基于云平臺智能家居系統的設計

查紅勝 陳艷

摘要 本文設計了一款基于云平臺的智能家居控制系統，重點完成云平臺和家庭網關兩部分的設計。在云平臺上建立MySQL數據庫實現存儲控制信息的功能，使用java語言編寫后臺、家庭網關通信的代碼并且將其部署到云平臺上。家庭網關的設計主要分為網絡通信模塊和ZigBee通信模塊兩部分。

【關鍵詞】云平臺 智能家居 家庭網關

智能家是以住宅為平臺，兼備建筑設備、網絡通信、信息家電和設備自動化，集系統、結構、服務、管理為一體的高效、舒適、安全、便利、環保的居住環境。智能家居系統利用計算機技術和網絡通訊技術，將與家居生活相關各個子系統諸如安保安防、燈光控制、家電控制等有機的結合在一起，并通過網絡化、智能化的管理，實現方便、自動、快捷日常事務的一種全新家居生活體驗。

目前的智能家居大多都只能夠單一控制某幾種設備，智能控制獨立，無法通過系統的分析進行自主分析控制家居環境，而且在遠程控制上面都有一定的缺陷。本文所設計的系統最主要的優勢便是結合當下主流的云平臺，將家居環境的數據實時的傳輸到云平臺，通過云平臺相應的計算程序計算出適合家居主人想要的溫度、亮度等一系列信息，并控制家居環境的改變。同時結合人工遠程控制，極大限度的節省硬件設備的成本，同時也實現了遠程控制，一舉多得。

1 系統總體設計

基于云平臺的智能家居控制系統主要包括移動終端、云平臺、家庭網關和ZigBee終端控制節點幾個部分組成。整個系統網絡可以分為家庭內部網絡和家庭外部網絡兩部分。內部網絡由ZigBee模塊和Wi-Fi無線通訊網絡構成，主要提供節點與家庭網關之間的通訊和本地用戶對智能家居控制系統的訪問和控制;家庭外部網絡則通過Wi-Fi連接到家庭路由器上面，從而連接到外部Internet，以提供用戶遠程對家居環境的控制和云端對家居環境數據分析控制。

其具體的工作流程主要分為兩個部分：

1.1 當用戶在家庭里面控制家居環境的時候

用戶通過手機等一系列移動終端發送控制命令到家庭網關，網關對這些對這些命令進行解析，了解每個命令的具體內容后通過網關內部ZigBee通訊對相應的ZigBee終端節點進行控制，從而實現對家居環境的控制。同時家庭內部的各感知節點將感知到的信息反饋回網關，網關對這些信息進行包裝處理發送給用戶和云端數據庫。

1.2 當用戶不在家庭里面控制家居環境的時候

用戶發送的控制命令通過Internet傳輸到云端服務器，云端服務器對此命令做出響應，修改數據庫中的信息，家庭網關通過訪問云平臺獲取實時信息，當獲取到控制指令后再通過家庭內部的ZigBee通信網絡傳達給相對應的節點，控制其工作。

2 云平臺設計

本設計選擇的云平臺是阿里云，其相對于其他的云服務提供商起步較晚，但是在云服務上發展非常的迅速。目前服務范圍覆蓋全球200多個國家和地區，包含政府、企業等組織機構，提供最安全、可靠的計算和數據處理能力，提供最為普惠的科技和公共服務，是萬物互聯的DT世界，是目前世界上第二大云服務提供商。除此之外，阿里云還提供一系列分布式計算、存儲服務供開發者使用，包括分布式文件存儲、分布式數據庫集群、分布式緩存、分布式定時服務等，這些服務將大大降低開發者的開發成本。這樣，開發者不需要任何運維手段和工具，也不需要自己部署、管理服務器。這在某些方面極大地降低了開發的難度，符合開發思維。

2.1 云服務器設計

基于云平臺的智能家居控制系統需要在云平臺上建立云端服務器，通過服務器實現終端與家庭網關之間的通訊。服務器上搭建MySQL數據庫，用于存儲終端發來的控制指令和存儲家庭內部的一些實時數據以備用戶查詢，當網關接入服務器時可以進行數據查詢獲取到控制指令，然后通過ZigBee網絡將控制指令發送給電器。

云服務器的通信程序主要實現三種功能：

（1）云服務器與終端進行通訊，主要實現響應終端發來的POST請求，從請求中可以解析出控制指令將其寫入數據表內。

（2）要實現云服務器與網關的通信，當網關通過GET請求向服務器查詢控制指令的時候，服務器會查詢數據表的內容并讀取控制指令發送給網關，網關再對電器進行控制。

（3）通過對家庭內部傳輸過來的數據進行歸納分析判斷，控制家庭電器的狀態，從而實時的調節家庭環境到最佳狀態。這些功能均由云服務器編程實現。

2.2 數據庫的設計

由于數據庫是設計在云端服務器上面的，所以在數據存儲方面云端服務器主要需要完成以下幾個方面的存儲：

（1）用戶賬戶和信息的存儲，主要用于用戶的登錄等一系列功能。

（2）用戶家庭溫度的存儲，主要用于家庭溫度分析等，進行家庭溫度智能控制。

（3）家庭監控視頻的存儲，方便用戶可以回放家庭監控畫面。

（4）家庭家電編號等相關信息的存儲，方便信息定向的發送到指定的家電控制的節點。

（5）紅外遙控編碼的存儲，方便及時下載控制紅外家電。

（6）命令的控制指令的存儲，用來控制家電。

3 移動終端設計

從微信平臺現狀中可以看出，目前微信擁有大量的用戶群體。本系統可以通過開發微信小程序和微信公眾號，完成系統控制指令的發送，用微信小程序來替代單獨開發的智能家居APP，這樣可以極大地節省用戶手機空間，同時用起來也非常的方便，符合未來軟件的發展趨勢。

而想要完成控制指令的發送，需要建立我們云端服務器與微信后臺之間的通信。這樣我們除了可以使用文字和語音這些微信常用的通信方式，還可以通過微信小程序的操作界面，根據自己家里家電的不同自定義添加不同的操作按鈕，下載不同的智能控制程序，多樣化的完成對家居環境的控制。

4 結語

文中設計了一個基于云平臺的智能家居系統，將傳統遠程控制結合自主智能控制為一體。借助于云平臺強大的數據存儲和數據計算能力，將家居環境的各項數據存儲在云端數據庫，并通過計算，協調處理，將家庭中各設備有機的結合起來，統一控制。為用戶提供更貼切、個性化的智能控制服務。

參考文獻

[1]禹謝華，鄧林茂，張曉云，陳美龍，匡鳳飛.基于Android與Arduino智能家居控制系統的設計與實現[J].山東農業大學學報（自然科學版），2017，v.48，55-59.