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《智能家庭物联网系统》以如何利用手机来实现与家中所有家电实现互联为主要内容，介绍了一套完整的智能家居系统如何设计与实现，对“物物相联”的物联网概念进行了深化并给出了一个真实和实现的实例，很有启发性。 ；
内容简介
《智能家庭物联网系统》以实际开发出来的智能家庭物联网系统为例，全面系统地介绍了智能家庭物联网系统的分层架构，包括家电数据采集与传感控制层、网络传输及云平台数据服务层和远程移动应用管理层。介绍了智能家电控制器的设计、家庭网关的设计、常用网络通信协议、网络云服务及家电信息分析处理方法、移动终端远程管理家电的方法以及各层之间的接口规范。
作者简介
陈志成：1973年生，男，四川渠县人。清华大学计算机科学与技术学科博士后出站，英国访问学者。先后担任北京邮电大学世纪学院计算机系教授、华为技术有限公司高级技术专家。现任中国人工智能学会基础专业委员会常务委员、中国通信学会云计算专家咨询委员会委员、中国信息协会大数据分会理事、中关村大数据产业联盟工业大数据专委会主任、北京格分维科技有限公司总经理。主持或参与多项*、省部级、以及横向课题，发表论文多篇、拥有多项专利和软件著作权。主要研究方向是物联网、云计算、大数据、智能制造、智能家居、智慧医疗等。
黄庆福：1985年生，男，江西赣州人。北京工业大学硕士毕业，先后在多家科技公司担任高级技术专家，主要研究方向为机械自动化、物联网、智能家居，发表论文多篇。现工作于安徽云盾信息技术有限公司杭州分公司，从事于密码学的信息安全产品研发工作。
吕建军：1973年生，男，山西人。四川大学计算机学院博士毕业，高级技术专家，负责计算机网络与信息系统相关技术和产品的设计与研发，主要研究方向为通信协议、物联网技术，主持和参与多项项目，发表论文多篇。
目录
前言
作者简介
第1章绪论
1.1信息技术日新月异
1.1.1信息网络化
1.1.2网络智能化
1.1.3因特网发展
1.2物联网发展及应用
1.2.1国外物联网发展现状
1.2.2国内物联网发展现状
1.2.3物联网主要应用领域
1.3智能家庭发展情况
1.3.1智能家庭研究背景
1.3.2智能家庭研究现状
1.3.3智能家庭发展趋势
1.4研究目的与内容
1.4.1研究目的与意义
1.4.2本书主要研究内容
1.4.3解决的关键问题
1.5本章小结
第2章物联网系统架构与技术
2.1什么是物联网
2.1.1物联网的概念
2.1.2物联网属性特征
2.2物联网三层架构
2.2.1感知层
2.2.2网络层
2.2.3应用层
2.3信息处理流程
2.3.1数据采集
2.3.2信息加密解密
2.3.3信息传输
2.3.4信息处理
2.3.5工作流程
2.4物联网关键技术
2.4.1传感器感知技术
2.4.2智能通信网关技术
2.4.3短距离通信技术
2.4.4长距离通信技术
2.4.5可穿戴式技术
2.4.6实时定位技术
2.4.7云计算与大数据技术
2.5本章小结
第3章智能家庭物联网系统设计
3.1智能家庭整体网络系统设计
3.1.1IHNS整体系统架构
3.1.2IHNS分层系统架构
3.2IHNS远程家电管理实现
3.2.1家电管控系统实现方案
3.2.2远程管理设备方法
3.2.3集中控制器系统设计方案
3.3智能家庭网络系统技术方案
3.3.1IHNS技术路线图
3.3.2IHNS关键技术创新
3.4本章小结
第4章IHNS家电数据采集系统
4.1家电数据采集方案设计
4.1.1家电数据采集总体设计
4.1.2智能插座方案设计
4.1.3路由转换器方案设计
4.1.4红外解码方案设计
4.1.5上位机软件方案设计
4.2智能家庭插座设计
4.2.1设计与实现目标
4.2.2智能插座电源设计
4.2.3智能插座电路设计
4.2.4智能插座软件设计
4.3智能家庭网关设计
4.3.1设计与实现目标
4.3.2智能网关电源设计
4.3.3智能网关电路设计
4.3.4智能网关软件设计
4.4Modbus通信与中继设计
4.4.1Modbus通信格式
4.4.2智能管理系统地址设置
4.4.3相对Modbus的优化协议
4.4.4网络拓扑结构
4.4.5通信机制及流程
4.4.6智能家庭管理系统中继器
4.5红外通信编码与解码
4.5.1红外通信介绍
4.5.2红外通信编码
4.5.3红外通信解码
4.5.4红外通信电路设计
4.5.5上位机软件设计
4.6WiFi模组控制器方案设计
4.6.1RT5350.WiFi模组外设介绍
4.6.2基于RT5350.WiFi模组的电路设计
4.6.3基于openWrt的软件配置
4.7本章小结
第5章IHNS网络服务云平台
5.1智能家庭服务云平台设计
5.1.1平台总体组成概况
5.1.2后台管理主要模块
5.2云平台数据库设计
5.2.1家电设备数据库
5.2.2信息处理数据库
5.2.3网络服务数据库
5.3分布式大数据技术
5.3.1构建Hadoop分布式系统
5.3.2基于MapReduce并行计算
5.3.3基于决策支持系统分析
5.4本章小结
第6章IHNS远程网络管理系统
6.1远程家电网站环境
6.1.1软件开发与运行环境
6.1.2硬件推荐配置环境
6.2家电管理网站功能设计
6.2.1网站总体功能模块设计
6.2.2远程管控家电流程
6.3管理网站功能操作
6.3.1网站首页
6.3.2用户注册登录
6.3.3产品购买
6.3.4管理用户
6.3.5预置电器管理
6.3.6设备管理
6.3.7用电数据分析
6.3.8新闻公告维护
6.4本章小结
第7章IHNS移动终端应用系统
7.1移动终端应用开发
7.1.1移动应用开发环境
7.1.2移动终端类型要求
7.2移动应用功能设计
7.2.1系统主要功能设计
7.2.2注册登录模块设计
7.2.3家电设备管理设计
7.2.4家电设备控制操作
7.2.5用电统计分析模块
7.2.6手机新闻订阅
7.3IHNS移动应用实例
7.3.1手机新闻首页
7.3.2注册登录模块
7.3.3用户信息维护
7.3.4家电设备管控
7.3.5用电分析统计
7.4本章小结
第8章IHNS的API设计
8.1接口规范设计概述
8.1.1为什么要设计接口
8.1.2IHNS接口设计分类
8.2数据采集及控制端接口
8.2.1主要数据结构定义
8.2.2控制器控制命令接口
8.3数据处理及网络服务端接口
8.3.1数据库访问接口
8.3.2网络服务接口
8.4手机客户端接口
8.4.1电视机控制类接口
8.4.2手机操作设备类接口
8.4.3遥控摄像头类接口
8.5本章小结
第9章智能家庭新技术
9.1智能家庭新趋势
9.1.1硬件模块化
9.1.2软件通用兼容化
9.1.3云服务与大数据
9.1.4人工智能
9.1.5信息安全
9.2智能家庭通信技术
9.2.1更宽更快的频带使用
9.2.2通信路由
9.2.3低功耗技术
9.3家庭机器人
9.3.1智能家庭机器人概念
9.3.2机器人保姆
9.4智能家庭综合控制系统
9.4.1智能控制
9.4.2智能安防
9.4.3智能终端
9.4.4智能家政服务
9.4.5智能监护医疗
9.4.6智能家庭O2O
9.4.7新概念智能家庭
9.5本章小结
第10章总结与应用
10.1研究工作总结
10.2研究应用路标
参考文献
前沿
物联网和云计算技术正在引领第四次信息技术变革，并正在使智慧地球、智慧城市、智能家庭“由概念变为现实”。本书基于作者近年来承担的多个物联网与智能家庭相关的科研项目，结合实际应用，全面系统地阐述了智能家庭物联网系统的总体架构、系统设计、关键技术以及具体实现。
《智能家庭物联网系统》一书的内容自2008年开始研究与开发，主要包含如下方面。
1.系统架构方面设计了基于物联网的智能家庭整体端到端解决方案。
重点研究了基于物联网架构的智能家庭网络系统，设计了智能家庭的三层架构：
1)家电数据采集与传感控制层；
2)网络传输及数据服务平台层；
3)远程移动应用管理层。
基于三层架构，分别研究开发了相应的硬件及软件。
2.硬件开发方面设计并研发了智能家电控制器。
开发出了两个关键硬件设备：
1)家电控制终端（智能插座）。该插座主要包含三个方面的功能：继电器开关控制功能、室内短距离无线通信功能、红外遥控通信功能(用于远程遥控诸如电视频道、空调温度等参数)；
2)家庭统一通信网关，实现与各个智能插座之间的室内通信连接，然后上报到网络服务器，能够稳定有效地进行通信。
3.网络平台方面建立了家电数据传输及网络信息服务平台，主要包含：
1)实现了把家庭用户的数据上传到统一的网络平台进行保存，便于远程查询和控制的功能；
2)在一定程度上，实现了对若干家电信息进行数据分析(挖掘)的功能，能够统计分析各个家电设备在各个时段的用电量，用于节能提示等。
4.移动应用方面开发了基于手机的远程家电管理系统。
由于移动应用的便捷性，项目基于Android系统智能手机开发了远程家电管理APP，实现了：
1)对家电信息(设备增加删除管理、开关状态、频道信息、用电情况等)的查询、控制；
2)定期对节能情况进行提醒，便于用户合理使用家电。
5.接口标准方面设计了家电终端、网络平台、手机应用方面的API。依据物联网的三层架构，从三个方面拟定了家电信息采集与控制接口、网络服务平台接口、移动应用开发接口。为该领域的应用开发人员提供了重要的参考设计。
6.关键技术方面突破了家电领域“通用性”和“精细化”的控制技术。在以往的远程家电控制系统中，只能控制“开关”，并不能真正地远程控制电视机的具体频道、空调的具体温度、电饭煲的具体时间等参数（除非预先在家设定好这些参数，远程控制电源打开后，家电设备自行工作在相应的频道和温度之下）。而本项目研发的“家电终端设备(智能插座)”不仅仅具备电源开关、无线通信功能，更为重要的是，在设计中加入了通用全向红外设备，在综合分析了当前多种家电设备的基础上，研发了支持当前绝大多数红外协议的“编解码模块”，由于家用电器的插头都必须插在电源上，无论何种新生产的家电，还是老旧的不能上网的家电，只要插头插在“智能插座”上，就具备了远程开关、精细化的参数控制管理功能。
7.知识产权与人才培养方面发表了相关论文，培养了多名高校研究生。作者自2008年开始进行智能家居领域的研究，指导多名高校研究生参与项目的研究与开发并顺利毕业，先后发表了10余篇论文、申请多项软件著作权。
《智能家庭物联网系统》由毛明毅负责主要内容的撰写与统稿，也是支持本书研究的基金项目和横向课题的项目负责人。陈志成是本书内容的方案研究者、关键技术指导者，也是基金项目和横向课题的联合承担者，并且参与了部分章节内容的撰写工作。黄庆福、吕建军参与部分章节内容的研究开发和撰写工作。在此也感谢曾为本书的前期研究开发做出贡献的同学、同事和朋友，他们是谭少辉、蒋元恒、余聪敏、高崝、于璐琪。作者在从事本书相关的研究与开发工作中，得到了多位领导、同事、专家、教授的指导和帮助，他们主要是西北工业大学(原中国人工智能学会副理事长)何华灿教授、李冬梅、刘艳峰、钟刚等，在此一并表示衷心感谢。
《智能家庭物联网系统》的内容研究先后得到了企业横向合作课题(名称：基于物联网的智能家电管理系统，2010～2012年)、北京市自然科学基金项目(名称：基于物联网的智能家庭架构设计及其应用系统研究，编号：4123095，2012～2013年)的资助。
《智能家庭物联网系统》的出版得到了北京工商大学学术专著出版项目资助(名称：智能家庭物联网系统，编号：1401)，在此对北京工商大学各级领导的关心、支持和帮助表示感谢，得到了机械工业出版社的热情支持，尤其是编辑老师对本书认真仔细的工作，特此表示感谢！
随着网络信息技术的快速发展，物联网技术正在向各个领域普及应用，智能家居将是一个具有很大技术空间和市场空间的领域。本书主要内容是作者负责的科研项目总结，同时也吸收了国内外学术界和工程技术界的一些研究成果，其相关知识产权属于原作者，在此一并致以衷心感谢。由于作者技术水平和研究需求有限，书中难免存在不足之处，恳请专家、读者批评指正。
作者2015年6月
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