智能家居的遠(yuǎn)程通信關(guān)鍵技術(shù)研究＊

雷思敏，蔡俊，陳龍，溫如春

智能家居的遠(yuǎn)程通信關(guān)鍵技術(shù)研究＊

雷思敏，蔡俊，陳龍，溫如春

（江西理工大學(xué) 電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院，江西 贛州 341000）

為了實(shí)現(xiàn)智能家居遠(yuǎn)程控制技術(shù)，基于套接字技術(shù)建立了遠(yuǎn)程通信模式。在智能家居應(yīng)用中設(shè)計(jì)了服務(wù)端和客戶(hù)端應(yīng)用程序。通過(guò)對(duì)通信系統(tǒng)進(jìn)行讀寫(xiě)測(cè)試，實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單、高效的數(shù)據(jù)通信。

智能家居；遠(yuǎn)程通信；套接字；家居環(huán)境

智能家居系統(tǒng)是將家電設(shè)備控制與家居環(huán)境調(diào)節(jié)緊密結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)化智能控制和管理系統(tǒng)。智能家居的控制分為內(nèi)部控制和遠(yuǎn)程控制，內(nèi)部控制保證家居設(shè)備之間協(xié)調(diào)工作，遠(yuǎn)程控制負(fù)責(zé)異地環(huán)境下的家居調(diào)控。傳統(tǒng)家居只能進(jìn)行內(nèi)部控制，應(yīng)用范圍受限。遠(yuǎn)程通信技術(shù)是實(shí)現(xiàn)智能家居遠(yuǎn)程控制功能的基礎(chǔ)，也是區(qū)別智能家居與傳統(tǒng)家居的關(guān)鍵。本文基于套接字技術(shù)研究并實(shí)現(xiàn)了智能家居系統(tǒng)中手機(jī)端和家居系統(tǒng)的遠(yuǎn)程通信功能。

1 功能設(shè)計(jì)

智能家居設(shè)計(jì)的根本目的是營(yíng)造一個(gè)更為高效、人性化的家居環(huán)境，從用戶(hù)層面看，設(shè)計(jì)需要實(shí)現(xiàn)的功能應(yīng)該包含用戶(hù)注冊(cè)登錄、實(shí)時(shí)獲取室內(nèi)環(huán)境參數(shù)（溫濕度和煙霧濃度）等。目前，遠(yuǎn)程通信通常基于套接字Socket實(shí)現(xiàn)。在一臺(tái)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上選擇一個(gè)空閑端口來(lái)新建一個(gè)套接字，另一臺(tái)設(shè)備可以通過(guò)套接字在網(wǎng)絡(luò)中找到該設(shè)備所監(jiān)聽(tīng)端口號(hào)對(duì)應(yīng)的程序，從而實(shí)現(xiàn)兩個(gè)進(jìn)程間的信息傳輸。

2 遠(yuǎn)程通信實(shí)現(xiàn)

2.1 消息格式規(guī)定

服務(wù)端需要向客戶(hù)端發(fā)送家居環(huán)境參數(shù)以及家居狀態(tài)等數(shù)據(jù)，客戶(hù)端需要向服務(wù)端發(fā)送對(duì)家居設(shè)備的調(diào)控指令，且雙方收到消息后需要進(jìn)行回復(fù)。

請(qǐng)求指令和響應(yīng)均以字符串格式發(fā)送，各關(guān)鍵信息之間用空格分開(kāi)以便解析指令內(nèi)容，獲取指令功能以及該功能所需參數(shù)。服務(wù)器分割出關(guān)鍵信息后對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行相應(yīng)操作或?qū)⒅噶钷D(zhuǎn)發(fā)至控制端，執(zhí)行完成后向客戶(hù)端返回提示信息。

2.2 通信模式建立

設(shè)計(jì)所選通信協(xié)議為T(mén)CP協(xié)議。基于TCP協(xié)議的Socket程序調(diào)用過(guò)程中，服務(wù)端程序創(chuàng)建服務(wù)套接字之后，需要為這個(gè)套接字賦予一個(gè)端口號(hào)以便客戶(hù)端找到該通信進(jìn)程。客戶(hù)端創(chuàng)建套接字時(shí)則需要另外指定服務(wù)端通信程序的地址并調(diào)用connect函數(shù)建立連接。連接建立成功后，服務(wù)端調(diào)用1個(gè)accept函數(shù)即可取出連接進(jìn)行處理。

3 服務(wù)端軟件設(shè)計(jì)

服務(wù)端通信程序是一個(gè)在服務(wù)器上保持運(yùn)行狀態(tài)的進(jìn)程，該進(jìn)程使用JAVA編寫(xiě)再打包成JAR包運(yùn)行。該程序除了需要和客戶(hù)端進(jìn)行遠(yuǎn)程通信完成查詢(xún)功能，還需要對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行操作以完成用戶(hù)的注冊(cè)登錄等請(qǐng)求，如圖1所示。程序啟動(dòng)后，新建一個(gè)ServerSocket，等待連接。連接成功并收到請(qǐng)求后，在前述請(qǐng)求指令標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)所接收字符串內(nèi)容判斷客戶(hù)請(qǐng)求內(nèi)容，分割提取關(guān)鍵信息然后進(jìn)行相應(yīng)處理。

圖1 服務(wù)端程序設(shè)計(jì)流程

注冊(cè)登錄等用戶(hù)個(gè)人信息相關(guān)請(qǐng)求需要在服務(wù)端操作數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。查詢(xún)數(shù)據(jù)，則需要服務(wù)端配合控制端實(shí)現(xiàn)。控制器連接服務(wù)器的關(guān)鍵在于網(wǎng)絡(luò)模塊的使用，設(shè)計(jì)選用GPRS GA6模塊，通過(guò)發(fā)送AT指令“AT+CIPSTART=TCP，IP，PORT”向服務(wù)器發(fā)起連接。客戶(hù)端發(fā)起查詢(xún)請(qǐng)求時(shí)通信過(guò)程如圖2所示。服務(wù)端作為消息中轉(zhuǎn)媒介，傳遞查詢(xún)請(qǐng)求反饋查詢(xún)結(jié)果。

圖2 查詢(xún)請(qǐng)求過(guò)程

4 客戶(hù)端軟件設(shè)計(jì)

客戶(hù)端軟件面向用戶(hù)，需要設(shè)計(jì)用戶(hù)界面，包括注冊(cè)、登錄、參數(shù)顯示界面等。使用相對(duì)布局，基本固定不同功能區(qū)域的相對(duì)位置，以便針對(duì)不同終端的屏幕進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整。

遠(yuǎn)程通信功能使用Java.net.Socket類(lèi)新建Socket連接服務(wù)端的ServerSocket，如圖3所示。登錄完成后系統(tǒng)跳轉(zhuǎn)至個(gè)人界面，即可發(fā)送查詢(xún)請(qǐng)求。信息的傳輸通過(guò)套接字分別獲取輸入流和輸出流。對(duì)輸入流使用read方法即可獲取服務(wù)端發(fā)來(lái)的信息，對(duì)輸出流使用write方法即可向服務(wù)端發(fā)送指令。另外，在Android程序中需要在子線(xiàn)程中建立TCP連接，避免直接在主線(xiàn)程進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，以防止程序出現(xiàn)崩潰閃退等問(wèn)題。

客戶(hù)端程序設(shè)計(jì)流程如圖3所示。

圖3 客戶(hù)端程序設(shè)計(jì)流程

5 系統(tǒng)測(cè)試

確認(rèn)控制器和各類(lèi)傳感器以及網(wǎng)絡(luò)模塊通訊正常，客戶(hù)端APP處于正常聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)且與硬件系統(tǒng)保持足夠遠(yuǎn)的距離，分別連接服務(wù)器。使用處于正常聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)的客戶(hù)端APP在20 km外和服務(wù)端以及控制端進(jìn)行遠(yuǎn)程通信，對(duì)客戶(hù)端發(fā)出請(qǐng)求和請(qǐng)求結(jié)果進(jìn)行記錄。測(cè)試結(jié)果如表1所示。其中，參數(shù)平均偏差是指客戶(hù)端顯示數(shù)值和實(shí)際數(shù)值的偏差平均值。

表1 遠(yuǎn)程通信測(cè)試結(jié)果

操作操作次數(shù)操作成功次數(shù)參數(shù)平均偏差 注冊(cè)請(qǐng)求300300/ 登錄請(qǐng)求300300/ 查詢(xún)溫度請(qǐng)求3002990.14 查詢(xún)濕度請(qǐng)求3002980.26

由表1可見(jiàn)，系統(tǒng)的各類(lèi)請(qǐng)求操作成功次數(shù)趨近100%，查詢(xún)請(qǐng)求因和控制端硬件設(shè)備狀態(tài)相關(guān)，偶有失敗情況發(fā)生。從數(shù)值統(tǒng)計(jì)上看，溫度平均偏差值為0.14 ℃，濕度平均偏差值為0.26%，遠(yuǎn)程通信狀態(tài)可靠。

6 結(jié)束語(yǔ)

論文基于TCP套接字實(shí)現(xiàn)了智能家居中的遠(yuǎn)程通信功能設(shè)計(jì)，用戶(hù)通過(guò)服務(wù)端對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行操作實(shí)現(xiàn)注冊(cè)登錄功能，實(shí)時(shí)查詢(xún)溫濕度等室內(nèi)環(huán)境參數(shù)。基于套接字技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能家居中的遠(yuǎn)程通信簡(jiǎn)單有效，讓居家環(huán)境更為舒適、隨性，符合現(xiàn)代家居發(fā)展趨勢(shì)。

［1］魏振濤，浦曉亮，徐向群，等.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居的發(fā)展［J］.科技與創(chuàng)新，2019（13）：97-98.

［2］劉哲.基于移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究［J］.信息記錄材料，2019，20（5）：201-202.

［3］李時(shí)輝.基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的溫室智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究［J］.江西理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2013（1）：70-73.

［4］陳為民，胡向臻.基于智能視頻監(jiān)控的安防系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.江西理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2013（1）：74-78.

［5］凌濱，王戰(zhàn)金，張樹(shù)帥，等.基于云平臺(tái)的智能家居系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)［J］.科技創(chuàng)新與生產(chǎn)力，2019（12）：71-73，76.

TP29

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.14.014

2095－6835（2020）14－0045－02

2019年江西理工大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（編號(hào)：DC2019-063）；2018年江西省教育廳教改課題（編號(hào)：JXYJG-2018-125）；2018年江西省教育廳教改課題（編號(hào)：JXJG-18-7-24）；2019年國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（編號(hào)：201910407021）

雷思敏（1997—），女，江西南昌人，本科，研究方向?yàn)樽詣?dòng)化。

溫如春（1972—），女，江西贛州人，碩士，江西理工大學(xué)副教授，研究方向?yàn)榍度胧较到y(tǒng)。

〔編輯：張思楠〕