基于物联网的智能家居系统设计与实现

唐磊

摘要：随着时代和信息技术的发展，物联网的出现和发展为实现智能家居带来了很大的帮助，智能家居也逐渐在家庭生活中越来越普及成为不可或缺的部分。鉴于传统网络布线的复杂和不美观，本文提出利用无线网路来实现网络布线的麻烦，通过ZigBee无线传感器网络并由特定的主控芯片利用Socket通信技术以及Android技术开发了该智能家居系统。

关键词：智能家居;Zigbee; Socket通信;传感器

中图分类号：TP311    文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）19-0222-03

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

1智能家居概述

智能家居的概念出现于20世纪80年代，智能家居其实就是指家里的家居、家用电器和各种安防设备通过智能系统进行监控和管制，进而使用户更加方便安全的家庭环境。物联网的概念现对于智能家居出现得晚一些，我国于2009年之后才大力发展。物联网顾名思义就是把现实中的物与物连接到网络中，通过局域网传感网络与互联网的相结合，实现对被感知物体的监测和控制。物联网为智能家居的发展带来了更好的解决方案。

2 智能家居样板间组成

2.1 样板间的通信过程

（1）监测：传感器收到监测数据后，将数据通过ZigBee协议的传输方式传输到智能网关中的协调器中，然后通过智能网关把数据转发给服务器。服务器收到数据后进行计算和解析，最后将数据给到手机客户端。

（2）控制：用户通过客户端来发出控制指令，服务器接收到控制指令后会将其发给智能网关，然后智能网关对控制命令进行识别，若匹配，进而发至网关中的协调器，协调器下发给执行器节点，最后执行器执行相应的动作。

2.2 样板间的单品类型

样板间的设备单品有三个监测器和五个探测器。监测器有：温度、光照、湿度。探测器有：人体感应、CO2、燃气、烟雾、PM2.5。

其中报警器、排风扇和射灯用的是电压型继电器，窗帘模块用的是节点型继电器。整个样板间包含八个部分分别是：总电源控制箱、门禁系统、灯光控制系统、排风扇系统、报警器系统、电动窗帘系统、环境监测系统、红外遥控转发系统。

下面所示各种设备的电路图以及连接方式：

2.3 搭建服务器

第一：JDK的安装：通过“手动搭建”文件夹，双击JDK安装包（jdk-8u77-windows-i586），进入安装向导，选择JDK的安装路径，点击“下一步”，紧接着选择Java虚拟机JRE 的安装路径，并点击“下一步”。JRE是运行Java 程序必需的环境，包含JVM 及Java核心类库，然后点击“关闭”，完成JDK的安装。

第二：JAVA的环境变量配置：进入JDK的 bin目录，（根据自己安装的路径）复制 jdk目录的路径：C：＼Program Files＼Java＼jdk1.7.0_67，返回桌面右键点击“我的电脑”选择“属性，点击“高级系统设置”，点击“环境变量”，在系统变量中点击“新建”、在变量名中输入JAVA_HOME、在变量值输入刚刚复制的JDK的目录地址  C：＼Program Files＼Java＼jdk1.7.0_67，还需要在系统变量中新建一个CLASSPATH的变量（注意变量值前面有个小点）变量名：CLASSPATH

变量值：.;%JAVA_HOME%＼lib;%JAVA_HOME%＼lib＼tools.jar，然后再系统变量中找到Path点击编辑，（win10系统请在点击编辑文本），找到系统变量中名为 Path的环境变量，选中，并按“编辑”按钮，把鼠标移动到最后，如果最后面有个分号，就不用加了，如果最后面没有分号，请加上一个分号（注意不要打成中文的分号），写入：%JAVA_HOME%＼bin;%JAVA_HOME%＼jre＼bin，把所有的环境变量配置完成后、点击“确定”完成配置。然后检查Java环境变量是否成功安装： 首先打开Windows键+ R，输入 cmd运行Dos窗口，然后在窗口中输入命令：java  -version（注意，这里是用的 java命令，这是 Java的一个编译命令，-version表示查看版本信息） ，如果显示出Java的版本则JDK 安装成功，再查看java编译器是否配置完成输入javac，如果出现如图内容，证明安装配置成功。

第三：Xampp安装及配置

将xampp.zip解压至 C盘根目录下（数据库和web服务器等都已经配置安装好了，可以直接使用），进入C：＼xampp文件夹，右击xampp-control.exe，以管理员身份运行，依次点击三个 start即可，如果出现错误，是计算机的端口被占用。端口查看工具可也看到443已经被程序占用，我们把程序关掉重新启动即可解决。如果上面的两个服务顺利启动完成，那么再点击tomcat服务，（如果点击tomcat服务出错，第一：你的JDK环境变量没配置好，参考上面的说明，如果JDK环境没配置好，后面的就不用做了，所以一定请检查。如果第一步错误解决了，第二步，进入你的C：＼xampp文件夹下面，找到3个文件，[catalina_service，catalina_start，catalina_stop]，这三个文件，右键点击编辑，按ctrl鍵+F键，打开查找框，输入ENDERROR，点击查找下一个，然后把找到的goto ENDERROR改成goto RUNJDK，注意：不要改前面有：的。一定要匹配goto ENDERROR这种形式，然后再改成goto RUNJDK，意思就是换个大写的单词而已）。

第四：My Sql数据库配置

第五：服务器软件SmartHomeServer安装，开始安装SmartHomeServer 双击SmartHomeServerSetup，运行SmartHomeServer     在C：＼Program Files （x86）＼SmartHomeServer 目录下可以看到如下几个文件，里面的字符串就是设备 ID需在企想设备激活系统网页输入设备ID获得激活码！ 如何获得激活码详情请见（智能家居设备激活系统说明文档） 将获取到的激活码覆盖到DeviceKye.text并保存再次运行 StartServer.dat，你会发现多了Log_这样一个文件并且在任务管理器里面找到javaw.exe这个进程表示程序运行正常。

（4）接下来，打开“服务”，找到刚才添加的smarthome 服务，注意，在我们这里我们是需要看到控制台打印出来的东西的，这里的复选框我们需要选中。

（5）点击确定后，启动服务即可。

第七：配置Tomcat

在（sd卡制作）目录里打开SD-Flasher.exe烧写软件，请注意，你需要通过管理员身份来打开该软件才行。

SD-Flasher.exe会分割并预留130M空间用于烧写Superboot，当你的  SD不再用于开发板时，你可能想恢复SD卡为原始状态，可参考上面的方法再次启动  SD-Flasher.exe，通过界面上的“ReFormat！”功能恢复SD卡为原始状态。要恢复时，先点“Scan”扫描一下 SD  卡，再击“ReFormat！”按钮，会跳出一个提示框，如图，提示你 SD  卡中的所有数据将会丢失，点“Yes”，开始恢复，这需要稍等一会，恢复完成后，再点一次“Scan”，这时SD卡的状态为不可烧写，即恢复到原始的状态了。

第九：镜像移植，将制作好的镜像放到images->linux文件夹下，对比配置文件中的镜像名是否一致。

第十：路由器配置，设备连线主要是网关、服务器、路由器之间的连线，将电源线和网线连接好，然后将网关的网线插到路由器（网线都插到LAN口），路由器再出来一根线到电脑，如果没出现网关，装ZTEK驱动（ZTEK-USB2.0）：计算机-管理-设备管理器（出现其他设备：出现感叹号的地方！）-右键第一个导入ZTK（注意两次安装驱动 分别为FT232R 和USB开头的两次）。

第十一：给电脑配置IP地址，打开电脑右下角的“网络和共享中心”-“本地连接”-“Internet协议版本4”，设置为“使用下面的IP地址：”

IP地址：10.1.3.2（将电脑的ip改为固定的ip10.1.3.2）

子网掩码：255.255.0.0

默认网关：10.1.3.1

“确定”退出之后，点击“详细信息”看下是否配置成功，如果配置不成功，再重新操作一遍。如果配置成功，把IPV4的协议改为“自动获得IP地址”和“自动获得DNS服务器地址”（如果你的路由器IP的是自动获取，那么电脑这里就是自动获取，保持一致。推荐手动）

第十二：网关IP和mac地址配置

将网关用串口线与电脑相连，用配置工具配置网关。（如果节点板配置工具打不开，如果是第一次需要安装.NETFramework的驱动软件，位置在E：＼新建文件夹 （2）＼新智能家居培訓资料汇总＼1样板间安装与节点板配置＼接线图＼使用材料＼运行环境DotNETFramework＼dotNetFx40_Full_x86_x64），重新运行节点板配置工具即可

4 结束语

物联网将无线传感器和互联网连接在一起，来实现对被感知物体的监测和控制，物联网的发展为智能家居提高了很好的解决方案，本文通过传感器技术、无线通信技术、嵌入式技术和网络通信技术来实现智能家居系统，进而实现家居生活的智能化。

参考文献：

[1] 段恒利.基于物联网的智能家居系统设计与实现[D].成都：西南交通大学，2014.

[2] Ren Y，Wu K.A Zigbee network model used to large-scale networking[J].International Journal of Multimedia and Ubiquitous Engineering，2014，vol.9，no.4，pp.265-272.

[3] 林凡东，徐星.蒙智能家居控制技[M].北京：机械工业出版社，2017.

[4] 廖建尚.基于ZigBeeSimplici TI低功率蓝牙Wi-Fi技术[M].北京：电子工业出版社，2018.

【通联编辑：闻翔军】