基于移动互联网的智能家居系统研究

翟冠杰

（深圳市赛元微电子有限公司，广东深圳，518000）

1 多协议多平台智能家居系统

1.1 多协议适配

考虑到当前的家庭联网技术尚未形成统一的接口标准，如果根据现有的点对点通信模式进行系统开发，必须处理跨平台之间的通信问题，使系统设计变得复杂。为了解决这一问题，当前有学者提出了使用中间件的方式来实现顶层应用和底层硬件之间的兼容性，从而达到跨平台底层融合的目的，但这种中间件必须依赖于某一类技术标准，只有各厂家系统均遵守该标准，才能完成跨设备的数据传输。显然，这是治标不治本的临时解决方案。

为了更根本地解决问题，本文提出了一种其于多协议适配的软总线解决方案，在上层应用和底层硬件之间增加了一层通用接口与协议适配层，通信时根据不同的底层硬件接口标准与上层应用进行适配。在本方案中，上层应用接口已被完全抽象出来，把底层硬件接口与上层应用相分离，使接口之间的适配更加简便。为了实现移动互联网的应用接入，本文对Net接口进行了再定义。具体实现过程如下。

（1）上层应用接口。应用程序通过上层应用接口进行原子数据交换，但仅限于原语操作，从而实现接口功能的剥离，相应的接口交给应用程序来完成，控制单元只需要对指令进行传递，而不用对其进行解析，减少硬件复杂程度和数据处理压力。

（2）底层硬件接口。硬件接口位于整个总线体系的底层，所有硬件接口都可以在底层实现无缝对接，通过各自的驱动程序与适配层进行对接，并通过原子操作实现硬件的输入输出。所有其它接口均以虚拟硬件接口的形式被抽象出来。

（3）创建Net接口。Net接口是实现智能家居系统应用移动互联网的关键技术环节，为实现远程控制提供了可能，改变了传统的以短信提醒为主流的远程监控体系。通过软件总线的应用，可以虚拟出一个满足移动互联网通信的标准接口，并在此完成TCP/IP协议的封装，通过Socket套接字完成与远端的通信。

1.2 多平台架构

图1 多协议多平台智能家居系统架构

多平台智能家居系统架构是充分利用了家庭联网软总线技术对核心控制单元的支持功能，以及短距离低速率无线通信技术对多标准平台的集成支持，其系统架构如图1所示。

该架构在核心在于软总线上的应用接口设计，它为应用层提供更加丰富多彩的自定义接口功能，以满足各类移动设备和家庭计算机对家居设备的统一控制需求。而软件总线的硬件层则通过多协议的应用使各类来自不同厂家、具有不同通信协议和通信要求的家居设备可以统一接入，通过家庭现场总线技术和短距离无线通信与控制中心相连，从而实现了多平台的异构联网。其中面向移动互联网通信的Net接口使得智能家居系统能够直接与家庭宽带网络进行通信，无需由网关设备的中转来完成，达到了智能家居通过移动互联网直接与智能家居设备互连的目的。这种架构对于智能家居的分布式智能远程控制有着很大的优势，能够大大提高用户接口的利用率和数据传输效率，减少实施成本，提高用户体验，对于所有的智能家居系统都具有较好的适用性。

2 基于移动互联网的智能家居系统

2.1 组网方案设计

本文设计的智能家居系统以家庭联网软总线技术为基础通信平台，以移动互联网为核心通信体系，构建了一套简洁而高效的智能家居体系结构，使远程控制、多媒体应用、智能识别等智能服务的质量得到提升。系统组网方案如图2所示。

图2 基于移动互联网的智能家居系统架构

本系统以基于赛元ARM内核MCU的嵌入式系统为主控核心，负责统一协调其它各模块的工作。配套模块包括通信单元、感知单元、显示单元、执行单元、数据存储单元等。主控核心模块与智能设备之间的通信支持多种通信方式，本文采用了通用现场总线技术，并且对工业以太网和无线射频等短距离无线通信技术具有天然的兼容特性，成为智能家居系统构建的最佳选择。当智能家居设备与赛元ARM内核MCU主控模块的通信协议相同时，可以直接通过现场总线接口进行通信；如果两者之间的通信协议不同，则需要通过多协议软总线接口实现数据交换。系统通信介质可以采用红外、射频、有线等方案。家庭控制网络与互联网的数据交换需要经过家庭宽带的中转，也可以通过移动互联网直接与互联网相连，其通信方法非常灵活。系统中可以安装台式计算机、移动终端等各种用户终端设备，通过软总线和移动互联网实现远程监控。

2. 2 主控单元设计

主控单元作为整个系统的心脏，负责对所有子系统的协调和控制，是智能家居系统的指挥模块。主控单元采用了基于赛元ARM内核MCU的嵌入式系统，对多种通信接口都具有较好的兼容性，通过内核移植和软总线模块完成整个系统运行，系统的人机交互采用了TFT液晶和触摸屏。主控单元与终端设备之间通过Net接口进行数据透传，基于移动互联网和不硬件协议完成 各模块之间以及模块与主控单元之间的通信，远程监测系统在检测到异常情况后向主控单元发出信号，由主控单元通过GSM接口向移动终端摄像头报警短信。

2.3 从控单元设计

从控单元受到主控单元的统一指挥，由各种智能家居设备通过家庭网络互联而成，例如家庭安防系统、智能家电设备、智能电表等等，它们通过x-10、ZigBee、红外、无线射频等不同的通信方式与主控单元进行数据交换，实现了温湿度检测、空调智能控制、人体热释电检测、安防监控、灯光控制、自动窗帘、火灾检测与消防报警等众多智能化服务。从控单元在主控单元的协调下成为整个智能家居系统的重要组成部分。