基于Python语言的智能家居系统的设计

王雅莹 蔡学森

摘  要：随着我国信息化技术的不断发展，中国智能技术正在飞速发展，今天各行各业都在向智能化转变。智能家居系统，通过温度传感器、湿度传感器、光照强度传感器、空气质量监测器、影音传感器、门磁传感器等可以获取室内各空间当前自然环境数据，并根据数据做出智能控制决策。未来，智能家居系统将给人类生活带来更多的便利服务，将成为未来的有力助手。文章研究了基于Python语言的智能家居系统的设计，借助了Django框架的可扩展性优势，在软硬件共同配合的前提下，实现对家居环境的自动控制。

关键词：Python语言  智能家居系统  Django框架

1  研究背景

随着我国信息化技术的不断发展，中国智能技术正在飞速发展，今天各行各业都在向智能化转变。智能家居系统，通过温度传感器、湿度传感器、光照强度传感器、空气质量监测器、影音传感器、门磁传感器等可以获取室内各空间当前自然环境数据，并根据数据做出智能控制决策。未来，智能家居系统将给人类生活带来更多便利服务，将成为未来的有力助手。

2  技术分析

2.1 Python语言

Python语言在20世纪80年代末期出现，在运用该种计算机语言时操作较为简单方便，具有较强的功能，Python语言的组成结构是高层数据，具有较高的效率，在编辑对象时，简单且高效，适合初学者在学习时进行使用。Python语言在众多领域中的大部分平台中都得到了广泛的应用，由于其操作较为简单，且容易上手，在语言方面具有较强解释性的语言本质优势，适合运用Python对应用程序进行开发。

2.2 Django框架

Django是Python众多的Web框架中具有代表性的一款，其应用较为广泛。由于Django是基于开放源代码的，因此其生命力强，应用广泛，目前在网站与APP平台中都有较多应用。其框架采用的是MTV模式，即Model-Templates-Views”。Django框架是一種基于Python语言开发的框架，故而其数据接口功能多样。由于其采用了分发的方式来处理RUL映射，因此可以更好地避免乱码现象。

2.3 SQLite数据库

SQLite，是一款轻型的数据库，是遵守ACID的关系型数据库管理系统，它包含在一个相对小的C库中。它是D.RichardHipp建立的公有领域项目。它的设计目标是嵌入式的，而且目前已经在很多嵌入式产品中使用了它，它占用资源非常低，在嵌入式设备中，可能只需要几百K的内存就够了。它能够支持Windows、Linux、Unix等主流的操作系统，同时能够跟很多程序语言相结合，比如Python、C#、Java等，还有ODBC接口，同样比起Mysql、PostgreSQL这两款开源的世界著名数据库管理系统来讲，它的处理速度比它们都快。

3  系统设计

3.1 系统架构设计

基于Python语言的智能家居系统采用B/S模式与C/S模式相结合的方式。B/S模式的优势是可以不通过客户端接入，使用浏览器即可接入系统，当系统升级时没有更新客户端的需要，适用于使用个人计算机接入系统。C/S模式的优势是可以方便快捷地接入系统，适用于新时期的智能控制设备，如智能手机等。

3.2 系统结构设计

在进行架构设计时充分考虑到其可扩展性，当有新设备接入时，可以快速无干扰地接入新设备并能够实现其智能化功能。系统以家庭网关作为核心，通过有线网与无线网两种接入方式连接互联网以及智能家居设备与控制设备。CAN总线控制器连接CAN节点，如灯光控制器、温度传感器、湿度传感器、光照强度传感器、空气质量监测器、红外控制器、影音传感器、门磁传感器等。CAN节点与CAN总线之间实现双向控制，CAN节点可以随时扩展设备。图1为系统结构设计图。

3.3 关键模块设计

基于Python语言的的智能家居系统包括以下三大主要模块。

3.3.1 数据采集模块

智能家居预实习对居住环境的自动调节功能，则首先要进行数据的采集工作。采集室内的温度、湿度、光照强度、空气质量、噪音强度等数据，并且配合红外监测器探查室内、室外是否有使用人员。将数据采集并传输至CAN总线控制器，并传送至基于Python Django的中央控制器。

3.3.2 分析控制模块

分析控制模块即基于Python Django的中央控制器，针对数据采集模块所采集的数据，配合智能移动设备中的参数设置、网络摄像头等，进行当前最佳参数设置的分析，提供科学数据与室内环境调整方案。

3.3.3 智能控制模块

当分析控制模块做出决策，将驱动智能控制模块进行室内环境的调整。参数通过CAN总线控制器传送给各CAN结点，从而驱动相关设备进行环境调整。如驱动空调机加热与制冷、驱动智能窗帘升降等。

4  结语

基于Python语言的智能家居系统的设计借助了Django框架的可扩展性优势，在软硬件共同配合的前提下，实现对家居环境的自动控制。

参考文献

[1] 张微微.基于Python语言的智能家居系统研究[J].科技风，2018（32）：96.

[2] 龚鸣，余杨志，邓宏涛.基于Python Django的可扩展智能家居系统[J].江汉大学学报：自然科学版，2016，44（6）：534-540.

[3] 王明伟，陈立万，李洪兵，等.基于Zig Bee协议WSN在智能家居中的控制实现[J].电子科技，2016，29（3）：114-117.

[4] 边少彬，郝建军，曲兴卫.基于树莓派的智能家居安防系统[J].科技风，2019（16）：23.

[5] 张炜.基于机器学习的智能家居系统设计与实现[D].吉林大学，2016.

[6] 解宗正.基于Django的位置监控管理系统的研究与实现[D].辽宁大学，2017.

[7] 郭彦君.基于Django的车站信息设备故障管理系统的设计与实现[D].华东交通大学，2017.