基于云端的智能家居物聯網系統的研究與實現

黨丹丹 陳健聰

摘? 要：互聯網、云技術的迅速發展推動了物聯網的快速發展，智能家居成為物聯網的應用領域。隨著智能家居從單品個體向聯網綜合體發展，各大廠家積極在探索基于“云+端”的智能家居新模式。文章設計了一款基于云端的智能家居物聯網系統，將智能家用電器通過云端聯系在一起，用手機APP進行控制，同時還創新性地調用科大訊飛AI語音模塊實現AI語音控制功能，讓智能家居變得更舒適、更便捷、更智慧。

關鍵詞：云端;APP平臺;智能家居

中圖分類號：TP391.44;TP273.5? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）16-0170-03

Research and Implementation of Smart Home IOT System Based on Cloud

DANG Dandan，CHEN Jiancong

（School of Computer Engineering Technology，Guangdong Polytechnic of Science and Technology，Zhuhai? 519090，China）

Abstract：With the rapid development of internet and cloud technology，the rapid development of the internet of things has been promoted. Smart home has become the application field of the internet of things. With the development of individual smart home products to networking complex，major manufacturers are actively exploring a new mode of smart home based on “cloud + end”. This paper designs a smart home internet of things system based on cloud，which connects smart home appliances through the cloud and controls them with mobile APP. At the same time，it also innovatively calls iFLYTEK AI voice module to realize AI voice control function，making smart home more comfortable，convenient and intelligent.

Keywords：cloud;APP platform;smart home

0? 引? 言

隨著人民生活水平的不斷提高，大部分家庭都過上了小康生活，大家越來越追求有品質的家庭生活，從智能門鎖、智能晾衣機、智能音箱、智能掃地機器人，到智能垃圾桶、智能電視機、智能冰箱、智能空調，其實每個家庭都已經潛移默化地融入智能家居的元素，有的發燒友甚至已經實現全屋智能家居，通過一句語音、一個手勢、一個顏色控制家居設備，讓整個家充滿了夢幻、神奇的感覺。

智能家居概念起源于20世紀80年代初的美國，目前已經進入第四代——基于物聯網技術的個性化智能家居時代。第一代是基于同軸線、兩芯線進行家庭組網，實現燈光、窗簾控制和少量安防等功能。第二代是基于RS-485線、部分基于IP技術進行組網，實現可視對講、安防等功能。第三代實現了家庭智能控制的集中化，控制主機產生，業務包括安防、控制、計量等業務。第四代是基于全IP技術，末端設備基于ZigBee等技術，智能家居業務采用“云”技術，并可根據用戶需求實現定制化、個性化[1]。

隨著物聯網、人工智能、云計算等技術的快速發展，智能家居從單品個體逐漸向聯網綜合體發展，各大廠家積極在探索基于“云+端”的智能家居新模式[2]。“云”是基于互聯網模式的云平臺，有用龐大的用戶資源和資源整合能力，“端”是硬件制造型企業，在生成制造、渠道服務方面具有優勢，兩個相結合才能將智能面板打造成智能家居的入口、平臺、終端[3]。

本文依托校級智能家居教改項目，設計了一款基于云端的智能家居物聯網系統，該系統利用云技術、AI語音技術和物聯網技術，部署云端服務器，將硬件傳感器、控制器和云端連接，再通過手機移動客戶端APP程序，將命令發送到云端，云端再將命令傳遞給智能硬件，從而實現云端的智能硬件控制。本文的創新之處在于引入了AI語音控制功能，通過調用科大訊飛的AI語音接口，實現對硬件的語音控制，實現了智能家居的AI語音控制與AI語音播報。

1? 平臺概述

隨著網絡的不斷發展，服務器的類型也在更新迭代，現如今云服務器占據了很大一部分市場，獨立服務器的市場份額受到了很大的沖擊。傳統的獨立服務器采用本地搭建的方式，服務器硬件昂貴，占用辦公面積、成本昂貴，而采用公有云平臺（阿里云或騰訊云）搭建系統平臺，無需前期投資且可定制式服務，大大節約運營成本，而且具備防ARP攻擊和MAC欺騙功能，可以進行快照和備份，安全性高。基于云端的智能家居系統已經成為各大智能家居廠商的研究與探索方向。本平臺采用阿里云的云服務平臺搭建云端系統，基于Android系統自主開發智能家居APP軟件，同時調用科大訊飛的AI語音識別和語音合成功能的接口，實現了基于云端的智能家居物聯網系統的語音智能控制和語音播報，結合了云端加AI語音功能的智能家居變得智能化、人性化，實現云端人機交互的新模式。

2? 平臺整體設計

2.1? 平臺整體框架設計

本平臺主要由軟件層、云端、硬件端三部分組成。軟件層采用C/S系統架構，使用TCP/IP通信協議進行網絡數據傳輸，在Android Studio集成開發環境中開發手機移動端APP軟件，APP的主要功能是智能家居系統UI界面的展示與智能硬件操作，UI界面的設計風格一般為體現出未來科技的簡約風;云端主要是采用Java Web后臺技術進行開發，使用MVC框架搭建編程代碼，使用MySQL數據庫搭建后臺數據庫進行數據增刪改查操作，再利用Tomcat服務器運行整個云端項目;硬件端是嵌入式智能硬件設備，需要自主設計硬件模塊與傳感器如智能終端、智能風扇、智能燈泡、溫濕度傳感器等，并添加網絡通信模塊如4G模塊、Wi-Fi模塊且連接到云端并進行數據通信，這樣才能體現出智能硬件設備的智能。通過以上部分的相互連接，每個部分通過既定的數據接口進行信息傳遞，保證數據的一致性和實時性，實現整個系統功能。基于云端的智能家居物聯網系統框架圖如圖1所示。

2.2? 平臺系統功能

基于云端的智能家居物聯網系統的主要功能分為三部分：APP基礎功能、AI功能、智能硬件控制功能。APP基礎功能模塊包括“我的家”設置，如設置定時開關、自動開關、警報等功能;動態組件管理如添加設備，刪除設備等功能;APP換膚功能如更換UI顏色或者風格的功能。AI功能包括天氣預報功能、科大訊飛語音識別功能、科大訊飛語音播報功能。天氣預報功能實時獲取當前設備所在地區的天氣，根據天氣可自動操作智能設備，如下雨時打開除濕器等;科大訊飛的AI語音功能可實現通過語音對話控制硬件和機器合成語音讀播信息。智能控制功能包括智能電燈功能、智能風扇控功能、溫濕度傳感器功能、報警信息推送功能，具體平臺功能圖如圖2所示。

3? 平臺詳細設計

3.1? 系統控制流程圖

本系統APP軟件打開時，系統要求連接網絡，系統首先判斷APP移動端是否連接局域網，當在局域網內時嘗試尋找智能硬件，然后判斷智能硬件連接本地網是否成功;若不在局域網內時就嘗試連接云端，連接云端后，嘗試尋找智能硬件，智能硬件連接云端成功后方可控制硬件。無論是局域網還是云端，設備連接好后，就可以對智能設備進行控制和語音識別控制了，系統控制流程圖如圖3所示。

3.2? AI語音功能流程

近二十年來，語音識別技術取得顯著進步，開始從實驗室走向市場，與機器進行語音交流時，語音識別技術就像是機器的“聽覺系統”，將語音識別技術引入智能家居系統，讓智能家居具備“聽覺系統”和“語言系統”，智能家居系統會變得更智能、更人性、更友好。本系統調用科大訊飛公司開發的語音識別和語音合成功能庫，利用語音識別控制獲取傳感器的信息，再用語音合成功能播放出當前的數據信息。系統設定定時采集智能硬件的狀態信息，若超出預警值則自動調用警報語音播報功能，若接收到用戶語音命令，系統將調用科大訊飛語音庫進行語音音頻解析，然后返回解析結果，系統根據返回結果執行命令。智能語音識別與語音播報功能流程圖如圖4所示。

3.3? 云平臺的搭建

目前比較流行的公有云平臺有阿里云、騰訊云，本平臺采用阿里云平臺[4]。訪問阿里云官方網站，服務器類型選擇云服務器ECS，服務器配置完成后購買云服務;購買完成后，阿里云自動分配公網IP，然后手動配置安全組策略，完成云服務配置。然后在阿里云控制臺登錄界面遠程連接阿里云服務器，在云服務器上安裝Java環境、Tomcat服務器環境、安裝MySQL數據庫等基本環境文件;環境配置完成后，把本地的Web服務器項目War包上傳到云服務器，存放在Tomcat服務器文件目錄的webapps文件夾下，最后啟動Tomcat服務器完成云端平臺的搭建。

4? 結? 論

隨著大數據、云計算、物聯網技術的發展，智能家居產品越來越多，智能家居廠商也是百家爭鳴、各有特色。人們對“智能化”的追求是永無止境的，雖然我們短期還很難使用到科幻電影中的AI智能產品，但良好的操控性、聯動性、安全性都是廠商們可以努力的方向。當然低成本、高性能是各大廠商的首選追求目標，基于云端的智能家居物聯網系統有效地節約了產品成本，為此各大廠商積極開展基于云端的智能家居系統的探索與實踐。總而言之，智能家居產品不是“高大上”的口號，而是接地氣的舒適與便捷，只有以人為本的體驗式應用，才會帶來真正的智能化體驗，智能家居市場才會迎來真正的春天。

參考文獻：

[1] 童曉渝，房秉毅，張云勇.物聯網智能家居發展分析 [J].移動通信，2010，34（9）：16-20.

[2] 屈曉平，李立現.一種基于云端的物聯網智能家居系統 [J].電腦知識與技術，2015，11（3）：238-239.

[3] 新浪家居.“未來之屋”夢想照進現實 云+端模式 決勝全屋智能市場化 [EB/OL].（2018-03-05）.http：//jiaju.sina.cn/zixun/20180305/6376445758312612023.shtml.

[4] 黨丹丹，陳健聰.基于云平臺的高粘合度人群特產推廣APP平臺的研究與實現 [J].現代信息科技，2019，3（20）：20-22.

作者簡介：黨丹丹（1981—），女，漢族，河南漯河人，高級工程師，碩士，研究方向：人工智能、無人機。