智能家居一體化系統設計方案

祁昊穎　李成　席元鴻　許文強

摘 要：隨著移動互聯網技術的迅猛發展，智能家居逐漸進入了產品化階段。結合當前移動互聯網技術和智能家居概念，提出了一體化智能家居系統框架，以期解決智能家居領域的體系架構問題。

關鍵詞：智能家居；互聯網；設計要點；中控服務器

中圖分類號：TU855 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.02.028

智能家居概念的雛形出現在20世紀90年代，但當時該行業處于探索階段，產品定位模糊，加之當時技術支撐不足，整個行業均處于概念炒作階段。進入2000年后，智能家居領域獲得了一定的發展，但仍處于只有概念，沒有市場的階段。近年來，隨著移動互聯網、無線傳感器等技術的革新，產品化的不斷深入以及人們對科技產品需求的不斷增長，智能家居漸漸地不再只是概念。本文結合移動互聯網、智能家居、無線傳感器和機器學習等技術，提出了一種一體化的智能家居系統框架。

1 一體化智能家居系統的設計要點

一體化智能家居系統框架將當前智能家居的最新技術與移動互聯網技術相結合，目的在于使家庭設備相互連接，從而使使用者更方便地控制家庭設備。

一體化智能家居系統需要中控服務器來連接所有家庭設備，家庭設備可通過有線或無線的方式連接到中控服務器。針對已裝修好的房屋，一般可采用無線的方式連接。為了盡可能多地覆蓋市面上的產品，中控服務器支持WiFi、藍牙和ZigBee等主流無線傳輸協議。在設備端，由于大部分家庭設備不具備無線傳輸模塊，為了使設備能便捷地連接到中控服務器，需要設計一套插件，從而使家庭設備方便地接入中控，且能被控制；定義一套接口標準，以解決設備繁多、無法統一連接等問題。一體化智能家居系統將提供2套前端，即Web版和移動版，且支持內網和互聯網訪問。此外，整個系統需要具備一定的智能性。智能性主要體現在系統能自動感知用戶當前的需求，從而調整設備配置。綜上所述，構建一體化智能家居系統時，需要考慮以下3點。

1.1 如何使現有設備接入控制系統

為了解決該問題，針對現有的非智能設備，需要設計一套插件，從而使家庭設備可被控制；對于智能設備，需要定義一套接口標準，達到統一管理的目的?，F有設備主要分為照明設備、溫控設備、家用電器等。

針對照明設備，只需要在設備連接電源處設置轉接頭，轉接頭包括無線通信模塊，可接收來自中控服務器的控制信號，具有調整電流、控制照明設備、光照強度等功能，并可發送當前設備的基本數據到中控服務器。

對于溫控設備，有兩種改造方案：①修改溫控設備的開關控制板，加入無線通信和控制模塊，從而控制控制板上的功能。這種改造方案主要針對未安裝無線遙控器的中央空調。②對于一般的空調設備，可加裝紅外無線控制裝置，并對準需要控制的設備的紅外發射口。

對于家用電器，其具有多樣性和復雜性，簡單地加裝一套插件并不能獲得所有功能的控制權限，該問題有待解決。

1.2 如何使系統變“智能”

為了使中控服務器智能化，除了應采集相應的環境數據（智能家居設備的數據和室內環境的溫度、濕度、光照和時間等參數）、記錄用戶的操作行為外，還需要對用戶的行為進行建模，設計出可預測用戶行為的模型，并通過監督的方式對模型進行參數訓練。當采集到足夠的用戶數據時，可采用經過訓練的模型預測用戶的行為，從而自動調整智能家居設備的參數。此外，模型應能接收用戶的反饋信息，并通過反饋機制實時修正模型參數。

1.3 智能家居系統的前端設計

智能家居系統的前端采用當前流行的B/S架構。除了采用傳統的Web控制前端的方式外，還加入了移動前端。為了適配iOS和Andriod兩大系統，試用了當前流行的HTML5設計APP。HTML5的優勢為采用一份代碼可用于兩種不同的移動設備操作系統。但部分iOS上獨有的特性無法使用。中控服務器需要支持外網接入，但當前家庭網絡的接入均是以動態IP分配來實現的，動態分配的IP無法作為有效的對外服務器IP。針對該情況，試用了當前比較流行的云虛擬機作為中控服務器和移動設備的連接橋梁。目前，國內主流的云虛擬機提供商，比如阿里云可提供價格合理的云虛擬機服務。

2 結束語

本文提出了一種一體化的智能家居系統框架。該系統可通過簡單的改動，將現有的非智能設備連接入系統中。用戶可通過移動端或Web應用訪問中控服務器，從而控制家居環境。同時，該系統還具備一定的學習能力，可模仿用戶的生活習慣，從而自動地為用戶調整家居環境。

〔編輯：張思楠〕