎn)程電話或者掌上電腦)才能對(duì)智能家居系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問(wèn)和對(duì)智能設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控,對(duì)使用的設(shè)備和環(huán)境有特定要求;二是用戶必需要自己搭建智能終端控制管理系統(tǒng)。

        二、系統(tǒng)的框架與實(shí)現(xiàn)

        本文設(shè)計(jì)智能家居系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示,其連接框圖如圖2所示。

        圖1 智能家居系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

        圖2 智能家居系統(tǒng)連接框圖

        本文設(shè)計(jì)的基于微信平臺(tái)的智能家居控制系統(tǒng),包括設(shè)置于智能終端的微信平臺(tái)1、智能家居控制模塊2、智能家居控制中心3、智能家居監(jiān)測(cè)模塊4,所述智能家居監(jiān)測(cè)模塊4用于采集智能家居的設(shè)備監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),并將采集的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳送給智能家居控制中心3并經(jīng)智能家居控制中心3傳送至微信平臺(tái)1;所述智能家居控制中心3通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)與微信平臺(tái)1連接,并基于微信平臺(tái)1的家居控制請(qǐng)求向智能家居控制模塊2發(fā)送相應(yīng)的控制信號(hào),智能家居控制模塊2根據(jù)控制信號(hào)控制相應(yīng)的智能家居設(shè)備開(kāi)啟或關(guān)閉。

        所述智能家居控制中心3包括數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器10、應(yīng)用程序服務(wù)器20,所述的應(yīng)用程序服務(wù)器20在收到微信平臺(tái)1的數(shù)據(jù)訪問(wèn)請(qǐng)求時(shí)將數(shù)據(jù)訪問(wèn)請(qǐng)求發(fā)送到數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器10,數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器10根據(jù)數(shù)據(jù)訪問(wèn)請(qǐng)求調(diào)出相應(yīng)數(shù)據(jù)供用戶查看;所述的應(yīng)用程序服務(wù)器20在收到微信平臺(tái)1的家居控制請(qǐng)求時(shí)生成控制信號(hào),并將控制信號(hào)發(fā)送至智能家居控制模塊2。所述的通信網(wǎng)絡(luò)是2G、3G、4G或WIFI網(wǎng)絡(luò)。

        本文設(shè)計(jì)的智能家居監(jiān)測(cè)模塊4基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行智能家居的設(shè)備監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集,包括傳感器節(jié)點(diǎn)和移動(dòng)基站,在部署傳感器節(jié)點(diǎn)之前,將設(shè)定的智能家居監(jiān)測(cè)區(qū)域平均劃分為4×4的方形子區(qū)域,在每個(gè)方形子區(qū)域中隨機(jī)部署傳感器節(jié)點(diǎn),所述的移動(dòng)基站與智能家居控制中心3連接。移動(dòng)基站在傳感器節(jié)點(diǎn)部署完成后進(jìn)行傳感器節(jié)點(diǎn)的定位,并按照設(shè)定的訪問(wèn)路徑移動(dòng),進(jìn)行智能家居監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)收集,其中進(jìn)行傳感器節(jié)點(diǎn)的定位時(shí),具體執(zhí)行:

        (1)設(shè)定移動(dòng)基站的通信半徑R,R的設(shè)定公式為:

        式中,Ω為智能家居監(jiān)測(cè)區(qū)域的面積,Pf表示第 f 個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)失效的概率,為部署的傳感器節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù);

        (2)將每個(gè)方形子區(qū)域的頂點(diǎn)作為移動(dòng)基站的測(cè)距點(diǎn),并確定各測(cè)距點(diǎn)的坐標(biāo),根據(jù)實(shí)際情況對(duì)測(cè)距點(diǎn)進(jìn)行排序,初始時(shí),移動(dòng)基站位于智能家居監(jiān)測(cè)區(qū)域左下角所在的測(cè)距點(diǎn),并按照排序情況順序移動(dòng)到每個(gè)測(cè)距點(diǎn);

        (3)移動(dòng)基站每移動(dòng)到一個(gè)測(cè)距點(diǎn)時(shí),即暫時(shí)停留,與通信范圍內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行RSSI測(cè)距并保存,并結(jié)合相鄰兩個(gè)測(cè)距點(diǎn)計(jì)算通信范圍內(nèi)傳感器節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo),設(shè)移動(dòng)基站在測(cè)距點(diǎn)Ωb、Ωc對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)Ea進(jìn)行RSSI測(cè)距,測(cè)距點(diǎn)Ωb的坐標(biāo)為(xb, xb),測(cè)距點(diǎn)Ωc的坐標(biāo)為(xc, xc),則傳感器節(jié)點(diǎn)Ea的位置坐標(biāo)(xa, xa)通過(guò)結(jié)合下列兩個(gè)公式計(jì)算:

        其中,Dab、Dac分別為移動(dòng)基站在測(cè)距點(diǎn)Ωb、Ωc對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)Ea進(jìn)行RSSI測(cè)距獲得的歐式距離。

        在進(jìn)行傳感器節(jié)點(diǎn)的定位過(guò)程中,由移動(dòng)基站負(fù)責(zé)大部分的計(jì)算和通信任務(wù),能夠有效降低傳感器節(jié)點(diǎn)通信及計(jì)算負(fù)載,此外,定義了移動(dòng)基站的通信半徑設(shè)定公式,在保證對(duì)所有傳感器節(jié)點(diǎn)都能夠進(jìn)行RSSI測(cè)距的前提下使得移動(dòng)基站的通信半徑最小化,從而節(jié)省智能家居監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)收集的能耗。

        上述的按照設(shè)定的訪問(wèn)路徑移動(dòng),進(jìn)行智能家居監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)收集,具體包括:

        (1)進(jìn)行訪問(wèn)路徑設(shè)定,將相鄰四個(gè)方形子區(qū)域的中心點(diǎn)作為移動(dòng)基站進(jìn)行智能家居監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)收集時(shí)的停留站點(diǎn),則智能家居監(jiān)測(cè)區(qū)域中共有四個(gè)停留站點(diǎn),將各停留站點(diǎn)按照與移動(dòng)基站初始位置的距離由近到遠(yuǎn)的順序直線連接形成的路徑設(shè)定為移動(dòng)基站的訪問(wèn)路徑;

        (2)開(kāi)始分簇,對(duì)于每個(gè)方形子區(qū)域,在移動(dòng)基站通信范圍內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)中選取狀態(tài)值最大的傳感器節(jié)點(diǎn)作為該方形子區(qū)域的簇頭節(jié)點(diǎn),共形成四個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn),設(shè)WEi表示在移動(dòng)基站通信范圍內(nèi)的方形子區(qū)域中第i個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)即Ei的狀態(tài)值,定義WEi的計(jì)算公式為:

        式中,QEi、SEi、MEi分別表示Ei的當(dāng)前剩余能量、當(dāng)前可用內(nèi)存、一跳鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù),QEi為Ei的第j個(gè)跳鄰居節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前剩余能量,SEi為Ei的初始內(nèi)存,D(Ei, 0)為Ei到方形子區(qū)域所對(duì)應(yīng)的停留站點(diǎn)的歐式距離。

        其余的傳感器節(jié)點(diǎn)計(jì)算自身與四個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)的歐式距離,并選擇歐式距離最小值所對(duì)應(yīng)的簇頭節(jié)點(diǎn)加入簇;當(dāng)簇頭節(jié)點(diǎn)的剩余能量低于初始能量的50%時(shí),在移動(dòng)基站通信范圍內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)中選取狀態(tài)值最大的傳感器節(jié)點(diǎn)更新簇頭節(jié)點(diǎn)。

        (3)簇頭節(jié)點(diǎn)收集簇內(nèi)傳感器節(jié)點(diǎn)的智能家居監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),移動(dòng)基站按照設(shè)定的訪問(wèn)路徑移動(dòng)到停留站點(diǎn)后停留,與該停留站點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的四個(gè)方形子區(qū)域的簇頭節(jié)點(diǎn)通信,從而接收簇頭節(jié)點(diǎn)已收集的智能家居監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

        由簇頭節(jié)點(diǎn)收集簇內(nèi)傳感器節(jié)點(diǎn)的智能家居監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),不會(huì)引起太大的時(shí)延,并且能夠很大程度上節(jié)省智能家居監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)收集的能量消耗;本優(yōu)選實(shí)施例設(shè)置的簇頭節(jié)點(diǎn)的更新策略,能夠最大程度上節(jié)省簇頭節(jié)點(diǎn)的更新時(shí)間,并且有助于節(jié)省智能家居控制系統(tǒng)的整體能耗。若簇內(nèi)傳感器節(jié)點(diǎn)與對(duì)應(yīng)簇頭節(jié)點(diǎn)為多跳距離,簇內(nèi)傳感器節(jié)點(diǎn)選擇最優(yōu)的鄰居節(jié)點(diǎn)作為下一跳轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn),具體為:

        (1)計(jì)算傳感器節(jié)點(diǎn)的簇內(nèi)鄰居節(jié)點(diǎn)的優(yōu)選值,定義優(yōu)選值的計(jì)算公式為:

        式中,Eξτ表示傳感器節(jié)點(diǎn)Eξ的第 τ 個(gè)簇內(nèi)鄰居節(jié)點(diǎn),YEξτ表示Eξτ的優(yōu)選值,E0表示Eξ對(duì)應(yīng)的簇頭節(jié)點(diǎn),表示Eξ到E0的最短跳數(shù)距離,UEξτ→E0表示Eξ到E0的最短跳數(shù)距離,為設(shè)定的距離比較函數(shù),當(dāng)時(shí),,當(dāng)時(shí),為設(shè)定的數(shù)據(jù)類型比較函數(shù),當(dāng)Eξ,Eξτ 兩者采集的智能家居監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)類型不一致時(shí),;LEξ表示Eξ在設(shè)定時(shí)間段采集的智能家居監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的平均值,LEξτ表示Eξτ 在同一設(shè)定時(shí)間段采集的智能家居監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的平均值。

        (2)選擇優(yōu)選值為最大的簇內(nèi)鄰居節(jié)點(diǎn)作為下一跳轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn),進(jìn)行智能家居監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā),最終發(fā)送至簇頭節(jié)點(diǎn)。

        三、總結(jié)

        本文設(shè)計(jì)基于微信平臺(tái)的智能家居系統(tǒng),簇內(nèi)傳感器節(jié)點(diǎn)在進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的選取過(guò)程中綜合考慮了鄰居節(jié)點(diǎn)的最短跳數(shù)距離和數(shù)據(jù)相關(guān)度因素,通過(guò)選擇優(yōu)選值最大的對(duì)應(yīng)鄰居節(jié)點(diǎn)作為下一跳轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn),能夠減少通信開(kāi)銷,并且能夠保障選出的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)具有較優(yōu)的數(shù)據(jù)聚合率,進(jìn)一步均衡智能家居監(jiān)測(cè)模塊1的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。

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