基于yeelink开放云平台的智能家居研究与实现

2017-04-06刘波

赤峰学院学报·自然科学版 2017年6期

关键词：中间层应用层智能家居

刘波

（巢湖学院信息工程学院，安徽巢湖 238000）

基于yeelink开放云平台的智能家居研究与实现

刘波

（巢湖学院信息工程学院，安徽巢湖 238000）

为减少智能家居系统设计和搭建的时间成本和资金成本，降低智能家居的推广和使用的门槛，将目前日趋成熟和完善的物联网公共云平台应用于智能家居系统中，研究并实现了一套简单易实现且成本低廉的智能家居系统，涉及到的关键技术包括硬件中间层及其与物联网云平台yeelink的通信，以及应用层更加人性化的改进.

物联网云平台；yeelink；智能家居；Arduino

智能家居是以住宅为平台，以网络通信技术、自动控制技术和计算机软件技术等为手段，将家居生活有关的设施和设备集成，搭建成的智能高效的住宅设施与家居生活的管理系统.智能家居从最初的雏形诞生到今天，已经有数十年历史，至今仍然没有进入大规模的市场应用阶段，高昂的成本和糟糕的用户体验是最大原因.

本课题拟研究并搭建出一个真正的成本低廉和使用起来足够方便的智能家居系统，使其能够真正地进入寻常百姓家庭.为此，本系统选用应用广泛且价格低廉的Arduino为硬件中间层，将免费的开源云平台yeelink应用在系统中作为应用层，并且基于yeelink平台更便捷地实现从手机端对家居系统的监控.整体架构如图1所示.

图1 整体架构

1 硬件中间层Arduino

智能家居的感知层又分为硬件层和硬件中间层.硬件层包括两类硬件，即传感器（如温湿度传感器等）和执行部件（如电机和开关等），这些所有硬件都需要一个统一的接口与上层交换数据，这个统一接口就是硬件中间层，本系统选用使用方便且价格低廉的Arduino套件作为硬件中间层.

Arduino是一个开源的单片机系统，包含硬件及开发环境，其接口丰富，编程简单，可以连接市场上几乎所有的标准传感器和执行部件.本系统采用Arduino UNO这一Arduino系列中功能齐全的版本.Arduino UNO通过Arduino传感器扩展板即可简单地与各种传感器和执行部件硬件连接.

Arduino软件开发工具（即Arduino IDE）使用极其简单，可在Arduino官网很方便的下载到，安装也很简单.此外，Arduino编程简单，使用类似于Java和C语言的编程语言，Arduino IDE会自动将写好的代码转化为C语言.

2 物联网云平台与yeelink

物联网云平台作为软件中间层负责对下接收感知层的数据，并对数据分类存储和管理，对上则可向应用层提供统一的接口.整个架构的数据流向有两个方向.正向是数据从硬件传感器收集数据到硬件中间层，上传到物联网云平台，再通过统一的接口提供给应用层展示给用户；反向为数据从用户下达命令，通过物联网云平台再发送给硬件中间层，最后到达执行部件.

应用层作为与用户直接交互的接口层，是整个物联网体系中极为重要的一层，深刻影响着一款智能家居产品的推广前景，因为用户不关心底层是如何实现的，所有的信息都是通过应用层展示给用户的，而用户的各种反馈也是通过应用层告诉系统的.而从智能家居开发者的角度来看，如何省时省力地开发出应用层的应用，也决定着一款智能家居产品的命运.

目前，物联网应用方案提供商也都提出了各种各样的平台方案，使用到了云计算和云存储的理念，但是遗憾的是，到目前为止，这些方案和解决思路都是封闭的，是为了解决特定问题营运而生的，他们并未向社会开放使用，这些企业大都自建云平台，建设成本高且费时费力.

将物联网公共云平台应用于智能家居系统后，对于云平台的开发和维护、服务器集群的架设和维护、移动终端的开发和售后以及软硬件等内部通信的实现这些工作都会由物联网公共云平台来完成，因此将大大提高智能家居的设计和搭建效率，成本也将大幅降低.

yeelink作为国内领先的物联网公共云平台，不仅结构清晰，功能齐全，而且简单易用.yeelink允许人们把各类设备的数据储存到云服务器，并开放API允许人们通过各种方式利用这些数据.注册之后，即可通过简单的操作将真实的传感器数据接入云平台中.

3 硬件中间层与云平台的通信

Arduino UNO作为硬件中间层起着上传下达的作用，所以需要一种便捷的与云平台的通信方式.通常Arduino硬件接入网络有两种方式，一种是给Arduino添加以太网模块，通过插网线的方式联网；另一种是给Arduino添加一个Wifi模块，通过Wifi联网.显然后者的联网方式更加方便易用.而支持Arduino的Wifi模块很多，效果也不错，比如Aduino官方的WifiShield模块就是一个理想的选择.

WifiShield与Arduino UNO的硬件方式连接非常简单，只需将WifiShield插入Arduino UNO上即可.而在软件层面，Arduino官方有现成的Wifi函数库可供调用.

在软件层面，用之前注册的yeelink账户登录yeelink平台，即可方便地在yeelink平台上通过图形界面添加自己的设备及传感器，在“用户中心”中可查到添加的设备编号和传感器编号以及自己打API key，这些数据在Arduino的通信程序编写中会用到，运行这个程序即可实现Arduino与云平台的通信.

图2 手机APP上的控制界面

4 基于Arduino的传感器节点

目前传感器越来越多地被用到物联网项目中，其原因主要是传感器的性能更趋稳定，精确度更高，价格也从早先的几百块降低到现在的几元钱甚至几毛钱，而且对于物联网开发者来说使用起来也更加方便，Arduino提供有专门的传感器扩展板，因此基于Arduino可以很方便地与各种标准传感器在硬件上连接.搭建好传感器节点的硬件之后，软件方面基于Arduino IDE编写代码也是非常简单，Arduino代码会自动生成固定的代码格式，绝大多数的传感器节点软件的代码量也很少，都是几行到几十行代码.至此，在软硬件层面已搭建好传感器节点.

在本课题的所搭建的智能家居系统中，每个传感器节点与上层应用层的通信方式采用Wifi通信，每个传感器节点通过Arduino WifiShield模块实现Wifi通信，已在本文的第3小节阐明.

5 应用层的研究与实现

应用层完全基于yeelink平台进行研究和实现，而通常家居生活中，应用层使用的终端设备主要有两个，一个是PC端，一个是手机端.故只需在PC端或手机端登录yeelink平台，即可便捷的实现对家居状态的数据查看和设备控制.具体地，在PC端，登录yeelink平台后，即可看到各种上传到平台的家居状态数据并进行控制，而在手机端，则有专门的yeelink APP提供给用户更加方便的数据展示和控制体验,如图2和图3所示.

图3 手机APP上的温度展示

仅仅把数据发送到yeelink，从web页面或APP上看到数据并控制，这还远远达不到我们设想的便捷的用户体验.因此，基于yeelink强大的事件触发引擎，还做到了数据自动推送和自动控制，在本课题的实验系统中就实现了如下的人性化体验.比如：温度传感器达到50度的时候，发送短信给你的手机号，颜色传感器检测到热水器烧水开的绿灯亮后，发布微博到所有实验室同学微博上，这两例就是数据自动推送；PM2.5传感器达到100的时候，自动给驱动窗户的电机发送控制包关闭窗户，这是自动控制.实现方式即为简单地使用yeelink事件触发引擎，其被设计用来当某个传感器数据达到预设阈值的时候，触发由用户指定的动作.

6 智能家居与微信平台的结合

关于智能家居的用户体验，设想不再另外的开发和安装手机APP，而是直接使用目前最为流行的微信实现更为简便的智能家居体验.

微信是腾讯公司于2011年推出的一款手机聊天APP，使用简单方便，也非常流行，几乎每个人的手机上都安装有微信，并且有微信账号.微信公众平台是微信的一个功能模块，个人和企业都能打造自己的微信公众号，从而实现和特定群体的文字、图片、语言的全方位沟通和互动.通过微信公众平台和yeelink物联网云平台可实现智能家居更好的用户体验.

由于微信公众平台的开发模式使用的语言是PHP，并通过网络服务器来调用数据，可注册新浪公司的SAE免费服务器作为微信公众平台调用数据所需要的服务器，进而开发者可通过微信公众平台的开发模式连接微信公众平台与yeelink物联网云平台，经过简单的代码编写后，即可实现类似于微信聊天界面的更为友好的人性化控制界面，这就相当于让每一个硬件设备变成用户的微信好友.图4所示为用微信控制开关的界面，可以发现用yeelink云平台连上微信平台后，对于开发者来说，省去了开发APP的任务，而对于用户来说，不用再安装别的APP，直接使用已有的微信APP即可，而且使用微信控制也更加的人性化.