智能家居遠(yuǎn)程Web管理平臺的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

智能家居遠(yuǎn)程Web管理平臺的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)薛冰;溫克歡;張之涵;魏恩偉;劉仲夏【期刊名稱】《《微型電腦應(yīng)用》》【年(卷)，期】2019(035)009【總頁數(shù)】4頁(P136-139)【關(guān)鍵詞】智能家居;Web;管理平臺【作者】薛冰;溫克歡;張之涵;魏恩偉;劉仲夏【作者單位】深圳供電局有限公司深圳518001;深圳市康拓普信息技術(shù)有限公司深圳518034【正文語種】中文【中圖分類】TP3110引言智能家居控制平臺是一種應(yīng)用趨勢，即利用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)和無線通信等技術(shù)，通過特定的程序和平臺將其聯(lián)系成一個(gè)統(tǒng)一的整體，并能夠遠(yuǎn)程控制家居中的各種家用電氣設(shè)備［1］。該平臺可以實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的統(tǒng)一管理、遠(yuǎn)程監(jiān)控和資源共享，極大地方便了生活、改善了的生活環(huán)境。工業(yè)自動化水平的提高，遠(yuǎn)程控制成了應(yīng)用越來越多的手段；通過遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)可以訪問家庭管理服務(wù)入口，并且家庭中的網(wǎng)站可以由計(jì)算機(jī)登錄，并且可以通過Web瀏覽器容易地查詢和控制家庭設(shè)備［2］。無論是從社會的角度來看，技術(shù)還是經(jīng)濟(jì)方面的考慮，設(shè)計(jì)一個(gè)基于Web方式的智能家居遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)都將具有一定的意義。1智能家居遠(yuǎn)程管理概述1.1智能家居遠(yuǎn)程管理特點(diǎn)智能家居指的是利用家庭網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備，保持這些設(shè)備和住宅的協(xié)調(diào)，從而營造舒適和信息化的生活空間。智能家居可以將家庭內(nèi)部所有的電氣設(shè)備和信息設(shè)備連接起來，繼而組成網(wǎng)絡(luò)，科學(xué)管理家居生活的各個(gè)方面［3］。智能家居優(yōu)化人們的生活和環(huán)境，幫助人們有效地安排時(shí)間，節(jié)約各種資源，實(shí)現(xiàn)家電、照明等功能。具有定時(shí)控制和遠(yuǎn)程監(jiān)控的功能。1.2智能家居控制系統(tǒng)組成智能家居系統(tǒng)大致可分為三個(gè)部分:家庭外部網(wǎng)絡(luò)、家庭網(wǎng)關(guān)和家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。智能家居的遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)是指家庭內(nèi)部各種信息設(shè)備通過家庭網(wǎng)關(guān)與家庭外部網(wǎng)絡(luò)連接，在家庭網(wǎng)關(guān)中添加嵌入式Web服務(wù)器后，用戶便可以通過瀏覽器端的界面實(shí)現(xiàn)對遠(yuǎn)方家庭的信息設(shè)備的查看和管理［4］。家庭外網(wǎng)是指家庭對外能夠通過網(wǎng)關(guān)與外部網(wǎng)絡(luò)（如以太網(wǎng)、因特網(wǎng)、廣域網(wǎng)）互聯(lián)進(jìn)行信息交換的一種嶄新的組網(wǎng)和應(yīng)用技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對所有的家庭網(wǎng)絡(luò)上的家電和設(shè)備進(jìn)行使用、訪問、控制和管理［5］。家庭控制內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)是指通過家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)連接的所有控制設(shè)備并負(fù)責(zé)所有與信息設(shè)備、住宅環(huán)境的查看和管理有關(guān)的服務(wù)平臺，采用統(tǒng)一的通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)所有信息的傳輸［6］。智能家居組成如圖1所示。圖1智能家居示意圖2智能家居控制系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)CQRS理論CQRS(命令查詢職責(zé)分離)由GregYoung提出，目前在領(lǐng)域驅(qū)動開發(fā)領(lǐng)域中被廣泛使用。領(lǐng)域驅(qū)動開發(fā)則認(rèn)為軟件分析設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)應(yīng)當(dāng)從業(yè)務(wù)出發(fā)，使用同時(shí)包含數(shù)據(jù)和行為的充血模型，且僅僅視數(shù)據(jù)庫為普通的持久化手段之一，而非系統(tǒng)的中心［7］。CQRS，在客戶端就將數(shù)據(jù)的新增修改刪除等動作和查詢進(jìn)行分離，前者稱為命令(Command)，調(diào)用命令服務(wù)(CommandService)對領(lǐng)域模型進(jìn)行操作，而查詢則會調(diào)用查詢服務(wù)(QueryService)直接對數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢。CQRS工作原理如圖2所示。圖2CQRS工作原理JavaFX技術(shù)JavaFx平臺是一個(gè)富客戶端平臺解決方案，它能夠使用應(yīng)用程序開發(fā)人員輕松地創(chuàng)建跨平臺的富客戶端應(yīng)用程序。在Java技術(shù)的基礎(chǔ)之上，JavaFX平臺提供了一組豐富的圖形和媒體API與高性能硬件加速圖形和媒體引擎，簡化了開發(fā)數(shù)據(jù)驅(qū)動的企業(yè)客戶端應(yīng)用程序［8］。JavaFX技術(shù)具有下列優(yōu)點(diǎn)。由于JavaFX平臺是用Java編寫的，Java開發(fā)人員可以使用現(xiàn)有的技術(shù)和工具來開發(fā)JavaFX應(yīng)用程序。因?yàn)镴ava是廣泛使用的，所以很容易找到將JavaFX應(yīng)用變成產(chǎn)品的開發(fā)人員。⑶因?yàn)镴avaFX跟Java技術(shù)使用的是相同的服務(wù)端和客戶端的平臺，所以降低了應(yīng)用企業(yè)解決方案所帶來的風(fēng)險(xiǎn)。(4)因?yàn)樯鲜鰞?yōu)點(diǎn)，所以開發(fā)成本也會降低。⑸JavaFX為開發(fā)者提供了一個(gè)創(chuàng)建跨平臺企業(yè)級業(yè)務(wù)應(yīng)用的開發(fā)框架和運(yùn)行環(huán)境。openHABopenHAB是系統(tǒng)所依賴的開源軟件項(xiàng)目，提供了對虛擬設(shè)備進(jìn)行控制的功能。它將物理硬件設(shè)備統(tǒng)一抽象為虛擬設(shè)備，然后在此基礎(chǔ)上提供對虛擬設(shè)備進(jìn)行控制的功能［9］。在實(shí)際控制物理設(shè)備時(shí)，openHAB可以向事件總線發(fā)送對虛擬設(shè)備的控制命令、或者接收虛擬設(shè)備的狀態(tài)更新；物理設(shè)備驅(qū)動則可以從事件總線接收虛擬設(shè)備控制命令，然后根據(jù)虛擬設(shè)備和物理設(shè)備之間的映射關(guān)系，對物理設(shè)備作出控制，然后再根據(jù)控制結(jié)果將虛擬設(shè)備狀態(tài)更新發(fā)布到事件總線上［10］。openHAB這樣的體系結(jié)構(gòu)，理論上可以支持任何已有的智能家居解決方案或者任何硬件平臺。3智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則3.1系統(tǒng)功能需求家庭內(nèi)網(wǎng)組網(wǎng)方式選擇家庭的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)用于連接家庭內(nèi)的家用電器、設(shè)備和傳感器。目前，家庭中使用的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有很多，如有線技術(shù)、無線技術(shù)(包括802.11、UWB、藍(lán)牙、Zigbee等)和家庭網(wǎng)絡(luò)(包括家庭數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和家庭)［11］。遠(yuǎn)程管理方式選擇家庭外部網(wǎng)絡(luò)可以是無線寬帶網(wǎng)絡(luò)、有線電視網(wǎng)絡(luò)、電話網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)。大多數(shù)采用比較成熟的聯(lián)網(wǎng)技術(shù)［12］。家庭外部網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了本地上網(wǎng)工具接入網(wǎng)絡(luò)，上網(wǎng)工具登錄到家庭網(wǎng)關(guān)后可以管理家庭內(nèi)部所有信息設(shè)備。目前，遠(yuǎn)程管理的常用方法有遙控家用電器、撥撥固定電話、控制手機(jī)短信、控制家用電器、手機(jī)遠(yuǎn)程控制家用電器、PC遙控家用電器等［13］。智能家居遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上網(wǎng)工具和互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，遠(yuǎn)程上網(wǎng)工具通過互聯(lián)網(wǎng)與家庭網(wǎng)關(guān)互聯(lián)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)基于Web方式的遠(yuǎn)程查看、操作、管理以及系統(tǒng)設(shè)備的添加和配置等功能的遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)［14］。瀏覽器端的設(shè)備主要有3G智能手機(jī)、筆記本、臺式機(jī)以及現(xiàn)在用戶常用的iPad等上網(wǎng)工具。家庭網(wǎng)關(guān)具備TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通信能力，它提供網(wǎng)口與交換機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)口的擴(kuò)展，再連接家庭中的路由器等網(wǎng)端設(shè)備，這樣就可以實(shí)現(xiàn)家庭網(wǎng)關(guān)連接到互聯(lián)網(wǎng)中。因此，家庭局域網(wǎng)上的任何上網(wǎng)工具都可以與其傳遞信息，進(jìn)而家居中的信息設(shè)備可以得到控制。智能家居遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)的各個(gè)子系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于Web方式的智能家居的管理與控制系統(tǒng)，要實(shí)現(xiàn)家電的管理與控制、家庭設(shè)備的配置與控制以及實(shí)時(shí)音視頻的管理等功能。通過這些功能的劃分，智能化家庭系統(tǒng)可以分為以下幾個(gè)子系統(tǒng)：智能照明控制系統(tǒng)、家庭電器控制系統(tǒng)、安全防盜系統(tǒng)和情景模式等［15］。3.2系統(tǒng)架構(gòu)方案設(shè)計(jì)智能家居系統(tǒng)分成三部分：家庭外網(wǎng)、家庭網(wǎng)關(guān)和家庭內(nèi)網(wǎng)。家庭網(wǎng)關(guān)用雙核高性能開發(fā)板來實(shí)現(xiàn)，并在家庭網(wǎng)關(guān)上實(shí)現(xiàn)外網(wǎng)需要的服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫［16］。數(shù)據(jù)庫里儲存的數(shù)據(jù)即家庭內(nèi)網(wǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過三者的聯(lián)合實(shí)現(xiàn)智能家居的遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)，軟件架構(gòu)如下圖3所示。圖3軟件架構(gòu)圖3.3系統(tǒng)軟件開發(fā)設(shè)計(jì)嵌入式Linux操作系統(tǒng)的概述微電子技術(shù)的發(fā)展以及人們對電子產(chǎn)品需求的增加，嵌入式設(shè)備也發(fā)展飛速，上也可以有LCD、鍵盤或者觸摸屏，加載了嵌入式操作系統(tǒng)后，能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)站的瀏覽、視頻的觀看以及郵件的轉(zhuǎn)發(fā)等功能［7］。嵌入式Linux系統(tǒng)開發(fā)流程嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)，需要將相應(yīng)的終端設(shè)備連接到主設(shè)備中，這主要是通過開發(fā)相應(yīng)的軟件通過端口嵌入到主程序中以此來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)設(shè)備的互相通信。此外，僅僅依靠嵌入式設(shè)備的資源還不具有開發(fā)嵌入式軟件的條件。在此前提下，可以通過以下方式實(shí)現(xiàn)嵌入式軟件的開發(fā)：首先交叉開發(fā)模式；然后，編輯在主機(jī)設(shè)備上開發(fā)的程序；最后，編譯并生成主程序可執(zhí)行文件。嵌入式程序編譯完成后復(fù)制到目標(biāo)板OMAP3530上運(yùn)行、驗(yàn)證程序。嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)過程主要有:安裝主機(jī)LINUXOS、建立交叉編譯環(huán)境、建立引導(dǎo)和加載程序、編譯和移植Linux內(nèi)核以及構(gòu)建Linux根文件系統(tǒng)等。3.4系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)智能家居遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)的主要部分是家庭網(wǎng)關(guān)，選用OMAP3530處理器，并加入FPGA模塊、以太網(wǎng)模塊、Zigbee模塊以及WCDMA模塊等，構(gòu)建了一個(gè)可以融合不同網(wǎng)絡(luò)、處理家庭數(shù)據(jù)信息和控制信息的家庭網(wǎng)關(guān)。家庭網(wǎng)關(guān)中還擴(kuò)展了另夕卜幾個(gè)功能模塊，它們的功能分別是：FPGA模塊和以太網(wǎng)模塊：、Zigbee模塊、WCDMA模塊等。以上模塊的組合構(gòu)成了功能豐富的家庭網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)了家庭內(nèi)外網(wǎng)的互聯(lián)，對于智能家居遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)的建立創(chuàng)造了必要的條件，遠(yuǎn)程用戶通過外網(wǎng)訪問家庭網(wǎng)關(guān)，并通過內(nèi)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)控制家居生活，4Web管理平臺實(shí)現(xiàn)隨著網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，Web是嵌入式設(shè)備管理和交互應(yīng)用的主要終端之一。Web服務(wù)器的選擇總體來說，嵌入式設(shè)備的資源有限，程序處理比較簡單，因此不需要使用較大型服務(wù)器，如Boa、TTTPD、MIYNETHTPD、SHTTPD、LoTTDPD、GoaHand等。選擇具有體積小、功能齊全、內(nèi)存占用少、支持Linux作為嵌入式LinuxWeb服務(wù)器的Boa。然而，Boa服務(wù)器也是有缺陷的，它未提供CGI的分析頭處理。Web服務(wù)器的遷移首先，移植嵌入式Boa服務(wù)器的環(huán)境為：PC機(jī)安裝了Ubuntu8.04操作系統(tǒng)，交叉編譯工具是arm-nong-linux-guneabi，目標(biāo)板為OMAP3530Mini板。數(shù)據(jù)移植和配置Boa服務(wù)器步驟如下所示：Boa源碼下載、安裝需要工具bison和flex、修改文件、修改src/log.c、修改src/Boa.c、生成Makefile文件、修改Makefile、編譯后生成Boa、Boa的配置、測試并運(yùn)行Boa。4.3嵌入式數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建嵌入式數(shù)據(jù)庫的選擇和特點(diǎn)為了將所有內(nèi)部控制信息存儲在家庭網(wǎng)關(guān)中，以便于Web服務(wù)器訪問，需要將其存儲到嵌入式數(shù)據(jù)庫中。嵌入式數(shù)據(jù)庫代碼簡單，無需配置，直接在應(yīng)用程序中運(yùn)行，占用較少的內(nèi)存空間，還具有自適應(yīng)性和自調(diào)整性，被廣泛應(yīng)用。SQLite具有以下幾方面的特點(diǎn):運(yùn)行時(shí)占用的資源很少，大部分內(nèi)容支持現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；可以實(shí)現(xiàn)并列運(yùn)行以滿足多個(gè)讀訪問。數(shù)據(jù)的移植數(shù)據(jù)的移植過程如下：下載文件并解壓、生成Makefile相關(guān)文件、修改Makefile文件、編譯SQLite數(shù)據(jù)庫和函數(shù)，生成需要的庫函數(shù)和相應(yīng)的頭文件、把SQLite放在目標(biāo)板、查詢數(shù)據(jù)庫是否可用、對移植的SQLite進(jìn)行測試。5總結(jié)智能家居中Web平臺管理系統(tǒng)為研究對象，以易移植、占用空間少、操作方便的嵌入式Boa服務(wù)器和嵌入式SQLite數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，以系統(tǒng)的軟件方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)為工作重點(diǎn)。通過對該系統(tǒng)的研究，可以得出以下結(jié)論：智能家居的遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)以下幾項(xiàng)主要功能：智能照明系統(tǒng)、家庭電器控制系統(tǒng)、安防系統(tǒng)和智能情景模式設(shè)置。實(shí)現(xiàn)這些功能首先要構(gòu)建系統(tǒng)的開發(fā)平臺，主要包括家庭網(wǎng)關(guān)的硬件平臺的選擇、軟件平臺的搭建、軟件架構(gòu)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)等。智能家居管理系統(tǒng)中嵌入Web平臺，首先需要選擇服務(wù)器，并做好數(shù)據(jù)遷移的工作，在此基礎(chǔ)上，還應(yīng)該構(gòu)建適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)庫。參考文獻(xiàn)【相關(guān)文獻(xiàn)】馮乃喬，黃瑾瑜,沈文輝.基于B/S架構(gòu)的智能家居管理平臺設(shè)計(jì)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī),2018(6):123-124.雒春林，付子義,王秀秀.智能家居一體化管理平臺[J].自動化應(yīng)用,2017(10):17-18.武磊，張正炳,胡蓉華.基于Web的家居設(shè)備遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].微型機(jī)與應(yīng)用,2017,36(19):66-69.吳思楠.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].揚(yáng)州：揚(yáng)州大學(xué),2016.張萬良.基于Web和GPRS的智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)[J].自動化與儀器儀表,2016(11):232.張松峰.融合智能安防的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].成都：西南交通大學(xué),2016.吳衍標(biāo)，熊勇，姚煒，等.基于RESTfulWeb的智能家居系統(tǒng)應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用,2015,35(S2):284-289.張晶.基于JavaWeb及Android平臺的智能家居監(jiān)控系統(tǒng)[D].西安：西安電子科技大學(xué),2015.李欣.基于云平臺的智能家居管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].成都：電子科技大學(xué),2015.郭偉.基于MINA和SSH的智能家居管理平臺的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].廣州：華南理工大學(xué),2015.萬建紅.遙控e族一體化智能家居管理平臺商業(yè)計(jì)劃書[D].蘭州