基于B/S模式的智能家居管理系統設計

趙鑫+王亞剛+王凱

摘 要：為了解決當前用戶反映智能家居控制系統占用了手機或電腦大量內存而導致電子設備運行緩慢的問題，設計了基于B/S模式的智能家居管理系統。運用B/S結構模式，結合Node.js平臺，通過MongoDB數據庫與Socket.IO通訊協議，搭建Express框架的服務器，并布置網站到云服務器上，使用戶可以通過4G和WiFi等網絡控制與管理設備。經測試，系統在不同設備終端均運行正常，系統的擴展也非常容易，可實現客戶端的零安裝、零維護，只要有網絡即可控制設備。

關鍵詞：物聯網；智能家居；B/S模式

DOIDOI：10.11907/rjdk.172945

中圖分類號：TP319

文獻標識碼：A 文章編號：1672-7800（2018）002-0099-03

0 引言

“智能家居”的概念，伴隨著物聯網技術的不斷推進，已頻繁出現在實際生活應用中，切實改變了人們的生活方式與工作習慣。它包含兩層含義，一層是自動化處理過程，自動化處理過程是智能的基礎，包括遠程監測、控制設備開關，根據設備的功能性分類進行參數設置、定時啟動等，能夠以自動和手動兩種方式，在家庭內或家庭外達到遠程同步控制，不再受地理位置限制，給予作為“控制者”的用戶最大程度的自由；另一層是信息分析過程，對從物理層采集的數據進行分析處理，實現數據統計、行為預測等功能。提供處理后的有價值的生活信息能讓用戶或系統本身成為家居的智能“管理者”，實現在應用層的不同應用。本文基于B/S架構模式，設計并實現了一個智能家居管理系統。綜合運用智能化家居技術和Web技術，能夠使用戶在客戶端零安裝的前提下通過不同的設備終端訪問系統，建立個人家居管理檔案，實現設備遠程監控、智能信息分析等功能。

1 基于Web的B/S模式架構

在系統的組成結構方面，最常見的架構主要為B/S模式（Browser/Server）和C/S模式（Client/Server）。通常B/S模式的構成可分為三層，其體系結構如圖1所示。

B/S模式由瀏覽器和服務器組成，服務器包括Web服務器、數據庫服務器、應用服務器等多層結構，并存有應用程序與數據信息。在網頁端加載服務器端運行程序，瀏覽器向用戶提供應用界面顯示。B/S模式利用Web技術結合瀏覽器的多種腳本語言，瀏覽器作為通信平臺實現交互功能。C/S模式與B/S應用程序架構對比如表1所示。

考慮到智能家居對滿足用戶需求的實時性要求很高，本文采用了B/S模式。

2 智能家居管理系統設計

將智能家居管理系統分為用戶信息模塊、設備列表模塊，分別進行功能設計。

（1）用戶信息模塊：建立用戶信息檔案，有系統注冊、登錄等基本功能。提交以常用郵箱為地址的用戶名，可向郵箱發送系統信息等。核實信息采用MD5驗證方式，以保證系統安全性。

（2）設備列表模塊：主要具有顯示和控制功能，顯示信息分為屬性信息和使用信息兩類。前者以列表方式呈現，列明設備名稱、編號，后者顯示如設備實時電量、累計電量，設備狀態是處于開啟還是關閉等使用信息情況。控制功能包括遠程控制設備開關和設置定時開關，還可以根據用電對象進行模式修改如調節空調溫度等。另外，加入第三方天氣數據接口，向用戶提供溫度變化、空氣質量等信息，以便對溫控及風控設備進行控制。系統具體結構如圖2所示。

3 系統軟件實現

3.1 用戶模塊實現

首先需要實現系統Web服務器，本文用到的軟件開發工具有：①Node.js v4.4.3運行平臺；②Node Package Manager v2.15.1 JavaScript包管理器；③MongoDB v3.2.6數據庫；④可視化數據庫Robomongo v0.9.0；⑤IDE工具Sublime Text。對以上工具進行下載、安裝并在系統環境下進行配置。

由Express搭建HTTPs服務器，具體步驟如下：①用NPM在全局安裝express模塊（V4.13.1）“npm install-g express”；②采用Express創建網站基本結構和項目名稱smarthome “exprss-e smarthome”；③進入工程目錄cd./smarthome，根據package.json文件“npm install”自動安裝文件內所有指定的dependencies依賴模塊。

由Node.js搭建http服務器，先引入http模塊，設定端口號并存儲（默認端口號3000），用http.createServer方法新建一個App實例，監聽端口號并啟動服務器“npm start”，終端顯示Express server listening on port 3000 in development mode。在服務器上，軟件運行環境是Windows Server 2012 R2系統，瀏覽器地址輸入http：//182.61.17.241：3000（云服務器公網IP地址）。

用戶模塊主要功能實現原理如下：用戶在/reg注冊頁中填寫表單信息，采用POST方式得到req.body.username，req.body.password，req.body.email三個參數，按照預設的User.protype.save保存到數據庫中。在/login登錄頁中填寫表單信息，得到的username和password用User.get方法進行檢驗。

3.2 設備控制模塊實現

在數據庫中建立設備集合Device，用于將設備對象的屬性信息和控制信息保存到數據庫中。對需要定時的設備也建立集合Schedule，用于保存定時事件信息、觸發時間與觸發事件，使用mongoose模塊可以更加簡化地使用native mongoDB。簡要實現代碼如下：endprint

//Device集合

var mongoose = require（'./database.js'）；

var Schema=mongoose.Schema；

var deviceSchema=

new Schema（{

owner：String，

name：String，

type：{type：Number，default：0}，

online：{type：Boolean，default：true}，

status：{type：Boolean，default：false}，

power：{type：Number，default：0}，

sumpower：{type：Number，default：0}，

time：{type：String，default：Date.now}

//Schedule集合

var mongoose=require（'./database.js'）；

var Schema=mongoose.Schema；

var scheduleSchema=

new Schema（{

device_id：String，

task：{type：Boolean，default：false}，

scheduletimestart：{type：String，default：Date.now}

}，

scheduletimefinish：{type：String，default：Date.now}

}

界面功能實現如圖3所示。

4 結語

結合用戶需求，本文分析了B/S和C/S的架構特點，提出基于B/S架構模式的Web應用程序。在無需安裝App、無需占用移動設備內存的前提下，實現了智能家居管理系統設計。在軟件實現上，運用了Node.js平臺，結合MongoDB數據庫和Socket.IO通訊協議，搭建Express框架的服務器，并布置網站到云服務器上，使用戶在任何時間、地點都可以通過4G和WiFi等網絡控制與管理設備。經測試，該系統中各個功能模塊均運行良好。因此，本文的設計具有良好的通用性和可擴展性，可以作為其它智能項目的基礎框架。

參考文獻：

[1] 廖俊.基于B/S模式的遠程監控系統的研究及軟件實現[D].成都：西南交通大學，2006.

[2] 閆石.基于嵌入式B/S架構的智能家居遠程監控系統開發[D].南京：南京理工大學，2014.

[3] 丁智剛.C/S模式與B/S模式相結合的數據庫系統技術研究[J].信息安全與技術，2011（11）：41-44.

[4] CHONG G， ZHIHAO L， YIFENG Y. The research and implement of smart home system based on Internet of Things[C].2011 International Conference on Electronics， Communications and Control （ICECC），2011.

[5] YANG W. Smart home system conception based on Internet of Things[J]. Management Science and Engineering，2016.

[6] 董紀國.基于B/S架構的物聯網應用組態平臺研發[D].南京：南京大學，2015.

[7] 郭家寶.Node.js開發指南[M].北京：人民郵電出版社，2012.

[8] KARAGOEZ M F， TURGUT C. Design and implementation of RESTful wireless sensor network gateways using Node.js framework[C].European Wireless 2014，20th European Wireless Conference，2014.

[9] 單振華，王舒憬，陳凱，等.基于NodeJS的智能家居語音控制系統服務器端設計與實現[J].工業控制計算機，2016（4）：66-67.

[10] 王越.基于node.js的微博系統的設計與實現[D].成都：電子科技大學，2014.

[11] 陳敏敏.基于MongoDB云存儲平臺的論壇信息抽取與存儲研究[D].上海：上海交通大學，2012.

[12] 劉嬋媛.基于物聯網的智能家居系統研究與實現[D].北京：北京郵電大學，2012.endprint