基于iOS的智能家居安防系統(tǒng)移動端設計

基于iOS平臺的設計與開發(fā)技術，在異構(gòu)網(wǎng)絡中實現(xiàn)一種智能家居報警系統(tǒng)，用以解決智能家居中的安防問題。在該安防系統(tǒng)中，信息采集端由ZigBee無線傳感器節(jié)點(監(jiān)控節(jié)點)以自組織方式構(gòu)成，可采集監(jiān)控區(qū)域的實時信息并將報警信息傳遞給服務器?；趇OS技術開發(fā)的移動客戶端可幫助用戶采取相應的報警處理和操作措施。

一、總體方案設計

總體設計方案如圖1所示，該報警系統(tǒng)主要包括ZigBee數(shù)據(jù)采集端、報警管理服務器端、iOS移動客戶端三個子系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集端通過串口與報警管理服務器端相連接，負責采集家居環(huán)境中的監(jiān)控信息，并根據(jù)硬件智能控制機制采取相應報警操作。iOS移動客戶端負責報警信息的推送以及報警操作的控制，通過WLAN/GPRS網(wǎng)絡與報警管理服務器端相連接。報警管理服務器端負責轉(zhuǎn)發(fā)和處理信息采集端發(fā)送的報警信息，以及響應移動客戶端的操作信息。數(shù)據(jù)采集端和報警管理服務器端僅做簡要介紹，本文將詳細介紹基于iOS的移動客戶端開發(fā)。

二、系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

1、ZigBee數(shù)據(jù)采集端設計與實現(xiàn)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用Zig-Bee無線節(jié)點采集并發(fā)出報警信息，利用人體熱釋電紅外傳感器(HC-SR501人體感應模塊)實時感應人體入侵信息，利用門磁開關模塊(KTMC8)感應門或窗的被動開啟操作。該數(shù)據(jù)采集方案利用了ZigBee自組網(wǎng)無固定基礎設施的優(yōu)勢以及多源傳感器信息融合的特點，能夠保證家庭環(huán)境信息感知的實時性與準確性。

2、報警管理服務器端設計與實現(xiàn)

報警管理服務器采用的是Tomcat8.0服務器。Tomcat8.0服務器是一種免費的開放源代碼的Web應用服務器，運行時占用的系統(tǒng)資源小，擴展性好，適用于小型應用服務端。

3、iOS移動客戶端軟件設計與實現(xiàn)

移動客戶端是基于iOS移動終端進行開發(fā)的，報警信息的發(fā)布可通過文字和圖像等信息承載手段來實現(xiàn)?？紤]到其他不利因素，如終端設備不穩(wěn)定的網(wǎng)絡速度和信息處理的載荷變化等，本文中基于iOS平臺的智能家居報警系統(tǒng)采用文本信息推送的形式發(fā)布報警信息。終端收到推送消息后，提醒用戶可在終端采取相應的報警操作，如開燈、拍照、撥打電話等。

(1)開發(fā)平臺

iOS是由蘋果公司開發(fā)的移動操作系統(tǒng)，主要應用對象為蘋果公司出品的相關移動設備。該操作系統(tǒng)具有簡單易用的界面、強大的功能以及超強的穩(wěn)定性，據(jù)Kantar Worldpanel Com Tech發(fā)布的全球智能手機季度銷售報告顯示，在2015年第二季度國內(nèi)的移動終端設備領域，iOS設備占據(jù)了24.4%的份額，創(chuàng)歷史新高，越來越多的移動端用戶選擇使用iOS設備。與Android平臺相比，應用iOS系統(tǒng)的移動終端設備以視圖優(yōu)先為原則，使用較少的框架，保證了開發(fā)者對硬件最有效的使用。同時，iOS系統(tǒng)具有較高的安全性，所以這類設備的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在良好的用戶體驗和較為安全的使用環(huán)境。iOS移動客戶端的開發(fā)使用的是蘋果公司提供的非開源集成開發(fā)環(huán)境Xcode6.1，編程語言采用的是Objective-C。智能家居報警程序的前期調(diào)試在Xcode模擬器上完成，后期測試與調(diào)試在真機上完成。

(2)軟件主程序架構(gòu)設計

首先進入移動端程序，用戶需要登錄對應賬戶。移動端通過WLAN/GPRS實時接收報警管理服務器端發(fā)送的報警消息，如有報警消息，用戶可根據(jù)不同的報警消息采取相應的報警操作。如果當前報警操作已完成，則再次進入接收推送消息的狀態(tài)。按照上述方式，程序循環(huán)執(zhí)行，圖2給出了軟件主程序流程圖。

(3)主界面設計

如圖3所示，移動終端應用程序主界面包括監(jiān)控區(qū)域、情景設置、監(jiān)控詳情和其它四個功能模塊。

1.監(jiān)控區(qū)域：刪除或添加對指定房間的監(jiān)控;

2.情景設置：對不同的監(jiān)控區(qū)域設置不同的監(jiān)控條件，包括離家、回家和休息三種監(jiān)控狀態(tài)設置。此外，用戶也可以添加其他自定義的報警操作;

3.監(jiān)控詳情：以圖片形式顯示監(jiān)控區(qū)域畫面，用戶基于此監(jiān)控畫面可采取人為報警操作;

4.其它：提供移動端程序的相關信息，如用戶登錄、關于軟件、版本更新等功能。

(4)報警消息推送設計

該移動客戶端使用iOS消息推送機制實現(xiàn)報警消息的推送，該消息推送機制是在應用程序APP、APP服務端(Your Server)與APNS(Apple Push Notification Service)服務器之間完成的。消息推送流程如圖4所示，推送流程功能說明如下：

1.應用程序(APP)通過iOS系統(tǒng)向Apple Push Notification Service(APNS服務器)注冊消息推送服務并申請Device Token(設備標識);

2.APNS服務器將Device Token發(fā)送給APP;

3.APP將Device Token發(fā)送給Your Server(APP服務端);

4.APP服務端向APNS服務器發(fā)送推送消息;

5.APNS服務器將推送消息發(fā)送給APP。移動端報警消息推送提示界面如圖5所示。

(5)用戶報警操作設計

用戶報警操作界面如圖6所示，當移動端設備收到APNS服務器發(fā)送來的推送消息后，用戶根據(jù)推送消息及時采取相關報警操作，如點擊“燈光”按鈕，實現(xiàn)對監(jiān)控區(qū)域燈光的開關控制功能。點擊“拍照”按鈕，實現(xiàn)拍照記錄監(jiān)控區(qū)域的功能。點擊“報警電話”按鈕，實現(xiàn)撥號報警功能。上述操作均在iOS移動客戶端實現(xiàn)，用戶通過操作移動端，經(jīng)過報警管理服務器端將相關操作信息轉(zhuǎn)發(fā)到數(shù)據(jù)采集端，最終數(shù)據(jù)采集端實現(xiàn)相應的操作，達到家庭環(huán)境智能家居安防的目的。

三、系統(tǒng)分析與測試

軟件測試是程序開發(fā)的重要環(huán)節(jié)，同時也是保障應用程序正常運行的關鍵。本文開發(fā)的程序分別在Xcode Simulator(Xcode模擬器)和iOS真機設備兩個平臺進行了測試。包括延時測試和iOS設備兼容性測試兩部分內(nèi)容。

延時測試，包括入侵報警消息推送延時和安防操作延時，此處延時包括硬件延時和軟件延時的總和。由測試統(tǒng)計結(jié)果可知，不同的延時均達到了系統(tǒng)的要求，延時測試結(jié)果如圖7所示。iOS設備的兼容性測試包括該報警系統(tǒng)軟件對當前國內(nèi)iPhone主流機型的兼容性，經(jīng)測試，該移動客戶端能夠兼容目前iPhone主流機型。iOS設備兼容性測試結(jié)果如表1所示。經(jīng)過不斷的測試與改進，智能家居報警系統(tǒng)的延時和設備兼容性均達到設計要求。

結(jié) 語

本文設計的基于iOS平臺的人員入侵報警系統(tǒng)，著眼于智能家居安防的需求，可應用于多種不同的場景，如家庭、倉庫、小型超市、個體商店等。結(jié)合ZigBee節(jié)點的無線組網(wǎng)優(yōu)勢，實現(xiàn)了不同監(jiān)測區(qū)域的靈活布網(wǎng)。面向iOS移動客戶端進行開發(fā)，使持有iOS設備的用戶能夠使用該系統(tǒng)，這將增加智能家居安防系統(tǒng)的目標用戶。因此，該系統(tǒng)的設計，較好的適應了智能家居安防系統(tǒng)的需求，適應了智能家居行業(yè)的發(fā)展方向。未來工作將根據(jù)ZigBee無線網(wǎng)絡的特點，進一步優(yōu)化iOS移動終端的性能，增加更多的監(jiān)控措施，幫助用戶獲得更完美的使用體驗。