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多功能智能家居系統(tǒng)的設(shè)計論文
當(dāng)前隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用的逐步深入，在傳感器和控制系統(tǒng)的協(xié)同配合下，智能家居擁有了更多的可能。智能家居作為未來發(fā)展前景十分廣闊的領(lǐng)域，其實現(xiàn)技術(shù)已經(jīng)成為業(yè)內(nèi)的研究熱點。文章在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持下，闡述多功能智能家居系統(tǒng)的開發(fā)原理與模式，為提升住戶便利，為住戶獲得更好的居住感受打下技術(shù)基礎(chǔ)，具有比較好的理論價值和實踐意義。
1 多功能智能家居的設(shè)計
本研究涉及到的智能家居，其基本設(shè)計理念，是以現(xiàn)有的無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，以及家庭內(nèi)部所部署的局域網(wǎng)系統(tǒng)，隨時采集各類狀態(tài)參量，以安卓系統(tǒng)作為應(yīng)用層的開發(fā)平臺，最終實現(xiàn)符合居住需求，實時響應(yīng)的智能家居系統(tǒng)，能夠?qū)κ覂?nèi)的全部家具設(shè)備進行監(jiān)控和設(shè)置，以集成的方式實現(xiàn)設(shè)備的管理�？紤]到安卓為開源的環(huán)境，因此對于具體用戶，可以結(jié)合其實際需求進行功能模塊的定制，因此這種模式之下開發(fā)的軟件具備很好的功能擴展?jié)摿ΑＯ旅嬖敿?xì)闡述其設(shè)計方法及過程。
1.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計
智能家居系統(tǒng)融合了各類技術(shù)，包括網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，自動化技術(shù)，傳感器技術(shù)等等，能夠在無線傳輸網(wǎng)絡(luò)的支持下，對各類節(jié)點進行遠(yuǎn)程在線監(jiān)控和管理，從而可以對家居環(huán)境中的各類電氣設(shè)備、門禁設(shè)施、照明燈具等進行控制管理；此外還可以在傳感單元的支持下，實時探測環(huán)境中的各類因子，并結(jié)合事先所設(shè)定的閾值啟動或者關(guān)閉遮光、空調(diào)等設(shè)備，并且在煙霧、溫度超標(biāo)時進行報警，保證居民的居住安全。并且，智能家居系統(tǒng)可以在數(shù)據(jù)庫中維護用戶的各類信息，當(dāng)信息積累到一定數(shù)目的時候，可以通過人工智能算法分析用戶的使用喜好，并預(yù)測用戶的行為等，使家居設(shè)備能夠更加人性化，隨時為用戶提供符合其個性特點和需求的服務(wù)。這些數(shù)據(jù)也為設(shè)備本身的安全使用打下了基礎(chǔ)。
在整體結(jié)構(gòu)上，智能家居系統(tǒng)可以劃分成硬件部分與軟件部分。其中，硬件部分主要的組成為系統(tǒng)服務(wù)器、設(shè)備控制模塊（包括對門禁的控制模塊以及報警控制模塊等），而軟件部分則主要指的是嵌入式模塊和上層應(yīng)用模塊。
由上文可知，整體系統(tǒng)中最基礎(chǔ)的部分便是無線數(shù)據(jù)傳輸平臺，只有構(gòu)建了底層信息傳輸平臺，才能保證上層各類功能模塊的實現(xiàn)。服務(wù)器可以視為是智能家居系統(tǒng)的控制中心，全部的信息均由服務(wù)器單元進行解析和處理，舉例來講，家居中的門禁系統(tǒng)，必須能夠同時進行音頻信號和視頻信號的傳送，這些信號也應(yīng)被用戶安裝了客戶端的手機接受到，因此服務(wù)器需要對這些信息進行解析和編碼，使其實時順利地傳輸至用戶的安卓手機。在出現(xiàn)告警信息的時候，服務(wù)器應(yīng)該能夠結(jié)合告警的類別，自動編輯短信息內(nèi)容推送給房屋主人，由此可知，服務(wù)器的性能和功能是智能家居系統(tǒng)的核心，也是設(shè)計的重點。
1.2 服務(wù)器設(shè)計
由于服務(wù)器單元處在智能家居系統(tǒng)的核心，而其他的各個模塊均在無線網(wǎng)絡(luò)的支持下受到服務(wù)器的管理和控制，因此本研究采取嵌入式的方法對服務(wù)器進行設(shè)計。
1.2.1 基于嵌入式的服務(wù)器設(shè)計
在服務(wù)器模塊的開發(fā)中，采用的是Linux平臺。其具體流程為：在開發(fā)平臺上部署NFS系統(tǒng)，此系統(tǒng)能夠支持用戶和其他的開發(fā)人員對開發(fā)文檔進行共享，同步開發(fā)。把系統(tǒng)的主機視為文件共享系統(tǒng)服務(wù)器，在對uImage內(nèi)核進行鏡像編輯，使之內(nèi)嵌在目標(biāo)板之中。在此基礎(chǔ)上設(shè)置交叉編譯軟件的各個參數(shù)，配置所有的環(huán)境參數(shù)，從而使上層的軟件能夠在編譯之后變成目標(biāo)板上的文件。
在完成以上的操作后，繼續(xù)制作位于目標(biāo)板的根文件，根文件中含有智能家居控制程序相關(guān)的各類庫文件和目錄等。通常開辟一個單獨的分區(qū)，在其中設(shè)置與在根文有關(guān)的目錄。在完成程序調(diào)試時，同時也就完成了目標(biāo)板運行前的所有工作。
1.2.2 底層驅(qū)動的設(shè)計
本設(shè)計所需的底層驅(qū)動含有無線網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備，Wi-Fi連接設(shè)備等，此處以Wi-Fi連接設(shè)備為例，首先將此設(shè)備視為一個字符型的模塊，為了能夠使上層的應(yīng)用對本模塊進行讀寫操作，就應(yīng)該調(diào)用相關(guān)的進程。所有的底層驅(qū)動均在/dev文件夾里為上層的各類調(diào)用預(yù)留端口。
1.2.3 服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計
由于不同的住戶對于智能家居的功能需求也有所不同，因此本設(shè)計在傳輸模式的選擇上，確定了復(fù)合型的模式，即對移動聯(lián)網(wǎng)、Wi-Fi連接等各類模式均支持，用戶只要處于存在上述網(wǎng)絡(luò)任何一種連接中的環(huán)境中，便能夠獲取信息，對遠(yuǎn)程家居設(shè)備進行監(jiān)控和操作。本設(shè)計
Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)是用戶使用較多的網(wǎng)絡(luò)之一，在此網(wǎng)絡(luò)的支持下，能夠?qū)C機、手持終端、手機等連接到互聯(lián)網(wǎng)+中，進行遠(yuǎn)程的操作和控制。Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，能夠很好地支持802.11協(xié)議的無線傳輸，因此也適合于對門禁等需要實時傳輸信息的模塊使用。
3G與4G網(wǎng)絡(luò)也是目前使用較為廣泛的無線傳輸技術(shù)，其理論基礎(chǔ)是傳統(tǒng)移動運營商的蜂窩通訊。3G與4G網(wǎng)絡(luò)一方面能夠支持傳統(tǒng)的語音信息，另一方面也完全兼容數(shù)字流量，一般情況下的波特率可以達到百k左右。本設(shè)計由于使用的是安卓系統(tǒng)，采取標(biāo)準(zhǔn)的聯(lián)網(wǎng)方式，為了適應(yīng)不同情況下的無線傳輸，需要對Linux平臺的內(nèi)核進行調(diào)整，本設(shè)計為其增設(shè)了USB驅(qū)動撥號腳本，使其可以在3G與4G網(wǎng)絡(luò)的支持下進行無線傳輸。本研究所設(shè)計的基于不同無線傳輸體制的底層數(shù)據(jù)方案如圖所示。
1.3 門禁模塊的設(shè)計
在智能家居系統(tǒng)中，門禁模塊需要實時進行視頻信息和音頻信息的傳輸，因此涉及到很大的數(shù)據(jù)流量，同時還接收來自服務(wù)器的各類控制指令，譯碼后進行執(zhí)行并返回信息。而對于門禁系統(tǒng)的聲音信號，其采取的方式是首先進行錄制，結(jié)束之后將其以wav文件進行保存，再以socket的模式將語音傳輸至服務(wù)器模塊，服務(wù)器收到語音信息之后，將相關(guān)消息發(fā)送到住戶的手持終端上提醒其點擊鏈接進行收聽；而對于門禁系統(tǒng)的視頻信息，則在錄制之后使其保存為JPEG流的格式，傳輸至服務(wù)器，轉(zhuǎn)發(fā)給住戶，文件以客戶端關(guān)閉連接作為末尾的標(biāo)志。
1.4 安卓客戶端的開發(fā)
住戶為了能夠在任意的時間對家居設(shè)備的運行情況進行獲取，設(shè)計了基于安卓的客戶端軟件，以支持用戶在Wi-Fi等無線傳輸體系的支持下訪問家居設(shè)備的各類參數(shù)，實現(xiàn)對其的控制。
其中的關(guān)鍵之處是對用戶界面進行設(shè)計。
結(jié)合具體的功能，在界面里內(nèi)置了三個控件來控制界面的上中下三個區(qū)域。在界面上端，使用者可以通過復(fù)制鏈接或者直接輸入地址的方式與服務(wù)器取得聯(lián)系，在界面中部則設(shè)置了用頁面切換方法，支持住戶以觸摸的方式進行頁面的轉(zhuǎn)換等。界面下端含有本軟件的功能模塊，其中的“服務(wù)器”模塊支持用戶對家居環(huán)境中的各類參數(shù)進行查詢，例如實時的溫度、濕度、PMI值等等，也能夠查詢當(dāng)前的門禁信息，包括音頻與視頻。為了支持用戶調(diào)取視頻監(jiān)控中的數(shù)據(jù)，設(shè)置了一個單獨的tabpager。系統(tǒng)的“情景模式”模塊則可以支持用戶對室內(nèi)環(huán)境進行調(diào)節(jié)，例如對窗簾遮光、燈光強度、空調(diào)溫度等進行設(shè)置等。
2 結(jié)語
目前，智能家居技術(shù)的發(fā)展方興未艾，有很多門類的產(chǎn)品充斥在市場中，屬于朝陽產(chǎn)業(yè)�？梢灶A(yù)見在不久的將來，隨著技術(shù)的突破和市場的拓展，智能家居必將逐步取代傳統(tǒng)家具，使居民的居住更加舒心和環(huán)保。
參考文獻
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