基于移動互聯網的智能家居系統研究

翟冠杰

（深圳市賽元微電子有限公司，廣東深圳，518000）

1 多協議多平臺智能家居系統

1.1 多協議適配

考慮到當前的家庭聯網技術尚未形成統一的接口標準，如果根據現有的點對點通信模式進行系統開發，必須處理跨平臺之間的通信問題，使系統設計變得復雜。為了解決這一問題，當前有學者提出了使用中間件的方式來實現頂層應用和底層硬件之間的兼容性，從而達到跨平臺底層融合的目的，但這種中間件必須依賴于某一類技術標準，只有各廠家系統均遵守該標準，才能完成跨設備的數據傳輸。顯然，這是治標不治本的臨時解決方案。

為了更根本地解決問題，本文提出了一種其于多協議適配的軟總線解決方案，在上層應用和底層硬件之間增加了一層通用接口與協議適配層，通信時根據不同的底層硬件接口標準與上層應用進行適配。在本方案中，上層應用接口已被完全抽象出來，把底層硬件接口與上層應用相分離，使接口之間的適配更加簡便。為了實現移動互聯網的應用接入，本文對Net接口進行了再定義。具體實現過程如下。

（1）上層應用接口。應用程序通過上層應用接口進行原子數據交換，但僅限于原語操作，從而實現接口功能的剝離，相應的接口交給應用程序來完成，控制單元只需要對指令進行傳遞，而不用對其進行解析，減少硬件復雜程度和數據處理壓力。

（2）底層硬件接口。硬件接口位于整個總線體系的底層，所有硬件接口都可以在底層實現無縫對接，通過各自的驅動程序與適配層進行對接，并通過原子操作實現硬件的輸入輸出。所有其它接口均以虛擬硬件接口的形式被抽象出來。

（3）創建Net接口。Net接口是實現智能家居系統應用移動互聯網的關鍵技術環節，為實現遠程控制提供了可能，改變了傳統的以短信提醒為主流的遠程監控體系。通過軟件總線的應用，可以虛擬出一個滿足移動互聯網通信的標準接口，并在此完成TCP/IP協議的封裝，通過Socket套接字完成與遠端的通信。

1.2 多平臺架構

圖1 多協議多平臺智能家居系統架構

多平臺智能家居系統架構是充分利用了家庭聯網軟總線技術對核心控制單元的支持功能，以及短距離低速率無線通信技術對多標準平臺的集成支持，其系統架構如圖1所示。

該架構在核心在于軟總線上的應用接口設計，它為應用層提供更加豐富多彩的自定義接口功能，以滿足各類移動設備和家庭計算機對家居設備的統一控制需求。而軟件總線的硬件層則通過多協議的應用使各類來自不同廠家、具有不同通信協議和通信要求的家居設備可以統一接入，通過家庭現場總線技術和短距離無線通信與控制中心相連，從而實現了多平臺的異構聯網。其中面向移動互聯網通信的Net接口使得智能家居系統能夠直接與家庭寬帶網絡進行通信，無需由網關設備的中轉來完成，達到了智能家居通過移動互聯網直接與智能家居設備互連的目的。這種架構對于智能家居的分布式智能遠程控制有著很大的優勢，能夠大大提高用戶接口的利用率和數據傳輸效率，減少實施成本，提高用戶體驗，對于所有的智能家居系統都具有較好的適用性。

2 基于移動互聯網的智能家居系統

2.1 組網方案設計

本文設計的智能家居系統以家庭聯網軟總線技術為基礎通信平臺，以移動互聯網為核心通信體系，構建了一套簡潔而高效的智能家居體系結構，使遠程控制、多媒體應用、智能識別等智能服務的質量得到提升。系統組網方案如圖2所示。

圖2 基于移動互聯網的智能家居系統架構

本系統以基于賽元ARM內核MCU的嵌入式系統為主控核心，負責統一協調其它各模塊的工作。配套模塊包括通信單元、感知單元、顯示單元、執行單元、數據存儲單元等。主控核心模塊與智能設備之間的通信支持多種通信方式，本文采用了通用現場總線技術，并且對工業以太網和無線射頻等短距離無線通信技術具有天然的兼容特性，成為智能家居系統構建的最佳選擇。當智能家居設備與賽元ARM內核MCU主控模塊的通信協議相同時，可以直接通過現場總線接口進行通信；如果兩者之間的通信協議不同，則需要通過多協議軟總線接口實現數據交換。系統通信介質可以采用紅外、射頻、有線等方案。家庭控制網絡與互聯網的數據交換需要經過家庭寬帶的中轉，也可以通過移動互聯網直接與互聯網相連，其通信方法非常靈活。系統中可以安裝臺式計算機、移動終端等各種用戶終端設備，通過軟總線和移動互聯網實現遠程監控。

2. 2 主控單元設計

主控單元作為整個系統的心臟，負責對所有子系統的協調和控制，是智能家居系統的指揮模塊。主控單元采用了基于賽元ARM內核MCU的嵌入式系統，對多種通信接口都具有較好的兼容性，通過內核移植和軟總線模塊完成整個系統運行，系統的人機交互采用了TFT液晶和觸摸屏。主控單元與終端設備之間通過Net接口進行數據透傳，基于移動互聯網和不硬件協議完成 各模塊之間以及模塊與主控單元之間的通信，遠程監測系統在檢測到異常情況后向主控單元發出信號，由主控單元通過GSM接口向移動終端攝像頭報警短信。

2.3 從控單元設計

從控單元受到主控單元的統一指揮，由各種智能家居設備通過家庭網絡互聯而成，例如家庭安防系統、智能家電設備、智能電表等等，它們通過x-10、ZigBee、紅外、無線射頻等不同的通信方式與主控單元進行數據交換，實現了溫濕度檢測、空調智能控制、人體熱釋電檢測、安防監控、燈光控制、自動窗簾、火災檢測與消防報警等眾多智能化服務。從控單元在主控單元的協調下成為整個智能家居系統的重要組成部分。