“互聯(lián)網(wǎng)+”iOS智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

（湖北工業(yè)大學(xué)工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)院16級家居設(shè)計(jì) 430068）

王靖林 （武漢理工大學(xué)藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院16級產(chǎn)品設(shè)計(jì) 430070）

一、智能家居系統(tǒng)概述

近些年來，隨著計(jì)算機(jī)和因特網(wǎng)的創(chuàng)新及發(fā)展，智能家居得到了前所未有的發(fā)展，其給人們的生活帶來了較多的便利。但是，當(dāng)前的智能家居系統(tǒng)尚未全面普及，其主要應(yīng)用于高檔社區(qū)，沒有真正的走進(jìn)普通人的家庭。在對智能家居發(fā)展進(jìn)行研究時發(fā)現(xiàn)，制約其發(fā)展和推廣的主要因素就是因?yàn)楝F(xiàn)有系統(tǒng)的構(gòu)建成本高昂，系統(tǒng)復(fù)雜龐大，家居設(shè)計(jì)成本居高不下。因此，智能家居發(fā)展過程中，建立一個成本低、穩(wěn)定性好而且方便易用的智能家居解決方案就顯得尤為重要了。為此，本文嘗試以“互聯(lián)網(wǎng)＋”iOS智能手機(jī)的智能家居實(shí)時管控系統(tǒng)，借助iOS手機(jī)作為智能家居的控制終端，對相應(yīng)的家居設(shè)備進(jìn)行管理，這樣能夠有效的降低用戶建造智能家居的成本，滿足用戶多樣化的需求，用戶的智能手機(jī)只要能夠接入網(wǎng)絡(luò)就能夠隨時隨地的查看各種家居運(yùn)行狀態(tài)，并對其進(jìn)行管理，有效的減少了家居能源不必要的消耗。

在“互聯(lián)網(wǎng)＋”iOS智能家居系統(tǒng)中，其是以NET服務(wù)器為主站管理軟件的，該服務(wù)器能實(shí)時處理iOS客戶端和智能符合控制器電發(fā)送過來的連接請求以及信息和控制命令等。而智能負(fù)荷控制器則是基于交流過零點(diǎn)技術(shù)的專利產(chǎn)品，其具有無電弧、壽命長、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，具有保護(hù)、控制、通信等多種功能，能夠?qū)崟r對用電設(shè)備和用電過程進(jìn)行在線動態(tài)同步檢測與管理，其通信方式主要有WiFi、ZigBee等，在本系統(tǒng)中則使用人們熟悉且應(yīng)用范圍廣的WiFi。本文所研究的的基于“互聯(lián)網(wǎng)＋”iOS的智能家居系統(tǒng)主要由NET服務(wù)器、智能負(fù)荷控制器、iOS客戶端三部分組成。

二、軟件設(shè)計(jì)

1.NET服務(wù)器軟件

NET server軟件使用Microsoft開發(fā)的asp.net . net4.0和WPF4.0作為底層開發(fā)框架。該框架的穩(wěn)定性較強(qiáng)，可以有效保證系統(tǒng)架構(gòu)未來的可擴(kuò)展性。通常NET服務(wù)器管理軟件主要是由數(shù)據(jù)采集通信軟件和終端接口軟件等構(gòu)成。數(shù)據(jù)采集軟件的主要作用就是用于通信和控制，而終端接口軟件則主要實(shí)現(xiàn)對智能負(fù)荷控制器的控制與信息獲取等。

2.智能負(fù)荷控制軟件

智能負(fù)荷控制器的微控制器使用的是瑞薩的78/FC2系列工業(yè)級單片機(jī)，該軟件所實(shí)現(xiàn)的主要功能有：控制、通信測量保護(hù)等。其中，控制是指控制開關(guān)在規(guī)定的時間閉合和打開，實(shí)現(xiàn)機(jī)械開關(guān)觸點(diǎn)的電壓和電流閉合零。通信主要依靠智能負(fù)載控制器通過WiFi接入在網(wǎng)絡(luò)與其他設(shè)備之間收發(fā)數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)家庭系統(tǒng)各模塊之間的通信，完成遙測和遙控等。測量保護(hù)是對負(fù)載線電壓、電流、相關(guān)夾角等進(jìn)行高速采樣，并計(jì)算功率，檢測電壓電流狀態(tài)，及時辨別電壓電流故障等，對家居系統(tǒng)進(jìn)行過載保護(hù)、欠壓保護(hù)等。

3.iOS客戶端軟件

iOS客戶端軟件是由objective-C語言開發(fā)出來的，該客戶端軟件允許用戶對智能家居進(jìn)行查看、控制和進(jìn)行個性化設(shè)置等多項(xiàng)任務(wù)。通常iOS客戶端軟件設(shè)計(jì)主要包含有：客戶端與NET服務(wù)器之間的通信；客戶端與智能服務(wù)器之間的通信；電器設(shè)備的配置；截面交互的設(shè)計(jì)等。其一般工作流程為，客戶端軟件啟動之后，用戶輸入賬號及密碼，經(jīng)過身份安全驗(yàn)證之后，則可以實(shí)時的查看各項(xiàng)家居設(shè)備信息，并及時的對電器等家居物品進(jìn)行控制和管理。

4.系統(tǒng)各部分設(shè)計(jì)及性能測試

具體設(shè)計(jì)過程中，智能家居系統(tǒng)主要包含有通信部分程序設(shè)計(jì)、界面設(shè)計(jì)及性能測試等三方面的內(nèi)容，其中通信部分程序設(shè)計(jì)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在。iOS客戶端軟件是通過SOAP協(xié)議調(diào)用web service接口與NET服務(wù)器進(jìn)行通信交換數(shù)據(jù)的。SOAP協(xié)議是一種輕量級的、簡單的、基于xml的協(xié)議，它使用HTTP作為底層通信協(xié)議。它在通信方面的突出優(yōu)點(diǎn)是可以通過防火墻，使iOS客戶端軟件與服務(wù)器之間的通信更加穩(wěn)定和高速。

而界面設(shè)計(jì)則需要考慮到移動設(shè)備的屏幕尺寸問題，以智能手機(jī)為例，其大部分屏幕都集中在3.5-6.0英寸之間，因此在為智能家居設(shè)計(jì)iOS客戶端時，我們需要考慮到它的尺寸、用戶習(xí)慣和便利性，設(shè)計(jì)出盡可能簡單突出的界面，這樣即使是不了解智能家居或者是沒有經(jīng)過專業(yè)技能培訓(xùn)的用戶也能夠快速掌握設(shè)備使用方法，優(yōu)化使用效果。

而性能測試則是在智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成之后，工作人員需要通過實(shí)驗(yàn)對系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行使用，保證其在投入使用之后不會故障百出。以本設(shè)計(jì)為例，其采用一個智能負(fù)荷控制器和五個照明燈管、一部iOS系統(tǒng)智能手機(jī)，分別在局域網(wǎng)和4G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下測試1000次控制操作效果。最終，1000測試失敗次數(shù)僅為13次，控制失敗率不高于5%，局域網(wǎng)內(nèi)控的延時平均值不超過200微秒，4G網(wǎng)絡(luò)下控制延時平均值則不超過1秒鐘，由此可見系統(tǒng)運(yùn)行比較穩(wěn)定，而且控制延時短，其達(dá)到了對智能家居設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控的目標(biāo)，提高了家居設(shè)備的使用效果。

三、系統(tǒng)應(yīng)用

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)之后，就需要將其應(yīng)用于實(shí)際生活中，并檢驗(yàn)應(yīng)用的效果，本次研究應(yīng)用于武漢某小區(qū)內(nèi)，在應(yīng)用之后，其成功實(shí)現(xiàn)了對各種家居用電設(shè)備的“無明開關(guān)”控制，根據(jù)該智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理對電氣布線等進(jìn)行設(shè)計(jì)與規(guī)劃，其不僅有效的節(jié)約了電力資源，同時還給人們的生活帶來了更多的便利，人們擺脫了智能開關(guān)使用的局限，用戶在使用這些家居設(shè)備時，無論身處何地只要連接上網(wǎng)絡(luò)都能夠?qū)译娫O(shè)備進(jìn)行管理和控制，這樣極大的提高了生活質(zhì)量，節(jié)約了能源資源，培養(yǎng)了人們的節(jié)能意識。

總之，智能家居的發(fā)展應(yīng)用是未來社會發(fā)展的一種必然趨勢。本文基于“互聯(lián)網(wǎng)＋”iOS系統(tǒng)的角度對智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了深入的剖析，探討了該技術(shù)支持下對智能家居發(fā)展的積極作用，希望能夠更好的促進(jìn)智能家居的發(fā)展，滿足人們多元化的生活需要。