查紅勝 陳艷

摘要 本文設(shè)計了一款基于云平臺的智能家居控制系統(tǒng)，重點完成云平臺和家庭網(wǎng)關(guān)兩部分的設(shè)計。在云平臺上建立MySQL數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)存儲控制信息的功能，使用java語言編寫后臺、家庭網(wǎng)關(guān)通信的代碼并且將其部署到云平臺上。家庭網(wǎng)關(guān)的設(shè)計主要分為網(wǎng)絡(luò)通信模塊和ZigBee通信模塊兩部分。

【關(guān)鍵詞】云平臺 智能家居 家庭網(wǎng)關(guān)

智能家是以住宅為平臺，兼?zhèn)浣ㄖO(shè)備、網(wǎng)絡(luò)通信、信息家電和設(shè)備自動化，集系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、服務(wù)、管理為一體的高效、舒適、安全、便利、環(huán)保的居住環(huán)境。智能家居系統(tǒng)利用計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，將與家居生活相關(guān)各個子系統(tǒng)諸如安保安防、燈光控制、家電控制等有機的結(jié)合在一起，并通過網(wǎng)絡(luò)化、智能化的管理，實現(xiàn)方便、自動、快捷日常事務(wù)的一種全新家居生活體驗。

目前的智能家居大多都只能夠單一控制某幾種設(shè)備，智能控制獨立，無法通過系統(tǒng)的分析進行自主分析控制家居環(huán)境，而且在遠程控制上面都有一定的缺陷。本文所設(shè)計的系統(tǒng)最主要的優(yōu)勢便是結(jié)合當(dāng)下主流的云平臺，將家居環(huán)境的數(shù)據(jù)實時的傳輸?shù)皆破脚_，通過云平臺相應(yīng)的計算程序計算出適合家居主人想要的溫度、亮度等一系列信息，并控制家居環(huán)境的改變。同時結(jié)合人工遠程控制，極大限度的節(jié)省硬件設(shè)備的成本，同時也實現(xiàn)了遠程控制，一舉多得。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

基于云平臺的智能家居控制系統(tǒng)主要包括移動終端、云平臺、家庭網(wǎng)關(guān)和ZigBee終端控制節(jié)點幾個部分組成。整個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)可以分為家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和家庭外部網(wǎng)絡(luò)兩部分。內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)由ZigBee模塊和Wi-Fi無線通訊網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，主要提供節(jié)點與家庭網(wǎng)關(guān)之間的通訊和本地用戶對智能家居控制系統(tǒng)的訪問和控制;家庭外部網(wǎng)絡(luò)則通過Wi-Fi連接到家庭路由器上面，從而連接到外部Internet，以提供用戶遠程對家居環(huán)境的控制和云端對家居環(huán)境數(shù)據(jù)分析控制。

其具體的工作流程主要分為兩個部分：

1.1 當(dāng)用戶在家庭里面控制家居環(huán)境的時候

用戶通過手機等一系列移動終端發(fā)送控制命令到家庭網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)對這些對這些命令進行解析，了解每個命令的具體內(nèi)容后通過網(wǎng)關(guān)內(nèi)部ZigBee通訊對相應(yīng)的ZigBee終端節(jié)點進行控制，從而實現(xiàn)對家居環(huán)境的控制。同時家庭內(nèi)部的各感知節(jié)點將感知到的信息反饋回網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)對這些信息進行包裝處理發(fā)送給用戶和云端數(shù)據(jù)庫。

1.2 當(dāng)用戶不在家庭里面控制家居環(huán)境的時候

用戶發(fā)送的控制命令通過Internet傳輸?shù)皆贫朔?wù)器，云端服務(wù)器對此命令做出響應(yīng)，修改數(shù)據(jù)庫中的信息，家庭網(wǎng)關(guān)通過訪問云平臺獲取實時信息，當(dāng)獲取到控制指令后再通過家庭內(nèi)部的ZigBee通信網(wǎng)絡(luò)傳達給相對應(yīng)的節(jié)點，控制其工作。

2 云平臺設(shè)計

本設(shè)計選擇的云平臺是阿里云，其相對于其他的云服務(wù)提供商起步較晚，但是在云服務(wù)上發(fā)展非常的迅速。目前服務(wù)范圍覆蓋全球200多個國家和地區(qū)，包含政府、企業(yè)等組織機構(gòu)，提供最安全、可靠的計算和數(shù)據(jù)處理能力，提供最為普惠的科技和公共服務(wù)，是萬物互聯(lián)的DT世界，是目前世界上第二大云服務(wù)提供商。除此之外，阿里云還提供一系列分布式計算、存儲服務(wù)供開發(fā)者使用，包括分布式文件存儲、分布式數(shù)據(jù)庫集群、分布式緩存、分布式定時服務(wù)等，這些服務(wù)將大大降低開發(fā)者的開發(fā)成本。這樣，開發(fā)者不需要任何運維手段和工具，也不需要自己部署、管理服務(wù)器。這在某些方面極大地降低了開發(fā)的難度，符合開發(fā)思維。

2.1 云服務(wù)器設(shè)計

基于云平臺的智能家居控制系統(tǒng)需要在云平臺上建立云端服務(wù)器，通過服務(wù)器實現(xiàn)終端與家庭網(wǎng)關(guān)之間的通訊。服務(wù)器上搭建MySQL數(shù)據(jù)庫，用于存儲終端發(fā)來的控制指令和存儲家庭內(nèi)部的一些實時數(shù)據(jù)以備用戶查詢，當(dāng)網(wǎng)關(guān)接入服務(wù)器時可以進行數(shù)據(jù)查詢獲取到控制指令，然后通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)將控制指令發(fā)送給電器。

云服務(wù)器的通信程序主要實現(xiàn)三種功能：

（1）云服務(wù)器與終端進行通訊，主要實現(xiàn)響應(yīng)終端發(fā)來的POST請求，從請求中可以解析出控制指令將其寫入數(shù)據(jù)表內(nèi)。

（2）要實現(xiàn)云服務(wù)器與網(wǎng)關(guān)的通信，當(dāng)網(wǎng)關(guān)通過GET請求向服務(wù)器查詢控制指令的時候，服務(wù)器會查詢數(shù)據(jù)表的內(nèi)容并讀取控制指令發(fā)送給網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)再對電器進行控制。

（3）通過對家庭內(nèi)部傳輸過來的數(shù)據(jù)進行歸納分析判斷，控制家庭電器的狀態(tài)，從而實時的調(diào)節(jié)家庭環(huán)境到最佳狀態(tài)。這些功能均由云服務(wù)器編程實現(xiàn)。

2.2 數(shù)據(jù)庫的設(shè)計

由于數(shù)據(jù)庫是設(shè)計在云端服務(wù)器上面的，所以在數(shù)據(jù)存儲方面云端服務(wù)器主要需要完成以下幾個方面的存儲：

（1）用戶賬戶和信息的存儲，主要用于用戶的登錄等一系列功能。

（2）用戶家庭溫度的存儲，主要用于家庭溫度分析等，進行家庭溫度智能控制。

（3）家庭監(jiān)控視頻的存儲，方便用戶可以回放家庭監(jiān)控畫面。

（4）家庭家電編號等相關(guān)信息的存儲，方便信息定向的發(fā)送到指定的家電控制的節(jié)點。

（5）紅外遙控編碼的存儲，方便及時下載控制紅外家電。

（6）命令的控制指令的存儲，用來控制家電。

3 移動終端設(shè)計

從微信平臺現(xiàn)狀中可以看出，目前微信擁有大量的用戶群體。本系統(tǒng)可以通過開發(fā)微信小程序和微信公眾號，完成系統(tǒng)控制指令的發(fā)送，用微信小程序來替代單獨開發(fā)的智能家居APP，這樣可以極大地節(jié)省用戶手機空間，同時用起來也非常的方便，符合未來軟件的發(fā)展趨勢。

而想要完成控制指令的發(fā)送，需要建立我們云端服務(wù)器與微信后臺之間的通信。這樣我們除了可以使用文字和語音這些微信常用的通信方式，還可以通過微信小程序的操作界面，根據(jù)自己家里家電的不同自定義添加不同的操作按鈕，下載不同的智能控制程序，多樣化的完成對家居環(huán)境的控制。

4 結(jié)語

文中設(shè)計了一個基于云平臺的智能家居系統(tǒng)，將傳統(tǒng)遠程控制結(jié)合自主智能控制為一體。借助于云平臺強大的數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)計算能力，將家居環(huán)境的各項數(shù)據(jù)存儲在云端數(shù)據(jù)庫，并通過計算，協(xié)調(diào)處理，將家庭中各設(shè)備有機的結(jié)合起來，統(tǒng)一控制。為用戶提供更貼切、個性化的智能控制服務(wù)。

參考文獻

[1]禹謝華，鄧林茂，張曉云，陳美龍，匡鳳飛.基于Android與Arduino智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2017，v.48，55-59.