智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)探究

史小玉 金冬

摘 要：隨著物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的發(fā)展，智能家居逐步走進(jìn)人們的生活，使人們的生活更便捷，居家環(huán)境更智能化。本文圍繞智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)展開論述，簡(jiǎn)述智能家居控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，分析智能家居控制系統(tǒng)中的總體設(shè)計(jì)及安卓移動(dòng)端控制軟件、家庭智能網(wǎng)關(guān)、數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)方案，旨在實(shí)現(xiàn)智能家居控制系統(tǒng)的低成本開發(fā)，增強(qiáng)其適應(yīng)性和操作性，讓人們生活效率更高。

關(guān)鍵詞：智能家居;控制系統(tǒng);產(chǎn)品設(shè)計(jì)

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，智能家居逐步出現(xiàn)并豐富人們的生活，使人們的生活發(fā)生了顛覆式的改變。智能家居系統(tǒng)在互聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展下誕生，其發(fā)展代表著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展水平。智能家居把居家設(shè)備設(shè)施與互聯(lián)網(wǎng)有效結(jié)合，比如家庭環(huán)境監(jiān)測(cè)、防盜系統(tǒng)、影像視頻設(shè)備等，通過(guò)智能家居系統(tǒng)進(jìn)行全方位監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)家居生活的智能便捷。相較于一般家居，智能家居能豐富人們的生活，在保留傳統(tǒng)居住功能的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)電器設(shè)備自動(dòng)化、互聯(lián)網(wǎng)通信和智能家電交互。同時(shí)，智能化的操作方式還簡(jiǎn)化了操作難度，多元化效能能在一定程度上降低資源浪費(fèi)率，達(dá)到資源利用最大化。

1 智能家居控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

智能家居控制系統(tǒng)集傳統(tǒng)家電性能與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)于一身，其設(shè)計(jì)具有一定特點(diǎn)。第一，智能家居控制系統(tǒng)不需要連接互聯(lián)網(wǎng)，運(yùn)用局域網(wǎng)就可以實(shí)現(xiàn)家庭內(nèi)部電器家居的有效控制，且控制效果較好。第二，通過(guò)安卓系統(tǒng)將手機(jī)各軟件應(yīng)用到智能家居內(nèi)部系統(tǒng)，其使用的SQlite數(shù)據(jù)庫(kù)兼具拓展性和兼容性，通過(guò)圖形顯示用戶操作界面，保證交互界面的操作便捷和美觀，使用智能家居的顧客即便知識(shí)水平不高，也能根據(jù)界面提示輕松完成操作，并獲得良好的操作體驗(yàn)。第三，智能家居摒棄傳統(tǒng)的專用遙控控制方法，采取綜合性智能家居操控技術(shù)。用戶只需在電腦或手機(jī)上安裝智能家居軟件，就能實(shí)現(xiàn)對(duì)家居的全控制。智能家居控制系統(tǒng)所需程序簡(jiǎn)潔直觀，降低了資金成本，進(jìn)而減輕了顧客的經(jīng)濟(jì)壓力。

2 智能家居控制系統(tǒng)總設(shè)計(jì)

移動(dòng)終端軟件和智能網(wǎng)關(guān)是智能家居控制系統(tǒng)中十分重要的兩大模塊，以下對(duì)智能家居控制系統(tǒng)的家居控制和數(shù)據(jù)采集部分進(jìn)行重點(diǎn)論述。為控制智能家居，用戶需在移動(dòng)終端上安裝控制軟件，通過(guò)遠(yuǎn)程無(wú)線網(wǎng)連接家庭網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)交互式觸屏控制。在實(shí)際使用過(guò)程中，用戶只需點(diǎn)擊手機(jī)過(guò)或Pad上的相關(guān)文字提示就可以發(fā)出相關(guān)控制指令，在接收到用戶的指令后，服務(wù)器會(huì)立即高速運(yùn)轉(zhuǎn)并將指令發(fā)送給智能網(wǎng)關(guān)，智能網(wǎng)關(guān)將再次識(shí)別指令并進(jìn)行相應(yīng)轉(zhuǎn)化，如果二者關(guān)系匹配，其指令將發(fā)送到相關(guān)協(xié)調(diào)器上，再由協(xié)調(diào)器把指令發(fā)送到執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)，執(zhí)行器最終完成用戶指令。通過(guò)智能家居控制系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)能有效實(shí)現(xiàn)移動(dòng)端遠(yuǎn)程控制家居，進(jìn)而達(dá)到家居使用智能化的目的?？萍嫉陌l(fā)展不僅讓生活發(fā)生變化，產(chǎn)品本身也在發(fā)生變化。比如，智能化操控讓洗衣機(jī)的功能越來(lái)越豐富，洗衣的效率和質(zhì)量得到提升，如小米的小吉系列智能迷你洗衣機(jī)，用戶可通過(guò)下載小米相關(guān)軟件程序，在手機(jī)上設(shè)置用水量、洗滌時(shí)間等遠(yuǎn)程控制洗衣機(jī)，完成預(yù)約和洗滌全過(guò)程，同時(shí)，該控制系統(tǒng)還將統(tǒng)計(jì)洗衣所用的電量、水量等，完成洗滌后將信息反饋回用戶移動(dòng)終端，極大地提高了人們的生活質(zhì)量。

3 安卓移動(dòng)端智能家居控制軟件

用戶登錄、控制界面和數(shù)據(jù)收集是安卓移動(dòng)端智能家居控制軟件中重要的三個(gè)模塊。用戶登錄模塊設(shè)計(jì)需重點(diǎn)關(guān)注用戶注冊(cè)和登錄兩個(gè)因素。根據(jù)用戶實(shí)際需求設(shè)計(jì)注冊(cè)過(guò)程，具體的可以通過(guò)手機(jī)、QQ、微信等方式實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)式注冊(cè)，使注冊(cè)過(guò)程更系統(tǒng)全面，滿足各類用戶的需求。登錄設(shè)計(jì)則需兼顧密碼輸入登錄和指紋驗(yàn)證登錄兩種方式，使之與移動(dòng)端發(fā)展相匹配，方便快速登錄。結(jié)合家居聯(lián)動(dòng)和單控兩大功能進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，優(yōu)化數(shù)據(jù)收集方式，進(jìn)而提高智能家居控制系統(tǒng)的工作效率。

3.1 安卓終端用戶界面

主界面和登錄界面是安卓移動(dòng)端系統(tǒng)的兩大組成部分，主界面包括基礎(chǔ)控制、聯(lián)動(dòng)控制、自定義控制、環(huán)境監(jiān)測(cè)四大版塊。技術(shù)版塊主要控制電視、電燈、空調(diào)等獨(dú)立家居。聯(lián)動(dòng)版塊主要控制如安防、夜間模式等需要多項(xiàng)家居同時(shí)運(yùn)行的設(shè)備，聯(lián)動(dòng)控制中的各種模式有各自的特點(diǎn)，所使用的聯(lián)動(dòng)控制器也各不相同。例如小米智能安防系統(tǒng)中，通過(guò)安裝智能門窗磁、攝像頭等，在沒有人進(jìn)入安防檢驗(yàn)空間時(shí)，控制系統(tǒng)將一直關(guān)閉，一旦有人進(jìn)入安防檢驗(yàn)空間被紅外線識(shí)別，系統(tǒng)會(huì)立刻發(fā)出警告，此時(shí)處于報(bào)警狀態(tài)。此外，小米智能燃?xì)?、煙霧報(bào)警系統(tǒng)還將自動(dòng)識(shí)別、預(yù)警天然氣泄漏等情況，有效減少家庭事故的發(fā)生。環(huán)境監(jiān)測(cè)主要監(jiān)測(cè)溫度、CO2含量等影響居家舒適性的環(huán)境因素，保證智能居家系統(tǒng)值穩(wěn)定。自定義版塊可由用戶根據(jù)自身情況自行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)針對(duì)性設(shè)計(jì)方案，滿足用戶多樣化需求。用戶可以從自身需求出發(fā)，設(shè)置個(gè)性化智能語(yǔ)音提示，常見的是用戶根據(jù)生活習(xí)慣設(shè)置室內(nèi)濕度提示信息。用戶可根據(jù)自己的需求調(diào)節(jié)小米加濕器的參數(shù)，保證室內(nèi)一定的濕度。這樣的設(shè)計(jì)不僅能增強(qiáng)用戶的居住暖心感，還能使用戶感受到智能家居控制系統(tǒng)的人文關(guān)懷。在登錄界面中，用戶需提前完善包括用戶昵稱、密碼在內(nèi)的相關(guān)信息，在需要使用智能家居控制系統(tǒng)時(shí)輸入提前設(shè)置好的信息，就能成功登錄。同時(shí)，系統(tǒng)支持指紋識(shí)別登錄，利用用戶在安卓終端錄入的指紋即可完成登錄，實(shí)現(xiàn)多元化登錄，增強(qiáng)主界面的個(gè)性化色彩。

3.2 安卓移動(dòng)端通信原理

安卓是智能家居控制系統(tǒng)中的重要載體。在安卓系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，需使用Socket實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)交換，把傳統(tǒng)通信分為面向連接和無(wú)連接兩種傳輸模式，二者各有利弊。無(wú)線連接可靠率相對(duì)較高，因其需要遵循用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議，所以傳輸率更高。面向連接操作以傳輸控制協(xié)議為基礎(chǔ)，相對(duì)而言更可靠，但其效率偏低。具體通信沿用Socket方式會(huì)面臨很多問(wèn)題，需要自行研發(fā)少量細(xì)節(jié)程序，才能完成智能家居控制系統(tǒng)的處理過(guò)程。比如，在智能家居控制系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中可能出現(xiàn)數(shù)據(jù)緩沖較慢等不同問(wèn)題。對(duì)此，安卓以JAVA為基礎(chǔ)，封閉Scocket Class和Server Scocket Class兩個(gè)雷，提高客戶終端和服務(wù)器的連接效率，進(jìn)而提高智能家居的控制信息傳輸效率。具體操作中應(yīng)首先考慮客戶終端和用戶的有效連接，建立一個(gè)類似Service的服務(wù)對(duì)象，對(duì)服務(wù)器進(jìn)行初始化操作，再通過(guò)創(chuàng)立與Socket相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)程序，發(fā)起服務(wù)器連接申請(qǐng)，最終達(dá)到服務(wù)器和客戶終端的連接?？蛻艚K端主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和控制，服務(wù)器的主要功能則是接收客戶終端發(fā)出的所有信息，并處理返回信息，及時(shí)接收智能家居工作狀態(tài)信息，至此，智能家居控制系統(tǒng)結(jié)束通信流程。在移動(dòng)通信中，小米智能生態(tài)系統(tǒng)遵循Zigbee技術(shù)協(xié)議，建立了小米智能家居的家庭內(nèi)部區(qū)域網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)智能家居的移動(dòng)端控制。

4 家庭智能網(wǎng)關(guān)軟件

EOS、應(yīng)用程序和系統(tǒng)支持庫(kù)共同組成家庭智能網(wǎng)關(guān)子系統(tǒng)，家庭智能網(wǎng)關(guān)主要具有控制用戶終端和獲取智能家居控制系統(tǒng)運(yùn)行的所有數(shù)據(jù)兩個(gè)作用。家庭智能網(wǎng)關(guān)通過(guò)識(shí)別安卓服務(wù)器發(fā)出的運(yùn)行命令，將其與自身系統(tǒng)數(shù)據(jù)相匹配，再將數(shù)據(jù)發(fā)送到智能網(wǎng)關(guān)的協(xié)調(diào)器內(nèi)，發(fā)揮協(xié)調(diào)器的數(shù)據(jù)全面?zhèn)鬏敼δ?，把?shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)入執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)，由執(zhí)行器完成用戶指定的操作程序，最終達(dá)到用戶通過(guò)客戶移動(dòng)終端遠(yuǎn)程控制智能家居的目的。當(dāng)用戶發(fā)出對(duì)智能家居的控制信息時(shí)，家庭智能網(wǎng)關(guān)取到與用戶指令相對(duì)應(yīng)的傳感器具體數(shù)值。在具體智能家居控制系統(tǒng)中可通過(guò)Qt完成應(yīng)用程序的開發(fā)工作，再通過(guò)linux系統(tǒng)升級(jí)開發(fā)技術(shù)，完成上述操作后將其程序載入A8網(wǎng)關(guān)中。小米家庭智能套裝包含人體傳感器、門窗傳感器、多功能智能網(wǎng)關(guān)等多項(xiàng)智能家居，其中，智能網(wǎng)關(guān)占據(jù)重要地位。網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)不僅重視智能控制系統(tǒng)的完善，還將變色燈和語(yǔ)音提示加入網(wǎng)關(guān)，豐富了用戶對(duì)智能家居的視聽體驗(yàn)，拉近了人與產(chǎn)品的距離。

5 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)是智能家居控制系統(tǒng)中十分重要的部分，因此，在設(shè)計(jì)智能家居控制系統(tǒng)時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)用性的思考。通信網(wǎng)絡(luò)一般作為銜接要素，但在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，把其作為控制系統(tǒng)的獨(dú)立程序。實(shí)現(xiàn)在API內(nèi)直接調(diào)用通信協(xié)議程序，提升數(shù)據(jù)交換速率的同時(shí)降低智能家居使用過(guò)程中總消耗。數(shù)據(jù)庫(kù)中創(chuàng)建的宿主機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)主要存儲(chǔ)在分開的單一文件中，所以整體設(shè)計(jì)相對(duì)直觀?？刂葡到y(tǒng)運(yùn)以用戶具體需求為起點(diǎn)，鎖定具體程序中的數(shù)據(jù)文件，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸與存儲(chǔ)。由于本文所述智能家居控制系統(tǒng)使用的數(shù)據(jù)庫(kù)為SQLite系統(tǒng)，其在具體使用過(guò)程中可靠度度更高、更安全，使用更為便捷，操作性更強(qiáng)。

“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代已經(jīng)來(lái)臨，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)智能家居控制系統(tǒng)將更符合當(dāng)代人的生活需求。

6 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)分析智能家居控制系統(tǒng)的各個(gè)方面，簡(jiǎn)述控制系統(tǒng)的拓展性功能和相關(guān)技術(shù)。在設(shè)計(jì)智能家居控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)實(shí)現(xiàn)用戶移動(dòng)端與控制系統(tǒng)的高效連接。在用戶移動(dòng)端中安裝相應(yīng)的軟件程序進(jìn)行測(cè)試，監(jiān)察控制系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)本文所述智能家居控制系統(tǒng)大體上符合目前用戶對(duì)智能家居的期望，適用于適老化產(chǎn)品，智能家居的操控方式也越來(lái)越簡(jiǎn)單，減輕了老年人的使用負(fù)擔(dān)，也對(duì)智能家居的推廣使用具有積極意義。

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