米羅斯拉夫·貝漢， 翁德雷·克雷恰

0 引言

Smart Home Point項目是一個開源系統(tǒng)，可以免費安裝在任何建筑物中，居住者可以根據(jù)自己的喜好選擇簡單、全面、易操作的用戶界面。該系統(tǒng)可以通過用戶使用的家居設(shè)備以及家庭成員之間的互動來監(jiān)控用戶的活動。該系統(tǒng)可以檢測到所有聯(lián)網(wǎng)傳感器的數(shù)據(jù)信息，如光照、溫度、濕度、語音、視頻等，遠程控制門的開閉、空調(diào)、照明、網(wǎng)絡(luò)等。并且，通過檢測用戶手機等移動設(shè)備信息，智能家居系統(tǒng)還可以調(diào)整家庭內(nèi)成員的交流方式。

芯片和傳感器的生產(chǎn)成本越來越低，人們與環(huán)境的交互也越來越多。智能家居會根據(jù)家庭成員的交流和需求，提供更加便捷的家居環(huán)境。智能化、可持續(xù)發(fā)展的生活環(huán)境可以提高生活質(zhì)量，并且可以降低能源浪費。因此，提出了Smart Home Point的可持續(xù)開源項目，所有的智能設(shè)備可在同一用戶界面中進行控制，進行人機交互。

1 問題定義

目前，基于封閉的智能家居解決方案，存在的最主要的成本問題。智能傳感器、應(yīng)用程序以及人機交互界面(HMI)在即插即用功能方面都沒有開放標準，用戶只需將設(shè)備插入系統(tǒng)中，即可使用。

為了適應(yīng)市場發(fā)展，需要提供封閉的智能家居解決方案，市場上出現(xiàn)了許多復(fù)雜的商業(yè)解決方案，其中缺少了可以使設(shè)備實現(xiàn)即插即用功能的開放通信協(xié)議。首先存在的問題是能量供應(yīng)機制，許多使用者不能通過非屏蔽雙絞線(UTP)電纜使用12V/24V電壓的低消耗設(shè)備，并且，不可以使用以太網(wǎng)供電(PoE)。另外一個存在的問題是封閉式通信數(shù)據(jù)交換，制造商會為特定的解決方案制定指定的專用通信協(xié)議，并且無法從制造商或服務(wù)提供商第三方平臺進行升級。

目前，在房屋環(huán)境人機交互界面方面也存在集成限制問題，未來會被改造為“智能墻”，但目前在成本和技術(shù)推廣方面被接受的只有遙控電視。因此，目前的主要挑戰(zhàn)是將智能家居點(SHP)集成到當前的電視屏幕中。通過使用遠程控制技術(shù)或通過使用更方便的移動設(shè)備作為遠程控制器來進行這種可視化操作是復(fù)合的，其中功能更高。唯一的缺點是個人移動設(shè)備的電池消耗，這可能導致在這種情況下系統(tǒng)的可用性降低。然而，由于家庭控制的這種擴展，必須覆蓋能夠通過無線802.11(2013)以及系統(tǒng)和當前觸摸控制功能操作的最常見的移動平臺。因此，Android，iOS和Windows Phone對于HMI的擴展是必不可少的。

2 新解決方案

新解決方案基于開源和開放式電子技術(shù)，使用以太網(wǎng)作為信息和電源介質(zhì)。系統(tǒng)的核心依賴于Raspberry Pi(2013)作為計算服務(wù)器，它提供智能家居模塊化單元的監(jiān)控，控制和可視化。提出了基于互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)包消息傳遞的開放系統(tǒng)原型，用于通過網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用程序界面監(jiān)控房屋單元，旨在構(gòu)建系統(tǒng)功能的獨立解決方案，可視化和用戶控制。

解決方案中，將house定義為一組邏輯單元，它們相當于房間或部分房間。每個這樣的邏輯單元都有自己的UTP電纜和過程控制器，它們以星型網(wǎng)絡(luò)連接。數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)傳輸，控制器根據(jù)802.3af(2013)提供電源，其中最大48V 400mA限制了連接到控制器的可能申請人?？紤]Arduino(2013)的開放電子原理，選擇它作為控制器，可以是任何類型的具有邏輯電路的專用以太網(wǎng)屏蔽，其能夠?qū)⒁蛱鼐W(wǎng)分組轉(zhuǎn)換為電子設(shè)備并且通過設(shè)計協(xié)議的分組向后傳輸感知數(shù)據(jù)。

提出房間控制器或任何其他設(shè)備，申請人或一些智能代理和可視化單元，主控制器或移動設(shè)備之間的通信協(xié)議，其等同于生產(chǎn)者和消費者模型之間的關(guān)系。來自傳感器的消息通過本地網(wǎng)絡(luò)廣播，因此指定端口上的任何偵聽器都能識別感知消息并能夠采取適當?shù)捻憫?yīng)。另一方面，命令必須由可信控制器授權(quán)，并且被廣播或直接發(fā)送到特定控制器以提供預(yù)期動作。例如，照明將在節(jié)能策略或明確的用戶命令上表現(xiàn)，其中可以在整個建筑物上進行廣播。通信是雙向的，其中作為事件建模的信息分發(fā)由包裹在數(shù)據(jù)報中的每個元素產(chǎn)生，作為用于廣播的消息，其具有可以在特定端口上監(jiān)聽的狀態(tài)或測量值的內(nèi)容。數(shù)據(jù)報通過以太網(wǎng)相應(yīng)地發(fā)送RFC 919和922，最大傳輸單元(MTU)為1500字節(jié)。這些命令作為消息封裝到數(shù)據(jù)報中，具有命令類型，要設(shè)置的值和元素標識。命令的數(shù)據(jù)報是單播的，也可以是應(yīng)用目的地可靠的廣播。以下[表1]描述了房屋單元控制器之間的消息定義。

3 結(jié)束語

該項目提出基于Web的智能家居系統(tǒng)，通過開放技術(shù)和開源軟件解決方案實現(xiàn)，作為未來智能家居的一部分。新解決方案提供感應(yīng)電子信號和網(wǎng)絡(luò)資源之間的連接、監(jiān)控、控制和可視化環(huán)境中的元素。該系統(tǒng)旨在由任何人在開源許可下進行定制，升級和調(diào)整。