（長春工程學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，吉林 長春 130000）

0 引 言

科技使人們的生活更加的便捷和多樣化。人們都希望更加舒適安全智能的居住環(huán)境，于是在這些需求的推動下，智能電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)了快速發(fā)展，并且在家居生活中得到了廣泛的應(yīng)用[1-2]。

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和人工智能技術(shù)的發(fā)展，智能化家具的發(fā)展已經(jīng)起步，智能化技術(shù)與家具產(chǎn)品有了初步的結(jié)合[3]。智能家居與手機(jī)APP結(jié)合已經(jīng)開始應(yīng)用，因此家庭信息化管理可能是未來人們生活發(fā)展的重要方向之一。本文設(shè)計(jì)了基于家庭信息化管理體系的APP，其通過對手機(jī)操作來控制調(diào)節(jié)家居設(shè)備。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 實(shí)現(xiàn)原理

本設(shè)計(jì)通過爬蟲技術(shù)爬取云端參數(shù)的方式完成單片機(jī)和APP的數(shù)據(jù)同步。APP通過訪問特殊網(wǎng)址來改變參數(shù)，單片機(jī)的數(shù)據(jù)時(shí)時(shí)刻刻和云端同步，其原理如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)原理

1.2 設(shè)計(jì)思路

本設(shè)計(jì)基于智能移動設(shè)備，被控制方是智能家居，本系統(tǒng)包括軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)框架如圖2、圖3所示。

圖2 軟件框架

圖3 硬件框架

軟件框架由APP本身和改變數(shù)據(jù)部分組成。組件控制和語音控制是E4A十分成熟的功能，而不跳轉(zhuǎn)訪問網(wǎng)頁從而改變數(shù)據(jù)是E4A一個特殊的功能，這些功能的配合使軟件端變得簡而精。

硬件框架由云端、單片機(jī)和傳感器組成，圖3表達(dá)了它們的關(guān)系和相互之間的聯(lián)系。

1.3 控制方法

本設(shè)計(jì)使用的云端為aREST框架，它可以為一些常見的嵌入式開發(fā)板提供 RESTful接口，支持通過串口、WiFi、以太網(wǎng)、藍(lán)牙等硬件發(fā)送命令至開發(fā)板，激發(fā)特定的操作，并將數(shù)據(jù)以JSON的格式返回給控制端用戶。

在cloud.arest.io上部署著云端版本的aREST框架，可以綁定用戶聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，并通過MQTT協(xié)議以消息訂閱和發(fā)布的模式在客戶端設(shè)備和服務(wù)器之間傳輸數(shù)據(jù)，最終完成對遠(yuǎn)程設(shè)備的控制。

1.4 構(gòu)思思路

在云服務(wù)的選擇上本設(shè)計(jì)選用aREST框架，它有參數(shù)同步功能、可視化界面，于是開始構(gòu)思是否可以通過爬蟲技術(shù)來爬取網(wǎng)頁的參數(shù)。在查閱資料后，成功尋找到了APP的爬蟲模塊，可有效緩解云端服務(wù)器計(jì)算速度緩慢的問題。

2 硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)

2.1 硬件設(shè)計(jì)

為了對家居生活的溫度、濕度、光等進(jìn)行智能調(diào)節(jié)[4]，保證系統(tǒng)在后期應(yīng)用中比較容易升級、并具有低功耗、操作簡便以及容易安裝維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)使用Arduino2560和Arduino Wemos D1 mini。

本文系統(tǒng)使用無線布控技術(shù)，使用相對于有線布控技術(shù)而言，該技術(shù)類型滿足智能家居遠(yuǎn)程控制的多數(shù)需求[5]。其中核心控制Arduino2560需要配合，而Arduino Wemos D1 mini最大的特點(diǎn)是自帶ESP8266和尺寸模型小巧。ESP8266 Station有兩種工作模式，分別是Station模式以及AP模式。其中：模式用來連接無線路由器進(jìn)行工作；AP模式中ESP8266為熱點(diǎn)由手機(jī)連接對應(yīng)設(shè)備（或者無線路由器）進(jìn)行工作。本設(shè)計(jì)的通信方式為局域網(wǎng)，主控為AP和Station雙模式，而分控為Sta模式；總控需要WiFi來提供網(wǎng)絡(luò)與云端所連接，還需要讓分控加入自己的局域網(wǎng)。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

近幾年我國智能手機(jī)市場發(fā)展迅速，為了能夠簡單方便地對家居信息和電器設(shè)備進(jìn)行把握與控制，本設(shè)計(jì)使用手機(jī)APP客戶端作為移動終端。

該系統(tǒng)上位機(jī)采用E4A開發(fā)環(huán)境，相對Java，E4A編程簡易、語言簡潔[6]。因此本軟件的安卓APP代碼編寫非常符合國人的編程思維習(xí)慣，極易上手，且易安卓也支持發(fā)布與代碼共享，可以進(jìn)行程序模塊重復(fù)利用[7]。

本設(shè)計(jì)中核心的兩個功能是跳轉(zhuǎn)功能和取網(wǎng)頁源碼功能。跳轉(zhuǎn)功能使用戶訪問一個網(wǎng)頁而不會出現(xiàn)這個網(wǎng)頁。本模塊中使用于APP改變參數(shù)。取網(wǎng)頁源碼功能就是爬蟲功能，本設(shè)計(jì)中使用這個功能去爬取數(shù)，以便于APP和單片機(jī)的數(shù)據(jù)同步，其爬蟲代碼如圖4所示。

圖4 爬蟲模塊的應(yīng)用

本設(shè)計(jì)還可以使用一個小技巧，將參數(shù)調(diào)為頭為9尾為7的參數(shù)，方便于文本的分割，使用的前提是在賬號中沒有9和7。如圖5所示為跳轉(zhuǎn)部分的代碼。

圖5 跳轉(zhuǎn)代碼

3 遠(yuǎn)程控制和APP控制

3.1 遠(yuǎn)程控制

遠(yuǎn)程控制使用aREST 框架，部分代碼如圖6～圖8所示。

圖6 硬件第一部分

圖7中void setup（void）是制執(zhí)行一次的函數(shù)，本部分包括了WiFi的連接、變量的連接和名字的定義。

圖7 硬件第二部分

圖8所示部分包括一直循環(huán)的函數(shù)和一個自定義的數(shù)據(jù)處理函數(shù)，循環(huán)函數(shù)用于數(shù)據(jù)的同步。

圖8 硬件第三部分

圖6所示部分為初始化部分，前3行為庫文件，第4，5行為定義用戶，第7行創(chuàng)建實(shí)例，第8～11行為定義變量，最后一行是定義函數(shù)。

3.2 APP控制

用戶通過APP登入控制界面，軟件使用版本單獨(dú)對應(yīng)的密碼來解鎖，且一套系統(tǒng)只能被一個相對應(yīng)的APP所驅(qū)動。

APP使用黑盒思想進(jìn)行封裝，使得用戶在使用時(shí)簡單明了，又因?yàn)槭褂靡装沧窟M(jìn)行開發(fā)，所以內(nèi)部修改相對比較簡單[8]。

4 結(jié) 語

本設(shè)計(jì)穿插使用云端的aREST框架和爬蟲技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了智能家居的基本控制，后續(xù)的研究中還會加入大量的機(jī)械結(jié)構(gòu)與之配合，完成一套完整的智能家居[9]。

本設(shè)計(jì)中的智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)在原有智能家居控制系統(tǒng)上增加了一種新思路，可以和其他控制方式配合使用，更加方便對智能家居進(jìn)行實(shí)時(shí)了解和操作。對本文設(shè)計(jì)的APP稍加改裝，便可應(yīng)用于其他智能家居控制系統(tǒng)中[10]。