基于C#的智能网关配置系统设计与实现

杨丹 胡伟 季康

关键词：智能家居;智能网关;物联网;云平台

1绪论

在物联网、云计算等技术的发展驱动下，我国智能家居的市场规模越来越大，在家电行业展现出巨大的前景。但是当前智能家居物联网设备没有统一的标准，导致家庭中各物联网设备难以形成一个统一的系统。智能网关作为智能家居系统的入口被行业广泛关注，如何让智能网关与各无线子设备以及网络云平台进行绑定连接是智能家居系统中的关键。此环节涉及网关与无线子设备的绑定、网关与云平台的绑定及云平台上无线子设备的添加管理等功能。

为了方便智能家居售后安装人員和个人用户对智能网关和物联网云平台进行定制配置，本文研究设计了一个基于C#的智能网关配置系统，用于对智能网关进行定制化配置、云平台绑定等服务，配置完成后可直接将网关及定制化的配套无线子设备应用于家庭中，快捷便利地实现一套完整的智能家居系统。

2系统总体设计

智能网关配置系统基于C#可视化设计界面，采用模块化设计思想，实现云平台登录、设备搜索与连接及设备管理等功能。系统总体流程为：（1）用户登录;（2）局域网下设备搜索与连接;（3）网关同步云平台子设备（传感器和执行器等设备）;（4）子设备的添加、删除及编辑。

系统总体设计结构图如图1所示，按照设计思路，其各模块的作用如下：

（1）用户登录模块：用于填入账户及密码登录物联网云平台，获取云平台的操作Token。

（2）网关连接模块：①获取云平台上所有项目，选择网关要添加的项目。②搜索局域网下智能网关设备并连接。

（3）设备管理模块：添加网关到云平台上，并显示此网关的信息;获取云平台上此网关下所有子设备（传感器和执行器等），同步子设备列表到界面上和网关中，并提供子设备的添加、编辑、删除功能。

（4）网络连接模块：库模块，为配置系统与网关进行连接与数据通信提供了各个接口。

（5）云平台API模块：为以上模块与云平台问通信提供了标准接口。封装了与云平台进行通信的各接口，包括用户登录、项目查询、设备查询、设备添加、子设备添加和删除等API接口。

3各模块具体设计及实现

本系统采用多个WinForm窗体完成所有功能，设计的界面按照简洁、易操作的原则，方便安装售后人员或个人用户快速使用。系统除库模块外的其他各主模块均有其对应的操作界面。

3.1用户登录模块

用户登录模块界面如图2所示，在该界面上，用户输入登录云平台的账号及密码，如果登录失败，会提示登录失败的消息，否则，登录成功后跳转到网关连接界面。

3.2网关连接模块

在网关连接模块中，首先通过云平台的网络API接口获取到此账户在云平台上的个人信息并显示到界面中;然后获取此账户在云平台上添加过的所有项目，必须选择其中的一个项目，才能实现在云平台上添加网关设备;最后通过UDP广播的形式搜索局域网下的智能网关设备，智能网关收到匹配的搜索指令后，会发送网关设备信息及TCP网络连接参数给搜索方。网关配置系统根据智能网关反馈的信息将所有搜索到的网关设备展示在列表中，用户双击列表中的即可实现网关设备的连接，连接成功后即跳转到设备管理模块。网关连接模块界面如图3所示。

3.3设备管理模块

设备管理模块主要是展示网关设备下绑定的各子设备信息，并始终要保持与云平台的同步。此模块在系统与网关和云平台连接成功后启动，如果所连接的网关为出厂状态，未与云平台绑定，则要在云平台上先创建该网关设备，并将创建好的信息发送给网关进行绑定。网关与云平台绑定成功后，需要将网关的无线子设备与云平台上的无线子设备信息进行同步，并展示在设备列表中，如图4所示。

设备管理模块下还包括无线子设备的添加、编辑及删除功能模块。如果需要在此网关下添加一个无线子设备，只需要在图4所示界面点击添加按钮，将弹出添加子设备的界面。子设备信息界面中可以设置位置、名称、标识名、传输类型等属性。编辑功能则是修改一个云平台上已存在的子设备的信息，为提高软件设计复用性，与添加功能调用同一个界面，差异是编辑功能中的“传感器标识名”项不可修改。此界面如图5所示。在图5中如果有所填内容不符合规范，系统将提示用户信息输入有误，应规范输入。编辑和删除的功能入口在图4界面列表中的对应项点击右键选择。所有添加、编辑和修改成功后都将实时刷新图4中的列表框。

3.4网络连接模块

网络连接模块封装了系统与网关进行通信的接口，使用TCP/IP、c#线程等技术实现UDP广播搜索设备接口、UDP接收设备响应接口、创建TCP Socket连接接口、连接Socket、TCP发送与接收接口等。

3.5云平台API模块

云平台API模块封装了与云平台进行通信的各接口，为其他模块与云平台进行数据交互提供服务，主要采用Http网络协议与云平台进行数据交互。

4结语

本文设计的智能网关配置系统，界面简单，具备云平台登录、网关设备添加、网关设备管理等功能。可以方便快捷地对一个智能网关设备进行定制化配置，灵活绑定智能家居系统中需要的传感器和执行器，为快速定制智能化的家居系统提供便利。系统采用模块化设计，运行稳定可靠，而且可以方便地对其进行后续功能的添加与修改。