可持续智能住宅发展——智能家居解决方案

米罗斯拉夫·贝汉， 翁德雷·克雷恰

0 引言

Smart Home Point项目是一个开源系统，可以免费安装在任何建筑物中，居住者可以根据自己的喜好选择简单、全面、易操作的用户界面。该系统可以通过用户使用的家居设备以及家庭成员之间的互动来监控用户的活动。该系统可以检测到所有联网传感器的数据信息，如光照、温度、湿度、语音、视频等，远程控制门的开闭、空调、照明、网络等。并且，通过检测用户手机等移动设备信息，智能家居系统还可以调整家庭内成员的交流方式。

芯片和传感器的生产成本越来越低，人们与环境的交互也越来越多。智能家居会根据家庭成员的交流和需求，提供更加便捷的家居环境。智能化、可持续发展的生活环境可以提高生活质量，并且可以降低能源浪费。因此，提出了Smart Home Point的可持续开源项目，所有的智能设备可在同一用户界面中进行控制，进行人机交互。

1 问题定义

目前，基于封闭的智能家居解决方案，存在的最主要的成本问题。智能传感器、应用程序以及人机交互界面(HMI)在即插即用功能方面都没有开放标准，用户只需将设备插入系统中，即可使用。

为了适应市场发展，需要提供封闭的智能家居解决方案，市场上出现了许多复杂的商业解决方案，其中缺少了可以使设备实现即插即用功能的开放通信协议。首先存在的问题是能量供应机制，许多使用者不能通过非屏蔽双绞线(UTP)电缆使用12V/24V电压的低消耗设备，并且，不可以使用以太网供电(PoE)。另外一个存在的问题是封闭式通信数据交换，制造商会为特定的解决方案制定指定的专用通信协议，并且无法从制造商或服务提供商第三方平台进行升级。

目前，在房屋环境人机交互界面方面也存在集成限制问题，未来会被改造为“智能墙”，但目前在成本和技术推广方面被接受的只有遥控电视。因此，目前的主要挑战是将智能家居点(SHP)集成到当前的电视屏幕中。通过使用远程控制技术或通过使用更方便的移动设备作为远程控制器来进行这种可视化操作是复合的，其中功能更高。唯一的缺点是个人移动设备的电池消耗，这可能导致在这种情况下系统的可用性降低。然而，由于家庭控制的这种扩展，必须覆盖能够通过无线802.11(2013)以及系统和当前触摸控制功能操作的最常见的移动平台。因此，Android，iOS和Windows Phone对于HMI的扩展是必不可少的。

2 新解决方案

新解决方案基于开源和开放式电子技术，使用以太网作为信息和电源介质。系统的核心依赖于Raspberry Pi(2013)作为计算服务器，它提供智能家居模块化单元的监控，控制和可视化。提出了基于互联网数据包消息传递的开放系统原型，用于通过网络和应用程序界面监控房屋单元，旨在构建系统功能的独立解决方案，可视化和用户控制。

解决方案中，将house定义为一组逻辑单元，它们相当于房间或部分房间。每个这样的逻辑单元都有自己的UTP电缆和过程控制器，它们以星型网络连接。数据通过以太网传输，控制器根据802.3af(2013)提供电源，其中最大48V 400mA限制了连接到控制器的可能申请人。考虑Arduino(2013)的开放电子原理，选择它作为控制器，可以是任何类型的具有逻辑电路的专用以太网屏蔽，其能够将因特网分组转换为电子设备并且通过设计协议的分组向后传输感知数据。

提出房间控制器或任何其他设备，申请人或一些智能代理和可视化单元，主控制器或移动设备之间的通信协议，其等同于生产者和消费者模型之间的关系。来自传感器的消息通过本地网络广播，因此指定端口上的任何侦听器都能识别感知消息并能够采取适当的响应。另一方面，命令必须由可信控制器授权，并且被广播或直接发送到特定控制器以提供预期动作。例如，照明将在节能策略或明确的用户命令上表现，其中可以在整个建筑物上进行广播。通信是双向的，其中作为事件建模的信息分发由包裹在数据报中的每个元素产生，作为用于广播的消息，其具有可以在特定端口上监听的状态或测量值的内容。数据报通过以太网相应地发送RFC 919和922，最大传输单元(MTU)为1500字节。这些命令作为消息封装到数据报中，具有命令类型，要设置的值和元素标识。命令的数据报是单播的，也可以是应用目的地可靠的广播。以下[表1]描述了房屋单元控制器之间的消息定义。

3 结束语

该项目提出基于Web的智能家居系统，通过开放技术和开源软件解决方案实现，作为未来智能家居的一部分。新解决方案提供感应电子信号和网络资源之间的连接、监控、控制和可视化环境中的元素。该系统旨在由任何人在开源许可下进行定制，升级和调整。