摘要：充分利用樹(shù)莓派為控制中端，用戶通過(guò)運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)端、家庭中控和 PC 端對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的狀況。樹(shù)莓派連接傳感器，通過(guò)定時(shí)的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析實(shí)現(xiàn)對(duì)于家庭關(guān)鍵數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，基于移動(dòng)設(shè)備的位置信息與室內(nèi)光線傳感器的信息來(lái)智能控制室內(nèi)照明的開(kāi)關(guān)。通過(guò)客戶端和服務(wù)器之間進(jìn)行Socket 通信，從而進(jìn)行設(shè)備控制，保證通信的可靠性和即時(shí)性。

關(guān)鍵詞：樹(shù)莓派;智能控制;控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TU855;TP273? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：1007-9416（2020）04-0000-00

1設(shè)計(jì)背景

科學(xué)的進(jìn)步尤其是計(jì)算機(jī)的快速發(fā)展，人們對(duì)科學(xué)化、智能化的需求也越來(lái)越大。此時(shí)，設(shè)備的智能與科學(xué)也就成為了一種新的趨勢(shì)。與傳統(tǒng)的家居設(shè)備不同，智能設(shè)備是將微型機(jī)或控制系統(tǒng)嵌入到家居設(shè)備中，無(wú)需使用者進(jìn)行過(guò)多的人工操作，智能控制中端可以根據(jù)使用者當(dāng)前的狀態(tài)或行為，與預(yù)先設(shè)定好的程序進(jìn)行匹配，進(jìn)行設(shè)備的狀態(tài)轉(zhuǎn)換和控制，既保證了設(shè)備的正常工作和運(yùn)行，滿足使用者的功能需求，又減少了使用者的負(fù)擔(dān)，方便、科學(xué)、準(zhǔn)確。

2設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)

2.1樹(shù)莓派

樹(shù)莓派[1]是一款新型微型電腦主板，它基于ARM框架結(jié)構(gòu)卻有與微型電腦不同，它以傳統(tǒng)的存儲(chǔ)設(shè)備如SD卡為內(nèi)存硬盤，在其主板周圍分布著若干個(gè)USB接口和以太網(wǎng)接口（有的型號(hào)沒(méi)有以太網(wǎng)口），可以利用這些接口連接外部設(shè)備或進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，傳輸圖像、音頻等信息。除此之外樹(shù)莓派還擁有視頻模擬信號(hào)的輸出接口和HDMI輸出接口，可以用來(lái)進(jìn)行視頻的輸出和查看，最重要的是整個(gè)設(shè)施不像計(jì)算機(jī)那樣占有巨大的體積，它所有部件都集中在一張主板上，簡(jiǎn)單方便。盡管體積較小，卻具備所有PC機(jī)的基本功能，在樹(shù)莓派中只需接通視頻輸出設(shè)備和輸入控制設(shè)備，就能執(zhí)行如電子數(shù)據(jù)、處理圖像文字、玩游戲、播放視頻等諸多功能。

使用樹(shù)莓派[2]常用于：

（1）和電腦結(jié)合，遠(yuǎn)程控制家里電腦進(jìn)行操作：利用樹(shù)莓派可以實(shí)現(xiàn)在手機(jī)端進(jìn)行控制PC端，進(jìn)行下載，登錄，查看信息等操作，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控，方便而又安全。

（2）和攝像頭結(jié)合，加入動(dòng)態(tài)識(shí)別或隨時(shí)指令回傳照片：常用來(lái)安全保護(hù)，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控并及時(shí)傳送信息圖像，增強(qiáng)了安全性。

（3）和家用NAS設(shè)備結(jié)合，遠(yuǎn)程喚醒：可以利用樹(shù)莓派進(jìn)行智能設(shè)備的控制，根據(jù)用戶不同的需求，可提前或?qū)崟r(shí)自動(dòng)進(jìn)行設(shè)備反應(yīng)，滿足用戶功能要求。

2.2硬件

除了樹(shù)莓派之外，還需要其他硬件設(shè)備進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)：

移動(dòng)端設(shè)備外網(wǎng)可直接訪問(wèn)的服務(wù)器：如阿里云服務(wù)器，作為全球領(lǐng)先的云計(jì)算及人工智能，阿里云具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等信息處理分析和控制能力，并且具有良好的準(zhǔn)確性、安全性、穩(wěn)定性。在阿里云，用戶可以建自己搭建網(wǎng)站，可以為APP、小程序提供后臺(tái)服務(wù)，可以操作搭建ssr，也可以在上網(wǎng)時(shí)當(dāng)做個(gè)人遠(yuǎn)程硬盤。

基于樹(shù)莓派的傳感器[3]：如光敏電阻的光線傳感器在本系統(tǒng)中，主要用來(lái)進(jìn)行照明設(shè)備的智能控制，因此，就需要傳感器對(duì)外界光線進(jìn)行實(shí)時(shí)感應(yīng)并進(jìn)行傳輸控制，因此采用光敏電阻。光敏電阻對(duì)環(huán)境光敏感，用來(lái)檢測(cè)在周圍環(huán)境的亮度和光強(qiáng)，當(dāng)無(wú)光或光強(qiáng)達(dá)不到閾值時(shí)，D0輸出高電平，反之，若光線強(qiáng)度較大，D0輸出低電平

2.3軟件

此外，為了保證控制系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)，除了硬件作為基礎(chǔ)設(shè)施，還需要軟件進(jìn)行應(yīng)用層面的支持。在此，主要使用Python編程語(yǔ)言 。

Python：一種新的計(jì)算機(jī)程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)語(yǔ)言，并逐漸成為一種新的趨勢(shì)，相比于C++，C或者Java，Python沒(méi)有較多復(fù)雜的語(yǔ)法、結(jié)構(gòu)和框架，更加的強(qiáng)調(diào)代碼的可讀性和語(yǔ)法的簡(jiǎn)潔性、可行性，Python力求更貼近自然化語(yǔ)言，讓開(kāi)發(fā)者能夠用更少的代碼表達(dá)想法，簡(jiǎn)潔明了、通俗易懂。

web應(yīng)用開(kāi)發(fā)：作為一種計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言來(lái)說(shuō)，程序開(kāi)發(fā)是必要的功能，目前在國(guó)內(nèi)，有很多web應(yīng)用程序都是Python語(yǔ)言開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的，如：豆瓣、知乎、You Tube 、Instagram等都是用Python語(yǔ)言開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的。

網(wǎng)絡(luò)爬蟲：Python常被用來(lái)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)爬蟲以及爬取后的數(shù)據(jù)分析與計(jì)算，如谷歌早期數(shù)據(jù)爬取，模擬HTTP請(qǐng)求的Requests庫(kù)等都是Python進(jìn)行爬取。

機(jī)器學(xué)習(xí)：現(xiàn)在的深度學(xué)習(xí)，大多提供了Python接口作為工具框架。由于Python語(yǔ)言語(yǔ)法簡(jiǎn)潔清晰，計(jì)算工具豐富，深受此領(lǐng)域開(kāi)發(fā)者喜愛(ài)。

數(shù)據(jù)分析：對(duì)于大數(shù)據(jù)的處理和分析，Python在這方面有較多的數(shù)據(jù)分析庫(kù)，如Seaborn這樣的可視化庫(kù)，Pandas和Numpy、Scipy這樣對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選、回歸等計(jì)算的庫(kù)。

3設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

在本系統(tǒng)中，可以大致可分為三部分：服務(wù)端、控制中端和移動(dòng)客戶端。

服務(wù)端（Server）：用于連接、監(jiān)控其他客服端，傳輸命令信息。是系統(tǒng)的信息中樞，控制中樞和處理中樞。當(dāng)樹(shù)莓派感應(yīng)到狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)，會(huì)向服務(wù)器端發(fā)送請(qǐng)求，服務(wù)器端收到請(qǐng)求后，把請(qǐng)求進(jìn)行處理和分析，然后發(fā)給移動(dòng)設(shè)備;同樣服務(wù)器還負(fù)責(zé)將用戶端的數(shù)據(jù)信息和控制指令回復(fù)給控制終端，中端根據(jù)得到的信息進(jìn)行相應(yīng)的操作。

樹(shù)莓派（RPi）：用于接受服務(wù)端信息、控制傳感器等設(shè)備。由樹(shù)莓派的光敏電阻感應(yīng)外界環(huán)境光線的變化，當(dāng)感應(yīng)到外界發(fā)生變化，需要進(jìn)行對(duì)應(yīng)的操作時(shí)，將得到的數(shù)據(jù)信息以及應(yīng)該進(jìn)行的操作發(fā)送給服務(wù)器，由服務(wù)器進(jìn)行判斷是否應(yīng)該進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換，在得到響應(yīng)后，進(jìn)行對(duì)應(yīng)的操作，實(shí)現(xiàn)具體所需的功能，是系統(tǒng)的硬件實(shí)施設(shè)備和控制設(shè)備，與設(shè)備緊密相連，是不可或缺的。

客戶端：用于發(fā)送當(dāng)前地理位置息，實(shí)時(shí)監(jiān)控主人的地理位置，并推送到移動(dòng)設(shè)備中?？刂浦卸诵枰M(jìn)行操作時(shí)，由服務(wù)器發(fā)送信息到客戶端，當(dāng)客戶端收到后，通過(guò)GPS實(shí)時(shí)將用戶當(dāng)前的經(jīng)緯度信息發(fā)送給服務(wù)器，服務(wù)器將當(dāng)前位置信息推送給樹(shù)莓派控制器，樹(shù)莓派接收當(dāng)前位置信息的推送并基于室內(nèi)光線明亮程度，智能控制照明設(shè)備。

4總結(jié)

本設(shè)計(jì)通過(guò)移動(dòng)設(shè)備端、控制中端及服務(wù)器三者進(jìn)行結(jié)合和統(tǒng)一，相輔相成?？刂浦卸藢?duì)實(shí)時(shí)狀態(tài)進(jìn)行感應(yīng)，操控并把信息和數(shù)據(jù)傳輸給服務(wù)器端，服務(wù)器把收到的信息處理后反饋給移動(dòng)客戶端，由客戶在移動(dòng)設(shè)備上進(jìn)行查看，并根據(jù)自己的需要進(jìn)行不同的操作。三大子部分的完整結(jié)合保證系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)，并能夠穩(wěn)定，正確的運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]Brendan Horan.樹(shù)莓派實(shí)作應(yīng)用[M].北京：人民郵電出版社，2014.

[2]張永安.基于樹(shù)莓派的智能家居系統(tǒng)[J].電子世界，2016（15）：53-53.

[3]朱晟，董鈺杰，侯皓勻，等.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能停車場(chǎng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].科技展望，2017（13）：15-16.

收稿日期：2020-03-23

作者簡(jiǎn)介：曹光輝（1998—），男，河南駐馬店人，本科，研究方向：軟件設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)。

Intelligent Lighting Control System Based on Raspberry Pi

CAO Guang-hui

（Northwest University for Nationalities，Lanzhou? Gansu? 730124）

Abstract： Make full use of the Raspberry Pi as the mid-range control， and users can use the network technology to realize the real-time status of the system from the mobile terminal， home control and PC. The Raspberry Pi is connected to sensors， and real-time monitoring of key household data is achieved through timed data collection and data analysis. Based on the position information of the mobile device and the information of the indoor light sensor， it intelligently controls the switch of indoor lighting. Socket communication is performed between the client and server to control the equipment and ensure the reliability and immediacy of the communication.

Keywords： Raspberry Pi; intelligent control; control system