[编辑注] Home是未来房屋开发的方向，也是“ +”的新兴应用领域之一。在今天建议的文章中，设计了一个基于iOS平台的智能家居系统，使用iOS移动设备作为智能家庭控制终端，使用智能负载控制器作为智能家庭控制网关，并使用.NET平台建立主站点管理软件，从而降低了用户构建智能家居系统的成本。该系统已成功应用于住宅社区。请阅读！

“ +” iOS智能家庭系统设计和实施

，Gui

（武汉大学权力与力学学院）

1个智能家庭系统

随着计算机和互联网的开发，智能家居已经发展并成为物联网的新兴应用领域之一。此外，科学和技术的发展也使智能家居从概念中逐渐成为现实。但是，当前的智能家庭系统主要用于某些高端社区，尚未进入普通家庭。限制智能家居系统的主要因素是现有系统的高建筑成本和高系统复杂性。目前，智能家园迫切需要建立低成本，良好稳定性且方便且易于使用的智能家居解决方案。本文提出了基于iOS智能手机的智能家庭实时管理和控制系统，使用iOS手机作为智能家居控制终端，智能负载控制器作为智能家庭控制网关，并使用.NET平台建立主站点管理软件可以最大程度地降低用户建造智能房屋的成本。只要用户的智能手机可以访问网络，他就可以随时随地查看房屋的实时状态并控制和管理它，从而在任何时间，任何地方，在任何地方都能在线控制家庭电力并减少家庭能源的消费。

其中，Net 运行了核心背景管理程序，该程序负责处理iOS客户端和 Load 发送的连接请求，信息和控制命令。智能负载控制器是基于AC零交叉技术的专利产品。它具有无弧，长寿，低功耗等的特征。它是一个多通道智能负载控制器集成了测量，保护，控制和通信。它可以在线动态同步检测和电力消耗设备和功耗过程的管理。它的通信方法包括WiFi，RS-485，并且在该系统中使用WiFi进行通信。通过iOS客户端软件连接到网络后，用户将用户身份验证信息通过SOAP发送到.NET服务器。获得许可后，可以检查由智能负载控制器收集的电气信息。在判断智能负载控制器是否与智能负载控制器在同一LAN环境中之后，它可以通过.NET服务器转发或直接发布控制命令。

本文研究的基于iOS的智能家居系统主要由三个部分组成：.NET服务器，智能负载控制器和iOS客户端。系统的结构图如图1所示。

图1系统结构图

2软件设计

2.1 NET服务器软件

Net 软件采用的ASP.NET 4.0和WPF 4.0作为基础开发框架，充分利用4.0提供的各种功能（例如WCF，WF，WPF等）确保整个体系结构的稳定性，并确保系统体系结构的未来可扩展性。

NET服务器管理软件主要由数据采集和通信软件以及终端接口软件组成。数据采集​​通信软件监视从智能负载控制器访问的TCP客户端，并通过建立TCP进行通信和控制。终端接口软件提供了Web界面，以允许iOS客户端软件调用相应的Web界面，以实现智能负载控制器的控制和信息采集等功能。服务器管理软件的工作流程图如图2所示。

图2服务器管理软件工作流程图

2.2智能负载控制器软件

智能负载控制器的微控制器使用的78/FC2系列工业级微控制器。该模型是软件实施的主要功能，包括：控制，通信，测量和保护。

控制：在指定的时间控制机械开关的关闭和打开，以实现机械开关的主接触的零越线和电流零交叉弧的打开。

通信：智能负载控制器通过WiFi访问在网络和其他设备之间发送并接收数据，并分析数据，实现各种功能模块之间的通信，并与服务器和控制设备进行通信，并实现遥测，远程控制和其他功能。

测量保护：负载线电压，电流，相位角等的高速采样，计算功率因数和主动功率，并同时检测电压和当前状态，以确定和确定故障电压和电流。确定故障电压和电流后，可以执行快速破裂的保护。实现防空保护，超负荷保护，电压欠压防压保护等。

智能负载控制器软件的工作流程如图3所示。

图3智能负载控制器程序流程图

2.3 iOS客户端软件

iOS客户端软件开发用途 - 开发平台下开发的C语言。 iOS客户端软件允许用户查看，控制和执行多个任务，例如个性化。 iOS客户端软件的设计主要包括以下四个部分：1）基于客户端和.NET服务器之间的肥皂协议的通信； 2）基于客户端和智能负载控制器的通信； 3）电气设备的配置； 4）界面交互的设计。客户端软件的主要工作流程是：启动客户端软件后，输入用户名和密码以通过SOAP协议通过服务器通信进行身份验证。验证成功后，您可以查看当前管理的家用设备信息，并控制设备或输入场景模式。特定的程序流程图如图4所示。

图4 IOS客户端软件流程图

2.3.1通信部分编程

iOS客户端软件通过SOAP协议调用接口与.NET服务器交流并交换数据。当iOS客户端软件想要直接控制智能负载控制器时，它使用“发送命令”直接控制智能负载控制器。

SOAP协议是一种轻巧，简单，基于XML的协议，它使用HTTP作为基础通信协议，RPC作为一致的调用方法，而XML作为数据传输格式。因为它基于HTTP，因此使用SOAP协议进行通信可以越过防火墙，从而使iOS客户端软件和服务器之间的通信更加稳定，更快。在客户端和服务器之间交换数据时，需要根据.NET服务器提供的Web界面根据XML格式化接口参数，然后使用HTTP协议向.NET服务器发出请求并等待响应。

iOS客户端软件和智能负载控制器之间的通信是通过协议实现的，并更好地支持嵌入式系统。 iOS客户端软件和智能负载控制器之间的通信分为两种方式：TCP和UDP。当客户需要搜索LAN环境中的智能负载控制器是否在线或使用智能负载控制器的参数配置来发出命令并等待智能负载控制器和解析数据的反馈时，当客户需要控制搜索的LAN中的智能负载控制器时，它使用TCP模式连接和发送控制控制命令。

iOS客户端软件之间的交流过程是：当用户需要查询个人帐户信息，身份验证和电器的历史数据时，客户选择与.NET服务器和交换数据进行通信；当用户需要查询电器的实时信息并控制电器时，客户首先会扫描是否通过UDP控制的设备。如果它在LAN中，则通过TCP直接连接到设备以进行控制。如果设备不在LAN中，它将与.NET服务器进行通信，并且.NET服务器将连接到智能负载控制器以进行查询和控制，并将信息反馈回iOS客户端。

2.3.2接口设计

考虑到有限的移动设备屏幕尺寸，设计智能家庭iOS客户端软件时，您需要考虑使用易用性和用户使用习惯，使界面样式保持简单而突出，以便未接受专业培训的用户可以迅速熟悉接口和客户端的操作。用户界面如图5所示。

图5 IOS客户端接口图（屏幕截图）

2.3.3性能测试

在完成本文设计的智能家居系统后，通过实验测试了系统的稳定性。使用1个智能负载控制器，5个照明管和iOS智能手机，分别在LAN和3G网络环境中测试了1,000个控制操作。测试结果显示在表1和2中。从实验结果判断，控制率不高于5‰，局部网络中控制的平均延迟值不超过200 ms，并且3G网络下控制的平均延迟值不超过1 s。该系统运行稳定，并且延迟较低。远程监控家用电气设备的预期目标已经实现。

表1系统性能LAN测试表

表2系统性能3G网络测试表

3个系统应用

这个智能的家庭系统已成功应用于武汉大学的新教学和工作社区，并成功地意识到了各种家用电器的“无知的开关”控制。该智能家居系统使用分布式接线方法进行电线设计和计划，并使用改进的最短路径算法来优化接线路径，从而节省了50％的电缆铺设。该系统自2015年2月的平稳实施以来一直运行良好。iOS客户端软件的设计和应用使用户能够摆脱传统智能开关的局限性，使用户无论如何都可以随时控制家庭电力系统，只要它们与网络连接，他们可以通过历史上的电力消费能量消耗能够增强能源的可靠性。

4结论

本文设计的基于iOS的智能家居系统可以有效地监视和控制家用电力。该系统意识到AC零交叉点的投资和断开技术有效地改善了家用电器的使用寿命和安全性。智能负载控制器和.NET服务器之间的连接允许用户使用iOS客户端软件查看当前的家庭用电并实现实时控制，从而实现对家庭用电和信息的透明控制，提高人们的节能意识，并降低家庭能源消耗。

基金项目：中国国家自然科学基金会（）；国家海洋管理局的“海洋可再生能源特别项目”项目（）

文档引用格式： ，Gui 。 “ +” iOS智能家居系统的设计和实现[J]。电视技术，2016，40（5）：26-29.Doi：10./j..2016.05.007。

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