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一种基于物联网技术的智能家居数字网关设计

作者：吴弋旻 钱卫星

来源：《计算机时代》2012年第04期

摘 要： 物联网[1]是指把物品通过射频识别（RFID）装置、传感器、无线数据通信仪器等信息感知、监测、传输设备与互联网结合起来而形成的网络生态体系。文章针对当前国内居民小区的实际特点，实现了一种基于物联网技术的智能家居数字网关系统，它具有低成本、互联性、多平台、自组织、可扩展性等特点。

关键词： 物联网； 射频识别； 智能家居； 安防

中图分类号：TN92 文献标识码：A 文章编号：1006-8228（2012）04-04-02 Design of an intelligent home gateway based on net of things Wuyimin, Qian weixing

（Department of Communication and Electron, Hangzhou Vocational & Technical College, Hangzhou, Zhejiang 310018， China）

Abstract： The Internet of things is a web ecosystem combined by things and internet through RFID, senor, wireless data communication devices. This article aimed at realizing a smart-digital-home gateway system which is based on the technology of Internet of things. It has characteristics such as low cost, mutual connection, multi-platform, self-organizing and scalability. Key words： Internet of things； RFID； intelligent home； security 0 引言

二十世纪80年代开始，能够初步实现监管、控制功能的智能家居系统已经开始得到实际应用。目前，此项技术在韩国普及的程度排在全球前列，美国已经为智能家居系统制定了相应的技术标准，智能家居的基础产品已通过美国FCC或欧盟等行业组织机构的质量安全认证，全球家居智能技术的发展已进入白热化阶段。

基于物联网技术的社区数字智能网关系统，即基于小区的家庭智能家居解决方案，通过小区服务器和小区应用软件把小区内的多个家庭智能网关结合起来，进行集中管理和资源共享，利用先进的计算机技术、嵌入式系统技术、网络通讯技术、家电技术、无线控制技术[2]，将

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家居生活有关的子系统有机地结合，通过统筹管理，不仅可实现小区安防监控，更能将家庭智能控制、信息及消费服务等家居生活有效地结合在一起，让家居生活更加舒适、安全、有效。 1 智能家居数字网关的功能需求

⑴室内主机软件：实现可视门铃、记录查看、系统设置、呼叫管理中心机四个主功能的相关部分；能在小区内实现可视对讲、电话/短信报警；实现视频监控，并能将报警信息从小区的服务器上通过ECP以电话、短信、彩信的形式报警。

⑵单元门口机软件：无GUI，实现可视门铃、呼叫管理中心机、系统设置三个主要功能。 ⑶小区管理中心机软件：实现与单元门口机的音频双向、视频单向对讲；实现与业主室内机的双向音频对讲；实现系统设置的相关功能；实现可视对讲、业主报警记录管理。 ⑷小区服务器软件：搭建SIP服务器；小区服务器软件收到室内主机发过来的报警信息包后能通过串口电话拨号器/GPRS 模块拨打主人电话、发送短信的管理软件；采用ECP软件，以使小区服务器软件能够在收到室内主机发过来的报警消息包后，通过电信的ECP服务平台自动拨打主人电话，发送短信/彩信给主人手机。 2 智能家居数字网关设计 2.1 单元门口机设计

图1 单元门口机硬件需求示意图

单元门口机的硬件采用V512的主板，通过UART/SPI/IIC来连接RFID读卡器，通过MX27的12个GPIO或者IIC扩展的12个GPIO来连接按键。CMOS 摄像头要装有LED灯或红外灯，各单元楼安放以太网交换机，交换出口接入小区局域网，硬件设计框架如图1所示。 2.2 单元门口机软件系统设计

单元门口机的网络设置、密码更新、RFID[3]权限管理通过USB导入。单元门口机读到合法的RFID卡/IC卡的ID或/和密码后自动打开电动门（可用密码/RFID/密码+RFID）,响应“*”按键呼叫小区管理中心机；根据按键输入的物业编号（1803）呼叫业主；接收本单元内室内机或小区中心机呼叫并自动接通，并通过室内机查看状态。 2.3 室内主机/室内分机/管理中心机设计

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室内主机硬件采用V509硬件和模具。通过室内主机可查看单元门口机；查看来访纪录，也可通过USB 接口导出。室内主机内置SD Socket和 CMOS Sensor，315/433M 内置无线模块可连接到业主家庭内的315/433M无线网络，实现室内主机与本小区业主的室内主机的可视对讲，报警。室内主机内置一个USB的WiFi模块，可加入家庭局域网，它能实现家庭局域网上的 IPCAM/室内分机和小区局域网相关设备之间的数据路由。硬件设计框架[4]如图2所示。

图2 室内主机/室内分机/管理中心机硬件设计框架 2.4 室内主机软件系统设计

室内主机主界面（GUI）采用Android 实现（如图3所示）。如果连续5分钟没有任何操作，系统会自动进入屏保模式。屏保模式下，触摸屏或者按键有任何操作，则室内主机返回主界面。在主菜单下点击呼叫按钮图标，系统进入呼叫小区管理中心机状态，用户可与小区管理中心机进行音频对讲或者可视对讲（如图4所示）。

图3 室内机主界面

图4 室内机呼叫界面

门铃在查看状态下，用户可以查看、监听单元门口机，但是单元门口机听不到室内主机的声音，直到按下室内主机对讲按钮，方可开始单向视频、双向音频的对讲；开门按钮，仅在室内主机处于门铃查看状态下或者对讲状态才能被有效操作（打开电控门）；室内主机返回键被按下即从门铃状态下返回，如果此时室内主机处于门铃查看、对讲状态，则自动挂断； 室内主机在门铃查看、对讲状态下，如果单元门口机对其他室内主机发起了新的呼叫请求，则单元门口机会自动挂断与原来室内主机的连接，室内主机则会自动返回主界面；此外，室内主机在门铃查看、对讲状态下，如果连续5分钟无任何触摸屏操作，则室内主机会先以OSD提示信息来告诉用户需要点击一个屏幕，如果用户在10秒内还是没有任何操作，室内主机即自动挂断，返回到主界面的屏保模式。

在主界面下点击室内主机记录查看图标，室内主机即进入记录查看状态。用户可以按照时间逆访纪录和安防报警记录（如图5所示）。

图5 视频查看界面