0 引言

    隨著科技的發展，人們對居住條件的要求逐漸提高，傳統的只有居住功能的家居已經不能滿足人們對居住環境的要求，智慧化和數字化是未來家居的發展趨勢。隨著物聯網技術的不斷發展，智能家居成為新的研究熱點和應用領域^[1-2]。近幾年，微信已經被廣泛普及使用，它可以保證用戶的真實性，所以可以將微信與智能家居相結合，通過密鑰進行身份認證，認證通過后用戶便可與智能設備之間進行數據交換^[3-4]。基于此，本文將微信公眾號和CC3200芯片相結合，使用云服務器存儲數據，實現了用戶遠程操控家居設備、獲取家居環境狀態的功能，系統可靠性高、實用性好、控制方便，具有較好的應用前景。

1 系統設計方案

    系統框圖如圖1所示。用戶首先需要接入網絡并且關注云家居公眾號，之后通過密鑰綁定家居控制系統，就可以在公眾號中發送文本、語音消息，或者點擊公眾號中的菜單實現以下功能：遠程控制家居設備，例如臺燈、風扇、空調等；查詢設備狀態，例如獲取臺燈狀態、風扇轉速、空調溫度等；獲取傳感器數據，例如室內溫濕度、天然氣濃度值等。

    系統分為服務器端和客戶端：服務器端為微信服務器和阿里云服務器；客戶端為微信公眾號和CC3200 LaunchPad開發板，這兩個客戶端都可以向服務器提交數據和下載數據。

    微信服務器定義了公眾號菜單，并且把微信客戶端發送的消息以可擴展標記語言(Extensible Markup Language，XML)形式的數據發送到阿里云服務器；阿里云服務器根據指令更新數據庫，同時接收開發板上傳的傳感器數據，將數據存入數據庫。

    當微信公眾號請求數據時，阿里云服務器將響應消息打包成XML數據，并通過微信服務器轉發到微信客戶端；當開發板請求數據時，阿里云服務器將請求的數據通過HTTP協議響應給開發板。

2 系統硬件設計

    系統硬件組成框圖如圖2所示。本系統采用CC3200作為主控芯片，該芯片是TI推出的集成高性能ARM Cortex-M4內核的微控制器，是業界首個具有內置Wi-Fi的MCU^[5-6]。CC3200芯片包括3大子模塊：MCU子模塊內核運行頻率為80 MHz，具有多種外設；Wi-Fi網絡處理器子模塊支持站點STA、接入點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Wi-Fi連接到路由器，進而接入互聯網，然后通過HTTP-GET的方式獲取數據庫中臺燈等設備的狀態，同時將傳感器數據上傳到阿里云服務器^[8]。

3 系統軟件設計

    軟件設計包含3部分：CC3200微控制器程序設計涉及將設備聯網進行數據的上傳和下載、傳感器數據的采集和顯示；微信公眾平臺程序設計包含微信公眾號菜單界面設計；阿里云服務器程序設計包括微信請求接口、CC3200數據交互接口。

3.1 CC3200微控制器程序設計

    CC3200通過Wi-Fi連接到路由器，進而接入互聯網，然后創建HTTP客戶端，連接到HTTP服務器上，上傳傳感器狀態并且獲取最新的控制指令。

    其中，開發板上傳狀態并獲取指令流程圖如圖3所示。首先設置HTTP-GET的請求頭，主機名Host為139.129.9.166，通過sprintf函數設置請求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此URL進行上傳；之后發送HTTP-GET請求到阿里云服務器，服務器接收到請求后定位請求資源，然后將資源響應給開發板。

    開發板收到HTTP響應后先判斷狀態行的狀態代碼是否等于200，若等于200就代表客戶端請求成功，此時先逐行讀取響應頭部，直至到達響應頭部的末尾，然后進行響應正文數據的處理。

    處理響應正文數據過程為：響應正文為“light=off，fan=on，airconditionState=cold，airconditionTemp=26”，以獲取臺燈狀態為例，通過strstr函數尋找“light=”字符串在響應正文中的位置（pcIndxPtr），然后將pcIndxPtr加上“light=”的長度得到臺燈狀態字符串的起始地址，進而得到臺燈狀態并更新。

3.2 阿里云服務器程序設計

3.2.1 微信請求接口設計

    微信服務器把用戶發送的消息（文本、語音、菜單）以XML代碼形式轉發到阿里云服務器，轉發的URL為http://139.129.9.166/WeChat/wechat/index.do，微信請求接口程序流程圖如圖4所示。

    具體過程如下：

    (1)請求經過阿里云服務器的處理后分發到WeChatController.java文件中的index函數，此函數先將XML消息解析成Map，然后獲取消息的類型MsgType：文本、語音、菜單消息分別對應text、voice、event。

    (2)根據消息的類型分別路由到不同的函數進行處理：文本、語音和菜單消息分別對應函數onText、onVoice、onEvent，在這些函數中獲取不同類型數據中的微信消息wxMsg，然后判斷wxMsg中是否存在命令信息，比如開臺燈、風扇狀態等命令，若存在則將其轉換為關鍵字key，例如L_ON、F_STATUS等。

    (3)根據關鍵字調用WxAction類中相應操作函數：若關鍵字為L_ON，則調用函數do_l_on；如果關鍵字為F_STATUS，則調用函數do_f_status。

    上述操作函數分為兩種處理方式：若操作為開臺燈等類別命令時，操作函數首先把命令保存到數據庫，然后把需要回復的文本及對應語音URL打包成XML格式回應給微信服務器；若操作為獲取臺燈狀態等類型命令時，操作函數首先從數據庫里讀取狀態信息，然后打包回應給微信服務器。

3.2.2 CC3200數據交互接口程序設計

    CC3200數據交互接口程序流程圖如圖5所示，具體過程為：CC3200的HTTP-GET請求經阿里云服務器處理后分發到CC3200Controller.uploadAndGet函數進行處理，從請求的URL中取出CC3200上傳的溫濕度和天然氣濃度值，存入MySQL數據庫；之后從數據庫中讀取臺燈等設備的狀態，通過HTTP協議響應給CC3200，從而可以更新設備狀態。

3.3 微信公眾號程序設計

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

    其中，用戶點擊click類型按鈕后，微信服務器會通過消息接口推送消息類型為event的結構給阿里云服務器，并且帶上按鈕中所填寫的key值，比如臺燈狀態等；用戶點擊view類型按鈕后，微信客戶端將會打開在按鈕中填寫的網頁URL，比如本設計中用戶可以通過點擊公眾號右下角的“用戶手冊”查看該公眾號如何使用^[10]。

4 系統測試

    液晶顯示屏上顯示的信息如圖6所示，綁定設備和獲取溫濕度界面如圖7所示，文本控制臺燈和語音控制風扇界面如圖8所示。

5 結論

    本文將微信公眾號和內置Wi-Fi的CC3200芯片加以結合，并利用云服務器存儲數據，設計了一款云家居交互系統，用戶使用微信公眾號即可遠程控制家居設備并獲取家居環境狀態。

    系統優勢在于：(1)數據處理代碼部署在服務器上，系統更新升級只需在服務器上進行，用戶不需要進行軟件更新，體驗性較好；(2)將家居設備聯網，使用戶隨時都可以對家居設備進行控制，實現了智能化；(3)將微信和阿里云服務器巧妙地結合起來，為智能云家居提供了一個良好的范例。

參考文獻

[1] 劉曉彤.嵌入式智能家居遠程監控系統的設計與實現[D].北京：北京交通大學，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.微信公眾平臺搭建、開發與實踐指南[M].北京：中國鐵道出版社，2014.

[4] 朱智星，白鵬飛，羅智杰，等.基于微信公眾平臺的云智能采集系統的設計[J].電子技術應用，2015，41(8)：17-19.

[5] TI.e絡盟供應TI針對物聯網應用的LaunchPad與Booster-Pack開發平臺[J].單片機與嵌入式系統應用，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應用指南——CC3200 CCS基礎篇[M].北京：電子工業出版社，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.微信公眾平臺開發最佳實踐[M].北京：機械工業出版社，2014.

[10] 劉捷.微信公眾平臺企業應用開發實戰[M].北京：電子工業出版社，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 泛網無線通信教育部重點實驗室，北京100876；

2.山東科技大學 電子通信與物理學院，山東 青島266590；

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