邹霆

摘 要：文章阐述了多功能智能家居系统的设计方案，首先对整体结构进行设计，在此基础上从基于嵌入式的服务器设计、底层驱动的设计、服务器网络设计、门禁模块的设计、安卓客户端的开发等方面阐述了详细设计过程。

关键词：多功能；智能家居；无线网络

当前随着物联网技术与应用的逐步深入，在传感器和控制系统的协同配合下，智能家居拥有了更多的可能。智能家居作为未来发展前景十分广阔的领域，其实现技术已经成为业内的研究热点。文章在现有网络技术的支持下，阐述多功能智能家居系统的开发原理与模式，为提升住户便利，为住户获得更好的居住感受打下技术基础，具有比较好的理论价值和实践意义。

1 多功能智能家居的设计

本研究涉及到的智能家居，其基本设计理念，是以现有的无线网络系统，以及家庭内部所部署的局域网系统，随时采集各类状态参量，以安卓系统作为应用层的开发平台，最终实现符合居住需求，实时响应的智能家居系统，能够对室内的全部家具设备进行监控和设置，以集成的方式实现设备的管理。考虑到安卓为开源的环境，因此对于具体用户，可以结合其实际需求进行功能模块的定制，因此这种模式之下开发的软件具备很好的功能扩展潜力。下面详细阐述其设计方法及过程。

1.1 总体结构设计

智能家居系统融合了各类技术，包括网络技术，自动化技术，传感器技术等等，能够在无线传输网络的支持下，对各类节点进行远程在线监控和管理，从而可以对家居环境中的各类电气设备、门禁设施、照明灯具等进行控制管理；此外还可以在传感单元的支持下，实时探测环境中的各类因子，并结合事先所设定的阈值启动或者关闭遮光、空调等设备，并且在烟雾、温度超标时进行报警，保证居民的居住安全。并且，智能家居系统可以在数据库中维护用户的各类信息，当信息积累到一定数目的时候，可以通过人工智能算法分析用户的使用喜好，并预测用户的行为等，使家居设备能够更加人性化，随时为用户提供符合其个性特点和需求的服务。这些数据也为设备本身的安全使用打下了基础。

在整体结构上，智能家居系统可以划分成硬件部分与软件部分。其中，硬件部分主要的组成为系统服务器、设备控制模块（包括对门禁的控制模块以及报警控制模块等），而软件部分则主要指的是嵌入式模块和上层应用模块。

由上文可知，整体系统中最基础的部分便是无线数据传输平台，只有构建了底层信息传输平台，才能保证上层各类功能模块的实现。服务器可以视为是智能家居系统的控制中心，全部的信息均由服务器单元进行解析和处理，举例来讲，家居中的门禁系统，必须能够同时进行音频信号和视频信号的传送，这些信号也应被用户安装了客户端的手机接受到，因此服务器需要对这些信息进行解析和编码，使其实时顺利地传输至用户的安卓手机。在出现告警信息的时候，服务器应该能够结合告警的类别，自动编辑短信息内容推送给房屋主人，由此可知，服务器的性能和功能是智能家居系统的核心，也是设计的重点。

1.2 服务器设计

由于服务器单元处在智能家居系统的核心，而其他的各个模块均在无线网络的支持下受到服务器的管理和控制，因此本研究采取嵌入式的方法对服务器进行设计。

1.2.1 基于嵌入式的服务器设计

在服务器模块的开发中，采用的是Linux平台。其具体流程为：在开发平台上部署NFS系统，此系统能够支持用户和其他的开发人员对开发文档进行共享，同步开发。把系统的主机视为文件共享系统服务器，在对uImage内核进行镜像编辑，使之内嵌在目标板之中。在此基础上设置交叉编译软件的各个参数，配置所有的环境参数，从而使上层的软件能够在编译之后变成目标板上的文件。

在完成以上的操作后，继续制作位于目标板的根文件，根文件中含有智能家居控制程序相关的各类库文件和目录等。通常开辟一个单独的分区，在其中设置与在根文有关的目录。在完成程序调试时，同时也就完成了目标板运行前的所有工作。

1.2.2 底层驱动的设计

本设计所需的底层驱动含有无线网络连接设备，Wi-Fi连接设备等，此处以Wi-Fi连接设备为例，首先将此设备视为一个字符型的模块，为了能够使上层的应用对本模块进行读写操作，就应该调用相关的进程。所有的底层驱动均在/dev文件夹里为上层的各类调用预留端口。

1.2.3 服务器网络设计

由于不同的住户对于智能家居的功能需求也有所不同，因此本设计在传输模式的选择上，确定了复合型的模式，即对移动联网、Wi-Fi连接等各类模式均支持，用户只要处于存在上述网络任何一种连接中的环境中，便能够获取信息，对远程家居设备进行监控和操作。本设计

Wi-Fi网络是用户使用较多的网络之一，在此网络的支持下，能够将PC机、手持终端、手机等连接到互联网中，进行远程的操作和控制。Wi-Fi网络的出现，能够很好地支持802.11协议的无线传输，因此也适合于对门禁等需要实时传输信息的模块使用。

3G与4G网络也是目前使用较为广泛的无线传输技术，其理论基础是传统移动运营商的蜂窝通讯。3G与4G网络一方面能够支持传统的语音信息，另一方面也完全兼容数字流量，一般情况下的波特率可以达到百k左右。本设计由于使用的是安卓系统，采取标准的联网方式，为了适应不同情况下的无线传输，需要对Linux平台的内核进行调整，本设计为其增设了USB驱动拨号脚本，使其可以在3G与4G网络的支持下进行无线传输。本研究所设计的基于不同无线传输体制的底层数据方案如图所示。

1.3 门禁模块的设计

在智能家居系统中，门禁模块需要实时进行视频信息和音频信息的传输，因此涉及到很大的数据流量，同时还接收来自服务器的各类控制指令，译码后进行执行并返回信息。而对于门禁系统的声音信号，其采取的方式是首先进行录制，结束之后将其以wav文件进行保存，再以socket的模式将语音传输至服务器模块，服务器收到语音信息之后，将相关消息发送到住户的手持终端上提醒其点击链接进行收听；而对于门禁系统的视频信息，则在录制之后使其保存为JPEG流的格式，传输至服务器，转发给住户，文件以客户端关闭连接作为末尾的标志。

1.4 安卓客户端的开发

住户为了能够在任意的时间对家居设备的运行情况进行获取，设计了基于安卓的客户端软件，以支持用户在Wi-Fi等无线传输体系的支持下访问家居设备的各类参数，实现对其的控制。

其中的关键之处是对用户界面进行设计。

结合具体的功能，在界面里内置了三个控件来控制界面的上中下三个区域。在界面上端，使用者可以通过复制链接或者直接输入地址的方式与服务器取得联系，在界面中部则设置了用页面切换方法，支持住户以触摸的方式进行页面的转换等。界面下端含有本软件的功能模块，其中的“服务器”模块支持用户对家居环境中的各类参数进行查询，例如实时的温度、湿度、PMI值等等，也能够查询当前的门禁信息，包括音频与视频。为了支持用户调取视频监控中的数据，设置了一个单独的tabpager。系统的“情景模式”模块则可以支持用户对室内环境进行调节，例如对窗帘遮光、灯光强度、空调温度等进行设置等。

2 结语

目前，智能家居技术的发展方兴未艾，有很多门类的产品充斥在市场中，属于朝阳产业。可以预见在不久的将来，随着技术的突破和市场的拓展，智能家居必将逐步取代传统家具，使居民的居住更加舒心和环保。

参考文献

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