查紅勝 陳艷

摘要 本文設(shè)計(jì)了一款基于云平臺(tái)的智能家居控制系統(tǒng)，重點(diǎn)完成云平臺(tái)和家庭網(wǎng)關(guān)兩部分的設(shè)計(jì)。在云平臺(tái)上建立MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)控制信息的功能，使用java語(yǔ)言編寫(xiě)后臺(tái)、家庭網(wǎng)關(guān)通信的代碼并且將其部署到云平臺(tái)上。家庭網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)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(tái) 智能家居 家庭網(wǎng)關(guān)

智能家是以住宅為平臺(tái)，兼?zhèn)浣ㄖO(shè)備、網(wǎng)絡(luò)通信、信息家電和設(shè)備自動(dòng)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(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，將與家居生活相關(guān)各個(gè)子系統(tǒng)諸如安保安防、燈光控制、家電控制等有機(jī)的結(jié)合在一起，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)化、智能化的管理，實(shí)現(xiàn)方便、自動(dòng)、快捷日常事務(wù)的一種全新家居生活體驗(yàn)。

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(dú)立，無(wú)法通過(guò)系統(tǒng)的分析進(jìn)行自主分析控制家居環(huán)境，而且在遠(yuǎn)程控制上面都有一定的缺陷。本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)最主要的優(yōu)勢(shì)便是結(jié)合當(dāng)下主流的云平臺(tái)，將家居環(huán)境的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的傳輸?shù)皆破脚_(tái)，通過(guò)云平臺(tái)相應(yīng)的計(jì)算程序計(jì)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(shí)結(jié)合人工遠(yuǎn)程控制，極大限度的節(jié)省硬件設(shè)備的成本，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制，一舉多得。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

基于云平臺(tái)的智能家居控制系統(tǒng)主要包括移動(dòng)終端、云平臺(tái)、家庭網(wǎng)關(guān)和ZigBee終端控制節(jié)點(diǎn)幾個(gè)部分組成。整個(gè)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(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，主要提供節(jié)點(diǎn)與家庭網(wǎng)關(guān)之間的通訊和本地用戶(hù)對(duì)智能家居控制系統(tǒng)的訪問(wèn)和控制;家庭外部網(wǎng)絡(luò)則通過(guò)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(hù)遠(yuǎn)程對(duì)家居環(huán)境的控制和云端對(duì)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(gè)部分：

1.1 當(dāng)用戶(hù)在家庭里面控制家居環(huán)境的時(shí)候

用戶(hù)通過(guò)手機(jī)等一系列移動(dòng)終端發(fā)送控制命令到家庭網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)對(duì)這些對(duì)這些命令進(jìn)行解析，了解每個(gè)命令的具體內(nèi)容后通過(guò)網(wǎng)關(guān)內(nèi)部ZigBee通訊對(duì)相應(yīng)的ZigBee終端節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)家居環(huán)境的控制。同時(shí)家庭內(nèi)部的各感知節(jié)點(diǎn)將感知到的信息反饋回網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)對(duì)這些信息進(jìn)行包裝處理發(fā)送給用戶(hù)和云端數(shù)據(jù)庫(kù)。

1.2 當(dāng)用戶(hù)不在家庭里面控制家居環(huán)境的時(shí)候

用戶(hù)發(fā)送的控制命令通過(guò)Internet傳輸?shù)皆贫朔?wù)器，云端服務(wù)器對(duì)此命令做出響應(yīng)，修改數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息，家庭網(wǎng)關(guān)通過(guò)訪問(wèn)云平臺(tái)獲取實(shí)時(shí)信息，當(dāng)獲取到控制指令后再通過(guò)家庭內(nèi)部的ZigBee通信網(wǎng)絡(luò)傳達(dá)給相對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)，控制其工作。

2 云平臺(tái)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)選擇的云平臺(tái)是阿里云，其相對(duì)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(gè)國(guó)家和地區(qū)，包含政府、企業(yè)等組織機(jī)構(gòu)，提供最安全、可靠的計(jì)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(wàn)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(jì)算、存儲(chǔ)服務(wù)供開(kāi)發(fā)者使用，包括分布式文件存儲(chǔ)、分布式數(shù)據(jù)庫(kù)集群、分布式緩存、分布式定時(shí)服務(wù)等，這些服務(wù)將大大降低開(kāi)發(fā)者的開(kāi)發(fā)成本。這樣，開(kāi)發(fā)者不需要任何運(yùn)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(kāi)發(fā)的難度，符合開(kāi)發(fā)思維。

2.1 云服務(wù)器設(shè)計(jì)

基于云平臺(tái)的智能家居控制系統(tǒng)需要在云平臺(tái)上建立云端服務(wù)器，通過(guò)服務(wù)器實(shí)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(kù)，用于存儲(chǔ)終端發(fā)來(lái)的控制指令和存儲(chǔ)家庭內(nèi)部的一些實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以備用戶(hù)查詢(xún)，當(dāng)網(wǎng)關(guān)接入服務(wù)器時(shí)可以進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢(xún)獲取到控制指令，然后通過(guò)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(shí)現(xiàn)三種功能：

（1）云服務(wù)器與終端進(jìn)行通訊，主要實(shí)現(xiàn)響應(yīng)終端發(fā)來(lái)的POST請(qǐng)求，從請(qǐng)求中可以解析出控制指令將其寫(xiě)入數(shù)據(jù)表內(nèi)。

（2）要實(shí)現(xiàn)云服務(wù)器與網(wǎng)關(guān)的通信，當(dāng)網(wǎng)關(guān)通過(guò)GET請(qǐng)求向服務(wù)器查詢(xún)控制指令的時(shí)候，服務(wù)器會(huì)查詢(xún)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(duì)電器進(jìn)行控制。

（3）通過(guò)對(duì)家庭內(nèi)部傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納分析判斷，控制家庭電器的狀態(tài)，從而實(shí)時(shí)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(shí)現(xiàn)。

2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)

由于數(shù)據(jù)庫(kù)是設(shè)計(jì)在云端服務(wù)器上面的，所以在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面云端服務(wù)器主要需要完成以下幾個(gè)方面的存儲(chǔ)：

（1）用戶(hù)賬戶(hù)和信息的存儲(chǔ)，主要用于用戶(hù)的登錄等一系列功能。

（2）用戶(hù)家庭溫度的存儲(chǔ)，主要用于家庭溫度分析等，進(jìn)行家庭溫度智能控制。

（3）家庭監(jiān)控視頻的存儲(chǔ)，方便用戶(hù)可以回放家庭監(jiān)控畫(huà)面。

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

（5）紅外遙控編碼的存儲(chǔ)，方便及時(shí)下載控制紅外家電。

（6）命令的控制指令的存儲(chǔ)，用來(lái)控制家電。

3 移動(dòng)終端設(shè)計(jì)

從微信平臺(tái)現(xiàn)狀中可以看出，目前微信擁有大量的用戶(hù)群體。本系統(tǒng)可以通過(guò)開(kāi)發(fā)微信小程序和微信公眾號(hào)，完成系統(tǒng)控制指令的發(fā)送，用微信小程序來(lái)替代單獨(dú)開(kāi)發(fā)的智能家居APP，這樣可以極大地節(jié)省用戶(hù)手機(jī)空間，同時(shí)用起來(lái)也非常的方便，符合未來(lái)軟件的發(fā)展趨勢(shì)。

而想要完成控制指令的發(fā)送，需要建立我們?cè)贫朔?wù)器與微信后臺(tái)之間的通信。這樣我們除了可以使用文字和語(yǔ)音這些微信常用的通信方式，還可以通過(guò)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(duì)家居環(huán)境的控制。

4 結(jié)語(yǔ)

文中設(shè)計(jì)了一個(gè)基于云平臺(tái)的智能家居系統(tǒng)，將傳統(tǒng)遠(yuǎn)程控制結(jié)合自主智能控制為一體。借助于云平臺(tái)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)計(jì)算能力，將家居環(huán)境的各項(xiàng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在云端數(shù)據(jù)庫(kù)，并通過(guò)計(jì)算，協(xié)調(diào)處理，將家庭中各設(shè)備有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，統(tǒng)一控制。為用戶(hù)提供更貼切、個(gè)性化的智能控制服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

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