基于微信平台的智能家居系统

2017-12-20山东淄博实验中学刘佩旺

电子世界 2017年23期

山东淄博实验中学刘佩旺

基于微信平台的智能家居系统

山东淄博实验中学刘佩旺

本文设计了一种基于微信平台的只能家居系统，包括设置于智能终端的微信平台、智能家居控制模块、智能家居控制中心和智能家居监测模块，所述智能家居监测模块用于采集智能家居的设备监测数据和环境监测数据，并将采集的监测数据传送给智能家居控制中心并经智能家居控制中心传送至微信平台。

智能家居；微信平台；监测终端

一、前言

现有的智能家居系统主要有两个弊端：一是用户必须通过特定的终端(如远程电话或者掌上电脑)才能对智能家居系统的数据进行访问和对智能设备进行监控，对使用的设备和环境有特定要求；二是用户必需要自己搭建智能终端控制管理系统。

二、系统的框架与实现

本文设计智能家居系统的结构框图如图1所示，其连接框图如图2所示。

图1 智能家居系统结构框图

图2 智能家居系统连接框图

本文设计的基于微信平台的智能家居控制系统，包括设置于智能终端的微信平台1、智能家居控制模块2、智能家居控制中心3、智能家居监测模块4，所述智能家居监测模块4用于采集智能家居的设备监测数据和环境监测数据，并将采集的监测数据传送给智能家居控制中心3并经智能家居控制中心3传送至微信平台1；所述智能家居控制中心3通过通信网络与微信平台1连接，并基于微信平台1的家居控制请求向智能家居控制模块2发送相应的控制信号，智能家居控制模块2根据控制信号控制相应的智能家居设备开启或关闭。

所述智能家居控制中心3包括数据库服务器10、应用程序服务器20，所述的应用程序服务器20在收到微信平台1的数据访问请求时将数据访问请求发送到数据库服务器10，数据库服务器10根据数据访问请求调出相应数据供用户查看；所述的应用程序服务器20在收到微信平台1的家居控制请求时生成控制信号，并将控制信号发送至智能家居控制模块2。所述的通信网络是2G、3G、4G或WIFI网络。

本文设计的智能家居监测模块4基于无线传感器网络进行智能家居的设备监测数据和环境监测数据的采集，包括传感器节点和移动基站，在部署传感器节点之前，将设定的智能家居监测区域平均划分为4×4的方形子区域，在每个方形子区域中随机部署传感器节点，所述的移动基站与智能家居控制中心3连接。移动基站在传感器节点部署完成后进行传感器节点的定位，并按照设定的访问路径移动，进行智能家居监测数据收集，其中进行传感器节点的定位时，具体执行：

(1)设定移动基站的通信半径R，R的设定公式为：

式中，Ω为智能家居监测区域的面积，Pf表示第 f 个传感器节点失效的概率，为部署的传感器节点的个数；

(2)将每个方形子区域的顶点作为移动基站的测距点，并确定各测距点的坐标，根据实际情况对测距点进行排序，初始时，移动基站位于智能家居监测区域左下角所在的测距点，并按照排序情况顺序移动到每个测距点；

(3)移动基站每移动到一个测距点时，即暂时停留，与通信范围内的传感器节点进行RSSI测距并保存，并结合相邻两个测距点计算通信范围内传感器节点的坐标，设移动基站在测距点Ωb、Ωc对传感器节点Ea进行RSSI测距，测距点Ωb的坐标为(xb, xb)，测距点Ωc的坐标为(xc, xc)，则传感器节点Ea的位置坐标(xa, xa)通过结合下列两个公式计算：

其中，Dab、Dac分别为移动基站在测距点Ωb、Ωc对传感器节点Ea进行RSSI测距获得的欧式距离。

在进行传感器节点的定位过程中，由移动基站负责大部分的计算和通信任务，能够有效降低传感器节点通信及计算负载，此外，定义了移动基站的通信半径设定公式，在保证对所有传感器节点都能够进行RSSI测距的前提下使得移动基站的通信半径最小化，从而节省智能家居监测数据收集的能耗。

上述的按照设定的访问路径移动，进行智能家居监测数据收集，具体包括：

(1)进行访问路径设定，将相邻四个方形子区域的中心点作为移动基站进行智能家居监测数据收集时的停留站点，则智能家居监测区域中共有四个停留站点，将各停留站点按照与移动基站初始位置的距离由近到远的顺序直线连接形成的路径设定为移动基站的访问路径；

(2)开始分簇，对于每个方形子区域，在移动基站通信范围内的传感器节点中选取状态值最大的传感器节点作为该方形子区域的簇头节点，共形成四个簇头节点，设WEi表示在移动基站通信范围内的方形子区域中第i个传感器节点即Ei的状态值，定义WEi的计算公式为：

式中，QEi、SEi、MEi分别表示Ei的当前剩余能量、当前可用内存、一跳邻居节点数，QEi为Ei的第j个跳邻居节点的当前剩余能量，SEi为Ei的初始内存，D(Ei, 0)为Ei到方形子区域所对应的停留站点的欧式距离。

其余的传感器节点计算自身与四个簇头节点的欧式距离，并选择欧式距离最小值所对应的簇头节点加入簇；当簇头节点的剩余能量低于初始能量的50%时，在移动基站通信范围内的传感器节点中选取状态值最大的传感器节点更新簇头节点。

(3)簇头节点收集簇内传感器节点的智能家居监测数据，移动基站按照设定的访问路径移动到停留站点后停留，与该停留站点所对应的四个方形子区域的簇头节点通信，从而接收簇头节点已收集的智能家居监测数据。

由簇头节点收集簇内传感器节点的智能家居监测数据，不会引起太大的时延，并且能够很大程度上节省智能家居监测数据收集的能量消耗；本优选实施例设置的簇头节点的更新策略，能够最大程度上节省簇头节点的更新时间，并且有助于节省智能家居控制系统的整体能耗。若簇内传感器节点与对应簇头节点为多跳距离，簇内传感器节点选择最优的邻居节点作为下一跳转发节点，具体为：

(1)计算传感器节点的簇内邻居节点的优选值，定义优选值的计算公式为：

式中，Eξτ表示传感器节点Eξ的第 τ 个簇内邻居节点，YEξτ表示Eξτ的优选值，E0表示Eξ对应的簇头节点，表示Eξ到E0的最短跳数距离，UEξτ→E0表示Eξ到E0的最短跳数距离，为设定的距离比较函数，当时，，当时，为设定的数据类型比较函数，当Eξ，Eξτ 两者采集的智能家居监测数据类型不一致时，；LEξ表示Eξ在设定时间段采集的智能家居监测数据的平均值，LEξτ表示Eξτ 在同一设定时间段采集的智能家居监测数据的平均值。

(2)选择优选值为最大的簇内邻居节点作为下一跳转发节点，进行智能家居监测数据转发，最终发送至簇头节点。