基于云端的智能家居物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)

黨丹丹 陳健聰

摘? 要：互聯(lián)網(wǎng)、云技術(shù)的迅速發(fā)展推動了物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，智能家居成為物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域。隨著智能家居從單品個體向聯(lián)網(wǎng)綜合體發(fā)展，各大廠家積極在探索基于“云+端”的智能家居新模式。文章設(shè)計(jì)了一款基于云端的智能家居物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，將智能家用電器通過云端聯(lián)系在一起，用手機(jī)APP進(jìn)行控制，同時還創(chuàng)新性地調(diào)用科大訊飛AI語音模塊實(shí)現(xiàn)AI語音控制功能，讓智能家居變得更舒適、更便捷、更智慧。

關(guān)鍵詞：云端;APP平臺;智能家居

中圖分類號：TP391.44;TP273.5? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）16-0170-03

Research and Implementation of Smart Home IOT System Based on Cloud

DANG Dandan，CHEN Jiancong

（School of Computer Engineering Technology，Guangdong Polytechnic of Science and Technology，Zhuhai? 519090，China）

Abstract：With the rapid development of internet and cloud technology，the rapid development of the internet of things has been promoted. Smart home has become the application field of the internet of things. With the development of individual smart home products to networking complex，major manufacturers are actively exploring a new mode of smart home based on “cloud + end”. This paper designs a smart home internet of things system based on cloud，which connects smart home appliances through the cloud and controls them with mobile APP. At the same time，it also innovatively calls iFLYTEK AI voice module to realize AI voice control function，making smart home more comfortable，convenient and intelligent.

Keywords：cloud;APP platform;smart home

0? 引? 言

隨著人民生活水平的不斷提高，大部分家庭都過上了小康生活，大家越來越追求有品質(zhì)的家庭生活，從智能門鎖、智能晾衣機(jī)、智能音箱、智能掃地機(jī)器人，到智能垃圾桶、智能電視機(jī)、智能冰箱、智能空調(diào)，其實(shí)每個家庭都已經(jīng)潛移默化地融入智能家居的元素，有的發(fā)燒友甚至已經(jīng)實(shí)現(xiàn)全屋智能家居，通過一句語音、一個手勢、一個顏色控制家居設(shè)備，讓整個家充滿了夢幻、神奇的感覺。

智能家居概念起源于20世紀(jì)80年代初的美國，目前已經(jīng)進(jìn)入第四代——基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的個性化智能家居時代。第一代是基于同軸線、兩芯線進(jìn)行家庭組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)燈光、窗簾控制和少量安防等功能。第二代是基于RS-485線、部分基于IP技術(shù)進(jìn)行組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)可視對講、安防等功能。第三代實(shí)現(xiàn)了家庭智能控制的集中化，控制主機(jī)產(chǎn)生，業(yè)務(wù)包括安防、控制、計(jì)量等業(yè)務(wù)。第四代是基于全I(xiàn)P技術(shù)，末端設(shè)備基于ZigBee等技術(shù)，智能家居業(yè)務(wù)采用“云”技術(shù)，并可根據(jù)用戶需求實(shí)現(xiàn)定制化、個性化[1]。

隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、云計(jì)算等技術(shù)的快速發(fā)展，智能家居從單品個體逐漸向聯(lián)網(wǎng)綜合體發(fā)展，各大廠家積極在探索基于“云+端”的智能家居新模式[2]?！霸啤笔腔诨ヂ?lián)網(wǎng)模式的云平臺，有用龐大的用戶資源和資源整合能力，“端”是硬件制造型企業(yè)，在生成制造、渠道服務(wù)方面具有優(yōu)勢，兩個相結(jié)合才能將智能面板打造成智能家居的入口、平臺、終端[3]。

本文依托校級智能家居教改項(xiàng)目，設(shè)計(jì)了一款基于云端的智能家居物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用云技術(shù)、AI語音技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，部署云端服務(wù)器，將硬件傳感器、控制器和云端連接，再通過手機(jī)移動客戶端APP程序，將命令發(fā)送到云端，云端再將命令傳遞給智能硬件，從而實(shí)現(xiàn)云端的智能硬件控制。本文的創(chuàng)新之處在于引入了AI語音控制功能，通過調(diào)用科大訊飛的AI語音接口，實(shí)現(xiàn)對硬件的語音控制，實(shí)現(xiàn)了智能家居的AI語音控制與AI語音播報。

1? 平臺概述

隨著網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，服務(wù)器的類型也在更新迭代，現(xiàn)如今云服務(wù)器占據(jù)了很大一部分市場，獨(dú)立服務(wù)器的市場份額受到了很大的沖擊。傳統(tǒng)的獨(dú)立服務(wù)器采用本地搭建的方式，服務(wù)器硬件昂貴，占用辦公面積、成本昂貴，而采用公有云平臺（阿里云或騰訊云）搭建系統(tǒng)平臺，無需前期投資且可定制式服務(wù)，大大節(jié)約運(yùn)營成本，而且具備防ARP攻擊和MAC欺騙功能，可以進(jìn)行快照和備份，安全性高?；谠贫说闹悄芗揖酉到y(tǒng)已經(jīng)成為各大智能家居廠商的研究與探索方向。本平臺采用阿里云的云服務(wù)平臺搭建云端系統(tǒng)，基于Android系統(tǒng)自主開發(fā)智能家居APP軟件，同時調(diào)用科大訊飛的AI語音識別和語音合成功能的接口，實(shí)現(xiàn)了基于云端的智能家居物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的語音智能控制和語音播報，結(jié)合了云端加AI語音功能的智能家居變得智能化、人性化，實(shí)現(xiàn)云端人機(jī)交互的新模式。

2? 平臺整體設(shè)計(jì)

2.1? 平臺整體框架設(shè)計(jì)

本平臺主要由軟件層、云端、硬件端三部分組成。軟件層采用C/S系統(tǒng)架構(gòu)，使用TCP/IP通信協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸，在Android Studio集成開發(fā)環(huán)境中開發(fā)手機(jī)移動端APP軟件，APP的主要功能是智能家居系統(tǒng)UI界面的展示與智能硬件操作，UI界面的設(shè)計(jì)風(fēng)格一般為體現(xiàn)出未來科技的簡約風(fēng);云端主要是采用Java Web后臺技術(shù)進(jìn)行開發(fā)，使用MVC框架搭建編程代碼，使用MySQL數(shù)據(jù)庫搭建后臺數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)增刪改查操作，再利用Tomcat服務(wù)器運(yùn)行整個云端項(xiàng)目;硬件端是嵌入式智能硬件設(shè)備，需要自主設(shè)計(jì)硬件模塊與傳感器如智能終端、智能風(fēng)扇、智能燈泡、溫濕度傳感器等，并添加網(wǎng)絡(luò)通信模塊如4G模塊、Wi-Fi模塊且連接到云端并進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，這樣才能體現(xiàn)出智能硬件設(shè)備的智能。通過以上部分的相互連接，每個部分通過既定的數(shù)據(jù)接口進(jìn)行信息傳遞，保證數(shù)據(jù)的一致性和實(shí)時性，實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)功能。基于云端的智能家居物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)框架圖如圖1所示。

2.2? 平臺系統(tǒng)功能

基于云端的智能家居物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的主要功能分為三部分：APP基礎(chǔ)功能、AI功能、智能硬件控制功能。APP基礎(chǔ)功能模塊包括“我的家”設(shè)置，如設(shè)置定時開關(guān)、自動開關(guān)、警報等功能;動態(tài)組件管理如添加設(shè)備，刪除設(shè)備等功能;APP換膚功能如更換UI顏色或者風(fēng)格的功能。AI功能包括天氣預(yù)報功能、科大訊飛語音識別功能、科大訊飛語音播報功能。天氣預(yù)報功能實(shí)時獲取當(dāng)前設(shè)備所在地區(qū)的天氣，根據(jù)天氣可自動操作智能設(shè)備，如下雨時打開除濕器等;科大訊飛的AI語音功能可實(shí)現(xiàn)通過語音對話控制硬件和機(jī)器合成語音讀播信息。智能控制功能包括智能電燈功能、智能風(fēng)扇控功能、溫濕度傳感器功能、報警信息推送功能，具體平臺功能圖如圖2所示。

3? 平臺詳細(xì)設(shè)計(jì)

3.1? 系統(tǒng)控制流程圖

本系統(tǒng)APP軟件打開時，系統(tǒng)要求連接網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)首先判斷APP移動端是否連接局域網(wǎng)，當(dāng)在局域網(wǎng)內(nèi)時嘗試尋找智能硬件，然后判斷智能硬件連接本地網(wǎng)是否成功;若不在局域網(wǎng)內(nèi)時就嘗試連接云端，連接云端后，嘗試尋找智能硬件，智能硬件連接云端成功后方可控制硬件。無論是局域網(wǎng)還是云端，設(shè)備連接好后，就可以對智能設(shè)備進(jìn)行控制和語音識別控制了，系統(tǒng)控制流程圖如圖3所示。

3.2? AI語音功能流程

近二十年來，語音識別技術(shù)取得顯著進(jìn)步，開始從實(shí)驗(yàn)室走向市場，與機(jī)器進(jìn)行語音交流時，語音識別技術(shù)就像是機(jī)器的“聽覺系統(tǒng)”，將語音識別技術(shù)引入智能家居系統(tǒng)，讓智能家居具備“聽覺系統(tǒng)”和“語言系統(tǒng)”，智能家居系統(tǒng)會變得更智能、更人性、更友好。本系統(tǒng)調(diào)用科大訊飛公司開發(fā)的語音識別和語音合成功能庫，利用語音識別控制獲取傳感器的信息，再用語音合成功能播放出當(dāng)前的數(shù)據(jù)信息。系統(tǒng)設(shè)定定時采集智能硬件的狀態(tài)信息，若超出預(yù)警值則自動調(diào)用警報語音播報功能，若接收到用戶語音命令，系統(tǒng)將調(diào)用科大訊飛語音庫進(jìn)行語音音頻解析，然后返回解析結(jié)果，系統(tǒng)根據(jù)返回結(jié)果執(zhí)行命令。智能語音識別與語音播報功能流程圖如圖4所示。

3.3? 云平臺的搭建

目前比較流行的公有云平臺有阿里云、騰訊云，本平臺采用阿里云平臺[4]。訪問阿里云官方網(wǎng)站，服務(wù)器類型選擇云服務(wù)器ECS，服務(wù)器配置完成后購買云服務(wù);購買完成后，阿里云自動分配公網(wǎng)IP，然后手動配置安全組策略，完成云服務(wù)配置。然后在阿里云控制臺登錄界面遠(yuǎn)程連接阿里云服務(wù)器，在云服務(wù)器上安裝Java環(huán)境、Tomcat服務(wù)器環(huán)境、安裝MySQL數(shù)據(jù)庫等基本環(huán)境文件;環(huán)境配置完成后，把本地的Web服務(wù)器項(xiàng)目War包上傳到云服務(wù)器，存放在Tomcat服務(wù)器文件目錄的webapps文件夾下，最后啟動Tomcat服務(wù)器完成云端平臺的搭建。

4? 結(jié)? 論

隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，智能家居產(chǎn)品越來越多，智能家居廠商也是百家爭鳴、各有特色。人們對“智能化”的追求是永無止境的，雖然我們短期還很難使用到科幻電影中的AI智能產(chǎn)品，但良好的操控性、聯(lián)動性、安全性都是廠商們可以努力的方向。當(dāng)然低成本、高性能是各大廠商的首選追求目標(biāo)，基于云端的智能家居物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)有效地節(jié)約了產(chǎn)品成本，為此各大廠商積極開展基于云端的智能家居系統(tǒng)的探索與實(shí)踐?？偠灾?，智能家居產(chǎn)品不是“高大上”的口號，而是接地氣的舒適與便捷，只有以人為本的體驗(yàn)式應(yīng)用，才會帶來真正的智能化體驗(yàn)，智能家居市場才會迎來真正的春天。

參考文獻(xiàn)：

[1] 童曉渝，房秉毅，張?jiān)朴?物聯(lián)網(wǎng)智能家居發(fā)展分析 [J].移動通信，2010，34（9）：16-20.

[2] 屈曉平，李立現(xiàn).一種基于云端的物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng) [J].電腦知識與技術(shù)，2015，11（3）：238-239.

[3] 新浪家居.“未來之屋”夢想照進(jìn)現(xiàn)實(shí) 云+端模式 決勝全屋智能市場化 [EB/OL].（2018-03-05）.http：//jiaju.sina.cn/zixun/20180305/6376445758312612023.shtml.

[4] 黨丹丹，陳健聰.基于云平臺的高粘合度人群特產(chǎn)推廣APP平臺的研究與實(shí)現(xiàn) [J].現(xiàn)代信息科技，2019，3（20）：20-22.

作者簡介：黨丹丹（1981—），女，漢族，河南漯河人，高級工程師，碩士，研究方向：人工智能、無人機(jī)。