智能家居一体化系统设计方案

作者：祁昊颖　李成　席元鸿　许

来源：《科技与创新》2016年第02期

        摘 要：随着移动互联网技术的迅猛发展，智能家居逐渐进入了产品化阶段。结合当前移动互联网技术和智能家居概念，提出了一体化智能家居系统框架，以期解决智能家居领域的体系架构问题。

        关键词：智能家居；互联网；设计要点；中控服务器

        中图分类号：TU855 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.02.028

        智能家居概念的雏形出现在20世纪90年代，但当时该行业处于探索阶段，产品定位模糊，加之当时技术支撑不足，整个行业均处于概念炒作阶段。进入2000年后，智能家居领域获得了一定的发展，但仍处于只有概念，没有市场的阶段。近年来，随着移动互联网、无线传感器等技术的革新，产品化的不断深入以及人们对科技产品需求的不断增长，智能家居渐渐地不再只是概念。本文结合移动互联网、智能家居、无线传感器和机器学习等技术，提出了一种一体化的智能家居系统框架。

        1 一体化智能家居系统的设计要点

        一体化智能家居系统框架将当前智能家居的最新技术与移动互联网技术相结合，目的在于使家庭设备相互连接，从而使使用者更方便地控制家庭设备。

        一体化智能家居系统需要中控服务器来连接所有家庭设备，家庭设备可通过有线或无线的方式连接到中控服务器。针对已装修好的房屋，一般可采用无线的方式连接。为了尽可能多地覆盖市面上的产品，中控服务器支持WiFi、蓝牙和ZigBee等主流无线传输协议。在设备端，由于大部分家庭设备不具备无线传输模块，为了使设备能便捷地连接到中控服务器，需要设计一套插件，从而使家庭设备方便地接入中控，且能被控制；定义一套接口标准，以解决设备繁多、无法统一连接等问题。一体化智能家居系统将提供2套前端，即Web版和移动版，且支持内网和互联网访问。此外，整个系统需要具备一定的智能性。智能性主要体现在系统能自动感知用户当前的需求，从而调整设备配置。综上所述，构建一体化智能家居系统时，需要考虑以下3点。

        1.1 如何使现有设备接入控制系统

        为了解决该问题，针对现有的非智能设备，需要设计一套插件，从而使家庭设备可被控制；对于智能设备，需要定义一套接口标准，达到统一管理的目的。现有设备主要分为照明设备、温控设备、家用电器等。

        针对照明设备，只需要在设备连接电源处设置转接头，转接头包括无线通信模块，可接收来自中控服务器的控制信号，具有调整电流、控制照明设备、光照强度等功能，并可发送当前设备的基本数据到中控服务器。

        对于温控设备，有两种改造方案：①修改温控设备的开关控制板，加入无线通信和控制模块，从而控制控制板上的功能。这种改造方案主要针对未安装无线遥控器的空调。②对于一般的空调设备，可加装红外无线控制装置，并对准需要控制的设备的红外发射口。

        对于家用电器，其具有多样性和复杂性，简单地加装一套插件并不能获得所有功能的控制权限，该问题有待解决。

        1.2 如何使系统变“智能”

        为了使中控服务器智能化，除了应采集相应的环境数据（智能家居设备的数据和室内环境的温度、湿度、光照和时间等参数）、记录用户的操作行为外，还需要对用户的行为进行建模，设计出可预测用户行为的模型，并通过监督的方式对模型进行参数训练。当采集到足够的用户数据时，可采用经过训练的模型预测用户的行为，从而自动调整智能家居设备的参数。此外，模型应能接收用户的反馈信息，并通过反馈机制实时修正模型参数。

        1.3 智能家居系统的前端设计

        智能家居系统的前端采用当前流行的B/S架构。除了采用传统的Web控制前端的方式外，还加入了移动前端。为了适配iOS和Andriod两大系统，试用了当前流行的HTML5设计APP。HTML5的优势为采用一份代码可用于两种不同的移动设备操作系统。但部分iOS上独有的特性无法使用。中控服务器需要支持接入，但当前家庭网络的接入均是以动态IP分配来实现的，动态分配的IP无法作为有效的对外服务器IP。针对该情况，试用了当前比较流行的云虚拟机作为中控服务器和移动设备的连接桥梁。目前，国内主流的云虚拟机提供商，比如阿里云可提供价格合理的云虚拟机服务。

        2 结束语

        本文提出了一种一体化的智能家居系统框架。该系统可通过简单的改动，将现有的非智能设备连接入系统中。用户可通过移动端或Web应用访问中控服务器，从而控制家居环境。同时，该系统还具备一定的学习能力，可模仿用户的生活习惯，从而自动地为用户调整家居环境。

        〔编辑：张思楠〕