一种基于SoC和阿里云的智能家居系统设计方案

作者柯鑫1，石红强2，孙光培3(1.华中科技大学，湖北武汉 430000;2.桂林市桂林电子科技大学，广西桂林 541000;3.杭州电子科技大学，浙江杭州 310000)

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　　摘要：本文围绕智能家居的实用性和便捷性展开研究，提出一种基于SoC和阿里云的智能家居系统设计方案。以Cotex-M3内核为基础，定制一款适用于智能家居的SoC;以阿里云为平台，防爆电器网站，设计了配套的Web客户端，可方便地通过终端如电脑、手机、平板等，对家用电器进行远程访问，如开关电灯、开关窗帘、烟雾火灾报警等;另外，开发了语音识别功能，可本地化实现人机间的语音交互，真正解放了人的双手。

　　关键词：Cortex-M3;SoC;阿里云;智能家居;人机交互

　　0 引言

　　随着人工智能的到来，万物互联已成为不可阻挡的发展潮流，智能家居成为物联网的一个重要应用领域。物联网作为全球关注的热点，被认为是继互联网之后最重大的科技创新。物联网通过 ZigBee、RFID、GSM/GPRS、红外感应器等信息传感设备，按照约定的协议在物品与物品之间，物品与互联网之间进行信息传递。基于物联网的智能家居系统，表现为将家居生活有关的各种设备进行组网并与互联网连接在一起，进行实时监控和管理，其包括：智能家居控制管理系统、终端(家居传感器终端、控制器)、家庭网络、外联网络、信息中心等。

　　目前国内的智能家居系统存在着许多问题，如：功能实用性不强、成本高昂、人机交互性差等。针对这些问题，本文提出一种基于SoC和阿里云的智能家居系统设计方案，设计基于Cortex-M3的SoC，并在阿里云服务器上进行了Web客户端软件的设计。最终系统实现了智能家电的远程控制，具有实用性强、成本低和灵活的人机交互等优点。

　　1 系统方案设计

　　整个系统分为两大部分：下位机和上位机。下位机以片上系统为核心，各外设接口均基于AHB-Lite总线结构，接入到片上系统。外设接口有：LED模块、触发检测模块、温度检测模块、电灯与蜂鸣器模块以及步进电机模块。上位机部分：主要由服务器与Web客户端界面两大部分组成。整个客户端运行在阿里云服务器上，客户端与下位机交互的数据存放于MySQL数据库中。Web客户端，可以便捷地通过手机、电脑、平板等，对下位机进行访问。系统整体框图如图1所示。

　　1.1 系统硬件设计

　　系统硬件主要由下位机SoC组成。整个下位机片上系统架构是基于AHB-Lite总线搭建而成的，片上系统主要包括：1) 主设备。即Arm Cortex-M3 DesignStart处理器。2) 地址译码器。用于选择主设备所要访问的从设备。3) 从设备多路复用器。主要用于从多个从设备中所要读取的数据和相应信号。4) 多个从设备。从设备均包含AHB-Lite接口，主设备通过该接口可以访问所有的从设备。此外，系统还包括必要的时钟和复位单元。时钟模块为整个SoC系统提供时钟源;复位模块用于为整个SoC系统提供复位信号。通过各模块的协同配合，实现片上系统的正常有序工作。下位机SoC架构原理示意图如图2所示。

　　1.2 系统软件设计

　　系统软件设计分为下位机SoC驱动程序的设计和Web客户端的设计。其中，下位机SoC驱动程序使用keil开发工具进行开发，实现了对SoC对各传感器的参数采集、处理、发送以及对智能家电的精准控制。具体分为以下几个部分：

　　1)各传感器参数的获取。编写各传感器模块的C驱动程序，使得各传感器能够正常运行。

　　2)数据处理。设计数据通讯包帧格式，按照自定义的规范打包数据，发送至服务器。

　　3)对智能家电的控制。分为两个部分：一是通过语音指令控制智能家电;二是通过解析客户端下传的控制指令，完成对智能家电的控制。下位机软件流程图如图3所示。

　　Web客户端软件主要由通信模块、数据库和Web展示三个部分构成。通信模块通过TCP/IP协议接收以太网模块上传的数据包，该模块采用C#语言编写，用来建立与下位机SoC的通信。数据库采用的是MySql，用来存储网络数据。Web展示为用户提供网页形式的客户端。Web客户端采用J2EE技术、Web开发技术以及网络爬虫技术等实现了该智能家居平台的参数展示和远程控制。使用java语言编写程序获取并过滤网页(中国天气网)数据。通过html和css编写展示界面，前台ajax获取后台数据，最终并在展示界面呈现。该客户端数据的展示全部依靠一个数据中心，电器品牌有哪些，包括下位机SoC上传的数据和网络爬虫获得的数据。在数据中心平台，运行数据接收模块，接收SoC终端上传的数据，对采集数据解包处理后，存储到数据库中，并实现Web监控平台，将数据类型多样监测数据以及监测终端位置信息进行存储并统一管理。Web客户端的软件框图如图4所示。

　　1.3 数据库的设计

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