嵌入式智能硬件与上位机快速配置与交互方法设计与实现

党梓杰++贺鸣升

摘要：在物联网的影响下， 目前的智能家居可以说是物联化的体现， 智能家居通过物联网技术将家中的各种设备连接在一起，提供从家电控制、防盗报警、环境监测、家庭成员健康状况监测等多种功能和手段[1]。但是目前存在的智能家居设备与移动端之间的初始化连接却存在着用户体验差，周期长等缺点。本文提出了用多播的形式来进行数据的传输的方法，传输效率高，用户体验好。

关键词：物联网 智能家居 设备连接

中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）12-0164-01

1 智能硬件与上位机交互系统存在的问题

目前的智能家居的设计当中，家居网络与外界的通信大多以路由器为媒介加入到互联网当中，略微传统的交互方式中，由智能硬件开启AP，手机客户端连入家居网络当中进行通信，或者使用比较传统的WPS快速方式使得移动设备加入到路由器的网络当中。目前，这些交互方式均存在着用户体验差，周期长，后期维护难等一系列的困难，不利于用户的使用和整个的市场的推广。

2 智能硬件与上位机的交互设计

2.1 交互思路

智能家居系统中，家居的硬件需要与移动端进行一定的数据交互[2]，而路由器是两者连接的媒介，还负责与互联网进行连接。但是智能硬件在初始化的过程中需要得到路由器的连接信息才能加入路由器网络。与传统的PC或者移动端相比，智能硬件无法进行输入，因此连入路由器的网络是一个巨大的问题。

利用嵌入式设备和移动端交互中的网络协议，在组播网络帧头中，有一部分是保留的，我们可以把有效信息放置于802.11帧头中我们可以利用这部分来保存路由器信息和控制信息，然后不断的进行广播，嵌入式设备收取广播帧得到需要的信息，连接路由器，然后根据其中的控制信息可以来进行硬件控制。

802.11帧中Address1或Address3是目的MAC地址，可以使用MAC地址的后1个或2个字节进行有效信息的传递。例如传输“AP_NAME”需要4个802.11帧，帧的编号可以通过报文长度来确定，如图1所示。

本文创新性的提出了一种利用多播方式来实现嵌入式硬件与移动端进行交互的设计方法。主要思想是基于802.11帧头的信息嵌入机制，具有很强的灵活性以及可移植性。通过将路由器信息嵌入到多播帧当中，嵌入式智能设备能够快速的得到路由器信息并加入其中。

2.2 数据传输

报文采用UDP的多播，传递到智能硬件上的信息包括SSID长度，SSID，密码和密码的长度。长度的传输和内容的传输应该分开。首先向固定的IP地址发送多播报文，IP地址当中嵌入SSID和密码的长度。然后向另外一个IP地址中发送多播报文，IP地址内嵌SSID和密码。考虑到SSID的长度，需要修改IP地址，在其中加入一个顺序位。智能硬件收到报文后，根据顺序位组装收到的内容，然后根据SSID和密码长度切分，最后就得到完整的SSID和密码。根据SSID和密码就可以去连接路由器。

例如SSID为test，密码为12345678，前两位设置为224和88，则配置过程中手机APP應当循环向下列地址发送多播报文。建议频率为1秒发送100个包。报文格式如表1所示。

3 结语

综上所述，随着智能家居的发展，智能硬件如何通过与移动端的交互成为了急需解决的重要问题。通过利用嵌入式设备和移动端交互的网络协议，在帧信息中进行有效的存储连接信息，可以达到智能硬件的快速配置和交互。

参考文献

[1]蒲海涛.物联网环境下基于上下文感知的智能交互关键技术研究[D].青岛：山东科技大学，2011.

[2]朱璟，李世国.物联网环境下的新型智能家电之设计思考[J].包装工程，2010，31（16）：70-73.