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随着物联网技术的发展,作为物联网的基本构成单元和一种重要应用,智能家居系统成为了人们关注的焦点。面对巨大商机,各个智能家电厂商纷纷推出了自己的面向物联网的智能家电终端设备。但是目前家电厂商推出的家电设备,一种电器对应一种控制协议,不利于家电终端的统一管理与控制,加之时下WiFi设备终端如智能手机,平板电脑等的广泛使用,使我们有了利用目前的智能用户终端设备来集中管理家电终端的需求。
基于上述背景,本文设计实现了一种能够集中管理和控制家电设备终端的智能家居综合网关,用户可以使用WiFi或者以太网络灵活接入网关,实现对家电终端的控制。为了实现网关具备WiFi连接功能,考虑到模块的可重用性及操作简便性,本文首先设计了一款旨在满足网关连接WiFi需求的UART-WIFI模块,模块通过串口与网关通信,满足了用户通过WiFi接入网关的需求,模块还可以用于普通嵌入式设备连接WiFi网络。
为了实现用户对于家电设备的集中管理和控制,本文选取了目前家庭中常见的12种家电终端设备,通过对他们所具备的功能及可控参数等的分析,总结出了家电设备终端控制具有的共性特征,基于此设计了用于集中管理与控制智能家电设备终端的家电终端控制协议,网关通过该协议与家电终端通信,实现了一种协议控制多种家电的目的。同时本文设计了用于用户接入网关的用户接入协议,协议集管理与数据透传为一体,便于实现和操作。
网关实现时选用飞思卡尔i.MX27为核心芯片搭建硬件平台。芯片及模块选型充分考虑到了系统成本,在满足系统功能需求的同时,采用较少的芯片搭建系统硬件平台,降低成本和功耗。软件平台基于嵌入式Linux操作系统,完成系统定制和驱动集成。本文在一般软件架构的基础上加入了业务网关层来实现对用户接口协议和智能家电终端控制协议的转换,提高了网关的实时响应能力和可扩展能力。
测试结果表明,本文设计的智能家居网关能够使用户利用各种终端实现对家电的集中控制与管理,满足了物联网大背景下,用户远程控制和访问家电终端的需求。本文设计的智能家居综合网关运行稳定可靠,扩展方便,提升了网关的通用性,有利于智能家居系统的普及和推广。