基于iOS的智能家居安防系統移動端設計

薛亮　張繼飛　馮鵬飛

摘 要：基于iOS平臺的設計與開發技術，在異構網絡中實現一種智能家居報警系統，用以解決智能家居中的安防問題。在該安防系統中，信息采集端由ZigBee無線傳感器節點（監控節點）以自組織方式構成，可采集監控區域的實時信息并將報警信息傳遞給服務器?；趇OS技術開發的移動客戶端可幫助用戶采取相應的報警處理和操作措施。

關鍵詞：智能家居；iOS；消息推送；Xcode

中圖分類號：TP311.1 文獻標識碼：A

1 引 言

近年來，安防監控技術己經由原來的單一控制發展為現在多種控制方式相結合的形式。在安防監控技術不斷發展的影響下，監控系統也由原來的模擬系統逐漸發展成為集網絡化、數字化、智能化于一體的多信息平臺監控系統。隨著移動智能終端應用的日漸普及，通過移動終端獲取家居環境的實時信息已成為智能家居安防應用領域的開發熱點[1]。iOS（蘋果公司移動操作系統）設備在中國移動智能終端市場的占有率逐年上升。因此，在基于iOS的平臺上有針對性地開發一種智能家居報警系統，將方便更多用戶“隨時隨地”防范和保護家居環境[2]。

2 總體方案設計

總體設計方案如圖1所示，該報警系統主要包括ZigBee數據采集端、報警管理服務器端、iOS移動客戶端三個子系統[3]。數據采集端通過串口與報警管理服務器端相連接，負責采集家居環境中的監控信息，并根據硬件智能控制機制采取相應報警操作。iOS移動客戶端負責報警信息的推送以及報警操作的控制，通過WLAN/GPRS網絡與報警管理服務器端相連接。報警管理服務器端負責轉發和處理信息采集端發送的報警信息，以及響應移動客戶端的操作信息。數據采集端和報警管理服務器端僅做簡要介紹，本文將詳細介紹基于iOS的移動客戶端開發。

3 系統設計與實現

3.1 ZigBee數據采集端設計與實現

數據采集系統采用ZigBee無線節點采集并發出報警信息，利用人體熱釋電紅外傳感器（HCSR501人體感應模塊）實時感應人體入侵信息，利用門磁開關模塊（KTMC8）感應門或窗的被動開啟操作。該數據采集方案利用了ZigBee自組網無固定基礎設施的優勢以及多源傳感器信息融合的特點，能夠保證家庭環境信息感知的實時性與準確性。

3.2 報警管理服務器端設計與實現

報警管理服務器采用的是Tomcat 8.0 服務器。Tomcat 8.0服務器是一種免費的開放源代碼的Web應用服務器，運行時占用的系統資源小，擴展性好，適用于小型應用服務端。

3.3 iOS移動客戶端軟件設計與實現

移動客戶端是基于iOS移動終端進行開發的，報警信息的發布可通過文字和圖像等信息承載手段來實現?？紤]到其他不利因素，如終端設備不穩定的網絡速度和信息處理的載荷變化等，本文中基于iOS平臺的智能家居報警系統采用文本信息推送的形式發布報警信息。終端收到推送消息后，提醒用戶可在終端采取相應的報警操作，如開燈、拍照、撥打電話等。

3.3.1 開發平臺

iOS是由蘋果公司開發的移動操作系統，主要應用對象為蘋果公司出品的相關移動設備。該操作系統具有簡單易用的界面、強大的功能以及超強的穩定性，據Kantar Worldpanel ComTech發布的全球智能手機季度銷售報告顯示，在2015年第二季度國內的移動終端設備領域，iOS設備占據了24.4%的份額[4]，創歷史新高，越來越多的移動端用戶選擇使用iOS設備。與Android平臺相比，應用iOS系統的移動終端設備以視圖優先為原則，使用較少的框架，保證了開發者對硬件最有效的使用。同時，iOS系統具有較高的安全性[4][5]，所以這類設備的優勢主要體現在良好的用戶體驗和較為安全的使用環境。

iOS移動客戶端的開發使用的是蘋果公司提供的非開源集成開發環境Xcode 6.1，編程語言采用的是ObjectiveC。智能家居報警程序的前期調試在Xcode模擬器上完成，后期測試與調試在真機上完成。

3.3.2 軟件主程序架構設計

首先進入移動端程序，用戶需要登錄對應賬戶。移動端通過WLAN/GPRS實時接收報警管理服務器端發送的報警消息，如有報警消息，用戶可根據不同的報警消息采取相應的報警操作。如果當前報警操作已完成，則再次進入接收推送消息的狀態。按照上述方式，程序循環執行，圖2給出了軟件主程序流程圖。

3.3.3 主界面設計

如圖3所示，移動終端應用程序主界面包括監控區域、情景設置、監控詳情和其它四個功能模塊。

1.監控區域：刪除或添加對指定房間的監控；

2.情景設置：對不同的監控區域設置不同的監控條件，包括離家、回家和休息三種監控狀態設置。此外，用戶也可以添加其他自定義的報警操作；

3.監控詳情：以圖片形式顯示監控區域畫面，用戶基于此監控畫面可采取人為報警操作；

4.其它：提供移動端程序的相關信息，如用戶登錄、關于軟件、版本更新等功能。

3.3.4 報警消息推送設計

該移動客戶端使用iOS消息推送機制實現報警消息的推送[7]，該消息推送機制是在應用程序APP、APP服務端（Your Server）與APNS（Apple Push Notification Service）服務器之間完成的。消息推送流程如圖4所示，推送流程功能說明如下：

1.應用程序（APP）通過iOS系統向Apple Push Notification Service（APNS服務器）注冊消息推送服務并申請Device Token（設備標識）；

2.APNS 服務器將Device Token 發送給APP；

3.APP將Device Token發送給Your Server （APP服務端）；endprint

4.APP服務端向APNS 服務器發送推送消息；

5.APNS 服務器將推送消息發送給APP。

移動端報警消息推送提示界面如圖5所示。

3.3.5 用戶報警操作設計

用戶報警操作界面如圖6所示，當移動端設備收到APNS服務器發送來的推送消息后，用戶根據推送消息及時采取相關報警操作，如點擊“燈光”按鈕，實現對監控區域燈光的開關控制功能。點擊“拍照”按鈕，實現拍照記錄監控區域的功能[6]。點擊“報警電話”按鈕，實現撥號報警功能。上述操作均在iOS移動客戶端實現，用戶通過操作移動端，經過報警管理服務器端將相關操作信息轉發到數據采集端，最終數據采集端實現相應的操作，達到家庭環境智能家居安防的目的。

4 系統分析與測試

軟件測試是程序開發的重要環節，同時也是保障應用程序正常運行的關鍵。本文開發的程序分別在Xcode Simulator（Xcode模擬器）和iOS真機設備兩個平臺進行了測試。包括延時測試和iOS設備兼容性測試兩部分內容。

圖7 延時測試

延時測試，包括入侵報警消息推送延時和安防操作延時，此處延時包括硬件延時和軟件延時的總和。由測試統計結果可知，不同的延時均達到了系統的要求，延時測試結果如圖7所示。

iOS設備的兼容性測試包括該報警系統軟件對當前國內iPhone主流機型的兼容性，經測試，該移動客戶端能夠兼容目前iPhone主流機型。iOS設備兼容性測試結果如表1所示。

經過不斷的測試與改進，智能家居報警系統的延時和設備兼容性均達到設計要求。

5 結 論

本文設計的基于iOS平臺的人員入侵報警系統，著眼于智能家居安防的需求，可應用于多種不同的場景，如家庭、倉庫、小型超市、個體商店等[8]。結合ZigBee節點的無線組網優勢，實現了不同監測區域的靈活布網。面向iOS移動客戶端進行開發，使持有iOS設備的用戶能夠使用該系統，這將增加智能家居安防系統的目標用戶。因此，該系統的設計，較好的適應了智能家居安防系統的需求，適應了智能家居行業的發展方向。

未來工作將根據ZigBee無線網絡的特點，進一步優化iOS移動終端的性能，增加更多的監控措施，幫助用戶獲得更完美的使用體驗。

參考文獻

[1] 李宏楷，武建輝，袁振宇，等. 智能安防系統移動終端設計[J]. 科技信息，2014，13：157-158.

[2] 羅喧，梁柏青，潘軍彪，等. 智能手機應用安全關鍵技術探討[J]. 電信科學，2013，19（05）：19-27.

[3] 肖遠東，蔡聲鎮. 基于iOS平臺的移動視頻監控軟件設計[J]. 開發研究與工程應用， 2015，02：269-271.

[4] 天極軟件. Kantar Worldpanel公布智能手機全球銷量[EB/OL]. （2015-07-02） [2015-09-25]. http：//soft.yesky.com/mobile/428/75569428.shtml.

[5] 魏穎琪，林瑋平，楊少龍. 移動終端應用軟件開發技術探討[J]. 電信科學，2013，36（05）：11-18.

[6] 喬木，龔俊儒，沈杏林，等. 基于iOS平臺的小型倉儲管理系統設計[J]. 計算機與現代化，2014，30（01）：197-200.

[7] 胡揚帆，楊剛，胡顥石. 結合LBS和信息推送的博物館APP的設計實現[J]. 計算機應用與軟件，2013，30（12）：108-112.

[8] 欒曉宇，楊青，張景異. 基于iOS的人臉局部特征監測研究[J]. 信息化技術，2015，31（13）：34-38.endprint