南宫NG28官网：智能家居系统的开源尝试

本文摘要：随着智能音箱的热销，各种各样的智能家庭解决方案也如雨后春笋，但大多数都必须专业人员和娴熟工作人员来加装／部署这些解决方案。

随着智能音箱的热销，各种各样的智能家庭解决方案也如雨后春笋，但大多数都必须专业人员和娴熟工作人员来加装／部署这些解决方案。此外，这些解决方案大多无法成功带入有数的家庭环境（所谓的后装市场）。为了调和消费者和专家之间的差距，并容许在不该建筑物展开实际改动的情况下带入任何现有的家庭环境，必须一个具备无缝构建潜力的模块化智能家居方案。

本文的尝试是用于开源软件和硬件，使研发需要在现有的开源社区内之后展开。基于模块化设计和灵活性，这种系统可以在没专业技能或环境转变的情况下加装和配备。

非常简单定义一下，智能家居系统是电子设备的构建（还包括驱动非电子装置，例如百叶窗）并通过智能系统或用户通过蓝牙或Wi－Fi等通信媒介对家庭环境展开监测和掌控，并由计算机展开协商工作。在这种互相关联的环境中，任务可以显得更为直观和有效地。家庭网络处置所有的通信，用户可以通过个人电脑、智能手机或平板电脑在家中或远程地点通过互联网采访该系统。

信息技术与家庭环境的融合使得系统和设备需要在便利、能源效率和安全性方面发挥作用。因此，智能家居的整体架构还包括与家庭网络、用户和行业服务提供商连接的家庭设备。

现有的智能家居系统是一种类似的设计，以适应环境特定的消费者家庭环境和市场需求。这些系统在设计上很简单，过于灵活性，无法符合习惯拒绝，而且往往映射家庭的物理结构。

它们也很贵，妨碍了普通消费者的使用，并容许了重新配置和不断扩大的可能性，以符合消费者大大变化的市场需求。此外，开源软件被回避开外也妨碍了智能家居系统的发展和拓展。为了解决问题这些问题，这里明确提出了一种基于无缝构建、开源软件、可重构和可拓展的智能家居系统。

为了作为一个可以之后展开研究的平台，它应当最大限度地利用开放源码的硬件和软件，还应当容许传感器和执行器的多种配备，并且更容易改动，从而构成模块化设计。这将使第三方社区和每一个客户需要重新配置系统，使之合乎每个独有家庭的拒绝。根据这些考虑到，可以尝试在树莓为首2代开发板上运营。许多有所不同的操作系统可以被读取到树莓为首2代上，其中还包括Linux和Android，这两个系统都是开源操作系统。

系统的其余部分是环绕个树莓为首2代设计的，它用于了模块化的主／从系统设计。主节点和所有从节点通过家庭Wi－Fi路由器相连和通信。用户可以通过wifi在本地采访该系统，或者通过互联网展开远程访问。

在这里，某些环境传感器和电子执行器与每个从节点保含在一起。用户界面是作为本地托管地的网络服务器研发的，或者时加装在智能手机上的某些应用程序，使得系统可以在完全所有装有浏览器的设备中展开掌控。开源尝试分成以下几个方面：系统架构系统网络系统硬件和软件硬件和用户模块系统架构系统架构只用于两种类型的模块：主管引擎（SE）和掌控引擎（CE），这两种模块通过通信网络相互连接。系统架构如图3右图，该系统具备分布式的特性，并且是在两个层次的的组织结构中。

SE是上层模块，它们基本上继续执行监督任务。CE是通过输出和输出设备与物理世界对话的底层模块。系统网络架构的一个关键要素是相连各种系统模块的通信网络。

这个网络是至关重要的，因为它可能会影响系统的几个特性，例如性能、灵活性和成本。这里用于MQTT，一个m2m／IoT的相连协议。我们期望网络需要非常简单地构建在CE上的构建，而不必须加到任何特定的硬件或大大增加这些模块的处置和内存市场需求。

如果没这种注目，它们的成本就不会大幅度减少，整个系统也不会再次发生某种程度的情况，因为CE数量很多。系统硬件和软件CE非常简单，每个都继续执行一个专门的任务（灯光掌控，数字输出／输入，红外遥控等）。基本上，他们是具有基本的微控制器（PIC）和I／O的硬件。

这与之前的原型构成了鲜明对比，在这个版本中，所有的智能都是在SE中创建一起的，而CE只不过是I／O涉及硬件。这节省了微控制器，但在SE中的软件非常复杂（因为有几个任务是动态的，因此回避了操作系统内核的用于，并被迫任务调度通过严苛的中断时间来已完成）。这个新的结果通过将软件的基本功能从SE解法耦到CE中，使软件开发显得比较非常简单。

SE享有一个更加简单更加强劲的控制器（80x86，ARM相容微处理器）。它们的功能是构建系统的智能，正如在PC界面中编程的那样，这里用于树莓为首作为SE，它是一个小巧而且价格实惠的计算机，其特点是在芯片上的Broadcom系统（SOC）中还包括了一个ARM－compatible的CPU。对于CE来说，可以用于ESP8266，这是一个低成本的Wi－Fi芯片，具备原始的TCP／IP堆栈和微控制器功能，可以通过输出和输出设备来掌控与物理世界对话的底层模块。

此外，一个专门的开源Arduino软件IDE使得撰写代码并上传遍CE不会很更容易。它运营在Windows、MacOSx和Linux上。环境是用Java撰写的，基于Processing和其他开源软件。

硬件和用户模块这里所尝试的系统硬件还包括了具备Wi－Fi功能的树莓为首2代和ESP8266、相连到数字输入以供转换的继电器和一部需要用于Wi－Fi的电话。这些硬件更容易用于和构建，并且也很更容易取得。这个系统用于一个树莓为首2代作为一个专门建构的主节点，以及专门建构的从节点与家中的电器统合。

树莓为首2代作为数据库、模块和web服务器。它掌控着从节点。

每个从节点相连到一个或多个类似于类型的设备，并将根据主节点的命令对这些设备展开掌控。主从之间的通信是无线通信。

由于网络中的设备、传感器和执行器种类多样，家庭自动化基础设施一般来说非常简单。在用户和系统之间设计一个界面的挑战之一是如何使用户需要很更容易地将其家庭中的物理设备与用户界面中的限于元素联系一起。智能手机的兴起为思维如何与互联网对话首创了一个新的移动先例，但是专门设计的物联网用户界面可以为用户获取最差的体验。

小结本文尝试的系统具备灵活性，有可能统合所有家用设备。基于开源软件和模块化设计，这种设计需要无缝地构建到任何家庭环境中。然而，这个解决方案中依然有许多领域必须评估，比如安全性，更好的相连选项，极具可扩展性，对CE模块的电源管理，稳定性，以及一个自适应的用户界面等等。

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