基于B/S模式的智能家居管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

趙鑫+王亞剛+王凱

摘 要：為了解決當(dāng)前用戶反映智能家居控制系統(tǒng)占用了手機(jī)或電腦大量?jī)?nèi)存而導(dǎo)致電子設(shè)備運(yùn)行緩慢的問題，設(shè)計(jì)了基于B/S模式的智能家居管理系統(tǒng)。運(yùn)用B/S結(jié)構(gòu)模式，結(jié)合Node.js平臺(tái)，通過(guò)MongoDB數(shù)據(jù)庫(kù)與Socket.IO通訊協(xié)議，搭建Express框架的服務(wù)器，并布置網(wǎng)站到云服務(wù)器上，使用戶可以通過(guò)4G和WiFi等網(wǎng)絡(luò)控制與管理設(shè)備。經(jīng)測(cè)試，系統(tǒng)在不同設(shè)備終端均運(yùn)行正常，系統(tǒng)的擴(kuò)展也非常容易，可實(shí)現(xiàn)客戶端的零安裝、零維護(hù)，只要有網(wǎng)絡(luò)即可控制設(shè)備。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；智能家居；B/S模式

DOIDOI：10.11907/rjdk.172945

中圖分類號(hào)：TP319

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-7800（2018）002-0099-03

0 引言

“智能家居”的概念，伴隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷推進(jìn)，已頻繁出現(xiàn)在實(shí)際生活應(yīng)用中，切實(shí)改變了人們的生活方式與工作習(xí)慣。它包含兩層含義，一層是自動(dòng)化處理過(guò)程，自動(dòng)化處理過(guò)程是智能的基礎(chǔ)，包括遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、控制設(shè)備開關(guān)，根據(jù)設(shè)備的功能性分類進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、定時(shí)啟動(dòng)等，能夠以自動(dòng)和手動(dòng)兩種方式，在家庭內(nèi)或家庭外達(dá)到遠(yuǎn)程同步控制，不再受地理位置限制，給予作為“控制者”的用戶最大程度的自由；另一層是信息分析過(guò)程，對(duì)從物理層采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、行為預(yù)測(cè)等功能。提供處理后的有價(jià)值的生活信息能讓用戶或系統(tǒng)本身成為家居的智能“管理者”，實(shí)現(xiàn)在應(yīng)用層的不同應(yīng)用。本文基于B/S架構(gòu)模式，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)智能家居管理系統(tǒng)。綜合運(yùn)用智能化家居技術(shù)和Web技術(shù)，能夠使用戶在客戶端零安裝的前提下通過(guò)不同的設(shè)備終端訪問系統(tǒng)，建立個(gè)人家居管理檔案，實(shí)現(xiàn)設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控、智能信息分析等功能。

1 基于Web的B/S模式架構(gòu)

在系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)方面，最常見的架構(gòu)主要為B/S模式（Browser/Server）和C/S模式（Client/Server）。通常B/S模式的構(gòu)成可分為三層，其體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

B/S模式由瀏覽器和服務(wù)器組成，服務(wù)器包括Web服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器等多層結(jié)構(gòu)，并存有應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)信息。在網(wǎng)頁(yè)端加載服務(wù)器端運(yùn)行程序，瀏覽器向用戶提供應(yīng)用界面顯示。B/S模式利用Web技術(shù)結(jié)合瀏覽器的多種腳本語(yǔ)言，瀏覽器作為通信平臺(tái)實(shí)現(xiàn)交互功能。C/S模式與B/S應(yīng)用程序架構(gòu)對(duì)比如表1所示。

考慮到智能家居對(duì)滿足用戶需求的實(shí)時(shí)性要求很高，本文采用了B/S模式。

2 智能家居管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

將智能家居管理系統(tǒng)分為用戶信息模塊、設(shè)備列表模塊，分別進(jìn)行功能設(shè)計(jì)。

（1）用戶信息模塊：建立用戶信息檔案，有系統(tǒng)注冊(cè)、登錄等基本功能。提交以常用郵箱為地址的用戶名，可向郵箱發(fā)送系統(tǒng)信息等。核實(shí)信息采用MD5驗(yàn)證方式，以保證系統(tǒng)安全性。

（2）設(shè)備列表模塊：主要具有顯示和控制功能，顯示信息分為屬性信息和使用信息兩類。前者以列表方式呈現(xiàn)，列明設(shè)備名稱、編號(hào)，后者顯示如設(shè)備實(shí)時(shí)電量、累計(jì)電量，設(shè)備狀態(tài)是處于開啟還是關(guān)閉等使用信息情況。控制功能包括遠(yuǎn)程控制設(shè)備開關(guān)和設(shè)置定時(shí)開關(guān)，還可以根據(jù)用電對(duì)象進(jìn)行模式修改如調(diào)節(jié)空調(diào)溫度等。另外，加入第三方天氣數(shù)據(jù)接口，向用戶提供溫度變化、空氣質(zhì)量等信息，以便對(duì)溫控及風(fēng)控設(shè)備進(jìn)行控制。系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)

3.1 用戶模塊實(shí)現(xiàn)

首先需要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)Web服務(wù)器，本文用到的軟件開發(fā)工具有：①Node.js v4.4.3運(yùn)行平臺(tái)；②Node Package Manager v2.15.1 JavaScript包管理器；③MongoDB v3.2.6數(shù)據(jù)庫(kù)；④可視化數(shù)據(jù)庫(kù)Robomongo v0.9.0；⑤IDE工具Sublime Text。對(duì)以上工具進(jìn)行下載、安裝并在系統(tǒng)環(huán)境下進(jìn)行配置。

由Express搭建HTTPs服務(wù)器，具體步驟如下：①用NPM在全局安裝express模塊（V4.13.1）“npm install-g express”；②采用Express創(chuàng)建網(wǎng)站基本結(jié)構(gòu)和項(xiàng)目名稱smarthome “exprss-e smarthome”；③進(jìn)入工程目錄cd./smarthome，根據(jù)package.json文件“npm install”自動(dòng)安裝文件內(nèi)所有指定的dependencies依賴模塊。

由Node.js搭建http服務(wù)器，先引入http模塊，設(shè)定端口號(hào)并存儲(chǔ)（默認(rèn)端口號(hào)3000），用http.createServer方法新建一個(gè)App實(shí)例，監(jiān)聽端口號(hào)并啟動(dòng)服務(wù)器“npm start”，終端顯示Express server listening on port 3000 in development mode。在服務(wù)器上，軟件運(yùn)行環(huán)境是Windows Server 2012 R2系統(tǒng)，瀏覽器地址輸入http：//182.61.17.241：3000（云服務(wù)器公網(wǎng)IP地址）。

用戶模塊主要功能實(shí)現(xiàn)原理如下：用戶在/reg注冊(cè)頁(yè)中填寫表單信息，采用POST方式得到req.body.username，req.body.password，req.body.email三個(gè)參數(shù)，按照預(yù)設(shè)的User.protype.save保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中。在/login登錄頁(yè)中填寫表單信息，得到的username和password用User.get方法進(jìn)行檢驗(yàn)。

3.2 設(shè)備控制模塊實(shí)現(xiàn)

在數(shù)據(jù)庫(kù)中建立設(shè)備集合Device，用于將設(shè)備對(duì)象的屬性信息和控制信息保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中。對(duì)需要定時(shí)的設(shè)備也建立集合Schedule，用于保存定時(shí)事件信息、觸發(fā)時(shí)間與觸發(fā)事件，使用mongoose模塊可以更加簡(jiǎn)化地使用native mongoDB。簡(jiǎn)要實(shí)現(xiàn)代碼如下：endprint

//Device集合

var mongoose = require（'./database.js'）；

var Schema=mongoose.Schema；

var deviceSchema=

new Schema（{

owner：String，

name：String，

type：{type：Number，default：0}，

online：{type：Boolean，default：true}，

status：{type：Boolean，default：false}，

power：{type：Number，default：0}，

sumpower：{type：Number，default：0}，

time：{type：String，default：Date.now}

//Schedule集合

var mongoose=require（'./database.js'）；

var Schema=mongoose.Schema；

var scheduleSchema=

new Schema（{

device_id：String，

task：{type：Boolean，default：false}，

scheduletimestart：{type：String，default：Date.now}

}，

scheduletimefinish：{type：String，default：Date.now}

}

界面功能實(shí)現(xiàn)如圖3所示。

4 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合用戶需求，本文分析了B/S和C/S的架構(gòu)特點(diǎn)，提出基于B/S架構(gòu)模式的Web應(yīng)用程序。在無(wú)需安裝App、無(wú)需占用移動(dòng)設(shè)備內(nèi)存的前提下，實(shí)現(xiàn)了智能家居管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在軟件實(shí)現(xiàn)上，運(yùn)用了Node.js平臺(tái)，結(jié)合MongoDB數(shù)據(jù)庫(kù)和Socket.IO通訊協(xié)議，搭建Express框架的服務(wù)器，并布置網(wǎng)站到云服務(wù)器上，使用戶在任何時(shí)間、地點(diǎn)都可以通過(guò)4G和WiFi等網(wǎng)絡(luò)控制與管理設(shè)備。經(jīng)測(cè)試，該系統(tǒng)中各個(gè)功能模塊均運(yùn)行良好。因此，本文的設(shè)計(jì)具有良好的通用性和可擴(kuò)展性，可以作為其它智能項(xiàng)目的基礎(chǔ)框架。

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