王磊 河南科技大學(xué)國際教育學(xué)院

智能家居安防系統(tǒng)設(shè)計

王磊 河南科技大學(xué)國際教育學(xué)院

智能家居是在互聯(lián)網(wǎng)的影響之下物聯(lián)化的體現(xiàn)。智能家居通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將家中的各種設(shè)備（如音視頻設(shè)備、照明系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)家電等）連接到一起，進(jìn)行各種通訊控制。與普通家居相比，智能家居不僅具有傳統(tǒng)的居住功能，還兼?zhèn)渚W(wǎng)絡(luò)通信、信息家電、設(shè)備自動化等功能?？蓭椭彝ヅc外部保持信息交流暢通，優(yōu)化人們的生活方式，幫助人們有效安排時間，增強(qiáng)家居生活的安全性，甚至為各種能源費用節(jié)約資金。

智能家居 物聯(lián)網(wǎng) Android 無線通訊

1 引言

隨著全球信息化浪潮的來臨和家庭網(wǎng)絡(luò)的興起，人們的家居生活正在朝著數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的方向發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展以及人工智能技術(shù)跨學(xué)科交叉應(yīng)用的逐漸增多，為智能家居系統(tǒng)設(shè)計和實現(xiàn)提供了新的思路和方法。目前智能家居正朝著具備無線遠(yuǎn)程和近程控制相結(jié)合，集多媒體、游戲娛樂功能于一身的家電控制等方向發(fā)展，其核心技術(shù)為擴(kuò)展性強(qiáng)的智能家居控制器和滿足信息傳輸所需要的家庭組網(wǎng)。智能家居是智能環(huán)境的一個重要組成部分，隨著人們生活水平的提高，該領(lǐng)域的研究越來越受到國內(nèi)外各大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)的重視。

2 系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)

2.1 家庭網(wǎng)關(guān)硬件設(shè)計

本設(shè)計方案采用HF-LPT100作為家庭網(wǎng)關(guān)控制中心，HFLPT100是一種超低功耗的嵌入式Wi-Fi模組，支持WEP、WPA/ WPA2安全模式，支持STA/AP/STA+AP共存工作模式，可以提供十分靈活的組網(wǎng)方式和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。本方案使用基于STA+AP共存的無線網(wǎng)絡(luò)模式，網(wǎng)關(guān)開啟STA+AP功能，并通過TCP連接與網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)器相連。同時手機(jī)/PAD等設(shè)備可連接到AP接口，控制串口設(shè)備或?qū)δK進(jìn)行設(shè)置。

本方案在家用電器、照明設(shè)備、感溫設(shè)備、氣體檢測設(shè)備和各種安防設(shè)備中搭載了NRF24L01無線通信模塊，用它來控制或監(jiān)測各種家居設(shè)備并與HF-LPT100通信。NRF24L01模塊采用2.4Ghz全球開放ISM頻段，具有126頻道，滿足多點通信和跳頻通信需要，內(nèi)置專門穩(wěn)壓電路，工作電壓僅為1.9-3.6V可直接連接各種單片機(jī)使用，軟件編程非常方便，非常適合用來為MCU系統(tǒng)構(gòu)建無線通信功能。Enhanced Short Burst協(xié)議還具有可選的內(nèi)置包應(yīng)答機(jī)制，可極大降低丟包率，保證通訊質(zhì)量。

2.2 Android軟件設(shè)計

Android的客戶端控制系統(tǒng)設(shè)計主要包括UI與Socket通信，該系統(tǒng)由一個或多個組件構(gòu)成，組件包括activities、services、content providers、broadcast receivers等，每個組件在應(yīng)用程序中完成不同的任務(wù)，每個組件可以單獨被激活，或由其他應(yīng)用程序激活。

在網(wǎng)絡(luò)編程方面，Android提供了非常好的支持。針對TCP傳輸，Android提供Socket類和SetverSocket類。針對UDP傳輸，Android提供DatagramSocket類和DatagramPackage類。Socket編程是比較底層的網(wǎng)絡(luò)編程方式，是建立其他應(yīng)用協(xié)議的基礎(chǔ)。通過創(chuàng)建Socket對象，就可以打開輸入輸出流來進(jìn)行通信。具體實現(xiàn)步驟如下：

Socket(InetAddress/String remoteAddress,int port):創(chuàng)建連接到指定遠(yuǎn)程主機(jī)，遠(yuǎn)程端口的Socket。當(dāng)客戶端，服務(wù)器端產(chǎn)生對應(yīng)的Socket之后，程序無須區(qū)分服務(wù)器、客戶端，而是通過各自的Socket進(jìn)行通信。Socket提供了如下兩個方法來獲取輸入流和輸出流，InputStream getInputstream()，用于返回該Socket對象對應(yīng)的輸入流，讓程序通過輸入流從Socket中取出數(shù)據(jù)。OutputStream getOutputstream()用于返回該Socket對象對應(yīng)的輸出流，讓程序通過輸出流從Socket中輸出數(shù)據(jù)。

3 結(jié)束語

下一步還會繼續(xù)開發(fā)PC端、網(wǎng)頁端以及微信公眾號等客戶端對家庭中的用電器、家具設(shè)備以及照明設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程或近程遙控。目前已經(jīng)實現(xiàn)了遠(yuǎn)程和近程控制電燈、門窗、監(jiān)控等功能。該系統(tǒng)還具有溫濕度檢測，液體泄漏檢測，氣體泄漏檢測，明火檢測等功能。在智能防盜方面，用戶可以通過遠(yuǎn)程查看室內(nèi)的攝像頭來了解家中情況并及時報警。

[1] 唐新忠,李海忠,馬明明,秦麗杰. 基于ARM平臺的智能家居網(wǎng)關(guān)設(shè)計[J]. 現(xiàn)代電子技術(shù), 2016,39(20): 121-128

[2] 俞文俊,凌志浩. 一種物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)的研究[J]. 自動化儀表,2011,32(8): 56-59

[3] 時志云,蓋建平,王代華,張志杰. 新型高速無線射頻器件nRF24L01及其應(yīng)用[J]. 國外電子元器件, 2007,(8):42-44