摘 要： 設計了一種可遠程控制的智能家居監(jiān)控系統(tǒng)，采用XBee模塊組成ZigBee網(wǎng)絡傳輸智能家居控制網(wǎng)絡，由Netduino plus搭建的家庭網(wǎng)關實施控制，Android遠程控制端通過Pachube對網(wǎng)關進行訪問。該系統(tǒng)組網(wǎng)方便，能通過手機遠程監(jiān)控智能家居的運轉，具有很好的應用前景。
關鍵詞： Android；Pachube；智能家居；XBee
隨著人們生活品質(zhì)的不斷提高，對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，而要求隨時隨地能夠對智能家居的各種信息進行監(jiān)控。隨著3G技術和各種智能手機的普及，使得智能家居可以通過手機進行控制。同時，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產(chǎn)品無線通信發(fā)展的趨勢[1]。
1 系統(tǒng)硬件設計
1.1 系統(tǒng)結構設計
系統(tǒng)整體結構如圖1所示，家居設備上各種傳感器的信息通過Digi公司的XBee模塊組建的ZigBee網(wǎng)絡進行傳輸。ZigBee在物理層和媒體訪問控制層采用IEEE 802.15.4協(xié)議，使用帶時隙或不帶時隙的載波檢測多址訪問和沖突檢測（CSMA-CA）的數(shù)據(jù)傳輸方法，并與確認和數(shù)據(jù)檢驗等措施結合，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250 kb/s，支持AT和API command模式，易于配置[3]。智能家居網(wǎng)關采用Netduino接收ZigBee網(wǎng)絡傳遞的數(shù)據(jù)進行處理和存儲，Netduino所用的是Atmel的32 bit ARM7，其頻率為48 MHz。Netduino具有1個SPI、I2C、2個UARTs（1個RTS/CTS）、4個PWM和6個ADC，基于微軟的.NET Micro Framework，支持C#和VB.NET進行系統(tǒng)開發(fā)。Netduino的IDE采用Visual Studio，且支持仿真和在線調(diào)試（In-Circuit Debugging），支持事件機制。Netduino Plus直接板載了網(wǎng)絡模塊和Micro SD卡槽[4-5]，如圖2所示。
智能家居網(wǎng)關和遠程控制端采用Pachube進行信息的傳遞，可以對智能家居設備的數(shù)據(jù)進行監(jiān)控，同時，遠程控制端可以發(fā)送指令控制智能家居設備。Pachube是一種網(wǎng)絡服務，它幫助你在世界范圍連接和共享來自物體、設備、建筑和環(huán)境的感應裝置實時數(shù)據(jù)，并且創(chuàng)建標簽。Pachube有一點像YouTube，唯一的不同是它不是共享視頻，Pachube使人們能夠監(jiān)測和共享與互聯(lián)網(wǎng)相連的感應裝置的實時環(huán)境數(shù)據(jù)。Pachube可以在不同的環(huán)境之間發(fā)揮作用，既實現(xiàn)了獲得來自遠程感應裝置的導入數(shù)據(jù)，又實現(xiàn)了為遠程促動器提供輸出數(shù)據(jù)。任何兩個環(huán)境之間可以建立連接，支持點對點、自發(fā)或事先未計劃的連接[6]。遠程監(jiān)控端采用基于Android系統(tǒng)的手機。Android是谷歌公司和開放手機聯(lián)盟（Open Handset Alliance）共同提供的軟件平臺。由嵌入式Linux和Java構成的Android系統(tǒng)的架構和工作原理決定了它是目前最具可移植性的移動設備操作系統(tǒng)[7-8]。
1.2 開發(fā)平臺搭建
開發(fā)平臺的搭建主要包括.NET Micro Framework的安裝和Netduino的硬件平臺的搭建。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)關與控制終端通過Internet進行互聯(lián)，對Netduino Plus板載的網(wǎng)卡進行初始化的配置，設置IP地址、子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)關和DNS，同時也支持通過DHCP獲取上述的設置信息。要在pachube.com上創(chuàng)建存儲智能家居設備信息和控制指令的Feed及用來訪問對應Feed的API key。
2 系統(tǒng)軟件設計
2.1 網(wǎng)關設計
智能家居網(wǎng)關系統(tǒng)的主體流程如圖3所示。系統(tǒng)啟動后進行設備的初始化，并且通過XBee模塊采集家居設備的狀態(tài)信息，如房間的光照強度、火災報警器信息等。采集數(shù)據(jù)后通過Netduino Plus板載的網(wǎng)口，通過HTTP協(xié)議發(fā)送信息到Pachube，同時監(jiān)聽從Pachube發(fā)送的指令。如果接收到控制指令則啟動設備控制模塊，發(fā)送指令給智能家居設備執(zhí)行，同時網(wǎng)關進行設備數(shù)據(jù)的更新，將更新后的設備數(shù)據(jù)發(fā)送到Pachube。監(jiān)聽從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 遠程控制端設計
遠程控制端基于Android系統(tǒng)進行設計，主要有兩個功能，一是從Pachube接收智能家居網(wǎng)關發(fā)送的設備信息（包含空調(diào)的溫度、燈光的亮度等），同時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)送遠程控制指令給智能家居網(wǎng)關。系統(tǒng)發(fā)送指令到Pachube，智能家居網(wǎng)關收到控制指令后，將控制指令通過XBee模塊組成的ZigBee網(wǎng)絡傳遞給設備執(zhí)行。執(zhí)行完畢后，網(wǎng)關將指令執(zhí)行情況發(fā)送到Pachube，遠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）；
}
……
本文設計了一種基于Android和Pachube的智能家居遠程監(jiān)控系統(tǒng)，基于Netduino Plus的智能家居網(wǎng)關對整個家居系統(tǒng)進行控制，同時提供了遠程訪問的功能，通過ZigBee網(wǎng)絡進行設備的控制和信息的傳送，基于Android系統(tǒng)設計遠程控制端通過Pachube和智能家居網(wǎng)關通信。此外，本系統(tǒng)的可擴展性強，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訪問網(wǎng)站實現(xiàn)對智能家居的監(jiān)控，這也是本系統(tǒng)進一步研究的方向。
參考文獻
[1] 余熾業(yè).一種智能家居遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計[J].電測與儀表，2011，48（542）：36-39.
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[3] 吳文忠，李萬磊.基于ARM和ZigBee的智能家居系統(tǒng)[J].計算機工程與設計，2011，32（6）：1987-1990.
[4] PRISTER C. Getting started with the Internet of things[M].America： O′Reilly Media， Inc， 2011.
[5] WALKER C. Getting started with Netduino[M]. America： O′Reilly Media， Inc，2012.
[6] 歡迎來到Pachube[EB/OL].http：//www.pachube.cn/，2012-03-01.
[7] 農(nóng)麗萍，王力虎，黃一平.Android在嵌入式車載導航系統(tǒng)的應用研究[J].計算機工程與設計，2010，31（11）：2473-2476.
[8] 張魏，李卉.Android移動應用開發(fā)從入門到精通[M].北京：人民郵電出版社，2010.