智能家居管理系統的設計與實現

李長明

摘要：我國已經快速進行信息化社會，現代信息智能技術徹底改變了當前人們的工作和生活的方式，這些技術不但使得生活越來越方便，而且其影響也越來越深入。以信息化為基礎的智能家居設計，就是非常典型的代表，通過計算機和互聯網技術的支持，智能家居得以成為現實，并開啟了一個更為廣大的發展空間。對于智能家居而言，其核心在于家居管理系統的設計，這套系統可以提供全面的功能和管理服務，是生產廠家重點研發的內容，也是家居的智能基礎。

關鍵詞：智能家居 管理系統 設計 實現

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-5349（2018）19-0254-02

智能家居是長久以來很多人的理想生活方式，在現代信息技術的支持下，終于成為現實。對于智能家居的功能實現來說，最核心的部分包括兩個方面：一是智能控制，二是信息傳輸。因為互聯網技術及其硬件設施建設，信息的傳輸不存在任何問題，而關鍵還在于怎樣將信息轉化為智能設備的控制信號，形成智能化的操作過程。對于智能家居系統來說，其功能的核心就是一套以計算機為中心平臺的數據處理系統，其設計和實現是最為關鍵的技術基礎。

一、智能家居系統概述

就目前的發展情況來看，智能家居系統充分利用了計算機、網絡通訊、綜合布線、醫療電子等相關技術，根據人體工程學等基本原理，并充分考慮到個性化的各種需求，將人們家庭生活中的各相關功能進行智能化控制，包括安防、燈和窗簾的控制、煤氣閥、家電、地板采暖、衛生等工作，有機結合，利用網絡化方式，綜合進行智能化的控制及管理，滿足更加以人為本的生活感受。

通常情況下，設計的智能家居系統大致包含了8個主要的子系統，分別為：控制管理系統、家居照明控制系統、家庭安防系統、家居布線系統、家庭網絡系統、背景音樂系統、家庭影院與多媒體系統、家庭環境控制系統。這8個分系統各有分工，完成各自的工作。這其中，控制管理系統、家居照明控制系統、家庭安防系統是最主要的分系統，屬于必備系統，而其他的系統則可以根據實際需要進行設計安裝，是可選的系統。

為確保智能家居可有效應用，智能家居系統必須具備四個典型的功能特點：一是可靠性：整個智能系統的所有子系統都可以滿足二十四小時不間斷運轉，尤其系統運行的可靠性、安全性以及其容錯能力要有較高的設計標準，確保系統使用的質量和性能，并具備一定可應付不同復雜環境運行的基本能力。二是標準性：對智能家居系統的設計要根據國家相關生產研制標準，在硬件和軟件兩個方面系統都有比較強大的可擴充性。在數據傳輸上需要采用TCP/IP網絡協議，可以確保系統的兼容和互聯能力。三是方便性：考慮到安裝和使用成本，系統設計必須具備可擴展性和可維護性，布線簡單，施工方便，遠程管理維護容易，設備易掌握，操作維護都足夠簡便。四是數據安全性：當越來越多的數字設備被接入智能家居系統，會形成更多應用數據，這些數據不但對于正常的系統使用有關鍵作用，還包含了大量關系到個人家庭隱私的內容，如果這些數據因為不慎被竊，將可能造成很大的安全問題。

二、智能家居管理系統的設計與實現

（1）智能家居系統的結構及工作流程。按照功能實現的機理分析，智能家居系統包括四個比較主要的功能系統，這四個部分分別是：系統主機、系統分機、網絡服務器、通信接口。系統主機利用服務器接入Internet，并通過數據交換網接口電路接入PSTN。整個結構中，系統主機與系統分機都利用無線傳輸網絡構建起星形拓撲結構。而系統主機主要利用本地無線傳輸網絡與實際的系統分機完成命令傳輸和信息傳遞等功能。當該系統處于正常的運行狀態下，用戶能夠借助Internet以及PSTN這兩種通信網絡對控制管理系統實施訪問。包括手機等移動通信工具，都可以通過安裝客戶端軟件實現遠程操作和管理智能家居系統，其操作非常便捷和人性化。

（2）智能家居系統軟件設計。智能家居的設計目的就是要最大化實現家居生活的便捷舒適，為此需要設計用戶體驗感覺良好的操作界面設計，這個操作界面包括計算機用戶端對所有智能家電參數的具體設置，還要體現出其他一些移動控制的便捷性，既滿足手機系統對家電的控制系統的需求，又滿足手機操作系統的基本兼容客戶端程序應用設計。該系統設計任務的具體實現表現為兩個線程：網絡系統的NetStream程序以及本地處理系統的數據應用程序。

本地處理應用按照任務可以分為兩個部分：一是用戶進行操作時的響應程序，包括各種數據信息的處理。這些用戶控制管理的響應主要用來采集上位機軟件收集到的按鍵、命令輸入等相關數據，將采集的這些數據完成各種運算及相應處理，對實際得到結果進行系統加密并按要求編碼，將其上傳到網絡，自動利用網絡將數據發送到用于接收功能的下位機。以智能監控為例，對于數據處理系統而言，這是整個智能家居各種監控功能實現的具體載體，上位機軟件的定時器會形成定時間周期的溢出中斷，利用TCP直接接入系統路由器，當賬號、密碼經（下轉第253頁）（上接第254頁）過驗證確認無誤后，可以得到攝像頭的JPEG圖像，經過進一步處理，能夠將圖像信息進一步處理并顯示到上位機的監控界面。

為滿足對整個智能家電系統的綜合控制，必須確保各家電的充分聯網。智能家居系統的下位機其構成網絡主要含有CAN總線、無線射頻網絡和無線視距紅外網絡。這三種網絡的同時運用，確保智能家居網絡的順暢性和可靠性，在進行連接時非常方便快捷，兼容性和適用性都很強，在當前信息建設的大力推動下，這種三網并用的實現難度不大，其使用成本也得到有效的控制。

下位機客戶端的應用軟件最重要的功能，是要接收上位機傳輸過來的已經進行加密處理的數據，對這些數據進行解密處理。這些數據被充分解密后，其形式是附帶各種功能說明以及對應參數設置的字符數據串，在實際設計中，為便于這些軟件程序的高效編寫，要把這些字符數據串中的各種參數進行轉換，并儲存在系統的內存中。智能家居系統的上、下位機間完成通信功能，需要采用相同的通信協議，這些協議需要針對性地做好各細節設計。其中，字符數據串的頭部會附帶長度無法預知的各種命令節，當調用函數時，需要對數據包參數的位置進行判定，從而得到更加正確的參數位置。

在智能家居的下位機中，其主控芯片上要運行操作系統，通常情況下，μC/OS實時嵌入式操作系統是比較常用的選擇。該系統運行過程中，實施可剝奪型多任務實時運行內核，這就意味著該系統的處理器可以隨時運行有最高優先級的任務，這有助于實現下位機完成各種任務的執行順序處理，同時也能夠有效保證該系統的實時穩定性。當芯片主控啟動操作系統，就可以建立起不同的任務功能，完成相應的功能設計。而串口任務是要接受來自上位機的數據和命令信息，確保準確無誤，之后進行解碼解密等工作。各個分系統通過不同渠道獲得操作命令，完成相應的功能，使得智能家居系統的功能可以得到根本保障。

三、結語

綜上所述，到目前智能家居已經不再停留在概念的層面上，在具體應用中得到了很大程度的采用，并為未來家居發展奠定基礎，指明了方向。對于智能家居設計，其核心在于以計算機和互聯網為基礎的數字信息處理系統，通過對這個系統的深化設計，可以實現各種智能功能。在設計中，要結合實際的用途需求和環境條件，考慮成本等各種因素的影響，不但完成相應的設計功能，還要具備一定的穩定性、實用性和高性價比，這樣才有商業研發的價值。

參考文獻：

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責任編輯：劉健