智能家居管理系统的设计与实现

李长明

摘要：我国已经快速进行信息化社会，现代信息智能技术彻底改变了当前人们的工作和生活的方式，这些技术不但使得生活越来越方便，而且其影响也越来越深入。以信息化为基础的智能家居设计，就是非常典型的代表，通过计算机和互联网技术的支持，智能家居得以成为现实，并开启了一个更为广大的发展空间。对于智能家居而言，其核心在于家居管理系统的设计，这套系统可以提供全面的功能和管理服务，是生产厂家重点研发的内容，也是家居的智能基础。

关键词：智能家居 管理系统 设计 实现

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-5349（2018）19-0254-02

智能家居是长久以来很多人的理想生活方式，在现代信息技术的支持下，终于成为现实。对于智能家居的功能实现来说，最核心的部分包括两个方面：一是智能控制，二是信息传输。因为互联网技术及其硬件设施建设，信息的传输不存在任何问题，而关键还在于怎样将信息转化为智能设备的控制信号，形成智能化的操作过程。对于智能家居系统来说，其功能的核心就是一套以计算机为中心平台的数据处理系统，其设计和实现是最为关键的技术基础。

一、智能家居系统概述

就目前的发展情况来看，智能家居系统充分利用了计算机、网络通讯、综合布线、医疗电子等相关技术，根据人体工程学等基本原理，并充分考虑到个性化的各种需求，将人们家庭生活中的各相关功能进行智能化控制，包括安防、灯和窗帘的控制、煤气阀、家电、地板采暖、卫生等工作，有机结合，利用网络化方式，综合进行智能化的控制及管理，满足更加以人为本的生活感受。

通常情况下，设计的智能家居系统大致包含了8个主要的子系统，分别为：控制管理系统、家居照明控制系统、家庭安防系统、家居布线系统、家庭网络系统、背景音乐系统、家庭影院与多媒体系统、家庭环境控制系统。这8个分系统各有分工，完成各自的工作。这其中，控制管理系统、家居照明控制系统、家庭安防系统是最主要的分系统，属于必备系统，而其他的系统则可以根据实际需要进行设计安装，是可选的系统。

为确保智能家居可有效应用，智能家居系统必须具备四个典型的功能特点：一是可靠性：整个智能系统的所有子系统都可以满足二十四小时不间断运转，尤其系统运行的可靠性、安全性以及其容错能力要有较高的设计标准，确保系统使用的质量和性能，并具备一定可应付不同复杂环境运行的基本能力。二是标准性：对智能家居系统的设计要根据国家相关生产研制标准，在硬件和软件两个方面系统都有比较强大的可扩充性。在数据传输上需要采用TCP/IP网络协议，可以确保系统的兼容和互联能力。三是方便性：考虑到安装和使用成本，系统设计必须具备可扩展性和可维护性，布线简单，施工方便，远程管理维护容易，设备易掌握，操作维护都足够简便。四是数据安全性：当越来越多的数字设备被接入智能家居系统，会形成更多应用数据，这些数据不但对于正常的系统使用有关键作用，还包含了大量关系到个人家庭隐私的内容，如果这些数据因为不慎被窃，将可能造成很大的安全问题。

二、智能家居管理系统的设计与实现

（1）智能家居系统的结构及工作流程。按照功能实现的机理分析，智能家居系统包括四个比较主要的功能系统，这四个部分分别是：系统主机、系统分机、网络服务器、通信接口。系统主机利用服務器接入Internet，并通过数据交换网接口电路接入PSTN。整个结构中，系统主机与系统分机都利用无线传输网络构建起星形拓扑结构。而系统主机主要利用本地无线传输网络与实际的系统分机完成命令传输和信息传递等功能。当该系统处于正常的运行状态下，用户能够借助Internet以及PSTN这两种通信网络对控制管理系统实施访问。包括手机等移动通信工具，都可以通过安装客户端软件实现远程操作和管理智能家居系统，其操作非常便捷和人性化。

（2）智能家居系统软件设计。智能家居的设计目的就是要最大化实现家居生活的便捷舒适，为此需要设计用户体验感觉良好的操作界面设计，这个操作界面包括计算机用户端对所有智能家电参数的具体设置，还要体现出其他一些移动控制的便捷性，既满足手机系统对家电的控制系统的需求，又满足手机操作系统的基本兼容客户端程序应用设计。该系统设计任务的具体实现表现为两个线程：网络系统的NetStream程序以及本地处理系统的数据应用程序。

本地处理应用按照任务可以分为两个部分：一是用户进行操作时的响应程序，包括各种数据信息的处理。这些用户控制管理的响应主要用来采集上位机软件收集到的按键、命令输入等相关数据，将采集的这些数据完成各种运算及相应处理，对实际得到结果进行系统加密并按要求编码，将其上传到网络，自动利用网络将数据发送到用于接收功能的下位机。以智能监控为例，对于数据处理系统而言，这是整个智能家居各种监控功能实现的具体载体，上位机软件的定时器会形成定时间周期的溢出中断，利用TCP直接接入系统路由器，当账号、密码经（下转第253页）（上接第254页）过验证确认无误后，可以得到摄像头的JPEG图像，经过进一步处理，能够将图像信息进一步处理并显示到上位机的监控界面。

为满足对整个智能家电系统的综合控制，必须确保各家电的充分联网。智能家居系统的下位机其构成网络主要含有CAN总线、无线射频网络和无线视距红外网络。这三种网络的同时运用，确保智能家居网络的顺畅性和可靠性，在进行连接时非常方便快捷，兼容性和适用性都很强，在当前信息建设的大力推动下，这种三网并用的实现难度不大，其使用成本也得到有效的控制。

下位机客户端的应用软件最重要的功能，是要接收上位机传输过来的已经进行加密处理的数据，对这些数据进行解密处理。这些数据被充分解密后，其形式是附带各种功能说明以及对应参数设置的字符数据串，在实际设计中，为便于这些软件程序的高效编写，要把这些字符数据串中的各种参数进行转换，并储存在系统的内存中。智能家居系统的上、下位机间完成通信功能，需要采用相同的通信协议，这些协议需要针对性地做好各细节设计。其中，字符数据串的头部会附带长度无法预知的各种命令节，当调用函数时，需要对数据包参数的位置进行判定，从而得到更加正确的参数位置。

在智能家居的下位机中，其主控芯片上要运行操作系统，通常情况下，μC/OS实时嵌入式操作系统是比较常用的选择。该系统运行过程中，实施可剥夺型多任务实时运行内核，这就意味着该系统的处理器可以随时运行有最高优先级的任务，这有助于实现下位机完成各种任务的执行顺序处理，同时也能够有效保证该系统的实时稳定性。当芯片主控启动操作系统，就可以建立起不同的任务功能，完成相应的功能设计。而串口任务是要接受来自上位机的数据和命令信息，确保准确无误，之后进行解码解密等工作。各个分系统通过不同渠道获得操作命令，完成相应的功能，使得智能家居系统的功能可以得到根本保障。

三、结语

综上所述，到目前智能家居已经不再停留在概念的层面上，在具体应用中得到了很大程度的采用，并为未来家居发展奠定基础，指明了方向。对于智能家居设计，其核心在于以计算机和互联网为基础的数字信息处理系统，通过对这个系统的深化设计，可以实现各种智能功能。在设计中，要结合实际的用途需求和环境条件，考虑成本等各种因素的影响，不但完成相应的设计功能，还要具备一定的稳定性、实用性和高性价比，这样才有商业研发的价值。

参考文献：

[1]闫哲，杜涛，左海利.智能家居控制系统的设计及实现[J].自动化技术与应用，2015（10）.

[2]王明秋.智能家居控制系统的设计与实现研究[J].华中师范大学，2016（6）.

[3]杨堤.基于Symbian平台智能家居控制系统的设计与实现[J].电子世界，2012（11）.

责任编辑：刘健