智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

袁妙玲

摘 要 通信技術(shù)、信息傳輸技術(shù)的快速發(fā)展，為智能家居系統(tǒng)功能的不斷豐富提供了技術(shù)支持。文章主要圍繞遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)、無線局域網(wǎng)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中心軟件設(shè)計(jì)等方面展開討論，針對(duì)智能家具遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)各個(gè)組成部分進(jìn)行探討，從而保證系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)家具防盜、防火、實(shí)時(shí)巡邏以及智能照明等功能。

關(guān)鍵詞 智能家居；遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)；系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào) TP2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2018）212-0097-02

近年來，互聯(lián)網(wǎng)覆蓋面積的擴(kuò)展，促使信息逐漸融入到人們生產(chǎn)生活的各個(gè)方面。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的開放性特征，能打破時(shí)間和空間的限制，借助網(wǎng)絡(luò)媒介來開展相關(guān)工作。而智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)便是在利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，形成的一種應(yīng)用價(jià)值較高的系統(tǒng)。在該系統(tǒng)作用下，能保證用戶對(duì)建筑室內(nèi)情況有準(zhǔn)確掌握，并進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，能有效滿足人們的家居需求，并且是建筑行業(yè)未來發(fā)展主要趨勢(shì)。

1 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

對(duì)于遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)而言，要求系統(tǒng)主要具備以下功能：對(duì)家居用電設(shè)備開關(guān)的控制；無線局域網(wǎng)的組網(wǎng)功能；遠(yuǎn)程監(jiān)控及接入網(wǎng)絡(luò)功能；攝像拍照功能；安防報(bào)警功能。只有具備上述功能，才能充分發(fā)揮系統(tǒng)對(duì)建筑物的安全保障作用，使得建筑性能滿足用戶需求。在系統(tǒng)功能確定后，還需要進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)的選擇。智能家居監(jiān)控系統(tǒng)中局域網(wǎng)的搭建需要考慮到網(wǎng)絡(luò)性能需求，如通信距離、數(shù)據(jù)傳輸效率、可靠性等方面，還應(yīng)從局域網(wǎng)組建成本這一角度出發(fā)，確保建立一定低能耗、低成本、可擴(kuò)展和靈活性較強(qiáng)的組網(wǎng)形式。目前常見的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)包括無線局域網(wǎng)、超寬頻、藍(lán)牙以及ZigBee等。在對(duì)多種無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行參數(shù)分析后，可得到表1。

從表格中數(shù)據(jù)可觀察到，ISM無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在局域網(wǎng)組網(wǎng)上有一定的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。因此，本系統(tǒng)在內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)上選擇CC1110為無線網(wǎng)方案，并在其中移植一個(gè)小型的協(xié)議棧，能有效增強(qiáng)局域網(wǎng)安全性和信息傳輸準(zhǔn)確性，以便為智能家居監(jiān)控系統(tǒng)效能的實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造有利條件。在系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)上，本系統(tǒng)主要利用無線局域網(wǎng)、終端監(jiān)控設(shè)備等共同組成系統(tǒng)框架。無線局域網(wǎng)包括主控節(jié)點(diǎn)、擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)、主機(jī)模塊和終端節(jié)點(diǎn)等，不同部分對(duì)應(yīng)特定功能，能保證對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行有效處理，從而充分發(fā)揮系統(tǒng)功能。

2 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要選擇CC1110模塊和SIM900模塊。對(duì)于CC1110模塊來講，在芯片內(nèi)將放置起到增強(qiáng)作用MCU？IP核，具有較強(qiáng)的運(yùn)算能力。另外這一芯片內(nèi)包含較豐富的微小構(gòu)件，如控制器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、異步串口、檢測(cè)電路和可編輯定時(shí)器等，芯片電源電壓在2V～3.6V的范圍內(nèi)。本遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)選擇ADI公司研發(fā)的ADI3300芯片為電源芯片，在這一芯片作用下，可實(shí)現(xiàn)較寬的電壓輸入范圍。同時(shí)，芯片內(nèi)部的頻率收發(fā)模塊中還安裝了調(diào)制解調(diào)器，能實(shí)現(xiàn)較靈活的系統(tǒng)功能匹配。對(duì)于SIM32主機(jī)模塊來講，將這一芯片應(yīng)用到監(jiān)控系統(tǒng)中，可保證系統(tǒng)功能的充分發(fā)揮。該芯片的控制器內(nèi)部設(shè)置一顆性能較好的RIS內(nèi)核和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，另外還包括匹配度較高的I/O管腳。這一系列的器件有較好兼容性，能保證各個(gè)子系統(tǒng)的高效運(yùn)行[ 1 ]。SIM芯片對(duì)使用環(huán)境的適應(yīng)性較強(qiáng)，可在大部分工業(yè)環(huán)境下正常運(yùn)行，并且它的供電電壓較低，通常在2V～3.6V，可使用多種供電形式來驅(qū)動(dòng)模塊作業(yè)。另外，為了保證對(duì)家居情況的遠(yuǎn)程監(jiān)控，還需要在系統(tǒng)中設(shè)計(jì)紅外傳感器和驅(qū)動(dòng)電路。其中紅外傳感器作業(yè)原理為紅外光通信。通常將紅外傳感器分成發(fā)射部分以及接收部分兩種，發(fā)射部分主要利用發(fā)光二極管進(jìn)行光線發(fā)射，為了避免紅外線光對(duì)人們?nèi)粘Ｉ畹母蓴_，通常將紅外光信號(hào)附加在載波中，再次利用二極管傳遞出去，即可完成調(diào)制過程。

3 無線局域網(wǎng)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在對(duì)家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行分析時(shí)，可主要從以下方面著手：

首先，SIM32控制軟件設(shè)計(jì)。這一控制器模塊應(yīng)實(shí)現(xiàn)以下功能：接收用戶終端的監(jiān)控指令；實(shí)行監(jiān)控命令并將命令利用中心節(jié)點(diǎn)發(fā)送到目標(biāo)端的節(jié)點(diǎn)設(shè)備，之后由終端節(jié)點(diǎn)進(jìn)行具體處理和執(zhí)行，最終將處理結(jié)果由網(wǎng)絡(luò)媒介返回用戶端；及時(shí)接收中心節(jié)點(diǎn)的請(qǐng)求信息，并根據(jù)報(bào)警類型，運(yùn)行相應(yīng)的功能模塊。如針對(duì)不同的請(qǐng)求信息，要求模塊能執(zhí)行報(bào)警任務(wù)、攝像任務(wù)和濕度采集任務(wù)等。在控制芯片以及操作系統(tǒng)的選擇上，為了實(shí)現(xiàn)上述需求，本系統(tǒng)的主控制模塊選擇低能耗的ARM構(gòu)件作為系統(tǒng)的主要控制芯片。另外，還需要對(duì)主控制器系統(tǒng)總體框架進(jìn)行設(shè)計(jì)。主控制器包括5個(gè)子模塊，分別是數(shù)據(jù)傳輸模塊、攝像采集模塊、手機(jī)藍(lán)牙模塊、報(bào)警模塊和控制模塊等，它的總體框架如圖1所示。

其次，在CC110傳感器軟件設(shè)計(jì)上，應(yīng)注重中心節(jié)點(diǎn)的合理設(shè)計(jì)。中心節(jié)點(diǎn)是監(jiān)控系統(tǒng)中的關(guān)鍵組成部分，需要其實(shí)現(xiàn)以下功能：接收控制器發(fā)出的控制信息；擴(kuò)展中心節(jié)點(diǎn)的請(qǐng)求信息；向終端設(shè)備以及節(jié)點(diǎn)設(shè)備傳遞主控制器指令。為了保證傳感器的有效應(yīng)用，應(yīng)進(jìn)行協(xié)議棧修改操作。

4 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中心軟件設(shè)計(jì)

首先，需要針對(duì)手機(jī)監(jiān)控軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，在搭建手機(jī)開發(fā)平臺(tái)時(shí)，將運(yùn)用到Eclipse壓縮包、JDK1.6安裝包等相關(guān)軟件，在安裝階段，需要點(diǎn)擊接受許可證，并按照界面指示進(jìn)行相應(yīng)操作，即可完成安裝作業(yè)。另外，應(yīng)設(shè)計(jì)與JAVA相適應(yīng)的環(huán)境變量。如新建一個(gè)環(huán)境變量，并設(shè)置變量值的安裝途徑，再次配置Path對(duì)應(yīng)的環(huán)境變量，保證系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的順利執(zhí)行。進(jìn)行壓縮包安裝時(shí)，可將下載好的壓縮包進(jìn)行解壓便能完成Eclipse的安裝。在手機(jī)系統(tǒng)藍(lán)牙模塊的程序設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)相關(guān)的類進(jìn)行設(shè)計(jì)，如Bluetooth？Adapte類，該類表示一個(gè)藍(lán)牙適配器，是藍(lán)牙通信入口，能實(shí)現(xiàn)搜索藍(lán)牙設(shè)備、判斷藍(lán)牙狀態(tài)、控制藍(lán)牙適配器的關(guān)閉和打開等。除了進(jìn)行上述設(shè)計(jì)操作外，還需要注重管理連接，當(dāng)兩個(gè)設(shè)備建立有效連接后，將產(chǎn)生一個(gè)中間對(duì)象，在這個(gè)中間媒介作用下，能簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)共享過程。

5 結(jié)論

綜上所述，智能家居監(jiān)控系統(tǒng)具有操作性強(qiáng)和功能多樣的特點(diǎn)，在不同居室的遠(yuǎn)程控制上有較好應(yīng)用，極大程度增強(qiáng)了建筑物的安全保障，這一系統(tǒng)可在原有建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行安裝，符合建筑設(shè)計(jì)美觀的要求。同時(shí)這一系統(tǒng)體現(xiàn)出節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用范圍較廣，具有較強(qiáng)的發(fā)展?jié)摿ΑＲ虼?，有必要加?qiáng)對(duì)智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的研發(fā)與設(shè)計(jì)，以期充分發(fā)揮系統(tǒng)應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]張凡榮，楊滿倉.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居遠(yuǎn)程無線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[J].信息記錄材料，2017，18（10）：14-16.

[2]李忠.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的智能家居遠(yuǎn)程無線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討[J].電子測(cè)試，2017（9）：68-69.

[3]鄧昀，程小輝.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居遠(yuǎn)程無線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2017，37（1）：159-165.