基于物联网的智能云服务应用研究

吴新胜，李 震，何 鲲，夏 恒

1 引言

当前我国随着不断深化改革开放，科技事业迅速发展，人民生活水平不断提高.计算机、网络通讯、智能家用电器、智能系统设备、云计算、大数据等产品越来越普及，大到空调，冰箱，洗衣机，电视机，电风扇等，小到电饭煲，净水器，空气净化器，清扫机器人，烤箱，微波炉，洗碗机[1]等.使用和管理这些电器设备已变得越来越麻烦，特别是不同的厂家遥控器不同，给人们的收藏和使用带来许多烦恼，如何高效简捷地使用它们，解决当前不同功能分散控制所带来的麻烦，将它们整合组合成为一个有机的整体，对它们进行统一的管理和监控，是人们一直期待和追求向往的家居生活，也是物联网家居未来发展的需要.

2 物联网家庭智能云服务应用工作原理

智能家居系统框图如下图1所示.用户通过手机app或者智能语音系统发送回家指令、离家指令、睡眠指令或起床指令到云平台，云平台收到指令并将平台内存储好的相应指令数据通过网络和路由传送给主控芯片MT8516[2]，并且云平台记录使用者的个人用户习惯，并储存在使用者的个人账户信息内.主控芯片收到指令后通过WIFI、蓝牙、红外、ZigBee等方式传送指令给智能摄像头、智能电饭煲、智能热水器、智能空调，智能窗帘，智能锁，智能扫地机器人，声光报警器，智能蓝牙音箱以及其他前端应用从而进行智能化的操作指令控制.前端设备采集用户信息及房间内的信息，传输给智能家居主机MT8516，主机将该信息通过路由和网络自动转移到大数据云平台，云平台集中存储计算判断，再做出合理反馈给用户端，同时也发送指令到智能家居主机，进行智能反馈控制.鉴于此，提出设计具有手机远程控制的云计算物联网功能，而且还具有通过对家庭人员的生活习惯大数据自动研判而自动设定生活场景，让生活更加的便捷化.比如说早晨，系统会依据大数据和家庭生活习惯、结合实际需要启动智能起床模式，背景音乐温馨提醒、将窗帘自动打开、早餐准备等.通过个人的生活习惯自动设定生活场景，让生活更加的便捷化，为消费者提供方便.系统还提供了家庭安全保障功能，让我们的家随时在我们掌控之中.

图1 系统原理图

3 物联网家庭智能云服务应用系统硬件

3.1 主控芯片

MT8516支持四核心64位ARM Cortex-A35，主频达1.3GHz.MT8516内建WIFI 802.11 b/g/n和蓝牙4.0.主控芯片MT8516通过WIFI、蓝牙、红外、ZigBee、总线与前端应用的各类智能电器和智能设备相连接实现智能家居，当用户通过手机或者语音识别系统开启睡眠模式时、主控机会自动开启睡眠模式、接着是家庭灯光系统启动缓降功能，将灯光降到适合睡眠的强度、智能窗帘会自动启动关闭窗帘、大数据会自动采集用户的信息及室内环境温度选择关闭还是开启空调并适当调节温度，背景音乐系统启动开始播放轻音乐以是用户有更好的更加舒适的睡眠体验、安防系统会启动智能无线ZigBee声光报警器及智能报警器开始工作以保证用户的睡眠安全.大数据会根据不同当用户设置起床时间，主控芯片会在早晨预设时间前半`个小时启动智能窗帘，通过自然光给用户早晨起床带来更好的体验，达到预设的时间主控机会控制中央智能音乐背景机，开始播放轻音乐，并开始唤醒用户起床.当用户离家之后主控芯片会控制开启离家模式，智能空调自动关闭、智能安防系统自动启动智能摄像头会通过主控机传送实时画面至用户手机APP、智能无线ZigBee声光报警器、若外界有暴力从外面打开窗户系统会自动报警，然后发送指令到用户手机.当用户回家之前通过手机APP发送一条回家指令，主控系统会启动智能电饭煲开始煮饭，智能空调也随之启动，让用户在回家之前感受到空调带来的凉爽.

MT8516是专门为智能语音业开发的芯片，专门针对解码，降噪，声音处理和多通道协同优化进行了优化.对于需要大量音频处理和声音合成的工作环境，定制芯片整合了独立的NEON处理单元，可加速音频和语音处理，电话和语音合成等等.从而带来更优秀的语音识别及音频处理效果.

图2 MT8516工作流程图

主控芯片连接 ZigBee、红外、蓝牙、Wi-Fi、语音识别串口调试、4G网关，以此发送回家指令、离家指令、睡眠指令或起床指令到云平台，云平台收到指令并将平台内存储好的相应指令数据传送给主控芯片，主控芯片收到信息后通过WIFI、蓝牙、红外、ZigBee等方式传送指令给智能摄像头、智能电饭煲、智能空调，智能窗帘，智能锁，智能扫地机器人，声光报警器，智能蓝牙音箱以及其他前端应用从而进行智能化的操作指令控制.

3.2 WIFI模块

WIFI模块选用KB3071，KB3071超低功耗嵌入式 WIFI模块提供了一种将用户的物理设备连接到WIFI无线网络的方式，KB3071是一体化超低功耗的802.11 b/g/n WIFI的高性能解决方案[3]，传统的低端串行设备或MCU控制设备可以轻松访问WIFI无线网络，以促进物联网网络的联网，控制和管理.无线网关通过串口（USART）将WIFI模块接收到的编码数据传输到STM32内部数据寄存器.并且通过DMA将及时接收编码后的数据，然后通过射频模块发送出去.

3.3 ZigBee节点

传感层由多个ZigBee节点和传感器组成.协调器通过串口将接收到的数据发送给通信网关，通信网关将数据发送给云平台.ZigBee传感器节点根据ZigBee网络协议进行组网后，将传感器数据发送给协调器，并根据与云平台的通信协议协调数据传输到云平台.采用TCP通讯和云平台交互数据，云平台由Lua脚本解析通讯数据和下发命令，节点通过串口发送数据到通讯网关[4].

4 物联网家庭控制系统软件设计和功能

云服务平台选用中国移动OneNET[5]，它是中移动向客户开放的物联网云平台.客户通过该平台的接入协议将相关的前端设备与云平台OneNET链接，设备与云平台之间有关信息双向共享.OneNET平台提供各类协议兼容性强，为物联网的开发和应用提供非常优越的服务，是国内最为先进的系统平台[6].其基本系统框架如图3所示.

图3 云平台功能分层示意图

设备与OneNET接入服务(183.230.40.40:1811)建立TCP连接，发送登录报文，格式如下:

*PID#AuthCode#ParserName*

PID 产品ID,创建产品时OneNET生成的产品唯一性数字标识Auth Code 设备鉴权码，在设备注册时，用户创建设备时指定的唯一字符串标识Parser Name 用户自定义解析脚本的名称,用户上传脚本时指定的唯字符串标识

PID产品ID，OneNET在创建产品时生成的唯一数字ID.验证设备验证码的代码，这是用户在设备注册时创建设备时指定的唯一字符串标识符.传感器数据和命令格式是：传感器上传各组传感器值，传送字节的控制命令，并控制相关设备如图4.

图4 MT8516与云平台软件流程

智能家居软件平台采用的是主账号登录与子账户登录模式，可大大提高家庭的安全性，软件平台搭建回家模式、可随时添加的模式，如家庭模式，唤醒模式，睡眠模式，大数据判断习惯模式等.同时搭建安防系统，也有独创的APP家庭安全预警系统，让整个家掌握在我们的手中.网络传输层使用外部网络通信网关.传感器层设备域数据可以传输到互联网的任何指定服务平台如图5所示.

图5 智能家居软件流程

当用户通过手机或者语音识别系统开启睡眠模式时、主控机会自动开启睡眠模式、接着是家庭灯光系统启动缓降功能，将灯光降到适合睡眠的强度、智能窗帘会自动启动关闭窗帘、空调会自动适应环境温度选择关闭还是开启，背景音乐系统启动开始播放轻音乐以是用户有更好的更加舒适的睡眠体验、安防系统会启动智能无线ZigBee声光报警器及智能报警器开始工作以保证用户的睡眠安全.当用户设置起床时间或者大数据判断用户起床时间后，主控芯片会在早晨预设时间或者判断时间前半个小时启动智能窗帘，通过自然光给用户早晨起床带来更好的体验，达到预设的时间主控机会控制中央智能音乐背景机，开始播放轻音乐，并开始唤醒用户起床.当用户离家之后主控芯片会控制开启离家模式，智能空调自动关闭、智能安防系统自动启动智能摄像头会通过主控机传送实时画面至用户手机APP、智能无线ZigBee声光报警器、若外界有暴力从外面打开窗户系统会自动报警，然后发送指令到用户手机.当用户回家之前通过手机APP发送一条回家指令，主控系统会启动智能电饭煲开始煮饭，智能空调也随之启动，让用户在回家之前感受到空调带来的凉爽，大数据会判断不同用户的生活习惯来提前打开热水器.

5 结语

家居生活走向智能化已成必然趋势.应用云平台智能家居作为蓝海项目，前景无法估量.在探索智能云平台家电市场的过程中，智能家居带来新业务，重新定义了客户体验并刺激拓展了市场需求，其广阔的市场价值将使其能广泛与智慧社区、智慧城市、智慧地球村相结合，并极大改变我们现有的生活方式.希望我们的作品能给人们的生活带来便利和舒适.