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摘要：随着全球范围内信息技术创新不断加快，信息领域新产品、新服务、新业态大量涌现，并由于无线网络的普及，无线智能家居产品必然逐渐取代了有线家居产品，智能家居市场的推广普及得到进一步落实。本项目智能家居平台由安卓APP控制模块，智能信息中控模块，无线控制最小模块，各类智能设备模块四大部分组成。APP客户端连接互联网与家中的智能信息中控模块建立连接。各类智能设备再连接入智能信息中控模块，从而实现远距离高速的信息交互家庭网络。整个平台能够实时管理各个智能化子系统运转，各子系统在交互平台管理下运行。使我们对家庭的控制系统能随时掌控、需要的信息随时获取。
关键词：智能家居系统；物联网；智慧城市；云计算
中图分类号：TP212.9 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）10（b）-0000-00
Smart Home Platform
XIE Peng，HUANG Yong-liang，ZHOU Si-yuan
（University of Electronic Science And Technology of China，Zhongshan Institute Computer Institute，Guangdong 528402，China）
Abstract：With the global information technology innovation continues to accelerate， the new products， new services， new formats are emerging and due to the popularity of wireless networks， wireless smart home products will gradually replace the wired home products， smart home market to promote the implementation of a step further. The smart home platform of this project is composed of APP control module， intelligent information module， wireless control module， all kinds of intelligent device module four parts. APP client connection to the Internet and the home of intelligent information in the control module to establish a connection. All kinds of intelligent devices are connected with the intelligent information in the control module， so as to realize the long-distance and high speed information interactive home network. The entire platform can manage all the subsystems of the system in real time， and the subsystems are running under the interactive platform. The control system of the family can be controlled， the need to obtain information at any time.
Key words： Smart home system； Internet of things； smart city； cloud computing
0 前言
截止2013年，全球范围内信息技术创新不断加快，不断激发新的消费需求，成为日益活跃的消费热点。我国市场规模庞大，正处于居民消费升级和信息化、工业化、城镇化、农业现代化加快融合发展的阶段，信息消费具有良好发展基础和巨大发展潜力。智能家居作为一个新生产业，处于一个导入期与成长期的临界点，市场消费观念还未形成，但随着智能家居市场推广普及的进一步落实，培育起消费者的使用习惯，智能家居市场的消费潜力必然是巨大的。综合实际情况，利用嵌入式技术和互联网技术，研发出一套具有实用性且低成本的智能家居产品通信方面的智能家居平台。该平台不仅能够实时控制家庭智能设备，并且能够高速获取联网家庭产品信息，还有能够根据用户设定的情景模式，搭建温馨浪漫的家庭生活体验，达到为用户提供全方位的信息交互功能的目的。
1 系统总体设计方案
本项目智能家居平台整体设计分为三大模块，分别是手机客户端与中控端的信息交互模块，中控端与无线模块之间的信息传输模块，数据采集与分析模块。
手机端即提供给用户一个操作多样化的界面控制端。手机端与中控端通过现有的互联网建立连接。手机端能够实时对家庭联网的所有拥有无线最小模块的智能设备进行控制与获取目前设备的状态。还可通过设置各种各样的情景模式对家中的环境起到调制节能效果。
智能信息中控与无线模块设备之间的信息传输模块属于本地端线路。实现把各类智能家居设备结合起来，使手机客户端可以实时控制设备和获取设备信息。例如与摄像头模块，智能门控模块，LED&RGB模块，环境监测模块，NFC模块等建立通信。智能信息中控通过扫描式并三次握手组网方式，与无线模块设备组成家庭无线网络。
数据采集与分析模块，处于当今时代，数据采集与分析显得更加突出。数据的采集能够分析出用户的生活习惯，从而总结出用户的使用习惯和某种规律，让系统能够自学习。另外伴随着可穿戴式设备的普及，可实时检测并提供用户的身体状况，通过分析，提供数据给智能设备，例如空调，可智能化调节适宜温湿度。又能直接反映给用户，达到可视化的效果。 本项目智能家居平台整体思想即手机客户端通过现有的互联网与家庭信息中控进行连接。家庭信息中控再与各类无线模块设备连接，所采用的无线模块为SI4432型号。SI4432模块相比WIFI模块来说具有超远距离传输，穿墙性强，低成本的优点。本平台通信的模式相对于WIFI家庭设备与手机客户端直接通信的模式的好处在于家庭信息中控相当于扮演家庭的智能管家，能够很好的处理信息的传输。对于智能家居平台中各模块之间的联系如图1所示。
2 系统硬件设计
2.1 智能信息中控硬件设计
智能信息中控模块能够集中管理全部无线模块，综合利用各种资源，处理无线模块与手机客户端越来越频繁的信息交流和沟通。智能信息中控模块EMW3162内置了主频高达120MHz的Cortex-M3微控制器STM32F205RG，拥有1M字节Flash，128k字节SRAM和丰富的外设功能。中控通过接收手机等第三方软件的控制协议消息，解析完通过SI4432无线模块向相应设备模块发送协议消息，实现实时且准确的信息传递。而且，中控模块能通过APP软件远程配置。从而搭建出一个家庭物联网，让家庭的智能设备连接起来，可以获取各自提供的信息，不再是单一的存在。其整体设计如图2所示。
2.2无线模块设备硬件设计
无线模块是一块完整的、体积小巧的、低功耗无线收发模块。通信方式为半双工，适合点对点，点对多通信机制，一主机对多从机通信方式要求所有从机都设定唯一地址编码并与相应主机对应。模块集成了所有射频的相关功能和器件，与STM8单片机采用SPI接口连接，超低功耗，有掉电保护模式等。无线模块的控制距离高达2000米，穿墙能力强，高灵敏度，数据传输率达到256kbps，不会因为距离远而影响控制的效果。因此用于组建家庭无线网络，各模块通过无线模块接受中控的控制协议，准确及时并响应信息。最小无线模块系统如图3所示。
3 系统软件设计
3.1手机客户端软件设计
基于JAVA语言开发的安卓手机应用。手机通过开启APP进入到登录页面进行连接服务器。如果登录失败会手机将会无法进入到应用程序。我们通过调用手机的socket连接与路由器做信息交互。整体的APP设计是滑动式界面设计，左边是用户的登录界面右边是应用程序。通过安卓的service的绑定对socket进行绑定。给用户提供一个简单优美且实用性强的控制界面进行实时人机交互，智能多样化的操作效果。能随时掌控、随时获取需要的信息。
图4 手机客户端软件界面图
3.2智能信息中控软件设计
智能信息中控首先进行硬件初始化，然后等待接收手机客户端发送来的信息，然后通过协议解析，查询是否存在相应的情景模式，然后转发到相应的无线设备。其流程如图5所示 。
3.3无线模块设备软件设计
无线模块设备采用中断机制接收中控发送过来的数据包。无线模块设备处于正常工作状态，当检测到有发送过来的数据包，程序马上进入到中断处理程序，然后进行协议解析，解析正确则进行相应操作。解析错误则丢弃该数据包，不作处理。解析完毕则退出中断服务程序。其框架流程如图6所示。
4 结束语
本文提出了一套低成本且可行的智能家居平台的整体设计方法。核心设计以现有成熟的互联网为基础，再结合远距离的无线传输模块，实现高效远距离的数据传输。通过设计的Android客户端测试，能够很好的控制LED的亮度和色度的调节，RGB灯的颜色变换、远程门控、摄像头监测、家庭背景音乐的选择、家庭环境参数的获取等家庭生活体验的基本效果。有了智能信息中控添加了情景模式的设定，即是用户可以通过手机客户端去设置相应的条件所相应的场景，例如简单例子，晚上回家进门的时候，伴随着设定好的音乐，还有暖和的阳台灯光。这一功能即是物联网的一大特色，设备与设备之间可以相互通信，做到同步。本文提出的这套设计方案的先进性及创新点在于根据用户对智能家居功能的需求，整合最实用最基本的家居控制功能。甚至为各种能源费用节约资金。为用户搭建温馨浪漫的家庭生活体验。
参考文献（References）：
[1]曹薇、谢云敏.单片机原理及应用[M].中国水利水电 出版社， 2004.
[2]谭浩强.C程序设计（第3版）[M].清华大学出版社，2005.
[3]王珊珊，臧洌，张志航.C++程序设计教程（第2版）[M]. 机械工业出版社，2011.
[4]周立功.ARM嵌入式系统基础教程（第2版）[M].北京航空航天大学出版社，2008.
[5]王宇行.ARM程序分析与设计[M].北京航空航天大学 出版社，2008
[6]马潮.AVR单片机嵌入式系统原理与应用实践（第2版） [M].北京航空航天大学出版社，2011.
[7]杨云君.Android 的设计与实现[M].机械工业出版社，2013
[8]向忠宏.智能家居[M].人民邮电出版社，2002
[9]顾牧君.智能家居设计与施工[M].同济大学出版社，2004.
关键词：智能家居系统；物联网；智慧城市；云计算
中图分类号：TP212.9 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）10（b）-0000-00
Smart Home Platform
XIE Peng，HUANG Yong-liang，ZHOU Si-yuan
（University of Electronic Science And Technology of China，Zhongshan Institute Computer Institute，Guangdong 528402，China）
Abstract：With the global information technology innovation continues to accelerate， the new products， new services， new formats are emerging and due to the popularity of wireless networks， wireless smart home products will gradually replace the wired home products， smart home market to promote the implementation of a step further. The smart home platform of this project is composed of APP control module， intelligent information module， wireless control module， all kinds of intelligent device module four parts. APP client connection to the Internet and the home of intelligent information in the control module to establish a connection. All kinds of intelligent devices are connected with the intelligent information in the control module， so as to realize the long-distance and high speed information interactive home network. The entire platform can manage all the subsystems of the system in real time， and the subsystems are running under the interactive platform. The control system of the family can be controlled， the need to obtain information at any time.
Key words： Smart home system； Internet of things； smart city； cloud computing
0 前言
截止2013年，全球范围内信息技术创新不断加快，不断激发新的消费需求，成为日益活跃的消费热点。我国市场规模庞大，正处于居民消费升级和信息化、工业化、城镇化、农业现代化加快融合发展的阶段，信息消费具有良好发展基础和巨大发展潜力。智能家居作为一个新生产业，处于一个导入期与成长期的临界点，市场消费观念还未形成，但随着智能家居市场推广普及的进一步落实，培育起消费者的使用习惯，智能家居市场的消费潜力必然是巨大的。综合实际情况，利用嵌入式技术和互联网技术，研发出一套具有实用性且低成本的智能家居产品通信方面的智能家居平台。该平台不仅能够实时控制家庭智能设备，并且能够高速获取联网家庭产品信息，还有能够根据用户设定的情景模式，搭建温馨浪漫的家庭生活体验，达到为用户提供全方位的信息交互功能的目的。
1 系统总体设计方案
本项目智能家居平台整体设计分为三大模块，分别是手机客户端与中控端的信息交互模块，中控端与无线模块之间的信息传输模块，数据采集与分析模块。
手机端即提供给用户一个操作多样化的界面控制端。手机端与中控端通过现有的互联网建立连接。手机端能够实时对家庭联网的所有拥有无线最小模块的智能设备进行控制与获取目前设备的状态。还可通过设置各种各样的情景模式对家中的环境起到调制节能效果。
智能信息中控与无线模块设备之间的信息传输模块属于本地端线路。实现把各类智能家居设备结合起来，使手机客户端可以实时控制设备和获取设备信息。例如与摄像头模块，智能门控模块，LED&RGB模块，环境监测模块，NFC模块等建立通信。智能信息中控通过扫描式并三次握手组网方式，与无线模块设备组成家庭无线网络。
数据采集与分析模块，处于当今时代，数据采集与分析显得更加突出。数据的采集能够分析出用户的生活习惯，从而总结出用户的使用习惯和某种规律，让系统能够自学习。另外伴随着可穿戴式设备的普及，可实时检测并提供用户的身体状况，通过分析，提供数据给智能设备，例如空调，可智能化调节适宜温湿度。又能直接反映给用户，达到可视化的效果。 本项目智能家居平台整体思想即手机客户端通过现有的互联网与家庭信息中控进行连接。家庭信息中控再与各类无线模块设备连接，所采用的无线模块为SI4432型号。SI4432模块相比WIFI模块来说具有超远距离传输，穿墙性强，低成本的优点。本平台通信的模式相对于WIFI家庭设备与手机客户端直接通信的模式的好处在于家庭信息中控相当于扮演家庭的智能管家，能够很好的处理信息的传输。对于智能家居平台中各模块之间的联系如图1所示。
2 系统硬件设计
2.1 智能信息中控硬件设计
智能信息中控模块能够集中管理全部无线模块，综合利用各种资源，处理无线模块与手机客户端越来越频繁的信息交流和沟通。智能信息中控模块EMW3162内置了主频高达120MHz的Cortex-M3微控制器STM32F205RG，拥有1M字节Flash，128k字节SRAM和丰富的外设功能。中控通过接收手机等第三方软件的控制协议消息，解析完通过SI4432无线模块向相应设备模块发送协议消息，实现实时且准确的信息传递。而且，中控模块能通过APP软件远程配置。从而搭建出一个家庭物联网，让家庭的智能设备连接起来，可以获取各自提供的信息，不再是单一的存在。其整体设计如图2所示。
2.2无线模块设备硬件设计
无线模块是一块完整的、体积小巧的、低功耗无线收发模块。通信方式为半双工，适合点对点，点对多通信机制，一主机对多从机通信方式要求所有从机都设定唯一地址编码并与相应主机对应。模块集成了所有射频的相关功能和器件，与STM8单片机采用SPI接口连接，超低功耗，有掉电保护模式等。无线模块的控制距离高达2000米，穿墙能力强，高灵敏度，数据传输率达到256kbps，不会因为距离远而影响控制的效果。因此用于组建家庭无线网络，各模块通过无线模块接受中控的控制协议，准确及时并响应信息。最小无线模块系统如图3所示。
3 系统软件设计
3.1手机客户端软件设计
基于JAVA语言开发的安卓手机应用。手机通过开启APP进入到登录页面进行连接服务器。如果登录失败会手机将会无法进入到应用程序。我们通过调用手机的socket连接与路由器做信息交互。整体的APP设计是滑动式界面设计，左边是用户的登录界面右边是应用程序。通过安卓的service的绑定对socket进行绑定。给用户提供一个简单优美且实用性强的控制界面进行实时人机交互，智能多样化的操作效果。能随时掌控、随时获取需要的信息。
图4 手机客户端软件界面图
3.2智能信息中控软件设计
智能信息中控首先进行硬件初始化，然后等待接收手机客户端发送来的信息，然后通过协议解析，查询是否存在相应的情景模式，然后转发到相应的无线设备。其流程如图5所示 。
3.3无线模块设备软件设计
无线模块设备采用中断机制接收中控发送过来的数据包。无线模块设备处于正常工作状态，当检测到有发送过来的数据包，程序马上进入到中断处理程序，然后进行协议解析，解析正确则进行相应操作。解析错误则丢弃该数据包，不作处理。解析完毕则退出中断服务程序。其框架流程如图6所示。
4 结束语
本文提出了一套低成本且可行的智能家居平台的整体设计方法。核心设计以现有成熟的互联网为基础，再结合远距离的无线传输模块，实现高效远距离的数据传输。通过设计的Android客户端测试，能够很好的控制LED的亮度和色度的调节，RGB灯的颜色变换、远程门控、摄像头监测、家庭背景音乐的选择、家庭环境参数的获取等家庭生活体验的基本效果。有了智能信息中控添加了情景模式的设定，即是用户可以通过手机客户端去设置相应的条件所相应的场景，例如简单例子，晚上回家进门的时候，伴随着设定好的音乐，还有暖和的阳台灯光。这一功能即是物联网的一大特色，设备与设备之间可以相互通信，做到同步。本文提出的这套设计方案的先进性及创新点在于根据用户对智能家居功能的需求，整合最实用最基本的家居控制功能。甚至为各种能源费用节约资金。为用户搭建温馨浪漫的家庭生活体验。
参考文献（References）：
[1]曹薇、谢云敏.单片机原理及应用[M].中国水利水电 出版社， 2004.
[2]谭浩强.C程序设计（第3版）[M].清华大学出版社，2005.
[3]王珊珊，臧洌，张志航.C++程序设计教程（第2版）[M]. 机械工业出版社，2011.
[4]周立功.ARM嵌入式系统基础教程（第2版）[M].北京航空航天大学出版社，2008.
[5]王宇行.ARM程序分析与设计[M].北京航空航天大学 出版社，2008
[6]马潮.AVR单片机嵌入式系统原理与应用实践（第2版） [M].北京航空航天大学出版社，2011.
[7]杨云君.Android 的设计与实现[M].机械工业出版社，2013
[8]向忠宏.智能家居[M].人民邮电出版社，2002
[9]顾牧君.智能家居设计与施工[M].同济大学出版社，2004.