多功能智慧家居系統的設計論文
當前隨著物聯網技術與應用的逐步深入，在感測器和控制系統的協同配合下，智慧家居擁有了更多的可能。智慧家居作為未來發展前景十分廣闊的領域，其實現技術已經成為業內的研究熱點。文章在現有網路技術的支援下，闡述多功能智慧家居系統的開發原理與模式，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 多功能智慧家居的設計
本研究涉及到的智慧家居，其基本設計理念，是以現有的無線網路系統，以及家庭內部所部署的區域網系統，隨時採集各類狀態參量，以安卓系統作為應用層的開發平臺，最終實現符合居住需求，實時響應的智慧家居系統，能夠對室內的全部傢俱裝置進行監控和設定，以整合的方式實現裝置的管理。考慮到安卓為開源的環境，因此對於具體使用者，可以結合其實際需求進行功能模組的定製，因此這種模式之下開發的軟體具備很好的功能擴充套件潛力。下面詳細闡述其設計方法及過程。
1.1 總體結構設計
智慧家居系統融合了各類技術，包括網路技術，自動化技術，感測器技術等等，能夠在無線傳輸網路的支援下，對各類節點進行遠端線上監控和管理，從而可以對家居環境中的各類電氣裝置、門禁設施、照明燈具等進行控制管理；此外還可以在感測單元的支援下，實時探測環境中的各類因子，並結合事先所設定的閾值啟動或者關閉遮光、空調等裝置，並且在煙霧、溫度超標時進行報警，保證居民的居住安全。並且，智慧家居系統可以在資料庫中維護使用者的各類資訊，當資訊積累到一定數目的時候，可以透過人工智慧演算法分析使用者的使用喜好，並預測使用者的行為等，使家居裝置能夠更加人性化，隨時為使用者提供符合其個性特點和需求的服務。這些資料也為裝置本身的安全使用打下了基礎。
在整體結構上，智慧家居系統可以劃分成硬體部分與軟體部分。其中，硬體部分主要的組成為系統伺服器、裝置控制模組（包括對門禁的控制模組以及報警控制模組等），而軟體部分則主要指的是嵌入式模組和上層應用模組。
由上文可知，整體系統中最基礎的部分便是無線資料傳輸平臺，只有構建了底層資訊傳輸平臺，才能保證上層各類功能模組的實現。伺服器可以視為是智慧家居系統的控制中心，全部的資訊均由伺服器單元進行解析和處理，舉例來講，家居中的門禁系統，必須能夠同時進行音訊訊號和影片訊號的傳送，這些訊號也應被使用者安裝了客戶端的手機接受到，因此伺服器需要對這些資訊進行解析和編碼，使其實時順利地傳輸至使用者的安卓手機。在出現告警資訊的時候，伺服器應該能夠結合告警的類別，自動編輯簡訊息內容推送給房屋主人，由此可知，伺服器的效能和功能是智慧家居系統的核心，也是設計的重點。
1.2 伺服器設計
由於伺服器單元處在智慧家居系統的核心，而其他的各個模組均在無線網路的支援下受到伺服器的管理和控制，因此本研究採取嵌入式的方法對伺服器進行設計。
1.2.1 基於嵌入式的伺服器設計
在伺服器模組的開發中，採用的是Linux平臺。其具體流程為：在開發平臺上部署NFS系統，此係統能夠支援使用者和其他的開發人員對開發文件進行共享，同步開發。把系統的主機視為檔案共享系統伺服器，在對uImage核心進行映象編輯，使之內嵌在目標板之中。在此基礎上設定交叉編譯軟體的各個引數，配置所有的環境引數，從而使上層的軟體能夠在編譯之後變成目標板上的檔案。
在完成以上的操作後，繼續製作位於目標板的根檔案，根檔案中含有智慧家居控制程式相關的各類庫檔案和目錄等。通常開闢一個單獨的分割槽，在其中設定與在根文有關的目錄。在完成程式除錯時，同時也就完成了目標板執行前的所有工作。
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路連線裝置，Wi-Fi連線裝置等，此處以Wi-Fi連線裝置為例，首先將此裝置視為一個字元型的模組，為了能夠使上層的應用對本模組進行讀寫操作，就應該呼叫相關的`程序。所有的底層驅動均在/dev資料夾裡為上層的各類呼叫預留埠。
1.2.3 伺服器網路設計
由於不同的住戶對於智慧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，確定了複合型的模式，即對移動聯網、Wi-Fi連線等各類模式均支援，使用者只要處於存在上述網路任何一種連線中的環境中，便能夠獲取資訊，對遠端家居裝置進行監控和操作。本設計
Wi-Fi網路是使用者使用較多的網路之一，在此網路的支援下，能夠將PC機、手持終端、手機等連線到網際網路+中，進行遠端的操作和控制。Wi-Fi網路的出現，能夠很好地支援802.11協議的無線傳輸，因此也適合於對門禁等需要實時傳輸資訊的模組使用。
3G與4G網路也是目前使用較為廣泛的無線傳輸技術，其理論基礎是傳統移動運營商的蜂窩通訊。3G與4G網路一方面能夠支援傳統的語音資訊，另一方面也完全相容數字流量，一般情況下的波特率可以達到百k左右。本設計由於使用的是安卓系統，採取標準的聯網方式，為了適應不同情況下的無線傳輸，需要對Linux平臺的核心進行調整，本設計為其增設了USB驅動撥號指令碼，使其可以在3G與4G網路的支援下進行無線傳輸。本研究所設計的基於不同無線傳輸體制的底層資料方案如圖所示。
1.3 門禁模組的設計
在智慧家居系統中，門禁模組需要實時進行影片資訊和音訊資訊的傳輸，因此涉及到很大的資料流量，同時還接收來自伺服器的各類控制指令，譯碼後進行執行並返回資訊。而對於門禁系統的聲音訊號，其採取的方式是首先進行錄製，結束之後將其以wav檔案進行儲存，再以socket的模式將語音傳輸至伺服器模組，伺服器收到語音資訊之後，將相關訊息傳送到住戶的手持終端上提醒其點選連結進行收聽；而對於門禁系統的影片資訊，則在錄製之後使其儲存為JPEG流的格式，傳輸至伺服器，轉發給住戶，檔案以客戶端關閉連線作為末尾的標誌。
1.4 安卓客戶端的開發
住戶為了能夠在任意的時間對家居裝置的執行情況進行獲取，設計了基於安卓的客戶端軟體，以支援使用者在Wi-Fi等無線傳輸體系的支援下訪問家居裝置的各類引數，實現對其的控制。
其中的關鍵之處是對使用者介面進行設計。
結合具體的功能，在介面裡內建了三個控制元件來控制介面的上中下三個區域。在介面上端，使用者可以透過複製連結或者直接輸入地址的方式與伺服器取得聯絡，在介面中部則設定了用頁面切換方法，支援住戶以觸控的方式進行頁面的轉換等。介面下端含有本軟體的功能模組，其中的“伺服器”模組支援使用者對家居環境中的各類引數進行查詢，例如實時的溫度、溼度、PMI值等等，也能夠查詢當前的門禁資訊，包括音訊與影片。為了支援使用者調取影片監控中的資料，設定了一個單獨的tabpager。系統的“情景模式”模組則可以支援使用者對室內環境進行調節，例如對窗簾遮光、燈光強度、空調溫度等進行設定等。
2 結語
目前，智慧家居技術的發展方興未艾，有很多門類的產品充斥在市場中，屬於朝陽產業。可以預見在不久的將來，隨著技術的突破和市場的拓展，智慧家居必將逐步取代傳統傢俱，使居民的居住更加舒心和環保。
參考文獻
[1] 朱海翔，文浦驊，裴陽.多功能智慧家居系統的設計與實現[J].科技創新與應用，2015（07）：6-7.
[2] 張媛一，張景全，王春來.基於ZigBee的智慧家居系統設計[J].工程技術研究，2016（08）：12-16.
[3] 姬紅旭，李佳寶.基於物聯網的智慧家居系統[J].數字技術與應用，2016（11）：74.