人工智能技術下的互聯網家居控制系統研究

馬秋環　劉娜

摘要：隨著人工智能技術飛速發展，對多領域產業技術變革、產品升級改造產生了巨大推動作用，同樣對互聯網家居行業產生巨大影響。本文研究了一套基于人工智能的互聯網家居控制系統，對微信平臺、云平臺和家庭網關進行研究與結合，完成了對家用電器的遠程控制及信息查詢等功能，給人們提供更加方便、舒適的家庭居住環境。

關鍵詞：人工智能；微信平臺；互聯網家居

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）01-0017-02

1 人工智能背景下互聯網家居國內外發展現狀

現在人工智能與計算機科學、語言科學、神經生物科學等融為一體，引起了很多學科的重視，人工智能已經發展成為了一門應用比較廣泛的交叉學科。人工智能在學術界中有著不同的定義與說法，但就其本質而言，人工智能是以研究、應用和設計來模仿人們行為活動的科學[1]。人工智能在人們的生活中使用得更加便捷，幫助人們在工作中更加高效、精準地完成任務，使人們的社會生活更加和諧。隨著科學的進步與發展，人工智能使學科近年來，歐美國家的一批知名企業，積極投身于互聯網家居的研發中，提出許多方案[2]。

國內的互聯網家居較國外而言，起步稍晚一些。經過不斷的研究與發展，國內一些手機品牌公司也嘗試用手機APP來控制智能家居系統[3]，例如：華為、小米等。e-home[4]數字家園（清華同方），該智能家居控制系統遵循國際技術標準，采用嵌入式軟、硬件技術，提供網絡、網絡節點及末端設備，產品以功能模塊開發為主，為用戶提供更加優質的數字化服務。

2 互聯網家居控制系統的設計

2.1 系統總體設計

本系統將通過移動端（手機微信）通過4G網絡發送控制命令到搭建的云平臺，云平臺進行命令響應，修改數據庫中儲存的控制信息，然后家庭網關對云平臺進行訪問獲得控制信息，家庭網關的網絡通信模塊再將所獲得的信息傳遞給無線通信模塊（ZigBee），再由ZigBee[5]通信網絡向家用電器傳遞相應的控制命令，從而實現了利用微信對家用電器的遠程遙控。同時也可以通過微信獲取到家用電器的控制記錄、使用狀況和實時信息，這樣即使人在千里之外，家中的電器也在自己的掌控之中。

系統的總體結構如圖1所示。

2.2 微信平臺設計

為發送控制指令到云平臺，系統要開發微信公眾平臺并設計其操作界面，使用戶不僅可以通過發送語音、文字消息來發送指令，還可以通過操作界面來實現指令的發送。

為了使用戶可以使用微信公眾平臺的資源和功能，微信為用戶提供微信接口[5]，通過合理配置微信接口就可實現微信平臺與云平臺的通信。

通過使用微信平臺提供的click按鈕與云平臺進行通訊，使用微信接口工具進行調試后即可進入公眾號界面。

2.3 云平臺設計

為實現與微信平臺和家庭網關的通信，本系統利用功能較完整的新浪SAE云平臺構建云服務器。SAE的架構層次主要分為反向代理層、服務路由層和Web服務池三層，分布式計算、分布式存儲為Web服務池所包含的兩種服務[7]。

新浪SAE云平臺采用高資源利用率的動態擴展為主，有良好隔離性的靜態擴展為輔，動靜兩種擴展方式相結合的方式，提供更好的擴展性。除了良好的擴展性，新浪SAE云平臺還具有高的可靠性，新浪SAE云平臺完全可以符合本系統的要求。

2.4 家庭網關設計

家庭網關主要有連接因特網的通信網絡和室內通信的紫蜂協議（ZigBee）這兩大模塊構成，通信網絡獲取家用電器的實時信息傳遞給ZigBee通信，再由其發送端發送信號到電器的接收端，進而對電器進行控制。本系統將采用Arduino平臺接入因特網，采用具有簡單、緊密特點的ZigBee實現室內無線通信。

2.4.1 通信模塊硬件設計

Arduino Ethernet（Arduino的通信板）采用AVR系列單片機Atmega328核心處理器，通過4G網絡接入云服務器，獲得控制指令等信息。

除了遠程遙控還考慮室內通過觸摸顯示屏來對家用電器進行控制，故硬件包括觸摸顯示屏、ZigBee發送和接收端口、MCU和ISP編程接口。無線通信方面采具有擁有單芯片實現AC/DC轉換、PFC、LED控制和通訊的功能的單片機RL78/I 1 A系列單片機作為主處理芯片。

2.4.2 通信模塊軟件設計

通過IDE（Arduino的集成開發環境）進行設計程序的編寫，利用網絡來獲取云端數據，再由串口進行數據的輸出。無線通信模塊則利用Cubesuit+進行程序的編寫，再經過顯示程序、觸摸屏程序、按鍵程序的編寫來實現對家用電器的控制。

3 總結及展望

人工智能技術下的互聯網家居控制系統，并對其進行了檢測，系統穩定，可進行正常的工作。系統實現了ZigBee網絡、4G網絡和Internet之間數據的融合問題，使得數據在各種網絡之間自由、快速、高效的傳輸。

該系統為互聯網家居控制的新的思路及方法。為人們提供了更加優質快捷的居住環境，同時也符合人們對美好生活的向往。利用該系統可以搭建各種遠程監控系統，可以在生活中的各方各面進行應用，具有極好的應用前景。

參考文獻

[1] 楊正基.淺析計算機科學與技術對于人工智能的影響一以《我，機器人》為例[D].中國戰略新興產業，2017（12）.

[2] Son J， Park J， Moon K， et al. Resource-aware Smart Home Management System by Constructing Resource Relation Graph[J].IEEE Transactions on Consumer Electronics，2011，57（3）：1112-1119.

[3] 柳旭.基于云計算的應用運行引擎仿真平臺的設計與實現[D].北京郵電大學，2011.

[4] Kirchhof M， Linz S. Component-based Development of Web-enabled eHome Dervices[J]. Personal and Ubiquitous Computing，2005，9（5）：323-332.

[5] 鐘麗靜，蘇海容，馮承文.海爾U-home數字家庭系統[J].數字社區&智能家居，2007（7）：21-24.

Abstract：With the rapid development of artificial intelligence technology， it has played a tremendous role in promoting technological change and product upgrading in multi-field industries， and also has a tremendous impact on the Internet home industry. This paper studies a set of Internet home control system based on artificial intelligence. It studies and combines the Wechat Platform， Cloud Platform and Home Gateway， completes the functions of remote control and information inquiry of household appliances， and provides more convenient and comfortable home living environment for people.

Key words：artificial intelligence； WeChat platform； Internet home