DBLY-68 智能家居體驗廳
1. 系統簡介
智能家居體驗廳（SeaIOT-SmartHome）是針對高等院校物聯網工程應用的需求，綜合運用智能傳感器、智能控制器、無線傳感器網絡、嵌入式中間件、移動通信、軟件工程等物聯網技術以及多學科技術的交叉融合，提出的面向實際生活的智能家居整體解決方案。
體驗廳分為大門、玄關、客廳/餐廳、廚房、臥室幾個區域，將智能設備直接融入家居裝修設計中，依托部署在居室內的各種傳感器節點、設備控制節點、智能網關、以及智能終端，實現家居生活環境的智能安全監測、智能安防監測、智能報警、智能情景控制、智能設備控制、遠程視頻監控等功能，覆蓋了家庭安全類、家庭安防類、宜居生活類，為用戶打造一個安全、舒適、智能化的家居生活體驗館。用戶通過家居生活設施的聯動，感受到物聯網技術給日常生活帶來的便利，激發了用戶對物聯網學習的興趣。
智能家居體驗廳實景圖
充分利用各種傳感器測量家居環境參數，結合嵌入式數據庫存儲技術將歷史數據統一保存管理；利用無線傳感器網絡統一管理各個節點；利用自動控制理論實現智能控制與無人值守；智能網關支持Linux或Android系統下的應用開發；利用Android系統實現智能終端；利用Web服務器實現網絡化智能家居監控終端，促使學生了解各種物聯網技術在智能家居現實環境的應用。
智能家居體驗廳拓撲圖
3.1 大門區域的功能
身份識別功能：進門時，通過RFID射頻識別裝置、指紋識別系統或者其他生物識別系統（如人臉識別）系統，辨別來者的身份。如果身份驗證通過，即可打開大門，播放“歡迎回家”的音頻，為勞累一天的人們送去一聲問候。出門時，只需識別系統驗證通過即可打開大門，或手動打開大門。
門禁安防功能：大門安裝有門磁系統，當身份識別未成功，而門磁系統卻檢測到異常，那么系統會立即啟動警笛，向住戶發送警情短信，并向物業。當身份識別成功，門磁系統不會報警。
3.2 玄關區域的功能
玄關區域的功能分為感應式無線照明功能、布撤防功能。
感應式無線照明功能：住戶走進玄關區域，人體傳感器感應到人體，且光線昏暗，系統自動打開玄關處的照明燈。當住戶離開玄關區域，此時人體感應設備感應不到人體，系統自動關閉玄關處的照明燈。
布撤防功能：住戶身份識別成功后，進入玄關處，點擊撤防按鈕，將系統設置為“居家模式”，布防撤銷。當用戶離開家時，點擊布防按鈕，將系統設置為“離家模式”，布防生效。
3.3 客廳區域的功能
感應式照明功能：照明系統根據環境光照度和人體感應狀態，自動控制吊燈的亮度，調整居室的明暗。
感應式窗簾功能：窗簾支持遙控、聯動、定時三種方式。系統根據當前的時間自動打開關閉窗簾，如每到晚上就自動關閉，早上就自動打開。系統可以設置定時，定時時間到窗簾就自動打開或關閉。
室內人體感應功能：客廳頂部安裝的人體感應設備感應到人體后，系統自動開啟照明、打開背景音響，播放背景音樂，打開飲水機自動加熱。
感應式沙發功能：住戶坐在沙發上時，系統自動打開電視、調節音響、切換頻道，調節客廳氛圍。用戶離開沙發時，這些設備仍保持打開狀態，用戶可手動關閉這些設備，或者系統長時間檢測不到人體時，由控制系統自動關閉。
感應式餐廳功能：用戶坐在餐桌椅子上時，系統控制餐廳照明燈打開，播放輕柔的音樂，享受美好的用餐時間。用餐完畢，離開椅子，系統照明燈調暗，關閉音樂。
空調無線控制功能：系統感應到用戶在家時，空調自動打開，根據室內溫度自動調整。
陽臺植物自動監控功能：系統通過土壤溫濕度，日光強弱，實現自動灌溉。
室內監控功能：客廳安裝網絡攝像頭，住戶可以通過智能手機隨時監控居室內的情況。
3.4 臥室區域的功能
情景模式支持看書、休息、起夜、起床模式。
用戶走進臥室，人體感應設備感應到人體后，自動開啟床頭燈，用戶可以坐在床上看書。如果需要休息，可以對床頭的語音識別設備說“關燈睡覺”，系統會自動關閉臥室燈光。起夜時，只需對語音識別設備說“起夜”，臥室的夜燈會緩緩點亮。天亮起床了，只需對語音設備說“起床”，臥室燈光自動打開，十分種后，窗簾自動打開。
3.5 廚房區域的功能
廚房安全監測報警功能：廚房安裝的燃氣探測器、煙霧探測器，一旦監測到燃氣或煙霧濃度超標，系統會自動切斷煤氣閥，啟動警笛，開啟噴淋，給用戶發送報警短信，并給用戶或物業電話。
軟件系統支持C/S架構和B/S架構兩種。C/S架構下主要包括Qt智能家居感知層管理軟件、Android智能家居監控終端軟件、C#智能家居監控終端軟件。
B/S架構下支持基于云服務平臺的Android智能家居感知層管理軟件、基于云服務平臺的Android智能家居監控終端軟件以及Web智能家居監控終端軟件。
基于B/S架構的智能家居軟件系統可實現真正意義上的智能家居遠程監控。
4.1 無線傳感器網絡采集傳輸軟件
主要實現ZigBee網絡的建立、節點的自動入網、節點休眠與喚醒、節點之間數據的透明傳輸、傳感器節點的采樣與傳輸、以及執行節點驅動設備的功能。
提供輕量級安全加密算法LBblock、KASUMI算法、AES算法、ZUC算法、Snow 3G至少五種以上，保證傳感層數據傳輸的可靠性。
4.2 Qt版智能家居感知層管理軟件
基于Qt的智能家居系統軟件主要用來匯聚傳感層的各種傳感器節點，控制節點，并通過嵌入式數據庫，保存所有節點的網絡屬性、傳感器采樣值、控制器狀態等，允許用戶在本地查看智能家居環境參數、安防設備的狀態，以及控制家電設備等。同時它作為服務器，允許客戶端如平板電腦等設備與其建立連接，實現TCP/IP通信。
平板電腦運行基于Android操作系統的智能家居監控軟件。用戶可以在平板上瀏覽家居環境參數、安防設備狀態，遠程控制家用電器（開關控制、紅外遙控）等，并且可以訪問網絡攝像機，實現遠程視頻監控。
4.4 C#智能家居監控終端軟件
系統還支持C#智能家居系統軟件。該軟件不用智能網關，而使用普通PC機，通過串口與ZigBee協調器通信。基于C#的智能家居軟件就是通過串口編程、及時讀取串口緩沖數據實現對傳感層節點的管理的，主要實現家居環境監測、家居安防監測、家電設備控制以及視頻監控等功能。
4.5 基于云服務的Android智能家居管理軟件
與QT版本的智能家居管理軟件功能類似，區別在于該軟件采用B/S架構，使用MQTT即時通信協議實現網關與終端的數據通信，通過WebService數據交換接口將采集傳感器數據、設備狀態寫入到泛太云服務平臺的數據中心。
4.6 基于云服務的Web智能家居監控軟件
該軟件部署在泛太云服務平臺的應用系統中，頁面采用HTML5編程技術，可實現跨平臺；采用MQTT和Websocket技術實現服務端到瀏覽器的全雙工通信，實現服務端到瀏覽器的主動消息推送。包括智能網關管理、實時采集、設備控制、數據展示、關聯設置、報警記錄、以及用戶管理等功能。
4.7 基于云服務的Android智能家居客戶端
該客戶端軟件基于泛太云服務平臺，內嵌輕量級Sqlite數據庫，使用M QTT協議與Android智能家居網關進行M2M數據交互，可隨時隨地獲取傳感器采樣數據和設備控制狀態，可遠程控制設備動作，可遠程編輯關聯策略，讀取報警記錄，視頻監控現場，報警發生時具有語音和震動提醒。
5. 教學資源
系統提供了ZigBee無線傳感器網絡、Linux智能網關QT開發、Android應用開發、C#開發、Web網絡開發、MQTT數據通信、Websocket應用開發等物聯網關鍵技術的實驗案例，讓學生在實驗中逐步領悟物聯網的體系結構，關鍵技術以及實現方式，培養學生動手解決問題的能力，激發學生的創新潛力。
| 名稱 | 實驗 | |
| 一、智能家居系統認知 | 1.1系統架構 1.2 系統組成 | 1.3 功能協議介紹 |
| 二、感知層基礎實驗 | 實驗1 溫濕度采集 實驗2 光線采集 實驗3 燃氣探測 實驗4 煙霧探測 | 實驗5 人體感應探測 實驗6 門磁探測 實驗7 指紋識別檢測 實驗8 三路插排控制 |
| 四、無線組網實驗 | 實驗1 Z-Stack 2007協議棧的安裝 實驗2 TI的GenericApp綁定傳輸 實驗3 ZigBee點對點數據傳輸 實驗4 ZigBee數據包捕獲與分析 實驗5 ZigBee協議棧串口收發基礎 實驗6 ZigBee協議棧NV設備操作實驗7 Z-Stack協議棧流程分析 實驗8廣播通信 | 實驗9組播通信 實驗10樹狀網絡結構建立 實驗11 ZigBee傳感器采集傳輸 實驗12 ZigBee控制器傳輸控制 實驗13 紅外遙控器zigbee轉發 實驗14 315/433遙控器zigbee轉發 實驗15 ZigBee加密傳輸實驗 |
| 五、Qt智能網關實驗 | Qt開發環境搭建實驗 實驗一 Qt HelloWorld實驗 實驗二 Qt下信號和槽實驗 實驗三 Qt下TCP服務器實驗 實驗四 Qt下TCP客戶端實驗 實驗五 Qt下UDP通訊實驗 實驗六 Qt下多線程實驗 實驗七 Qt下數據庫訪問實驗 實驗八 Qt下串口通訊實驗 | 實驗九 Qt下感知類環境數據采集：溫濕度、光線、煙霧、燃氣、門磁； 實驗十 Qt下開關類控制節點實驗：強電控制（燈光、警笛、電磁閥） 實驗11 Qt紅外/315/433類控制節點（電視、空調、音響、窗簾等） 實驗12 MQTT數據通信 實驗13 Webservice調用 |
| Android開發實驗 | 實驗1 Android環境搭建 實驗2 Android終端與Qt網關的TCP/UDP網絡通信 實驗3 Android數據庫開發 | 實驗4 Android智能家居環境監測 實驗5 Android智能家居設備控制 實驗6 MQTT數據通信 實驗7 Webservice調用 |
| 六、C#智能家居監控終端實驗 | Visual Studio 2010開發環境搭建 SQL Server 數據庫開發環境搭建 C#Winform界面設計與使用 C#多線程編程實驗 | C#串口編程 基于TCP的服務器客戶端通信實驗 基于UDP的服務器客戶端通信實驗 |
| 七、嵌入式Web服務器 | 傳感層節點監測與控制程序實驗 CGI采集與控制接口實驗 | HTML編寫實驗 |
| 八、Web頁面開發實驗 | 實驗一 搭建Java web開發環境 實驗二 Eclipse的基本使用 實驗三 DIV + CSS布局實驗 實驗四 HTML5新增內容應用 實驗五 CSS3新特性應用 | 實驗六 JavaScript倒計時 實驗七 JavaScript前端驗證實驗 實驗八 JavaScript事件分析實驗 實驗九 利用Ajax讀取xml文件 實驗十 Ajax異步驗證用戶名實驗 |
7. 成功案例
8. 系統清單
智能家居生活館設備清單
| 序號 | 種類 | 子件名稱 | 數量 |
| 1 | 主控 | Cortex-A9智能網關 | 1 |
| 2 | Android平板電腦 | 1 | |
| 3 | 控制及采集節點 | FT-link無線控制器 | 1 |
| 4 | 空氣溫濕度傳感器 | 1 | |
| 5 | 火焰傳感器 | 1 | |
| 6 | 數字氣壓傳感器 | 1 | |
| 7 | 空氣質量傳感器 | 1 | |
| 8 | 光線傳感器 | 1 | |
| 9 | 語音播報節點 | 1 | |
| 10 | FT-link無線中繼器 | 1 | |
| 11 | 315-ZigBee轉換器 | 1 | |
| 12 | 315M無線人體紅外探測器 | 1 | |
| 13 | 315M無線燃氣探測器 | 1 | |
| 14 | 315M無線煙霧傳感器 | 1 | |
| 15 | 315M無線門磁傳感器 | 1 | |
| 16 | 315M無線2路單火線遙控開關面板(86型) | 1 | |
| 17 | 315M無線遙控插座(86型)(2200W) | 4 | |
| 18 | 315M無線單火線調光面板（86型） | 1 | |
| 19 | 315M無線一鍵緊急按鈕 | 1 | |
| 20 | 433M電動窗簾控制面板（86型） | 1 | |
| 21 | 電動窗簾電機及軌道 | 1 | |
| 22 | 電動門禁鎖 | 1 | |
| 23 | 門禁鎖電源控制器 | 1 | |
| 24 | 門禁出門開關 | 1 | |
| 25 | 指紋識別器 | 1 | |
| 26 | 指紋識別傳感器 | 1 | |
| 27 | 美的電飯煲 | 1 | |
| 28 | 德爾瑪加濕器 | 1 | |
| 29 | 澆花潛水泵 | 1 | |
| 30 | 噴淋潛水泵 | 1 | |
| 31 | 42寸液晶電視 | 1 | |
| 32 | 漫步者音響 | 1 | |
| 33 | 美的空調扇 | 1 | |
| 34 | 掃地機器人 | 1 | |
| 35 | 冰箱 | 1 | |
| 36 | 洗衣機 | 1 | |
| 37 | 熱水器 | 1 | |
| 38 | 智能語音（控制）服務機器人 | 1 | |
| 39 | 130萬高清室內半球云臺攝像頭 | 1 | |
| 40 | 無線路由器 | 1 | |
| 41 | 家居輔助設備 | 沙發+電視柜+櫥柜+木桌+茶幾+澆花等 | 1 |
| 42 | 附件 | DC5V3A直流電源 | 2 |
| 43 | 交叉串口線 | 1 | |
| 44 | 直連網線 | 1 | |
| 45 | Micro USB數據線 | 1 | |
| 46 | 方口USB同步線 | 1 | |
| 47 | CC2530評估板 | 1 | |
| 48 | FT-CC253-Debugger調試器 | 1 | |
| 49 | SD卡讀寫器 | 1 | |
| 50 | 8G TF卡 | 1 | |
| 51 | 四孔插線板 | 4 | |
| 52 | 智能家居生活館使用說明書 | 1 | |
| 53 | 智能家居生活館實驗指導書 | 1 | |
| 54 | 軟件 | ZigBee無線傳感器網絡數據透明傳輸軟件 | 1 |
| 55 | 智能家居管理軟件（智能網關QT） | 1 | |
| 56 | Android的智能家居監控系統軟件 | 1 | |
| 57 | 基于C#智能家居監控系統軟件 | 1 | |
| 58 | 物聯網應用管理平臺軟件V1.0 | 1 |
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