一種基于物聯網技術的智能家居數字網關設計

吳弋旻 錢衛星

摘要： 物聯網[1]是指把物品通過射頻識別（RFID）裝置、傳感器、無線數據通信儀器等信息感知、監測、傳輸設備與互聯網結合起來而形成的網絡生態體系。文章針對當前國內居民小區的實際特點，實現了一種基于物聯網技術的智能家居數字網關系統，它具有低成本、互聯性、多平臺、自組織、可擴展性等特點。

關鍵詞： 物聯網； 射頻識別； 智能家居； 安防

中圖分類號：TN92文獻標識碼：A 文章編號：1006-8228（2012）04-04-02

Design of an intelligent home gateway based on net of things

Wuyimin, Qian weixing

（Department of Communication and Electron, Hangzhou Vocational & Technical College, Hangzhou, Zhejiang 310018， China）

Abstract： The Internet of things is a web ecosystem combined by things and internet through RFID, senor, wireless data communication devices. This article aimed at realizing a smart-digital-home gateway system which is based on the technology of Internet of things. It has characteristics such as low cost, mutual connection, multi-platform, self-organizing and scalability.

Key words： Internet of things； RFID； intelligent home； security

0 引言

二十世紀80年代開始，能夠初步實現監管、控制功能的智能家居系統已經開始得到實際應用。目前，此項技術在韓國普及的程度排在全球前列，美國已經為智能家居系統制定了相應的技術標準，智能家居的基礎產品已通過美國FCC或歐盟等行業組織機構的質量安全認證，全球家居智能技術的發展已進入白熱化階段。

基于物聯網技術的社區數字智能網關系統，即基于小區的家庭智能家居解決方案，通過小區服務器和小區應用軟件把小區內的多個家庭智能網關結合起來，進行集中管理和資源共享，利用先進的計算機技術、嵌入式系統技術、網絡通訊技術、家電技術、無線控制技術[2]，將家居生活有關的子系統有機地結合，通過統籌管理，不僅可實現小區安防監控，更能將家庭智能控制、信息及消費服務等家居生活有效地結合在一起，讓家居生活更加舒適、安全、有效。

1 智能家居數字網關的功能需求

⑴室內主機軟件：實現可視門鈴、記錄查看、系統設置、呼叫管理中心機四個主功能的相關部分；能在小區內實現可視對講、電話/短信報警；實現視頻監控，并能將報警信息從小區的服務器上通過ECP以電話、短信、彩信的形式報警。

⑵單元門口機軟件：無GUI，實現可視門鈴、呼叫管理中心機、系統設置三個主要功能。

⑶小區管理中心機軟件：實現與單元門口機的音頻雙向、視頻單向對講；實現與業主室內機的雙向音頻對講；實現系統設置的相關功能；實現可視對講、業主報警記錄管理。

⑷小區服務器軟件：搭建SIP服務器；小區服務器軟件收到室內主機發過來的報警信息包后能通過串口電話撥號器/GPRS 模塊撥打主人電話、發送短信的管理軟件；采用ECP軟件，以使小區服務器軟件能夠在收到室內主機發過來的報警消息包后，通過電信的ECP服務平臺自動撥打主人電話，發送短信/彩信給主人手機。

2 智能家居數字網關設計

2.1 單元門口機設計

圖1單元門口機硬件需求示意圖

單元門口機的硬件采用V512的主板，通過UART/SPI/IIC來連接RFID讀卡器，通過MX27的12個GPIO或者IIC擴展的12個GPIO來連接按鍵。CMOS 攝像頭要裝有LED燈或紅外燈，各單元樓安放以太網交換機，交換出口接入小區局域網，硬件設計框架如圖1所示。

2.2 單元門口機軟件系統設計

單元門口機的網絡設置、密碼更新、RFID[3]權限管理通過USB導入。單元門口機讀到合法的RFID卡/IC卡的ID或/和密碼后自動打開電動門（可用密碼/RFID/密碼+RFID）,響應“*”按鍵呼叫小區管理中心機；根據按鍵輸入的物業編號（1803）呼叫業主；接收本單元內室內機或小區中心機呼叫并自動接通，并通過室內機查看狀態。

2.3 室內主機/室內分機/管理中心機設計

室內主機硬件采用V509硬件和模具。通過室內主機可查看單元門口機；查看來訪紀錄，也可通過USB 接口導出。室內主機內置SD Socket和 CMOS Sensor，315/433M 內置無線模塊可連接到業主家庭內的315/433M無線網絡，實現室內主機與本小區業主的室內主機的可視對講，報警。室內主機內置一個USB的WiFi模塊，可加入家庭局域網，它能實現家庭局域網上的 IPCAM/室內分機和小區局域網相關設備之間的數據路由。硬件設計框架[4]如圖2所示。

圖2室內主機/室內分機/管理中心機硬件設計框架

2.4 室內主機軟件系統設計

室內主機主界面（GUI）采用Android 實現（如圖3所示）。如果連續5分鐘沒有任何操作，系統會自動進入屏保模式。屏保模式下，觸摸屏或者按鍵有任何操作，則室內主機返回主界面。在主菜單下點擊呼叫按鈕圖標，系統進入呼叫小區管理中心機狀態，用戶可與小區管理中心機進行音頻對講或者可視對講（如圖4所示）。

圖3室內機主界面

圖4室內機呼叫界面

門鈴在查看狀態下，用戶可以查看、監聽單元門口機，但是單元門口機聽不到室內主機的聲音，直到按下室內主機對講按鈕，方可開始單向視頻、雙向音頻的對講；開門按鈕，僅在室內主機處于門鈴查看狀態下或者對講狀態才能被有效操作（打開電控門）；室內主機返回鍵被按下即從門鈴狀態下返回，如果此時室內主機處于門鈴查看、對講狀態，則自動掛斷； 室內主機在門鈴查看、對講狀態下，如果單元門口機對其他室內主機發起了新的呼叫請求，則單元門口機會自動掛斷與原來室內主機的連接，室內主機則會自動返回主界面；此外，室內主機在門鈴查看、對講狀態下，如果連續5分鐘無任何觸摸屏操作，則室內主機會先以OSD提示信息來告訴用戶需要點擊一個屏幕，如果用戶在10秒內還是沒有任何操作，室內主機即自動掛斷，返回到主界面的屏保模式。

在主界面下點擊室內主機記錄查看圖標，室內主機即進入記錄查看狀態。用戶可以按照時間逆訪紀錄和安防報警記錄（如圖5所示）。

圖5視頻查看界面

2.5 室內分機系統設計

圖6室內分機主界面

室內分機GUI的絕大部分和室內主機一樣，只是需要設置室內主機在家庭局域網中的IP地址，這樣，市內分機可以通過室內主機的路由功能來實現可視對講/門禁管理/安防報警/視頻監控的功能。室內分機在作為分機工作時，不需要在本機上安防報警的功能，視頻監控功能也僅僅限于查看IPCAM的實時視頻（如圖6所示）。

3 結束語

物聯網作為新一代信息技術的重要組成部分，具有廣闊的發展前景。本文針對目前國內小區管理的實際情況，設計并實現了一種基于物聯網技術的智能家居[5]數字網關系統，已在相關房地產和物業企業中推廣試用，并獲得了客戶的肯定。物聯網技術與實際生活相結合的產品具有強有力的生命力和市場發展潛力，將會有越來越多的小區在建設過程中采用智能家居系統，并實現整個小區的智能化。預計在未來幾年，智能家居的應用將越來越廣泛，并帶動智能化裝修、智能化小區服務、智能化家電等相關產業的發展。

參考文獻：

[1] 喬彥友,李廣文.基于GIS和物聯網技術的基礎設施管理信息系統[J].地理信息世界.2010.5:17

[2] 王永紅,肖碩.高密度物聯網標簽防止沖突的研究[J].安徽電子信息職業技術學院學報,2010.5:14

[3] 柳維長.RFID與物聯網[J].信息電腦,2010.10:32

[4] 張輝,陳古典.基于物聯網的城市消防遠程監控系統[J].信息化研究,2010.10:55

[5] 施軍,黃衛東.物聯網打造智能家居[J].中國電信業,2010.12:70