基于物聯網的智能云服務應用研究

吳新勝，李 震，何 鯤，夏 恒

1 引言

當前我國隨著不斷深化改革開放，科技事業迅速發展，人民生活水平不斷提高.計算機、網絡通訊、智能家用電器、智能系統設備、云計算、大數據等產品越來越普及，大到空調，冰箱，洗衣機，電視機，電風扇等，小到電飯煲，凈水器，空氣凈化器，清掃機器人，烤箱，微波爐，洗碗機[1]等.使用和管理這些電器設備已變得越來越麻煩，特別是不同的廠家遙控器不同，給人們的收藏和使用帶來許多煩惱，如何高效簡捷地使用它們，解決當前不同功能分散控制所帶來的麻煩，將它們整合組合成為一個有機的整體，對它們進行統一的管理和監控，是人們一直期待和追求向往的家居生活，也是物聯網家居未來發展的需要.

2 物聯網家庭智能云服務應用工作原理

智能家居系統框圖如下圖1所示.用戶通過手機app或者智能語音系統發送回家指令、離家指令、睡眠指令或起床指令到云平臺，云平臺收到指令并將平臺內存儲好的相應指令數據通過網絡和路由傳送給主控芯片MT8516[2]，并且云平臺記錄使用者的個人用戶習慣，并儲存在使用者的個人賬戶信息內.主控芯片收到指令后通過WIFI、藍牙、紅外、ZigBee等方式傳送指令給智能攝像頭、智能電飯煲、智能熱水器、智能空調，智能窗簾，智能鎖，智能掃地機器人，聲光報警器，智能藍牙音箱以及其他前端應用從而進行智能化的操作指令控制.前端設備采集用戶信息及房間內的信息，傳輸給智能家居主機MT8516，主機將該信息通過路由和網絡自動轉移到大數據云平臺，云平臺集中存儲計算判斷，再做出合理反饋給用戶端，同時也發送指令到智能家居主機，進行智能反饋控制.鑒于此，提出設計具有手機遠程控制的云計算物聯網功能，而且還具有通過對家庭人員的生活習慣大數據自動研判而自動設定生活場景，讓生活更加的便捷化.比如說早晨，系統會依據大數據和家庭生活習慣、結合實際需要啟動智能起床模式，背景音樂溫馨提醒、將窗簾自動打開、早餐準備等.通過個人的生活習慣自動設定生活場景，讓生活更加的便捷化，為消費者提供方便.系統還提供了家庭安全保障功能，讓我們的家隨時在我們掌控之中.

圖1 系統原理圖

3 物聯網家庭智能云服務應用系統硬件

3.1 主控芯片

MT8516支持四核心64位ARM Cortex-A35，主頻達1.3GHz.MT8516內建WIFI 802.11 b/g/n和藍牙4.0.主控芯片MT8516通過WIFI、藍牙、紅外、ZigBee、總線與前端應用的各類智能電器和智能設備相連接實現智能家居，當用戶通過手機或者語音識別系統開啟睡眠模式時、主控機會自動開啟睡眠模式、接著是家庭燈光系統啟動緩降功能，將燈光降到適合睡眠的強度、智能窗簾會自動啟動關閉窗簾、大數據會自動采集用戶的信息及室內環境溫度選擇關閉還是開啟空調并適當調節溫度，背景音樂系統啟動開始播放輕音樂以是用戶有更好的更加舒適的睡眠體驗、安防系統會啟動智能無線ZigBee聲光報警器及智能報警器開始工作以保證用戶的睡眠安全.大數據會根據不同當用戶設置起床時間，主控芯片會在早晨預設時間前半`個小時啟動智能窗簾，通過自然光給用戶早晨起床帶來更好的體驗，達到預設的時間主控機會控制中央智能音樂背景機，開始播放輕音樂，并開始喚醒用戶起床.當用戶離家之后主控芯片會控制開啟離家模式，智能空調自動關閉、智能安防系統自動啟動智能攝像頭會通過主控機傳送實時畫面至用戶手機APP、智能無線ZigBee聲光報警器、若外界有暴力從外面打開窗戶系統會自動報警，然后發送指令到用戶手機.當用戶回家之前通過手機APP發送一條回家指令，主控系統會啟動智能電飯煲開始煮飯，智能空調也隨之啟動，讓用戶在回家之前感受到空調帶來的涼爽.

MT8516是專門為智能語音業開發的芯片，專門針對解碼，降噪，聲音處理和多通道協同優化進行了優化.對于需要大量音頻處理和聲音合成的工作環境，定制芯片整合了獨立的NEON處理單元，可加速音頻和語音處理，電話和語音合成等等.從而帶來更優秀的語音識別及音頻處理效果.

圖2 MT8516工作流程圖

主控芯片連接 ZigBee、紅外、藍牙、Wi-Fi、語音識別串口調試、4G網關，以此發送回家指令、離家指令、睡眠指令或起床指令到云平臺，云平臺收到指令并將平臺內存儲好的相應指令數據傳送給主控芯片，主控芯片收到信息后通過WIFI、藍牙、紅外、ZigBee等方式傳送指令給智能攝像頭、智能電飯煲、智能空調，智能窗簾，智能鎖，智能掃地機器人，聲光報警器，智能藍牙音箱以及其他前端應用從而進行智能化的操作指令控制.

3.2 WIFI模塊

WIFI模塊選用KB3071，KB3071超低功耗嵌入式 WIFI模塊提供了一種將用戶的物理設備連接到WIFI無線網絡的方式，KB3071是一體化超低功耗的802.11 b/g/n WIFI的高性能解決方案[3]，傳統的低端串行設備或MCU控制設備可以輕松訪問WIFI無線網絡，以促進物聯網網絡的聯網，控制和管理.無線網關通過串口（USART）將WIFI模塊接收到的編碼數據傳輸到STM32內部數據寄存器.并且通過DMA將及時接收編碼后的數據，然后通過射頻模塊發送出去.

3.3 ZigBee節點

傳感層由多個ZigBee節點和傳感器組成.協調器通過串口將接收到的數據發送給通信網關，通信網關將數據發送給云平臺.ZigBee傳感器節點根據ZigBee網絡協議進行組網后，將傳感器數據發送給協調器，并根據與云平臺的通信協議協調數據傳輸到云平臺.采用TCP通訊和云平臺交互數據，云平臺由Lua腳本解析通訊數據和下發命令，節點通過串口發送數據到通訊網關[4].

4 物聯網家庭控制系統軟件設計和功能

云服務平臺選用中國移動OneNET[5]，它是中移動向客戶開放的物聯網云平臺.客戶通過該平臺的接入協議將相關的前端設備與云平臺OneNET鏈接，設備與云平臺之間有關信息雙向共享.OneNET平臺提供各類協議兼容性強，為物聯網的開發和應用提供非常優越的服務，是國內最為先進的系統平臺[6].其基本系統框架如圖3所示.

圖3 云平臺功能分層示意圖

設備與OneNET接入服務(183.230.40.40:1811)建立TCP連接，發送登錄報文，格式如下:

*PID#AuthCode#ParserName*

PID 產品ID,創建產品時OneNET生成的產品唯一性數字標識Auth Code 設備鑒權碼，在設備注冊時，用戶創建設備時指定的唯一字符串標識Parser Name 用戶自定義解析腳本的名稱,用戶上傳腳本時指定的唯字符串標識

PID產品ID，OneNET在創建產品時生成的唯一數字ID.驗證設備驗證碼的代碼，這是用戶在設備注冊時創建設備時指定的唯一字符串標識符.傳感器數據和命令格式是：傳感器上傳各組傳感器值，傳送字節的控制命令，并控制相關設備如圖4.

圖4 MT8516與云平臺軟件流程

智能家居軟件平臺采用的是主賬號登錄與子賬戶登錄模式，可大大提高家庭的安全性，軟件平臺搭建回家模式、可隨時添加的模式，如家庭模式，喚醒模式，睡眠模式，大數據判斷習慣模式等.同時搭建安防系統，也有獨創的APP家庭安全預警系統，讓整個家掌握在我們的手中.網絡傳輸層使用外部網絡通信網關.傳感器層設備域數據可以傳輸到互聯網的任何指定服務平臺如圖5所示.

圖5 智能家居軟件流程

當用戶通過手機或者語音識別系統開啟睡眠模式時、主控機會自動開啟睡眠模式、接著是家庭燈光系統啟動緩降功能，將燈光降到適合睡眠的強度、智能窗簾會自動啟動關閉窗簾、空調會自動適應環境溫度選擇關閉還是開啟，背景音樂系統啟動開始播放輕音樂以是用戶有更好的更加舒適的睡眠體驗、安防系統會啟動智能無線ZigBee聲光報警器及智能報警器開始工作以保證用戶的睡眠安全.當用戶設置起床時間或者大數據判斷用戶起床時間后，主控芯片會在早晨預設時間或者判斷時間前半個小時啟動智能窗簾，通過自然光給用戶早晨起床帶來更好的體驗，達到預設的時間主控機會控制中央智能音樂背景機，開始播放輕音樂，并開始喚醒用戶起床.當用戶離家之后主控芯片會控制開啟離家模式，智能空調自動關閉、智能安防系統自動啟動智能攝像頭會通過主控機傳送實時畫面至用戶手機APP、智能無線ZigBee聲光報警器、若外界有暴力從外面打開窗戶系統會自動報警，然后發送指令到用戶手機.當用戶回家之前通過手機APP發送一條回家指令，主控系統會啟動智能電飯煲開始煮飯，智能空調也隨之啟動，讓用戶在回家之前感受到空調帶來的涼爽，大數據會判斷不同用戶的生活習慣來提前打開熱水器.

5 結語

家居生活走向智能化已成必然趨勢.應用云平臺智能家居作為藍海項目，前景無法估量.在探索智能云平臺家電市場的過程中，智能家居帶來新業務，重新定義了客戶體驗并刺激拓展了市場需求，其廣闊的市場價值將使其能廣泛與智慧社區、智慧城市、智慧地球村相結合，并極大改變我們現有的生活方式.希望我們的作品能給人們的生活帶來便利和舒適.