基于微信公眾號的智能家居系統(tǒng)的設計

黃利華

摘 要 隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)這種賦予物體智慧與通訊的獨特功能，使其不僅在物流行業(yè)獲得相當成就，在家居生活中也將展其驥足。本系統(tǒng)將移動互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，以微信公眾號為入口，通過收集用戶行為習慣，依托云服務做出智能化行為預測。云服務器接收到用戶通過微信公眾號發(fā)送的指令后將轉(zhuǎn)發(fā)到家居主控，主控解析指令后將分發(fā)到各個家居終端，以此實現(xiàn)對智能家居的行為控制。系統(tǒng)提供一種新的智能家居入口，具有較強的參考意義與商業(yè)開發(fā)潛力。

【關鍵詞】智能家居 物聯(lián)網(wǎng) 微信公眾平臺

1 前言

廣義上，人們將集成了智能組件，讓家居產(chǎn)生智慧，使生活變得更加舒適智能的系統(tǒng)稱為智能家居，其包括了家電控制，網(wǎng)絡服務，設備智能化和的房屋基建的相關新技術(shù)。在現(xiàn)代家居生活中，家居智能化是未來的趨勢同時也是不可避免的。智能家居預計也是繼移動互聯(lián)網(wǎng)后的下一個風口。當前，包括美的，海爾等國內(nèi)家電巨頭已經(jīng)推出自家的網(wǎng)絡控制化家電，可以說智能化家居是趨勢，各家也在爭奪用戶，希望盡快實現(xiàn)生態(tài)化。但考慮到價格，售后等商業(yè)因素，目前實現(xiàn)一家獨大的生態(tài)化家居系統(tǒng)是不現(xiàn)實的。

本系統(tǒng)以微信公眾號為入口，通過部署第三方服務器，以及家局主控，實現(xiàn)家居環(huán)境的智能檢測與控制，營造智能化家居生活。實現(xiàn)遠程控制，環(huán)境改變預警以及環(huán)境智能調(diào)整。以微信公眾號為入口不僅可以憑借微信龐大的用戶群體實現(xiàn)推廣，而且免去了開發(fā)維護客戶端的繁瑣工作。

2 系統(tǒng)設計

2.1 分布式設計

智能家居系統(tǒng)采用分布式設計，通過基于STM32的主控與各家電通信與進行控制。主控與家電進行點對點通信，間隔時間內(nèi)可以檢測每個家電的狀態(tài)，并且向云服務器發(fā)送其狀態(tài)。家電與家電間并不會進行通信，一切指令由云服務器下發(fā)到主控，主控進行消息的分發(fā)。采用分布式的設計減輕了云服務器的壓力，并且減少消息并發(fā)的可能性。如圖1所示。

2.2 事件過程與驅(qū)動架構(gòu)

在申請微信公眾號后，通過啟用開發(fā)模式可以將用戶發(fā)送的信息轉(zhuǎn)傳到云服務器。而云服務器將數(shù)據(jù)解析處理后將指令發(fā)送到主控中。

當用戶通過微信公眾號發(fā)送指令時，數(shù)據(jù)將以通用標記語言格式傳輸?shù)皆品掌鳎隍炞C了消息的正確性后檢索數(shù)據(jù)庫并且匹配用戶名。要是匹配不成功則用戶說明尚未注冊，此時會提示用戶注冊。一切正常后，云服務器將發(fā)送指令到主控，主控檢測數(shù)據(jù)庫改變后依照數(shù)據(jù)庫更改執(zhí)行操作，也即發(fā)送對應指令到對應的家居終端，而后終端返回執(zhí)行結(jié)果。如圖2所示。

大多數(shù)的智能家居系統(tǒng)會遍歷每個家電設備，獲取其工作狀態(tài)和工作參數(shù)，這種方式下各個模塊的耦合度高，相應速度大大降低，十分不利于自身擴展和維護。故本系統(tǒng)在設計主控的時候采用事件驅(qū)動的軟件架構(gòu)。基于事件驅(qū)動的編程包含了一個事件總線，用于對不同的模版發(fā)送或監(jiān)聽事件，各模塊不需要了解具體的內(nèi)部邏輯，只需要監(jiān)聽觸發(fā)事件的動作并響應。

2.3 系統(tǒng)通信協(xié)議

為解決不同平臺間的協(xié)議問題，本系統(tǒng)采用集成的通用機制Web Service數(shù)據(jù)交換技術(shù)，相比傳統(tǒng)的輪訓輪詢Polling技術(shù)，即特定的時間間隔內(nèi)向服務器發(fā)出請求，然后服務器返回最新的數(shù)據(jù)到客戶端，在高請求下更抗崩潰。在數(shù)據(jù)傳輸方面，基于XML通用標記語言和HTTP協(xié)議實現(xiàn)數(shù)據(jù)的跨平臺傳輸。采用XML技術(shù)將信息格式化，為平臺將信息的封裝與解析提供了唯一標準。并且XML技術(shù)的高擴容性滿足大量信息的傳遞需求。以微信服務器與云服務器之間數(shù)據(jù)傳輸為例子，說明數(shù)據(jù)傳輸過程。當用戶通過公眾號發(fā)送指令時，微信服務器將組裝一條包含發(fā)送者，接受者，內(nèi)容，類型，時間，ID的XML信息。當然系統(tǒng)之間的通信協(xié)議Http協(xié)議將數(shù)據(jù)傳輸給云服務器。

3 主控的設計與硬件通信原理

3.1 硬件通信設計

硬件主控采用了意法半導體公司的stm32系列單片機，該系列單片機基于ARM cortex M3內(nèi)核，具有高性能、低功耗和價格便宜等優(yōu)點。主控與服務器之間采用Wi-Fi進行通信，通信方式基于TCP/IP協(xié)議，主控與服務器握手成功后，由服務器提供接口，主控對接口進行訪問得到相應的數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理后發(fā)給各個節(jié)點。其中，主控訪問服務器是基于HTTP協(xié)議，向服務器提交GET請求后獲得數(shù)據(jù)。得到數(shù)據(jù)后由stm32單片機進行處理并通過ZigBee網(wǎng)絡發(fā)送到相應的節(jié)點。節(jié)點收到主控發(fā)送的數(shù)據(jù)后進行判斷，確定數(shù)據(jù)有效后執(zhí)行相應操作，并向主控發(fā)送狀態(tài)信息，主控通過POST請求向服務器提交數(shù)據(jù)。

3.2 主控的設計

如圖3所示，主控的電路由三部分構(gòu)成，分別為Wi-Fi模塊、ZigBee模塊和主控芯片，Wi-Fi模塊負責向服務器請求和提交數(shù)據(jù)，ZigBee模塊負責向節(jié)點下發(fā)請求，主控芯片負責對數(shù)據(jù)進行處理。節(jié)點則有控制模塊和ZigBee模塊組成，控制模塊負責在接收到指令后進行相應的動作對插座等設備進行操作。

3.3 硬件中的ZigBee通信

主控與各節(jié)點間使用ZigBee進行通信，ZigBee是一種基于802.15.4標準的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議，該協(xié)議具有自組織、低功耗、低復雜度等優(yōu)點，十分適合使用于智能家居的網(wǎng)絡構(gòu)建上。ZigBee采用的通信方式是組網(wǎng)通信，組成網(wǎng)絡后即使某一通道干擾嚴重或是已經(jīng)斷開，ZigBee也能通過組成的網(wǎng)絡的其他通道將數(shù)據(jù)順利發(fā)送。

4 總結(jié)

智能家居是人們享受科技發(fā)展成果的最直接體現(xiàn)，服務于人們生活起居。實事求是的說目前產(chǎn)品的開發(fā)還未形成生態(tài)化，也只有形成生態(tài)化才能使智能家居得到長足發(fā)展。本文完成了云服務器和微信公眾平臺服務器的設計與開發(fā)；針對智能家居提出了新的入口和管理平臺；

通過設計分布式主控系統(tǒng)實現(xiàn)智能家局的高效管理；云服務器上收集用戶使用數(shù)據(jù)，實現(xiàn)智能適時自啟動。

作者單位

廣東石油化工學院 廣東省茂名市 525000