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多功能智能家居系統(tǒng)的設計論文
當前隨著物聯(lián)網技術與應用的逐步深入，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域，其實現(xiàn)技術已經成為業(yè)內的研究熱點。文章在現(xiàn)有網絡技術的支持下，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基礎，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計
本研究涉及到的智能家居，其基本設計理念，是以現(xiàn)有的無線網絡系統(tǒng)，以及家庭內部所部署的局域網系統(tǒng)，隨時采集各類狀態(tài)參量，以安卓系統(tǒng)作為應用層的開發(fā)平臺，最終實現(xiàn)符合居住需求，實時響應的智能家居系統(tǒng)，能夠對室內的全部家具設備進行監(jiān)控和設置，以集成的方式實現(xiàn)設備的管理�？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旅嬖敿氷U述其設計方法及過程。
1.1 總體結構設計
智能家居系統(tǒng)融合了各類技術，包括網絡技術，自動化技術，傳感器技術等等，能夠在無線傳輸網絡的支持下，對各類節(jié)點進行遠程在線監(jiān)控和管理，從而可以對家居環(huán)境中的各類電氣設備、門禁設施、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，并結合事先所設定的閾值啟動或者關閉遮光、空調等設備，并且在煙霧、溫度超標時進行報警，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，并預測用戶的行為等，使家居設備能夠更加人性化，隨時為用戶提供符合其個性特點和需求的服務。這些數(shù)據(jù)也為設備本身的安全使用打下了基礎。
在整體結構上，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)服務器、設備控制模塊（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用模塊。
由上文可知，整體系統(tǒng)中最基礎的部分便是無線數(shù)據(jù)傳輸平臺，只有構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，這些信號也應被用戶安裝了客戶端的手機接受到，因此服務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，服務器應該能夠結合告警的類別，自動編輯短信息內容推送給房屋主人，由此可知，服務器的性能和功能是智能家居系統(tǒng)的核心，也是設計的重點。
1.2 服務器設計
由于服務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絡的支持下受到服務器的管理和控制，因此本研究采取嵌入式的方法對服務器進行設計。
1.2.1 基于嵌入式的服務器設計
在服務器模塊的開發(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)服務器，在對uImage內核進行鏡像編輯，使之內嵌在目標板之中。在此基礎上設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板上的文件。
在完成以上的操作后，繼續(xù)制作位于目標板的根文件，根文件中含有智能家居控制程序相關的各類庫文件和目錄等。通常開辟一個單獨的分區(qū)，在其中設置與在根文有關的目錄。在完成程序調試時，同時也就完成了目標板運行前的所有工作。
1.2.2 底層驅動的設計
本設計所需的底層驅動含有無線網絡連接設備，Wi-Fi連接設備等，此處以Wi-Fi連接設備為例，首先將此設備視為一個字符型的模塊，為了能夠使上層的應用對本模塊進行讀寫操作，就應該調用相關的進程。所有的底層驅動均在/dev文件夾里為上層的各類調用預留端口。
1.2.3 服務器網絡設計
由于不同的住戶對于智能家居的功能需求也有所不同，因此本設計在傳輸模式的選擇上，確定了復合型的模式，即對移動聯(lián)網、Wi-Fi連接等各類模式均支持，用戶只要處于存在上述網絡任何一種連接中的環(huán)境中，便能夠獲取信息，對遠程家居設備進行監(jiān)控和操作。本設計
Wi-Fi網絡是用戶使用較多的網絡之一，在此網絡的支持下，能夠將PC機、手持終端、手機等連接到互聯(lián)網+中，進行遠程的操作和控制。Wi-Fi網絡的出現(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網絡也是目前使用較為廣泛的無線傳輸技術，其理論基礎是傳統(tǒng)移動運營商的蜂窩通訊。3G與4G網絡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。本設計由于使用的是安卓系統(tǒng)，采取標準的聯(lián)網方式，為了適應不同情況下的無線傳輸，需要對Linux平臺的內核進行調整，本設計為其增設了USB驅動撥號腳本，使其可以在3G與4G網絡的支持下進行無線傳輸。本研究所設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器模塊，服務器收到語音信息之后，將相關消息發(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，傳輸至服務器，轉發(fā)給住戶，文件以客戶端關閉連接作為末尾的標志。
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備的運行情況進行獲取，設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備的各類參數(shù)，實現(xiàn)對其的控制。
其中的關鍵之處是對用戶界面進行設計。
結合具體的功能，在界面里內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，使用者可以通過復制鏈接或者直接輸入地址的方式與服務器取得聯(lián)系，在界面中部則設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換等。界面下端含有本軟件的功能模塊，其中的“服務器”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，也能夠查詢當前的門禁信息，包括音頻與視頻。為了支持用戶調取視頻監(jiān)控中的數(shù)據(jù)，設置了一個單獨的tabpager。系統(tǒng)的“情景模式”模塊則可以支持用戶對室內環(huán)境進行調節(jié)，例如對窗簾遮光、燈光強度、空調溫度等進行設置等。
2 結語
目前，智能家居技術的發(fā)展方興未艾，有很多門類的產品充斥在市場中，屬于朝陽產業(yè)�？梢灶A見在不久的將來，隨著技術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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