許建國 黃落兵 胡鳳情 夏友兵

摘 要：本文主要論述了基于A10平臺構(gòu)建的智能燈光控制系統(tǒng)，系統(tǒng)硬件由ZigBee模塊、A10平臺、服務(wù)器等部分構(gòu)成，其中ZigBee傳感器負責(zé)對家庭內(nèi)部多個房間的環(huán)境及安全監(jiān)測，ZigBee協(xié)調(diào)器模塊將采集到的數(shù)據(jù)通過USB方式傳送給A10平臺實時處理，并將數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)上傳到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，用戶可以通過多種方式對多個房間的燈光進行控制，并且可以在Web瀏覽器上查詢房間內(nèi)的相關(guān)狀態(tài)信息。

關(guān)鍵詞：智能燈光控制；ZigBee；Web

上世紀70年代，智能家居系統(tǒng)這一概念最早出現(xiàn)在美國，隨后，在各發(fā)達國家中廣泛傳播并得到了較好的發(fā)展，而這一概念在我國推廣相對較晚，但近些年的發(fā)展速度較快，已經(jīng)出現(xiàn)了很多智能化的小區(qū)或住宅。所謂智能家居系統(tǒng)是結(jié)合現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)發(fā)展而成的產(chǎn)物，其核心思路是將家中各種通信設(shè)備、各種“智能”家電、各種安防設(shè)備通過有線或者無線的方式連接起來，實現(xiàn)對這些設(shè)備的自動控制和管理，以及對家庭的環(huán)境安全起到監(jiān)控和報警的作用，保持家庭住宅環(huán)境的舒適、協(xié)調(diào)，進一步優(yōu)化人們的生活質(zhì)量。

在此基礎(chǔ)上，本文設(shè)計了一套基于ZigBee的智能燈光控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)充分利用了物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，可以對多個房間的燈光進行自動或者手動控制，同時可以對房間的環(huán)境狀態(tài)進行監(jiān)測。

1 燈光控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計

該智能燈光控制系統(tǒng)由基A10平臺、ZigBee模塊、RFID讀寫器、服務(wù)器等部分構(gòu)成，其中ZigBee傳感器負責(zé)對家庭內(nèi)部多個房間的燈光控制、環(huán)境信息及安全監(jiān)測，ZigBee協(xié)調(diào)器模塊將采集到的數(shù)據(jù)通過USB方式傳送給A10平臺實時處理，并將數(shù)據(jù)上傳到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，用戶通過Web就可以獲取相關(guān)信息。

1.1 ZigBee模塊

本系統(tǒng)中的ZigBee模塊可以分為協(xié)調(diào)器、傳感器兩部分，傳感器將放置在家庭內(nèi)的不同房間，用于實現(xiàn)多個房間的燈光控制和環(huán)境監(jiān)測；協(xié)調(diào)器作為中樞可放置在客廳等位置，在組網(wǎng)成功后，協(xié)調(diào)器將采用輪詢的方式分別接收各個傳感器傳回的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳送到A10硬件平臺。

1.2 A10硬件平臺

系統(tǒng)硬件平臺以全志的A10處理器為核心，軟件采用Andriod系統(tǒng)，該平臺作為數(shù)據(jù)流通的中轉(zhuǎn)樞紐，是各個數(shù)據(jù)的匯集點，主要負責(zé)數(shù)據(jù)采集和上傳，通過USB的方式獲取各個房間的環(huán)境信息、設(shè)備安全狀況，對數(shù)據(jù)進行解析之后，把數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器端。

1.3 服務(wù)器

服務(wù)器作為數(shù)據(jù)的存儲核心主要完成以下兩個方面的工作：1）接收A10硬件系統(tǒng)平臺發(fā)送回來的數(shù)據(jù)，其中包括各個房間內(nèi)燈光的狀態(tài)信息、溫濕度等環(huán)境監(jiān)測信息等。2）將各個房間環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)通過Internet發(fā)送到Web端。

1.4 Web瀏覽器

進入系統(tǒng)進行相關(guān)操作后，后臺會連續(xù)向服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)請求，Web服務(wù)器則會根據(jù)情況返回相應(yīng)的數(shù)據(jù)，接收到的數(shù)據(jù)會顯示在Web網(wǎng)面上，供用戶瀏覽、查詢，并根據(jù)需求進行相關(guān)的控制，進而可以實現(xiàn)家庭內(nèi)部多個房間的燈光控制以及環(huán)境的實時監(jiān)測等操作。

2 燈光控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計

2.1 服務(wù)器的配置與實現(xiàn)

HTTP協(xié)議利用JSP技術(shù)定義了一種可擴展的消息處理框架，它提供了一種可通過多種底層協(xié)議進行交換的消息結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)管理員經(jīng)過登錄成功后可看到自己所管理的家庭內(nèi)部的相關(guān)信息，包括溫度、濕度、煙霧濃度、家庭成員的出入信息等，其中溫度和濕度使用折線圖形式進行顯示。服務(wù)器和WEB端之間用JSON的形式傳送數(shù)據(jù)，WEB向服務(wù)器發(fā)送請求，服務(wù)端接受了這一請求后，會把多個房間內(nèi)傳感器采集到的溫度和濕度由A10通過Web service存儲到數(shù)據(jù)庫當中。

2.2 A10硬件平臺設(shè)計

A10 硬件平臺是連接底層和服務(wù)器的核心。它通過USB口讀取ZigBee協(xié)調(diào)器采集過來的數(shù)據(jù)，然后對接收到的數(shù)據(jù)進行解碼處理，處理之后，請求服務(wù)器，將數(shù)據(jù)存儲到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫中。

2.3 WEB瀏覽器端設(shè)計

該界面是運行在Web端apache-tomcat-7.0.59服務(wù)器上的JSP頁面，主要負責(zé)燈光控制、環(huán)境監(jiān)測兩大功能模塊。采用JavaEE經(jīng)典的MVC架構(gòu)，利用Http協(xié)議、JSON對象、Java隧道通訊等，與網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫進行交互，異步請求，將數(shù)據(jù)展示給用戶。

3 系統(tǒng)測試

3.1 外部請求數(shù)據(jù)測試

Web服務(wù)器收到頁面發(fā)送過來的數(shù)據(jù)請求后，會將符合的數(shù)據(jù)回發(fā)并在Web端向用戶展示，以供用戶進行查詢或者相關(guān)控制。

3.2 數(shù)據(jù)接收測試

經(jīng)過一段時間的運行可以看到從A10硬件平臺發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)存放在HashMap中，以節(jié)點為key，此key下包含所有傳感器發(fā)回來的數(shù)據(jù)、以及時間?？梢钥吹?，服務(wù)器上的數(shù)據(jù)庫中已經(jīng)有了多條溫溫度、濕度、煙霧信息等記錄，表明當前的記錄情況良好。

3.3 Web端測試

打開系統(tǒng)Web頁面，輸入賬號、密碼登錄成功后可以看到各個房間的溫濕度、煙霧濃度等信息的實時狀態(tài)，以及燈光控制、溫度狀態(tài)、警報區(qū)域、設(shè)置等其他操作入口。進入燈光控制頁面，可以通過開關(guān)手動控制房間的燈光；或者在設(shè)置端設(shè)置為自動模式后，此時會根據(jù)室內(nèi)光線強度自動控制燈光。

4 結(jié)論

本系統(tǒng)在研究ZigBee技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一套智能燈光控制系統(tǒng)，主要實現(xiàn)了以下功能：1）實現(xiàn)了通過多種方式遠程對家庭內(nèi)部多個房間的燈光進行控制。2）驅(qū)動了ZigBee模塊工作，實現(xiàn)了Android系統(tǒng)調(diào)用底層硬件的工作。從Android調(diào)用Java，從Java調(diào)用C驅(qū)動硬件，解決了跨語言直接數(shù)據(jù)傳遞類型不一致的問題。3）web瀏覽器向服務(wù)器定時發(fā)送請求，服務(wù)器返回數(shù)據(jù)給終端，并且最終將返回的數(shù)據(jù)渲染在瀏覽器上，使得用戶對家庭內(nèi)部的情況一目了然。

參考文獻：

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