智能家居功能可重構系統(tǒng)研究

譚英奇，邢志強

（北方工業(yè)大學 電子信息工程學院，北京 100144）

0 引言

隨著物聯(lián)網和科學技術的快速發(fā)展，人們對于生活質量的要求也與日俱增，智能家居是物聯(lián)網高速發(fā)展的直觀體現(xiàn)。人們已經不再滿足于家居用品的分立化、單一化，而是更加關注居住環(huán)境中設備的智能化、高效化、節(jié)能化，舒適性與安全性[1]。物聯(lián)網帶動了智能家庭網絡化、信息化、數(shù)字化發(fā)展。越來越多的智能化家居用品走進人們的生活。但是，現(xiàn)有的很多智能產品，往往是在出廠前就已經設計好了工作模式，用戶不能根據(jù)自己的個人需求進行改變，通用性較低，無法滿足廣大用戶的需求。

因此，本文提出了智能家居功能可重構系統(tǒng)設計方案，利用圖形化編程的可重構特點，結合人體舒適度理論[2]，讓用戶自己打造個性化的智能家居工作方式，彌補了現(xiàn)有的智能家居任務單一的缺點。

1 系統(tǒng)方案設計

本系統(tǒng)使用Microsoft Visual Studio為開發(fā)工具，涵蓋了MySQL數(shù)據(jù)庫和編譯環(huán)境。系統(tǒng)操作簡單，人機交互界面簡潔易懂。

整套系統(tǒng)主要分為客戶端智能家居圖形化編程系統(tǒng)和服務器處理系統(tǒng)兩個部分。智能家居圖形化編程系統(tǒng)的主要功能是從模塊庫拖拽圖形模塊并按邏輯連接，在屬性框中輸入屬性參數(shù)，從而生成類C語言文件，在服務器允許連接的狀態(tài)下與服務器進行WiFi通信，并上傳類C語言文件。其中每個圖形模塊都代表了一個功能模塊，不同的功能模塊對應不同的功能函數(shù)。服務器負責接收客戶端上傳的文件，并對其進行保存和編譯，編譯后保存到本地，等待硬件控制盒下載。系統(tǒng)整體框架如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)整體框架Fig.1 Overall framework of the system

圖2 智能家居圖形化編程系統(tǒng)界面Fig.2 Intelligent home graphical programming system interface

圖3 窗簾開關舉例Fig.3 Curtain switch examples

2 智能家居圖形化編程系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

智能家居圖形化編程軟件在含有Windows系統(tǒng)的平板電腦上運行，主要功能是通過拖拽圖標，并按邏輯連接，實現(xiàn)一鍵生成代碼，最后通過WiFi向服務器傳遞文件。

2.1 界面設計

智能家居圖形化編程系統(tǒng)界面如圖2所示，主要包括菜單欄、模塊庫、流程圖繪制區(qū)、代碼顯示窗口和通信窗口。界面分為3個部分，最左側是模塊庫，包含流程控制模塊、執(zhí)行模塊、傳感器模塊、智能家居模塊4大類，每一個圖標都代表了一個相應的函數(shù)；中央為流程圖繪制區(qū)，從模塊庫選擇圖標，拖拽到中間的流程圖繪制區(qū)，并按邏輯彼此相連，雙擊圖標，可以彈出屬性框，通過輸入或選擇兩種方式進行參數(shù)設置，最右側為菜單欄，從上到下依次為退出、新建、打開、保存、另存、刪除、對齊、生成代碼、通信、模塊和更新；退出、新建、打開和保存是針對流程圖文件的操作；刪除和對齊是針對流程圖繪制區(qū)的圖標進行的操作；點擊生成代碼，會在流程圖繪制區(qū)中央彈出代碼窗口，將流程圖語言轉化為類C語言并顯示；點擊通信會彈出通信窗口，如圖3所示，顯示與服務器連接狀態(tài)和文件傳輸狀態(tài)。

2.2 智能家居模塊設計

針對智能家居，專門設計了智能家居模塊。智能家居模塊可用于調控智能家居產品，如窗簾開關、門窗開關、背景墻燈光開關等。本文為每個智能家居模塊寫一個專門的函數(shù)，將函數(shù)屬性封裝在每個智能家居模塊中，用xml文件保存[3]，如圖3所示，以窗簾開關為例，窗簾開關屬于模塊庫的“SmartHomeItem”（智能家居模塊）組，名稱是“窗簾開關”，當鼠標懸停在圖標上時顯示的說明為“void Set_Curtain_Switch(int ID, int val); 設置窗簾開關”，顯示圖標為“CurSwitch.png”，對應的函數(shù)代碼為“Set_Curtain_Switch(%Att0%, %Att1%);”，這表示窗簾開關有兩個參數(shù)，初始的屬性為“1，無”，分別代表了窗簾開關的端口號為“1”和初始狀態(tài)“無”，狀態(tài)分為3種：暫停、開、關，在代碼顯示窗口分別由0、1、2表示。用戶可以雙擊窗簾開關圖標進行端口號和3種狀態(tài)的選擇。

圖4 無線通信界面Fig.4 Wireless communication interface

圖5 服務器界面Fig.5 Server interface

2.3 無線通信

在繪制流程圖完畢之后，按照代碼自動生成機制，生成類C代碼之后，通過WIFI方式上傳給服務器端。

如圖4所示，在上傳界面ServerIP和ServerPort兩處分別填寫服務器端的IP地址和端口號，以便確定服務器。在targetIP處填入文件要保存的文件夾名稱，這里是以硬件控制盒的IP命名。在服務器允許連接的狀態(tài)下點擊連接按鈕，智能家居軟件與服務器建立連接，右側小窗口顯示“------連接成功------”。連接建立成功后，點擊上傳按鈕，生成的類C文件會上傳至服務器，并保存在命名為“192.168.2.100”文件夾中，方便之后編譯及下載；若沒有以“192.168.2.100”命名的文件夾，則新建一個。上傳完成后，右側窗口顯示控制盒IP，文件的最后一次修改時間和文件大小，并提示文件發(fā)送成功。

圖6 下載過程界面Fig.6 Download process interface

3 智能家居服務器設計與實現(xiàn)

3.1 界面設計

智能家居服務端界面如圖5所示，包括一個狀態(tài)顯示窗口和一個下載進度顯示窗口。狀態(tài)顯示窗口左上角顯示本服務器的IP地址和端口號，方便智能家居圖形化編程系統(tǒng)進行連接。點擊開始監(jiān)聽按鈕，服務器即在允許連接狀態(tài)。開始監(jiān)聽按鈕的下方是ListOnLine窗口，負責顯示正處在連接狀態(tài)的所有客戶端名稱。右側是線程顯示，顯示已經連接上的客戶端，客戶端的下載狀態(tài)，以及完成下載并切斷連接的客戶端。

3.2 文件編譯

服務器接收到智能家居圖形化編程軟件上傳上來的類C文件后，需要對其進行編譯，轉化為硬件控制盒可以識別的二進制文件。在接收到sub.c（類C文件）文件后，服務器將其保存到192.168.2.100文件夾中。然后，復制bin/Debug/Robot文件夾下的文件，到192.168.2.100文件夾中。最后執(zhí)行編譯命令，生成硬件控制盒可識別的Robot.hex文件，并等待硬件控制盒下載。

3.3 文件下載

當從智能家居系統(tǒng)上傳到服務器的文件編譯完成后，可以下載到硬件控制盒。在下載過程中運用分塊下載法，按照文件大小，將文件分割成數(shù)量不等的數(shù)據(jù)包，依次下載到硬件控制盒中。下載過程如圖6所示。

在下載的過程中以“ACK”為標識，代表該數(shù)據(jù)包下載成功；以“NAK”為標識，代表該數(shù)據(jù)包下載失敗。同時，可以看到目前正在下載的數(shù)據(jù)包進程。

3.4 多任務工作

在系統(tǒng)工作期間，會有多個客戶端同時連接服務器的情況。為此，選擇的是基于TCP/IP的socket通信方式。在監(jiān)聽線程開啟的條件下等待客戶端連接。每當有客戶端連接上，便單獨開一個線程，為其提供上傳或下載等工作。當上傳或下載結束，即關閉此線程；當多個客戶端連接服務器時，每個客戶端都有自己的線程，彼此互不干擾，以此實現(xiàn)多任務工作。

4 結論

本文開發(fā)的智能家居功能可重構系統(tǒng)研究，將圖形化編程、智能家居以及人體舒適度相結合。解決了現(xiàn)存的智能家居工作模式單一化，無法更改的問題，用戶可以自由組合智能家居，為智能家居添加了個性化，并且系統(tǒng)界面簡潔，操作簡單，應用穩(wěn)定。