一種智能家居的云平臺系統(tǒng)

廣東理工學(xué)院電氣與電子工程學(xué)院 周 瑩 鄭仲凱 谷紅霞

隨著物聯(lián)網(wǎng)越來越多地應(yīng)用于智能家居，智能家居領(lǐng)域需要更進(jìn)一步地深耕。智能不僅只是控制，更是數(shù)據(jù)與反饋。本文在Arduino和機(jī)智云的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種智能家居的云平臺系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以通過傳感器搜集各類家居的使用數(shù)據(jù)，并通過樹莓派將反饋信號發(fā)送到各個(gè)家用電器，調(diào)整電器的參數(shù)。智能家居的云平臺能通過搜集的大數(shù)據(jù)，匹配居住者的生活模式，從而提供更加個(gè)性化服務(wù)。

隨著物聯(lián)網(wǎng)、云平臺和大數(shù)據(jù)等技術(shù)的不斷發(fā)展與融合，全方位、立體化和數(shù)字化的智能家居系統(tǒng)躍然于眼前，通過物聯(lián)網(wǎng)連接居家電器，上傳數(shù)據(jù)至云平臺，通過大數(shù)據(jù)分析行為模式，通過行為模式匹家居電器的參數(shù)設(shè)置。而云平臺是這個(gè)整個(gè)體系中不可或缺且非常重要的一部分。云平臺的本質(zhì)是配置于智能家居的軟件服務(wù)，類似于手機(jī)的APP。

Arduino是一個(gè)兼顧硬件開發(fā)與軟件開發(fā)的平臺。在軟件方面，其有類似Java、C語言的Processing/Wiring開發(fā)環(huán)境，主要通過Arduino IDE界面，進(jìn)行軟件編程，并上傳至Arduino。在硬件方面，作為最為流行的開源硬件，Arduino電路板可以適配現(xiàn)有的各類傳感器、開關(guān)、步進(jìn)電機(jī)和LED顯示屏等。并且其軟硬件皆開源，能夠跨越各平臺使用且軟件編模塊化、易上手，是非常適用于一個(gè)立體化且適配性高的智能家居系統(tǒng)。

機(jī)智云平臺為個(gè)人和企業(yè)開發(fā)人員提供了智能硬件開發(fā)與云服務(wù)平臺。該平臺采用微服務(wù)架構(gòu)在云端和邊緣側(cè)部署可供選擇的封裝不見，依托邊云智能協(xié)同，通過“軟件+硬件+應(yīng)用+數(shù)據(jù)”垂直一體化服務(wù)，打通產(chǎn)品從設(shè)計(jì)研發(fā)到生產(chǎn)銷售的全流程數(shù)據(jù)，賦能企業(yè)實(shí)現(xiàn)IoT設(shè)備全生命周期全流程閉環(huán)管理。本文通過機(jī)智云的AIoT協(xié)同應(yīng)用開發(fā)平臺，完成產(chǎn)品從開發(fā)到檢測一系列過程。

1 智能云平臺的開發(fā)

在機(jī)智云平臺上進(jìn)行開發(fā)，需要一系列流程。首先要進(jìn)行注冊，然后創(chuàng)建新產(chǎn)品，產(chǎn)品包括設(shè)備開發(fā)和應(yīng)用開發(fā)，即硬件和軟件兩個(gè)部分。產(chǎn)品創(chuàng)建完成后，進(jìn)入調(diào)試階段，調(diào)試成功后，可以進(jìn)入量產(chǎn)階段。創(chuàng)建過程入如下：

（1）注冊開發(fā)者賬號，在機(jī)智云官網(wǎng)點(diǎn)擊右上角開發(fā)者中心，選擇個(gè)人賬號選項(xiàng)根據(jù)界面指引填寫信息進(jìn)行注冊。

（2）創(chuàng)建產(chǎn)品，選擇個(gè)人產(chǎn)品還是企業(yè)產(chǎn)品，這里選擇個(gè)人產(chǎn)品，并輸入產(chǎn)品名稱，將已有arduino產(chǎn)品接入機(jī)智云，如圖1所示。產(chǎn)品創(chuàng)建后，進(jìn)行產(chǎn)品的對接，包括硬件與軟件對接。硬件方面，在arduino的主控中心將WiFi模塊密碼設(shè)置完成，同時(shí)設(shè)置Product Key為同一密碼，在WiFi/GPRS模塊登錄后，機(jī)智云就可以識別出該設(shè)備為對接設(shè)備。同時(shí)需要設(shè)置Product Secret參數(shù)，作為APP與相關(guān)服務(wù)器的匹配密碼。

圖1 產(chǎn)品創(chuàng)建界面

（3）創(chuàng)建數(shù)據(jù)點(diǎn)。本平臺創(chuàng)建的數(shù)據(jù)點(diǎn)如圖2所示，機(jī)智云APP需要與硬件設(shè)備進(jìn)行通信，就要確定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，這樣就可以互相識別數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)點(diǎn)的定義內(nèi)容包括名稱、標(biāo)識名稱、讀寫方式與數(shù)據(jù)類型。

圖2 產(chǎn)品數(shù)據(jù)點(diǎn)創(chuàng)建

（4）下載云端的通信協(xié)議。數(shù)據(jù)點(diǎn)創(chuàng)建完成后，通過MCU下載到，之前的數(shù)據(jù)點(diǎn)參數(shù)設(shè)置，即通信協(xié)議。

（5）設(shè)備與應(yīng)用開發(fā)。在完成以上的初步創(chuàng)建的工作后，進(jìn)入下一階段的開發(fā)工作。首先是設(shè)備的開發(fā)，在硬件端安裝機(jī)智云GAgent的聯(lián)網(wǎng)模塊，這樣所有硬件都可以接入云端，并且實(shí)現(xiàn)智能控制。在應(yīng)用端，用手機(jī)APP接入機(jī)制云平臺，并且設(shè)置控制方式，語音控制或者按鍵控制等等。

（6）調(diào)試產(chǎn)品。設(shè)備與應(yīng)用設(shè)置完成之后，對其性能進(jìn)行測試。首先連接官方的測試服務(wù)器，然后針對主要的控制功能一一測試。

（7）申請服務(wù)器服務(wù)。當(dāng)完成測試后，該成品基本已經(jīng)成型，只有正式接入服務(wù)器中，就可以使用。通過申請發(fā)布，就可以使用機(jī)智云的服務(wù)器，服務(wù)器只提供一部分基本的服和對應(yīng)的附加服務(wù)。

（8）正式量產(chǎn)。完后上述一系列創(chuàng)建過程后，可以通過機(jī)智云平臺發(fā)布產(chǎn)品，并且可以正式使用產(chǎn)品。若要進(jìn)一步商用使用，需要與機(jī)智云官方協(xié)商。

2 智能云平臺的接入

在機(jī)智云官網(wǎng)下載機(jī)智云串口調(diào)試助手，打開串口，填入在官網(wǎng)申請的product_key和Product Secret后，就能在右邊看見數(shù)據(jù)點(diǎn)了，此時(shí)再打開指令界面，點(diǎn)擊AirLink命令，ESP8266就進(jìn)入了自動配網(wǎng)模式，如圖3所示。然后開啟APP，點(diǎn)擊一鍵配置，輸入家里的WiFi賬號及密碼，選擇樂鑫，因?yàn)閯偛盼覀円呀?jīng)將ESP8266設(shè)置成AirLink透傳模式，現(xiàn)在通過APP就可以將家里的WiFi信息發(fā)送給ESP8266，此時(shí)APP發(fā)現(xiàn)新設(shè)備下會出現(xiàn)你的WiFi模組，點(diǎn)擊后就會看到你定義的數(shù)據(jù)點(diǎn)了。

圖3 串口調(diào)試界面

3 系統(tǒng)測試

首先將溫濕度傳感器接入系統(tǒng)，并對硬件設(shè)備進(jìn)行連接上電，驗(yàn)證是否能夠在平臺上獲取對應(yīng)數(shù)據(jù)。其次，下載APP并綁定設(shè)備：用戶登錄注冊、設(shè)備配置入網(wǎng)、發(fā)現(xiàn)綁定設(shè)備，完成以上流程后，開始測試。改變傳感器附近的溫度，獲得監(jiān)測結(jié)果如圖4所示。驗(yàn)證結(jié)果說明該平臺可以實(shí)現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)的功能。

圖4 串口調(diào)試界面