0 引言

    隨著科技的發(fā)展，人們對(duì)居住條件的要求逐漸提高，傳統(tǒng)的只有居住功能的家居已經(jīng)不能滿足人們對(duì)居住環(huán)境的要求，智慧化和數(shù)字化是未來(lái)家居的發(fā)展趨勢(shì)。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，智能家居成為新的研究熱點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域^[1-2]。近幾年，微信已經(jīng)被廣泛普及使用，它可以保證用戶的真實(shí)性，所以可以將微信與智能家居相結(jié)合，通過(guò)密鑰進(jìn)行身份認(rèn)證，認(rèn)證通過(guò)后用戶便可與智能設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換^[3-4]?；诖?，本文將微信公眾號(hào)和CC3200芯片相結(jié)合，使用云服務(wù)器存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了用戶遠(yuǎn)程操控家居設(shè)備、獲取家居環(huán)境狀態(tài)的功能，系統(tǒng)可靠性高、實(shí)用性好、控制方便，具有較好的應(yīng)用前景。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

    系統(tǒng)框圖如圖1所示。用戶首先需要接入網(wǎng)絡(luò)并且關(guān)注云家居公眾號(hào)，之后通過(guò)密鑰綁定家居控制系統(tǒng)，就可以在公眾號(hào)中發(fā)送文本、語(yǔ)音消息，或者點(diǎn)擊公眾號(hào)中的菜單實(shí)現(xiàn)以下功能：遠(yuǎn)程控制家居設(shè)備，例如臺(tái)燈、風(fēng)扇、空調(diào)等；查詢?cè)O(shè)備狀態(tài)，例如獲取臺(tái)燈狀態(tài)、風(fēng)扇轉(zhuǎn)速、空調(diào)溫度等；獲取傳感器數(shù)據(jù)，例如室內(nèi)溫濕度、天然氣濃度值等。

    系統(tǒng)分為服務(wù)器端和客戶端：服務(wù)器端為微信服務(wù)器和阿里云服務(wù)器；客戶端為微信公眾號(hào)和CC3200 LaunchPad開發(fā)板，這兩個(gè)客戶端都可以向服務(wù)器提交數(shù)據(jù)和下載數(shù)據(jù)。

    微信服務(wù)器定義了公眾號(hào)菜單，并且把微信客戶端發(fā)送的消息以可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言(Extensible Markup Language，XML)形式的數(shù)據(jù)發(fā)送到阿里云服務(wù)器；阿里云服務(wù)器根據(jù)指令更新數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)接收開發(fā)板上傳的傳感器數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)。

    當(dāng)微信公眾號(hào)請(qǐng)求數(shù)據(jù)時(shí)，阿里云服務(wù)器將響應(yīng)消息打包成XML數(shù)據(jù)，并通過(guò)微信服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)到微信客戶端；當(dāng)開發(fā)板請(qǐng)求數(shù)據(jù)時(shí)，阿里云服務(wù)器將請(qǐng)求的數(shù)據(jù)通過(guò)HTTP協(xié)議響應(yīng)給開發(fā)板。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

    系統(tǒng)硬件組成框圖如圖2所示。本系統(tǒng)采用CC3200作為主控芯片，該芯片是TI推出的集成高性能ARM Cortex-M4內(nèi)核的微控制器，是業(yè)界首個(gè)具有內(nèi)置Wi-Fi的MCU^[5-6]。CC3200芯片包括3大子模塊：MCU子模塊內(nèi)核運(yùn)行頻率為80 MHz，具有多種外設(shè)；Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)處理器子模塊支持站點(diǎn)STA、接入點(diǎn)AP和Wi-Fi Direct模式；電源管理子模塊可以啟用低功耗模式^[7]。

    CC3200通過(guò)Wi-Fi連接到路由器，進(jìn)而接入互聯(lián)網(wǎng)，然后通過(guò)HTTP-GET的方式獲取數(shù)據(jù)庫(kù)中臺(tái)燈等設(shè)備的狀態(tài)，同時(shí)將傳感器數(shù)據(jù)上傳到阿里云服務(wù)器^[8]。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

    軟件設(shè)計(jì)包含3部分：CC3200微控制器程序設(shè)計(jì)涉及將設(shè)備聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的上傳和下載、傳感器數(shù)據(jù)的采集和顯示；微信公眾平臺(tái)程序設(shè)計(jì)包含微信公眾號(hào)菜單界面設(shè)計(jì)；阿里云服務(wù)器程序設(shè)計(jì)包括微信請(qǐng)求接口、CC3200數(shù)據(jù)交互接口。

3.1 CC3200微控制器程序設(shè)計(jì)

    CC3200通過(guò)Wi-Fi連接到路由器，進(jìn)而接入互聯(lián)網(wǎng)，然后創(chuàng)建HTTP客戶端，連接到HTTP服務(wù)器上，上傳傳感器狀態(tài)并且獲取最新的控制指令。

    其中，開發(fā)板上傳狀態(tài)并獲取指令流程圖如圖3所示。首先設(shè)置HTTP-GET的請(qǐng)求頭，主機(jī)名Host為139.129.9.166，通過(guò)sprintf函數(shù)設(shè)置請(qǐng)求URL：sprintf(acSendBuff，"/WeChat/cc3200/upload_and_get.do?sequence=number1&temperature=%.2f&humidity=%d&MQ2Data=%d"，temperature，humidity，MQ2Data)，溫濕度和天然氣濃度通過(guò)此URL進(jìn)行上傳；之后發(fā)送HTTP-GET請(qǐng)求到阿里云服務(wù)器，服務(wù)器接收到請(qǐng)求后定位請(qǐng)求資源，然后將資源響應(yīng)給開發(fā)板。

    開發(fā)板收到HTTP響應(yīng)后先判斷狀態(tài)行的狀態(tài)代碼是否等于200，若等于200就代表客戶端請(qǐng)求成功，此時(shí)先逐行讀取響應(yīng)頭部，直至到達(dá)響應(yīng)頭部的末尾，然后進(jìn)行響應(yīng)正文數(shù)據(jù)的處理。

    處理響應(yīng)正文數(shù)據(jù)過(guò)程為：響應(yīng)正文為“l(fā)ight=off，fan=on，airconditionState=cold，airconditionTemp=26”，以獲取臺(tái)燈狀態(tài)為例，通過(guò)strstr函數(shù)尋找“l(fā)ight=”字符串在響應(yīng)正文中的位置（pcIndxPtr），然后將pcIndxPtr加上“l(fā)ight=”的長(zhǎng)度得到臺(tái)燈狀態(tài)字符串的起始地址，進(jìn)而得到臺(tái)燈狀態(tài)并更新。

3.2 阿里云服務(wù)器程序設(shè)計(jì)

3.2.1 微信請(qǐng)求接口設(shè)計(jì)

    微信服務(wù)器把用戶發(fā)送的消息（文本、語(yǔ)音、菜單）以XML代碼形式轉(zhuǎn)發(fā)到阿里云服務(wù)器，轉(zhuǎn)發(fā)的URL為http://139.129.9.166/WeChat/wechat/index.do，微信請(qǐng)求接口程序流程圖如圖4所示。

    具體過(guò)程如下：

    (1)請(qǐng)求經(jīng)過(guò)阿里云服務(wù)器的處理后分發(fā)到WeChatController.java文件中的index函數(shù)，此函數(shù)先將XML消息解析成Map，然后獲取消息的類型MsgType：文本、語(yǔ)音、菜單消息分別對(duì)應(yīng)text、voice、event。

    (2)根據(jù)消息的類型分別路由到不同的函數(shù)進(jìn)行處理：文本、語(yǔ)音和菜單消息分別對(duì)應(yīng)函數(shù)onText、onVoice、onEvent，在這些函數(shù)中獲取不同類型數(shù)據(jù)中的微信消息wxMsg，然后判斷wxMsg中是否存在命令信息，比如開臺(tái)燈、風(fēng)扇狀態(tài)等命令，若存在則將其轉(zhuǎn)換為關(guān)鍵字key，例如L_ON、F_STATUS等。

    (3)根據(jù)關(guān)鍵字調(diào)用WxAction類中相應(yīng)操作函數(shù)：若關(guān)鍵字為L(zhǎng)_ON，則調(diào)用函數(shù)do_l_on；如果關(guān)鍵字為F_STATUS，則調(diào)用函數(shù)do_f_status。

    上述操作函數(shù)分為兩種處理方式：若操作為開臺(tái)燈等類別命令時(shí)，操作函數(shù)首先把命令保存到數(shù)據(jù)庫(kù)，然后把需要回復(fù)的文本及對(duì)應(yīng)語(yǔ)音URL打包成XML格式回應(yīng)給微信服務(wù)器；若操作為獲取臺(tái)燈狀態(tài)等類型命令時(shí)，操作函數(shù)首先從數(shù)據(jù)庫(kù)里讀取狀態(tài)信息，然后打包回應(yīng)給微信服務(wù)器。

3.2.2 CC3200數(shù)據(jù)交互接口程序設(shè)計(jì)

    CC3200數(shù)據(jù)交互接口程序流程圖如圖5所示，具體過(guò)程為：CC3200的HTTP-GET請(qǐng)求經(jīng)阿里云服務(wù)器處理后分發(fā)到CC3200Controller.uploadAndGet函數(shù)進(jìn)行處理，從請(qǐng)求的URL中取出CC3200上傳的溫濕度和天然氣濃度值，存入MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)；之后從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取臺(tái)燈等設(shè)備的狀態(tài)，通過(guò)HTTP協(xié)議響應(yīng)給CC3200，從而可以更新設(shè)備狀態(tài)。

3.3 微信公眾號(hào)程序設(shè)計(jì)

    微信公眾平臺(tái)上自定義菜單有助于豐富公眾號(hào)的界面，讓用戶更好更快地理解公眾號(hào)的功能。自定義菜單接口可實(shí)現(xiàn)多種類型按鈕，比如click按鈕、view按鈕等^[9]。

    其中，用戶點(diǎn)擊click類型按鈕后，微信服務(wù)器會(huì)通過(guò)消息接口推送消息類型為event的結(jié)構(gòu)給阿里云服務(wù)器，并且?guī)习粹o中所填寫的key值，比如臺(tái)燈狀態(tài)等；用戶點(diǎn)擊view類型按鈕后，微信客戶端將會(huì)打開在按鈕中填寫的網(wǎng)頁(yè)URL，比如本設(shè)計(jì)中用戶可以通過(guò)點(diǎn)擊公眾號(hào)右下角的“用戶手冊(cè)”查看該公眾號(hào)如何使用^[10]。

4 系統(tǒng)測(cè)試

    液晶顯示屏上顯示的信息如圖6所示，綁定設(shè)備和獲取溫濕度界面如圖7所示，文本控制臺(tái)燈和語(yǔ)音控制風(fēng)扇界面如圖8所示。

5 結(jié)論

    本文將微信公眾號(hào)和內(nèi)置Wi-Fi的CC3200芯片加以結(jié)合，并利用云服務(wù)器存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)了一款云家居交互系統(tǒng)，用戶使用微信公眾號(hào)即可遠(yuǎn)程控制家居設(shè)備并獲取家居環(huán)境狀態(tài)。

    系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)在于：(1)數(shù)據(jù)處理代碼部署在服務(wù)器上，系統(tǒng)更新升級(jí)只需在服務(wù)器上進(jìn)行，用戶不需要進(jìn)行軟件更新，體驗(yàn)性較好；(2)將家居設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，使用戶隨時(shí)都可以對(duì)家居設(shè)備進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了智能化；(3)將微信和阿里云服務(wù)器巧妙地結(jié)合起來(lái)，為智能云家居提供了一個(gè)良好的范例。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉曉彤.嵌入式智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].北京：北京交通大學(xué)，2009.

[2] Zhou Xiaoyan，Huang Tinglei，Liu Pin，et al.Research on smart living technology based on WSN[C].International Conference on Intelligent Computing and Integrated Systems.IEEE，2010：938-941.

[3] 戴晟輝.微信公眾平臺(tái)搭建、開發(fā)與實(shí)踐指南[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2014.

[4] 朱智星，白鵬飛，羅智杰，等.基于微信公眾平臺(tái)的云智能采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2015，41(8)：17-19.

[5] TI.e絡(luò)盟供應(yīng)TI針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的LaunchPad與Booster-Pack開發(fā)平臺(tái)[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2014(10)：25.

[6] Feng Chao，Mao Pengyu，Bian Tingting，et al.A medical image transmission system for Wi-Fi based wireless capsule endoscopy[C].International Conference on Computer Science & Education.IEEE，2015：601-605.

[7] 郭書軍.ARM Cortex-M4+Wi-Fi MCU應(yīng)用指南——CC3200 CCS基礎(chǔ)篇[M].北京：電子工業(yè)出版社，2015.

[8] PALLE D V，KANCHI R R.Cloud-based monitoring and measurement of pressure and temperature using CC3200[C].International Conference on Intelligent Systems and Control.IEEE，2017.

[9] 方倍工作室.微信公眾平臺(tái)開發(fā)最佳實(shí)踐[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.

[10] 劉捷.微信公眾平臺(tái)企業(yè)應(yīng)用開發(fā)實(shí)戰(zhàn)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2015.

作者信息:

高世皓1，2，王立華2，朱吉芳3，周松江4

（1.北京郵電大學(xué) 泛網(wǎng)無(wú)線通信教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100876；

2.山東科技大學(xué) 電子通信與物理學(xué)院，山東 青島266590；

3.阿里巴巴集團(tuán)，浙江 杭州311121；4.北京郵電大學(xué) 信息光子學(xué)與光通信研究院，北京100876）