摘 要： 設(shè)計(jì)了一種可遠(yuǎn)程控制的智能家居監(jiān)控系統(tǒng)，采用XBee模塊組成ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳輸智能家居控制網(wǎng)絡(luò)，由Netduino plus搭建的家庭網(wǎng)關(guān)實(shí)施控制，Android遠(yuǎn)程控制端通過(guò)Pachube對(duì)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行訪問(wèn)。該系統(tǒng)組網(wǎng)方便，能通過(guò)手機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控智能家居的運(yùn)轉(zhuǎn)，具有很好的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞： Android；Pachube；智能家居；XBee
隨著人們生活品質(zhì)的不斷提高，對(duì)智能家居的要求也隨之提高，不再局限于PC終端的控制和信息的傳遞，而要求隨時(shí)隨地能夠?qū)χ悄芗揖拥母鞣N信息進(jìn)行監(jiān)控。隨著3G技術(shù)和各種智能手機(jī)的普及，使得智能家居可以通過(guò)手機(jī)進(jìn)行控制。同時(shí)，2.4 GHz頻段的高通信速率和可兼容性正引起人們的重視，比起其他組網(wǎng)方式，采用2.4 GHz通信正逐步成為家電類(lèi)產(chǎn)品無(wú)線通信發(fā)展的趨勢(shì)[1]。
1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，家居設(shè)備上各種傳感器的信息通過(guò)Digi公司的XBee模塊組建的ZigBee網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。ZigBee在物理層和媒體訪問(wèn)控制層采用IEEE 802.15.4協(xié)議，使用帶時(shí)隙或不帶時(shí)隙的載波檢測(cè)多址訪問(wèn)和沖突檢測(cè)（CSMA-CA）的數(shù)據(jù)傳輸方法，并與確認(rèn)和數(shù)據(jù)檢驗(yàn)等措施結(jié)合，可保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸[2]。XBee模塊功耗低，傳輸速率最高可達(dá)250 kb/s，支持AT和API command模式，易于配置[3]。智能家居網(wǎng)關(guān)采用Netduino接收Z(yǔ)igBee網(wǎng)絡(luò)傳遞的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和存儲(chǔ)，Netduino所用的是Atmel的32 bit ARM7，其頻率為48 MHz。Netduino具有1個(gè)SPI、I2C、2個(gè)UARTs（1個(gè)RTS/CTS）、4個(gè)PWM和6個(gè)ADC，基于微軟的.NET Micro Framework，支持C#和VB.NET進(jìn)行系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。Netduino的IDE采用Visual Studio，且支持仿真和在線調(diào)試（In-Circuit Debugging），支持事件機(jī)制。Netduino Plus直接板載了網(wǎng)絡(luò)模塊和Micro SD卡槽[4-5]，如圖2所示。
智能家居網(wǎng)關(guān)和遠(yuǎn)程控制端采用Pachube進(jìn)行信息的傳遞，可以對(duì)智能家居設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)，遠(yuǎn)程控制端可以發(fā)送指令控制智能家居設(shè)備。Pachube是一種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，它幫助你在世界范圍連接和共享來(lái)自物體、設(shè)備、建筑和環(huán)境的感應(yīng)裝置實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并且創(chuàng)建標(biāo)簽。Pachube有一點(diǎn)像YouTube，唯一的不同是它不是共享視頻，Pachube使人們能夠監(jiān)測(cè)和共享與互聯(lián)網(wǎng)相連的感應(yīng)裝置的實(shí)時(shí)環(huán)境數(shù)據(jù)。Pachube可以在不同的環(huán)境之間發(fā)揮作用，既實(shí)現(xiàn)了獲得來(lái)自遠(yuǎn)程感應(yīng)裝置的導(dǎo)入數(shù)據(jù)，又實(shí)現(xiàn)了為遠(yuǎn)程促動(dòng)器提供輸出數(shù)據(jù)。任何兩個(gè)環(huán)境之間可以建立連接，支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、自發(fā)或事先未計(jì)劃的連接[6]。遠(yuǎn)程監(jiān)控端采用基于Android系統(tǒng)的手機(jī)。Android是谷歌公司和開(kāi)放手機(jī)聯(lián)盟（Open Handset Alliance）共同提供的軟件平臺(tái)。由嵌入式Linux和Java構(gòu)成的Android系統(tǒng)的架構(gòu)和工作原理決定了它是目前最具可移植性的移動(dòng)設(shè)備操作系統(tǒng)[7-8]。
1.2 開(kāi)發(fā)平臺(tái)搭建
開(kāi)發(fā)平臺(tái)的搭建主要包括.NET Micro Framework的安裝和Netduino的硬件平臺(tái)的搭建。由于Netduino的IDE采用Visual Studio，要Visual Studio支持Netduino，首先必須安裝.NET Micro Framework和Netduino SDK。目前，最新的.NET Micro Framework和Netduino SDK都是V.4.2.0版本。
智能家居網(wǎng)關(guān)與控制終端通過(guò)Internet進(jìn)行互聯(lián)，對(duì)Netduino Plus板載的網(wǎng)卡進(jìn)行初始化的配置，設(shè)置IP地址、子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)關(guān)和DNS，同時(shí)也支持通過(guò)DHCP獲取上述的設(shè)置信息。要在pachube.com上創(chuàng)建存儲(chǔ)智能家居設(shè)備信息和控制指令的Feed及用來(lái)訪問(wèn)對(duì)應(yīng)Feed的API key。
2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
2.1 網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)
智能家居網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的主體流程如圖3所示。系統(tǒng)啟動(dòng)后進(jìn)行設(shè)備的初始化，并且通過(guò)XBee模塊采集家居設(shè)備的狀態(tài)信息，如房間的光照強(qiáng)度、火災(zāi)報(bào)警器信息等。采集數(shù)據(jù)后通過(guò)Netduino Plus板載的網(wǎng)口，通過(guò)HTTP協(xié)議發(fā)送信息到Pachube，同時(shí)監(jiān)聽(tīng)從Pachube發(fā)送的指令。如果接收到控制指令則啟動(dòng)設(shè)備控制模塊，發(fā)送指令給智能家居設(shè)備執(zhí)行，同時(shí)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行設(shè)備數(shù)據(jù)的更新，將更新后的設(shè)備數(shù)據(jù)發(fā)送到Pachube。監(jiān)聽(tīng)從Pachube發(fā)送的指令的部分代碼如下：
……
//調(diào)用Pachube API的apikey
const string apikey=
"eRJdp_9i9l224rvrRpDN062owfeAkNan0ce_ZE1_21w"；
//用于發(fā)送指令的feedId
const string feedId="49567"；
var requestUri="http：//api.pachube.com/v2/feeds/" + feedId + ".csv"；
using （var request=（HttpWebRequest）
WebRequest.Create（requestUri））
{
request.Method="GET"；
//通過(guò)GET形式獲取數(shù)據(jù)
request.Headers.Add（"X-PachubeApiKey"， apikey）；//添加Pachube API key
using （var response = （HttpWebResponse）request.GetResponse（））
{
if （signal）
{
if（HandleResponse（response））
Home_windows1.Write（true）；
//拉上房間的窗簾
……
2.2 遠(yuǎn)程控制端設(shè)計(jì)
遠(yuǎn)程控制端基于Android系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要有兩個(gè)功能，一是從Pachube接收智能家居網(wǎng)關(guān)發(fā)送的設(shè)備信息（包含空調(diào)的溫度、燈光的亮度等），同時(shí)判斷獲取的信息與上一次獲取的信息是否相同。如果不同，則顯示信息，并采用AChartEngine進(jìn)行圖形化的顯示；如果相同，則再次從Pachube接收信息。二是發(fā)送遠(yuǎn)程控制指令給智能家居網(wǎng)關(guān)。系統(tǒng)發(fā)送指令到Pachube，智能家居網(wǎng)關(guān)收到控制指令后，將控制指令通過(guò)XBee模塊組成的ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳遞給設(shè)備執(zhí)行。執(zhí)行完畢后，網(wǎng)關(guān)將指令執(zhí)行情況發(fā)送到Pachube，遠(yuǎn)程控制端獲取指令執(zhí)行情況信息，并顯示指令執(zhí)行是否成功。遠(yuǎn)程控制端系統(tǒng)流程如圖4所示，發(fā)送控制指令部分代碼如下：
……
try {
//調(diào)用Pachube API
Pachube p = new Pachube
（"eRJdp_9i9l224rvrRpDN062owfeAkNan0ce_ZE1_21w"）；
Feed f = p.getFeed（49568）；
f.updateDatastream（1，ControlCode）；
//發(fā)送控制指令
} catch （PachubeException e） {
System.out.println（e.errorMessage）；
}
……
本文設(shè)計(jì)了一種基于Android和Pachube的智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，基于Netduino Plus的智能家居網(wǎng)關(guān)對(duì)整個(gè)家居系統(tǒng)進(jìn)行控制，同時(shí)提供了遠(yuǎn)程訪問(wèn)的功能，通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行設(shè)備的控制和信息的傳送，基于Android系統(tǒng)設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程控制端通過(guò)Pachube和智能家居網(wǎng)關(guān)通信。此外，本系統(tǒng)的可擴(kuò)展性強(qiáng)，可以將Pachube嵌入到網(wǎng)站中，不同操作系統(tǒng)的智能終端可以通過(guò)訪問(wèn)網(wǎng)站實(shí)現(xiàn)對(duì)智能家居的監(jiān)控，這也是本系統(tǒng)進(jìn)一步研究的方向。
參考文獻(xiàn)
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[6] 歡迎來(lái)到Pachube[EB/OL].http：//www.pachube.cn/，2012-03-01.
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