智能家居控制系統設計與實現探究

史小玉 金冬

摘 要：隨著物聯網信息技術的發展，智能家居逐步走進人們的生活，使人們的生活更便捷，居家環境更智能化。本文圍繞智能家居控制系統的設計與實現展開論述，簡述智能家居控制系統的特點，分析智能家居控制系統中的總體設計及安卓移動端控制軟件、家庭智能網關、數據庫的設計方案，旨在實現智能家居控制系統的低成本開發，增強其適應性和操作性，讓人們生活效率更高。

關鍵詞：智能家居;控制系統;產品設計

隨著物聯網技術的發展，智能家居逐步出現并豐富人們的生活，使人們的生活發生了顛覆式的改變。智能家居系統在互聯網高速發展下誕生，其發展代表著互聯網的發展水平。智能家居把居家設備設施與互聯網有效結合，比如家庭環境監測、防盜系統、影像視頻設備等，通過智能家居系統進行全方位監控，實現家居生活的智能便捷。相較于一般家居，智能家居能豐富人們的生活，在保留傳統居住功能的同時，實現電器設備自動化、互聯網通信和智能家電交互。同時，智能化的操作方式還簡化了操作難度，多元化效能能在一定程度上降低資源浪費率，達到資源利用最大化。

1 智能家居控制系統的特點

智能家居控制系統集傳統家電性能與互聯網技術于一身，其設計具有一定特點。第一，智能家居控制系統不需要連接互聯網，運用局域網就可以實現家庭內部電器家居的有效控制，且控制效果較好。第二，通過安卓系統將手機各軟件應用到智能家居內部系統，其使用的SQlite數據庫兼具拓展性和兼容性，通過圖形顯示用戶操作界面，保證交互界面的操作便捷和美觀，使用智能家居的顧客即便知識水平不高，也能根據界面提示輕松完成操作，并獲得良好的操作體驗。第三，智能家居摒棄傳統的專用遙控控制方法，采取綜合性智能家居操控技術。用戶只需在電腦或手機上安裝智能家居軟件，就能實現對家居的全控制。智能家居控制系統所需程序簡潔直觀，降低了資金成本，進而減輕了顧客的經濟壓力。

2 智能家居控制系統總設計

移動終端軟件和智能網關是智能家居控制系統中十分重要的兩大模塊，以下對智能家居控制系統的家居控制和數據采集部分進行重點論述。為控制智能家居，用戶需在移動終端上安裝控制軟件，通過遠程無線網連接家庭網絡，實現交互式觸屏控制。在實際使用過程中，用戶只需點擊手機過或Pad上的相關文字提示就可以發出相關控制指令，在接收到用戶的指令后，服務器會立即高速運轉并將指令發送給智能網關，智能網關將再次識別指令并進行相應轉化，如果二者關系匹配，其指令將發送到相關協調器上，再由協調器把指令發送到執行器節點，執行器最終完成用戶指令。通過智能家居控制系統的運轉能有效實現移動端遠程控制家居，進而達到家居使用智能化的目的。科技的發展不僅讓生活發生變化，產品本身也在發生變化。比如，智能化操控讓洗衣機的功能越來越豐富，洗衣的效率和質量得到提升，如小米的小吉系列智能迷你洗衣機，用戶可通過下載小米相關軟件程序，在手機上設置用水量、洗滌時間等遠程控制洗衣機，完成預約和洗滌全過程，同時，該控制系統還將統計洗衣所用的電量、水量等，完成洗滌后將信息反饋回用戶移動終端，極大地提高了人們的生活質量。

3 安卓移動端智能家居控制軟件

用戶登錄、控制界面和數據收集是安卓移動端智能家居控制軟件中重要的三個模塊。用戶登錄模塊設計需重點關注用戶注冊和登錄兩個因素。根據用戶實際需求設計注冊過程，具體的可以通過手機、QQ、微信等方式實現關聯式注冊，使注冊過程更系統全面，滿足各類用戶的需求。登錄設計則需兼顧密碼輸入登錄和指紋驗證登錄兩種方式，使之與移動端發展相匹配，方便快速登錄。結合家居聯動和單控兩大功能進行數據收集，優化數據收集方式，進而提高智能家居控制系統的工作效率。

3.1 安卓終端用戶界面

主界面和登錄界面是安卓移動端系統的兩大組成部分，主界面包括基礎控制、聯動控制、自定義控制、環境監測四大版塊。技術版塊主要控制電視、電燈、空調等獨立家居。聯動版塊主要控制如安防、夜間模式等需要多項家居同時運行的設備，聯動控制中的各種模式有各自的特點，所使用的聯動控制器也各不相同。例如小米智能安防系統中，通過安裝智能門窗磁、攝像頭等，在沒有人進入安防檢驗空間時，控制系統將一直關閉，一旦有人進入安防檢驗空間被紅外線識別，系統會立刻發出警告，此時處于報警狀態。此外，小米智能燃氣、煙霧報警系統還將自動識別、預警天然氣泄漏等情況，有效減少家庭事故的發生。環境監測主要監測溫度、CO2含量等影響居家舒適性的環境因素，保證智能居家系統值穩定。自定義版塊可由用戶根據自身情況自行設計，實現針對性設計方案，滿足用戶多樣化需求。用戶可以從自身需求出發，設置個性化智能語音提示，常見的是用戶根據生活習慣設置室內濕度提示信息。用戶可根據自己的需求調節小米加濕器的參數，保證室內一定的濕度。這樣的設計不僅能增強用戶的居住暖心感，還能使用戶感受到智能家居控制系統的人文關懷。在登錄界面中，用戶需提前完善包括用戶昵稱、密碼在內的相關信息，在需要使用智能家居控制系統時輸入提前設置好的信息，就能成功登錄。同時，系統支持指紋識別登錄，利用用戶在安卓終端錄入的指紋即可完成登錄，實現多元化登錄，增強主界面的個性化色彩。

3.2 安卓移動端通信原理

安卓是智能家居控制系統中的重要載體。在安卓系統運行過程中，需使用Socket實現雙向數據交換，把傳統通信分為面向連接和無連接兩種傳輸模式，二者各有利弊。無線連接可靠率相對較高，因其需要遵循用戶數據報協議，所以傳輸率更高。面向連接操作以傳輸控制協議為基礎，相對而言更可靠，但其效率偏低。具體通信沿用Socket方式會面臨很多問題，需要自行研發少量細節程序，才能完成智能家居控制系統的處理過程。比如，在智能家居控制系統運轉過程中可能出現數據緩沖較慢等不同問題。對此，安卓以JAVA為基礎，封閉Scocket Class和Server Scocket Class兩個雷，提高客戶終端和服務器的連接效率，進而提高智能家居的控制信息傳輸效率。具體操作中應首先考慮客戶終端和用戶的有效連接，建立一個類似Service的服務對象，對服務器進行初始化操作，再通過創立與Socket相關聯的數據程序，發起服務器連接申請，最終達到服務器和客戶終端的連接。客戶終端主要實現數據的采集和控制，服務器的主要功能則是接收客戶終端發出的所有信息，并處理返回信息，及時接收智能家居工作狀態信息，至此，智能家居控制系統結束通信流程。在移動通信中，小米智能生態系統遵循Zigbee技術協議，建立了小米智能家居的家庭內部區域網絡，實現了對智能家居的移動端控制。

4 家庭智能網關軟件

EOS、應用程序和系統支持庫共同組成家庭智能網關子系統，家庭智能網關主要具有控制用戶終端和獲取智能家居控制系統運行的所有數據兩個作用。家庭智能網關通過識別安卓服務器發出的運行命令，將其與自身系統數據相匹配，再將數據發送到智能網關的協調器內，發揮協調器的數據全面傳輸功能，把數據信息轉入執行器節點，由執行器完成用戶指定的操作程序，最終達到用戶通過客戶移動終端遠程控制智能家居的目的。當用戶發出對智能家居的控制信息時，家庭智能網關取到與用戶指令相對應的傳感器具體數值。在具體智能家居控制系統中可通過Qt完成應用程序的開發工作，再通過linux系統升級開發技術，完成上述操作后將其程序載入A8網關中。小米家庭智能套裝包含人體傳感器、門窗傳感器、多功能智能網關等多項智能家居，其中，智能網關占據重要地位。網關設計環節不僅重視智能控制系統的完善，還將變色燈和語音提示加入網關，豐富了用戶對智能家居的視聽體驗，拉近了人與產品的距離。

5 數據庫設計

數據庫設計是智能家居控制系統中十分重要的部分，因此，在設計智能家居控制系統時應加強對數據庫實用性的思考。通信網絡一般作為銜接要素，但在設計數據庫時，把其作為控制系統的獨立程序。實現在API內直接調用通信協議程序，提升數據交換速率的同時降低智能家居使用過程中總消耗。數據庫中創建的宿主機運行數據主要存儲在分開的單一文件中，所以整體設計相對直觀。控制系統運以用戶具體需求為起點，鎖定具體程序中的數據文件，實現數據的傳輸與存儲。由于本文所述智能家居控制系統使用的數據庫為SQLite系統，其在具體使用過程中可靠度度更高、更安全，使用更為便捷，操作性更強。

“互聯網+”時代已經來臨，設計并實現智能家居控制系統將更符合當代人的生活需求。

6 結語

本文通過分析智能家居控制系統的各個方面，簡述控制系統的拓展性功能和相關技術。在設計智能家居控制系統時，應實現用戶移動端與控制系統的高效連接。在用戶移動端中安裝相應的軟件程序進行測試，監察控制系統運行時的各項數據，發現本文所述智能家居控制系統大體上符合目前用戶對智能家居的期望，適用于適老化產品，智能家居的操控方式也越來越簡單，減輕了老年人的使用負擔，也對智能家居的推廣使用具有積極意義。

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