對智能家居數(shù)據(jù)交互的研究

鄧二偉，黃 冰西北民族大學(xué)電氣工程學(xué)院，甘肅蘭州 730000

對智能家居數(shù)據(jù)交互的研究

鄧二偉，黃 冰
西北民族大學(xué)電氣工程學(xué)院，甘肅蘭州 730000

隨著Internet網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，隨著嵌入式系統(tǒng)的創(chuàng)新應(yīng)用，隨著物聯(lián)網(wǎng)概念的深入普及，智能家居物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)愈來愈受廣大人民群眾的青睞。近年來，智能家居系統(tǒng)迅速發(fā)展，涉及很多的技術(shù)領(lǐng)域。要把物體連接到網(wǎng)絡(luò)中，最主要的就是數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸交互問題。本文主要針對數(shù)據(jù)交互問題作出簡單研究，提出一套簡單方便實用的智能家居系統(tǒng)方案。

嵌入式；數(shù)據(jù)交互；智能家居

1 系統(tǒng)研究方案的選擇

目前，智能家居系統(tǒng)設(shè)計方案有很多種，例如，基于云端服務(wù)器、微信公眾平臺以及云端數(shù)據(jù)庫等設(shè)計的智能家居系統(tǒng)?？紤]到技術(shù)問題，本次研究提出一種基于B/S網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架（瀏覽器/服務(wù)器）的智能家居系統(tǒng)方案。該網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架簡單來說就是通過網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議使得瀏覽器與Web服務(wù)器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。服務(wù)器需要用到必要的模塊，例如數(shù)據(jù)獲取模塊、數(shù)據(jù)處理模塊以及數(shù)據(jù)存儲模塊。數(shù)據(jù)獲取可以用動態(tài)網(wǎng)頁或其他技術(shù)來提取瀏覽器提交的表單數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理可以利用Python等程序?qū)Λ@取的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；數(shù)據(jù)存儲可以利用數(shù)據(jù)庫等技術(shù)。這里，通過CGI接口或者Python讀取數(shù)據(jù)庫對服務(wù)器中獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并與其他設(shè)備進(jìn)行交互。

CGI接口即通用網(wǎng)關(guān)接口，是服務(wù)器提供信息服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)接口。通過該接口，服務(wù)器就能獲取客戶端通過瀏覽器提交的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)交給程序進(jìn)行處理，或者與外圍設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。該接口由兩部分組成，一是服務(wù)器中的網(wǎng)頁，二是服務(wù)器后臺運行的CGI程序。

根據(jù)該原理，可以提出一套數(shù)據(jù)交互方案：第一步，搭建Web服務(wù)器，編寫HTML網(wǎng)頁以及其他網(wǎng)頁；第二步，編寫CGI服務(wù)器后臺應(yīng)用程序。該流程大致如下：首先，客戶端通過網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議訪問服務(wù)器，將網(wǎng)頁中的表單數(shù)據(jù)提交；然后，服務(wù)器后臺運行的CGI程序?qū)?shù)據(jù)獲取后，將獲取的數(shù)據(jù)分離后進(jìn)行處理，然后將數(shù)據(jù)與其他接口進(jìn)行交互。

目前，LAMP是應(yīng)用比較廣泛的嵌入式網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，它指的是在Linux系統(tǒng)下，安裝Apache服務(wù)器、MySQL數(shù)據(jù)庫和搭建PHP環(huán)境。由于可以通過PHP訪問數(shù)據(jù)庫，因此，這里可以將網(wǎng)頁中的表單信息獲取后直接存入數(shù)據(jù)庫，然后通過Python對數(shù)據(jù)庫的訪問，將數(shù)據(jù)再次提取出來。

因此，這里又產(chǎn)生了一套方案：第一步，搭建LAMP服務(wù)器；第二步，編寫PHP網(wǎng)頁；第三步，編寫Python程序訪問數(shù)據(jù)庫，將數(shù)據(jù)提取后與其他外圍設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。需要注意的是，在PHP訪問數(shù)據(jù)庫時，一定要修改PHP的配置文件，使其能夠使用操作數(shù)據(jù)庫的函數(shù)。

由于PHP獨特的語法，它可以比CGI更快速地運行動態(tài)網(wǎng)頁。它做出的動態(tài)頁面與其他的編程語言相比，可以將程序嵌入到HTML語言中，執(zhí)行效率比HTML標(biāo)記的CGI要高許多。根據(jù)上述兩種方案的穩(wěn)定性、實用性和難易程度綜合考慮，本次研究采用方案二。

2 PHP獲取網(wǎng)頁表單信息

在PHP獲取網(wǎng)頁表單數(shù)據(jù)之前，要了解網(wǎng)頁中的表單數(shù)據(jù)的提交方式。在HTML標(biāo)記的表單中，有GET 和POST兩種提交表單的方式。這兩種方式的不同點有一下幾點：第一，前者是從服務(wù)器上獲得數(shù)據(jù)，而后者是想服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)；第二，前者是把參數(shù)隊列加到了URL中，而后者將表單數(shù)據(jù)隱藏起來；第三，前者傳送的數(shù)據(jù)量較小，而后者傳送的數(shù)據(jù)量較大，一般情況下不受限制；第四，前者的安全性較差，因為在提交表單時可以用地址欄看到它的URL，從而暴露了該用戶提交的表單信息，而后者的安全性較高，它所提交的信息均被隱藏。

根據(jù)上述兩種方式的特點，這里采用POST方式提交表單信息。因此，在PHP程序中，需要用到POST方式來獲取表單信息，當(dāng)然也可以使用GET方式獲取，關(guān)鍵在于網(wǎng)頁中表單的提交方式。PHP獲取表單信息的方式很簡單，關(guān)鍵在于對網(wǎng)頁表單中各個標(biāo)記的命名，為了區(qū)分各個功能模塊，要將每個表單模塊的命名加以區(qū)分。這樣，網(wǎng)頁腳本程序能夠方便獲取各部分模塊的表單數(shù)據(jù)。

3 PHP操作數(shù)據(jù)庫

PHP訪問數(shù)據(jù)庫的前提，是在它的配置文件中取消對數(shù)據(jù)庫鏈接訪問的屏蔽。這樣，在編寫網(wǎng)頁程序中才能連接數(shù)據(jù)庫。在編寫網(wǎng)頁程序中，首先要建立表單，里面設(shè)置一些單選框、復(fù)選框以及一些輸入文本框等，表單的提交方式上述文章以介紹，這里用何種方式可以自行選擇。當(dāng)用戶點擊提交按鈕時，網(wǎng)頁代碼提取表單中的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)整合后存放在一個集合中以便存入數(shù)據(jù)庫。

為了方便存放數(shù)據(jù)，服務(wù)器要提前建立好數(shù)據(jù)庫和表，數(shù)據(jù)類型可根據(jù)網(wǎng)頁中的表單數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇，比如建立列名為溫度，數(shù)據(jù)類型為字符型，長度為4等。本

次研究共建立兩個表，一個供網(wǎng)頁存放數(shù)據(jù)，以便服務(wù)器讀取客戶端提交的表單數(shù)據(jù)；另一個供服務(wù)器存放數(shù)據(jù)，網(wǎng)頁通過讀取數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)將嵌入式服務(wù)器收集到的數(shù)據(jù)。

網(wǎng)頁中訪問數(shù)據(jù)庫的方法分為幾個步驟，連接數(shù)據(jù)庫；選擇數(shù)據(jù)庫；插入數(shù)據(jù)；獲取數(shù)據(jù)庫表的結(jié)果集等。智能家居服務(wù)器可以編寫兩個網(wǎng)頁，一個用來做控制網(wǎng)頁，另一個用作監(jiān)控網(wǎng)頁。監(jiān)控網(wǎng)頁中，通過腳本程序?qū)?shù)據(jù)庫的訪問和數(shù)據(jù)的讀取，從數(shù)據(jù)結(jié)果集中分離各個表中屬性的數(shù)據(jù)，最后再網(wǎng)頁中顯示出來，以此完成數(shù)據(jù)監(jiān)控目的?？刂凭W(wǎng)頁中，同樣先鏈接數(shù)據(jù)庫，選擇數(shù)據(jù)庫后，將整合好的網(wǎng)頁表單數(shù)據(jù)插入到數(shù)據(jù)庫表中。最后嵌入式系統(tǒng)將數(shù)據(jù)庫讀取，與其他外圍設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，以此達(dá)到控制目的。

4 Python操作數(shù)據(jù)庫

Python是一種腳本語言，本身并不凸顯，但由于其具有豐富和強(qiáng)大的庫以及第三方支持庫令其使用廣泛。它為許多模塊提供了接口，甚至提供了其他編程語言的接口，并能夠與其他一些語言融會貫通，尤其是C/C++，這使得該語言變得萬能起來。本次研究為了完成目標(biāo)，需要用到操作數(shù)據(jù)庫的第三方庫、串口通信的第三方庫以及支持GPIO的第三方庫等。

利用Python操縱數(shù)據(jù)時，其步驟大致和PHP操作數(shù)據(jù)類似，利用數(shù)據(jù)庫操作數(shù)據(jù)。從數(shù)據(jù)庫中讀取網(wǎng)頁表單提交后存儲的控制信息，將控制信息編碼為指令后操作嵌入式引腳或者通過串口發(fā)送數(shù)據(jù)或者控制其他外圍設(shè)備等，以此完成控制功能；另一方面，將采集到的信息數(shù)據(jù)整理好后存在數(shù)據(jù)庫中，網(wǎng)頁通過訪問數(shù)據(jù)庫將采集的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)頁顯示出來，從而達(dá)到監(jiān)控目的。

5 可實施性分析

根據(jù)上述各模塊功能的實現(xiàn)方案，將各個模塊組成系統(tǒng)。通過網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，用戶可遠(yuǎn)程登錄該系統(tǒng)服務(wù)器，可訪問上述建立的監(jiān)控和控制頁面。用戶可操作頁面上的表單模塊，將控制信息通過表單提交到服務(wù)器中，經(jīng)過一系列的數(shù)據(jù)交互，從而控制某些設(shè)備的開關(guān)或者數(shù)據(jù)量的大小。嵌入式服務(wù)器將外圍設(shè)備采集的數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)庫中，網(wǎng)頁經(jīng)過對數(shù)據(jù)庫的訪問將數(shù)據(jù)在頁面中顯示出來，用戶即可知被監(jiān)控的數(shù)據(jù)。

當(dāng)然，上述遠(yuǎn)程訪問僅僅局限于內(nèi)網(wǎng)，如果要實現(xiàn)外網(wǎng)遠(yuǎn)程訪問，就要將內(nèi)網(wǎng)映射到互聯(lián)網(wǎng)中。可以通過注冊域名，將服務(wù)器放在外網(wǎng)中，或者利用花生棒硬件將內(nèi)網(wǎng)映射到外網(wǎng)。利用花生棒時，進(jìn)入花生殼官網(wǎng)打開登錄界面，里面有配置花生棒的過程。配置成功后，不僅在內(nèi)網(wǎng)可以完成遠(yuǎn)程監(jiān)控管理，在外網(wǎng)甚至是手機(jī)只要有網(wǎng)絡(luò)的地方均可以訪問服務(wù)器。綜上研究說明，上述方案是可實施的，通過遠(yuǎn)程訪問本地服務(wù)器和本地數(shù)據(jù)庫，將數(shù)據(jù)通過嵌入式設(shè)備交互到外圍設(shè)備。

［1］郝磊.嵌入式家居環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計［D］.成都：電子科技大學(xué)，2013.

［2］孟平.多功能智能家居系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)［D］.哈爾濱：哈爾濱理工大學(xué)，2014.

［3］姜超.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)［D］.長春：吉林大學(xué)，2014.

TP3

A

1674-6708（2016）168-0094-01

鄧二偉，西北民族大學(xué)電氣工程學(xué)院，研究方向為嵌入式物聯(lián)網(wǎng)。

黃冰，西北民族大學(xué)電氣工程學(xué)院。