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作者：烟台南山学院 邹增晖 于希彬 常思源

指导教师：孙玉梅

　　作品简介

　　照片

　　开发背景

　　当今，各种新技术的综合应用打破了传统的生活方式，人们从以往追求居住空间的宽敞向着重视科技文明方向发展。人们更加渴望将家庭中各种电气设备通过一定的通讯手段连接到一起，使生活更加舒适、方便。而智能家居正好满足了社会的这种需求，它通过网络把各种信息设备和住宅设备有机的连接起来，并通过一定的控制策略协调彼此的工作状态，从而构成舒适安全的信息化居住空间，满足了人们在家庭生活中、工作中、娱乐中和交流中的需要，同时还可以提供安全防护、物业管理的手段。显然，智能家居课题已成为社会研究的热点。

　　结构说明

　　本作品是主要由四个模块共同完成

　　(1) Web服务器模块

　　这是智能家居网络控制系统中的基础构件，负责接收、解析来自Internet的http报文，并参数提供给Web应用，向Web客户端发送http响应报文。

　　(2) 远程浏览控制模块

　　Web远程浏览控制软件是架设在Web服务器之上的Web应用(又称Web服务)。它的功能是接收Web服务器上传的http协议数据，将其转化为智能家居网络的控制报文，建立并维护与智能家居网络的连接，将报文发送给智能家居网，等待接收响应报文。

　　(3) CGI模块

　　CGI全称Common Gateway Interface(公共网关接口)，可以实现从客户端将信息传递给Web服务器，再由Web服务器启动指定的程序完成特定的工作。它为Web服务器提供了一个信息服务的标准接口，通过这个接口，Web服务器能够执行CGI应用程序并将结果(如文字、图形、声音等)回送给客户端浏览器。

　　(4)微控制器模块

　　微控制器模块采用大赛提供的嵌入式开发板，该模块通过总线接收Web 服务器 传递的指令，经过自身处理后控制用电器工作，同时协助个传感器回馈家中实时信息。

　　功能与使用说明

　　用户在远程浏览控制模块上看到灯的当前状态是关闭的，用户在远程浏览控制模块上完成打开的操作，此时标识这盏灯的设备信号和代表打开动作的参数就由网络客户端通过网络发送到网络服务器上，再上传给网络远程浏览控制模块，经过应用逻辑处理，确认参数正确后，调用公共网关接口模块，启动网络服务器的开灯程序，并驱动K10微处理器模块控制灯的打开。同时灯被打开这一信息的参数解析出来，转化成协议参数，下传给网络服务器，网络服务器将这些参数包装到响应报文中，发送到网络客户端，网络客户端以网络页面的形式将操作结果展现在用户面前。此时等以被打开了。同理对空调，淋浴，燃气也可以进行随意操作。

　　平台选型说明

      本队选用嵌入式开发板

　　该平台以以Freescale MK10DN512ZVLL10芯片为控制核心。此系列微控制器基于ARM Cortex-M4内核，采用飞思卡尔90纳米薄膜存储器闪存技术和Flex存储器功能，内含512KBflash存储器及128KB运行内存。能够很好地满足本作品对运行速度和存储器的要求。

　　设计说明

　　原理图

　　设计原理

　　智能家居系统总体结构可分为四个部分：Web服务器模块、远程浏览控制模块、CGI模块、微处理器分散控制单元。通过家居总线接口对各个设备直接控制，同时保证环境信号的采集。每个部分都包含一个或多个设备,各个设备将采样到的相关信息及自身状态通过总线发送给Web服务器,Web服务器根据这些信息及控制策略来决定下次的动作,其命令通过总线发送到各个设备单元,实现控制。Web服务器通过以太网接口，可以和Internet、本地计算机及远端设备进行通讯，从而实现分散、集中和远程控制。

　　设计方案

　　总体方案

　　智能家居网络控制系统以计算机接口技术、微处理器智能控制技术、以太网络技术、Web 服务器技术为基础，将各种家用电器通过网络有机结合为一体。通过专属域名网页进行信息网络传输，使Web 服务器及控制芯片协调工作，实现用户对家中用电器的远程遥控以及家中温湿度、用电器状态信息的回传，为家庭用户提供简单、安全、可靠、智能化的综合服务。

　　模块设计方案

　　(1)Web服务器模块

　　按照设计，我们将家庭网关和总线耦合器集成在Web服务器模块中。Web服务器模块一端联接以太网线，实时接受由用户通过网络发布的网络信息，通过运行特定程序，控制Web 服务器对网络信息进行解码分析，并转化为微处理器能识别的指令信息。然后Web服务器模块将该指令传递给微控制器模块，微控制模块模块随即按照指令动作。

　　同时，安装在家中的传感器实时将各类信息传递给微控制模块，微控制模块将信息传递给Web服务器模块Web服务器模块把该信息打包，并遵循网络协议，并以Web 网页的形式为户呈现家中的实时情况。

　　Web服务器模块依靠其中的总线耦合器和智能家居中的各个同样符合该总线标准的智能设备进行双向通信的。即把设备把检测信号通过总线发至Web服务器，Web服务器同样通过总线发送控制信号至各个设备。

　　(2) 远程浏览控制模块

　　按照设计，该模块将基于一个人机交流界面友好的专属域名Web网页。该Web网页可显示智能家居的的全部工作状态、家中温湿度等参数的信息，同时为用户提供控制智能家居的指令界面，方面用户的全面操控提供保障。

　　通过软件的设计保证该模块能利用通用的Internet协议(如http协议)和数据格式(如xml)来实现对服务的访问。达到Web 服务器的请求者只要遵从Web 服务器接口的定义，即可以基于任何平台、使用任何编程语言发送和接收信息。

　　(3) CGI模块

　　该模块为整个网络提供了标准的公共网络接口。通过软件的编写和硬件电路的设计实现在HTML文档与服务器应用程序之间传递信息

　　当Web 服务器和Web网页之间建立起TCP/IP连接之后，用户通过Web网页向Web 服务器发出一个含有可执行应用程序的http请求，而不仅仅是一个静态HTML文档;Web服务器接收到客户端的请求后，运行指定的应用程序读取与请求相关的信息，从而获取请求中所含的数据;Web服务器将这些数据传递给指定的CGI程序，并运行该程序;CGI程序运行结束，生成HTML页面，再由Web服务器将HTML页面回送给Web网页;最后，由Web网页解释HTML页面，并显示出结果。

　　就是用这样一个简单的程序实现了Web服务器的动态交互功能，在此基础上实现了通过IE等浏览器实时读取本地智能家居控制器所采集的环境参数。

　　(4)微控制器模块

　　按照设计，本模块基于赛会提供的K10系列嵌入式开发板。微控制器模块的一端通过总线于Web 服务器相连，一方面接受来自Web 服务器的解析之后的指令，另一方面将家中个传感器的数据传输到Web服务器中。

　　我们将运用K10强大数据处理能力和高运行速度，使之兼顾指令产生控制用电器和信息回传。

　　作品特色

　　先进性

　　现在市场上的大部分智能家居系统都是通过在智能手机上下载安装基于C/S架构的有客户端来进行远程控制。但是，广大开发人员却要开发更多的平台客户端。

　　互联网Web应用发展迅速为开发者提供了解决方案，鉴于市场上的大部分智能手机都有功能强大的浏览器可用其来浏览Web网页，客户就可以通过专属Web网页这一方法对家庭智能设备进行远程操作，无需繁琐的客户端下载安装过程，对于开发团队也就省去了平台移植的开发成本。因此本作品很具有明显的先进性。

　　实用性

　　智能家居控制器通过配置相应的传感器可以有效监视室内的温度、湿度和亮度，进而控制空调、窗帘和照明系统的运行而提供更加适宜的生活空间。另外通过各类安防传感器，提高了人们及时发现和紧急情况的能力。配备Internet接入功能后更增强了远程监控的能力，增加了住安全感，使人们能够全身心地投入到工作，从而提高生活质量。也可为住宅小区智能化提供了可技术保障，使其实施起来更加容易和简捷。

　　创新性：

　　(1)同为智能家居控制系统，本产品采用的是网络智能控制，而不是已有并且成型的手机GSM模块，只通过短信控制。这就让产品能够传输更多的数据，控制更多的用电器，让用户获取更多的家中信息，工作过程更加稳定。

　　(2)采用功耗低、功能强大的嵌入式微处理器，在嵌入式操作系统平台的支持下，使智能家居成为包括安防、对讲、信息、家电控制、家庭数字影音为一体的智能化家居平台;

　　(3)传输方式逐步走向多网合一，安防、对讲、门禁、逐步走向统一的以太网连接，大大减少对施工和维护的复杂度，提高了传输的可靠性;

系统演示视频：http://v.eepw.com.cn/video/play/id/2780