基于樹莓派通過java實遠程控制和接收數據的智能家居

王俊童+劉艷艷+蘭旭婷

摘 要："基于樹莓派通過java實遠程控制和接收數據的智能家居"，采取以智能手機發送數據到服務器，在通過服務器返回數據到樹莓派使之做出相應的處理，本項目設計使智能家居突破傳統的地理位置和空間上的限制，無論用戶身處室內或室外都可以對家居進行控制，和實現對家庭內部設備的控制。如今我們僅僅需要一部智能手機，就可以對家里的家居完全的掌控，和對家里的情況完全的了解，如：當我們下班回家的路上，我們完全可以僅僅通過控制手機，就可以把家里的臺燈、風扇打開。

由西北民族大學電氣工程學院"雙E"項目資助（項目編號：20161823 ）

1 緒論

近年來，隨著信息技術的更新換代，物聯網技術取得了長足的發展和進步，物聯網這一新興的信息革命產物受到了密切的關注，在智能化領域也得到了廣泛的應用，這一現象在貼近我們生活的智能家居行業更是尤為突出。針對當前智能家居系統結構復雜、成本高昂的問題，采用價格低廉的樹莓派作為家庭網關、開源硬件Arduino Uno作為微控制器、yeelink作為網絡服務平臺，并通過編程語言來搭建控制開關，從而有效的簡化了智能家居系統的控制結構，降低了開發成本。實驗結果驗證了此方法的有效性。

2 整體設計方案

具體設計方案如圖2-1所示，1和7分別代表是遠程控制的PC端和手機端，即為三級結構中的控制層，2代表以太網，即系統中的yeelink網絡服務平臺，3表示路由器，即連接以太網的網絡硬件設施，2、3共同組成控制信息的傳輸層，4代表以AVR為核心的Arduino Uno微控制器，5代表網絡信號，6代表搭載在Arduino Uno上的LED小燈，處于系統的被控制層。在這個設計中，用戶可以通過PC端或者手機終端訪問yeelink網絡服務平臺，在平臺上遠程查看小燈的開關情況，并可以通過同樣路徑對于小燈進行控制，當點擊開關按鈕時，yeelink網絡服務平臺會通過相應的轉換程序將開關小燈的指令信息發送給Arduino Uno微控制器，從而實現對于室內小燈的控制。

3系統開發設計

該部分主要介紹系統所采用的技術及開發工具，涉及采用的架構有：樹莓派、LINUX系統、Python和JAVA語言、Arduino Uno單片機、網絡服務平臺等。

3.1 Arduino Uno硬件設計

Arduino是一款基于AVR的微控制器的開源硬件，近年來，因其良好的開源性和以及高度的可擴展性，得到了迅速的發展，在帶有傳感器的系統設計領域得到了廣泛的應用。Arduino Uno的硬件設計所采用的協議是CC BY-SA3.0，UNO型號的Arduino具有1KB的EEPROM、32KB的Flash、14路數字輸入輸出口，其中6路為PWM輸出，6路為模擬輸入口，還有ICSP下載線接口，支持在線燒寫程序同時在UNO里，還預先設置了Bootloader程序，因此在給板子燒寫程序時，并不需要外部燒寫器，直接通過USB接口下載程序即可，同時該板子還帶有復位鍵、USB程序燒寫口和電源接口。

在本智能家居的控制開關的設計中，為了實現遠程控制功能，作為搭載底層傳感器的Arduino Uno也需要具備聯網功能，，此時我們需要借助一款具備聯網功能的擴展板Arduino Ethernet，它可以讓Arduino控制器連接網絡。

3.2 樹莓派的基本配置和開發

作為系統的控制中心，樹莓派上需要萬層控制功能的開發和配置，因此除了核心部件開發板以外，還需要針對樹莓派配備其他的硬件外設：連接網線、配備鼠標鍵盤，通過HDMI高清輸出線，將樹莓派與顯示器相連。然后就需要進行具體的配置的步驟：首先為樹莓派安裝操作系統，將Raspbian系統的鏡像文件通過Win32DiskImager解壓導入SD卡中，將SD卡插入樹莓派的SD卡槽，接通電源，然后就進入了樹莓派的內部配置界面 raspi-config，此時需要針對開關的功能需要進行配置，在本研究中，為了更充分的利用樹莓派的內部空間，選擇expand_rootfs這一項，將它的大小擴展到與SD卡大小相同；為了實現控制功能和其他應用軟件的安裝，需要使樹莓派具備網絡功能，因此選取 NG8508-GS無線網卡，將無線網卡插入后，重新啟動樹莓派，等開機以后，輸入sudo lsusb命令行。

3.3 網絡服務平臺的配置

作為針對物聯網開發應用的云端網絡服務平臺，要利用yeelink完成智能家居控制開關的設計，實現Arduino Uno與yeelink的數據傳遞和信息交互，就必須為所接入的設備申請yeelink所分配的ID號和API key，同時需要指明傳感器的類型和數據格式，然后通過HTTP POST請求為傳感器分配ID號。在yeelink平臺上，API key為設備操作的識別號，控制功能的實現。同時還需要根據硬件的實際連接情況，設置相應的端口，比如設置通信的波特率為9600，輸出為5號口。設置完基本的硬件連接，確定網絡連通后，程序就進入了主體的執行部分，此部分主要進行的功能是實現yeelink與Arduino Uno的網絡通信，以及實現對Arduino Uno的遠程控制，當用戶進入yeelink平臺的網絡界面，選擇關燈時，yeelink會向Arduino發送"turn off the LED"指令，給5號口所接的LED小燈輸出低電平實現關燈功能；當用戶選擇開燈時，點擊開燈按鈕，yeelink會向Arduino發送"turn on the LED"指令，給5號口所接的LED小燈輸出高電平實現開燈功能。

4 結論

本論文所研究的基于樹莓派通過java實遠程控制和接收數據的智能家居，不僅可以隨時隨地的查看控制照明設備的情況，還可以在此基礎上，增添其他類型的傳感器，完善平臺功能，實現人與物之間的信息交互，真正賦予物體以智慧和溝通能力，同時這種開發模式并不局限于智能家居，還可以應用在工業、農業的環境中，達到高效生產、節能減排的作用。

參考文獻：

[1] 李凡希.愛上Raspberry Pi.北京：科學出版社，2013.

[2] 郭天祥.新概念51單片機C語言教程.北京：電子工業出版社，2009.