基于物联网云平台的空调远程控制系统

２０１７年１月　第３８卷第１期　计算机工程与设计　ＣＯＭＰＵＴＥＲ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　ＡＮＤ　ＤＥＳＩＧＮ　Ｊａｎ．２０１７　Ｖｏ１．３８　Ｎｏ．１　

基于物联网云平台的空调远程控制系统　

赵宏林，廉小亲＋，郝宝智，罗　旭，龚永罡　

（北京工商大学计算机与信息工程学院食品安全大数据技术北京市重点实验室，北京１００Ｏ４８）　

摘要：为实现空调远程控制，提出一种基于Ａｙｌａ云平台的物联网解决方案，给出Ａｙｌａ模组接入传统空调控制器的设计　

过程，制定其与空调控制器间的串口通信协议。基于ＩＯＳ平台设计采用ＭＶＣ框架和异步ｓｏｃｋｅｔ技术的ＡＰＰ。测试结果表　

明，该系统实现了用户通过手机ＡＰＰ对空调的远程控制及工作状态查询，满足了用户对智能家居实时性、准确性及可靠性　

方面的要求。该设计方案已成功应用于智能家电等多个领域。　关键词：物联网；云平台；空调；智能家居；远程控制　

中图法分类号：ＴＰ３９９　文献标识号：Ａ　文章编号：１０００—７０２４（２０１７）０１—０２６５—０６　

ｄｏｉ：１０．１６２０８／ｊ．ｉｓｓｎｌ０００—７０２４．２０１７．０１．０４９　

Ｒｅｍｏｔｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ａｉｒ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　

ｉｎｔｅｒｎｅｔ　ｏｆ　ｔｈｉｎｇｓ　ｃｌｏｕｄ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　

ＺＨＡＯ　Ｈｏｎｇ－ｌｉｎ，ＬＩＡＮ　Ｘｉａｏ—ｑｉｎ＋，ＨＡＯ　Ｂａｏ—ｚｈｉ，ＬＵＯ　Ｘｕ，ＧＯＮＧ　Ｙｏｎｇ－ｇａｎｇ　

（Ｂｅｉｊｉｎｇ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｂｉｇ　Ｄａｔａ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｆｏｒ　Ｆｏｏｄ　Ｓａｆｅｔｙ，Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ａｎｄ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，　Ｂｅｉｊｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｂｕｓｉｎｅｓｓ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００４８，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ　ｒｅａｌｉｚｅ　ｔｈｅ　ｒｅｍｏｔｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｆｏｒ　ａｉｒ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｅｒ，ａ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｉｎｔｅｒｎｅｔ　ｏｆ　ｔｈｉｎｇｓ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ａｙｌａ　ｃｌｏｕｄ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　ｗａｓ　ｐｒｏ—　ｐｏｓｅｄ，ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　Ａｙｌａ　ｍｏｄｕｌｅ　ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ　ｔｏ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ａｉｒ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ｗａｓ　ｇｉｖｅｎ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｅｒｉａｌ　ｃｏｍｍｕｎｉ—　

ｃａｔｉｏｎ　ｐｒｏｔｏｃｏｌ　ｗｉｔｈ　ａｉｒ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ｗａｓ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｔｈｅ　ＡＰＰ　ｕｓｉｎｇ　ＭＶＣ　ｆｒａｍｅｗｏｒｋ　ａｎｄ　ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　ｓｏｃｋｅｔ　ｔｅｃｈ—　ｎｏｌｏｇｙ　ｂａｓｅｄ　Ｏｎ　ＩＯＳ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　ｗａｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｅｓｔ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｃａｎ　ａｃｈｉｅｖｅ　ｔｈｅ　ｍｏｂｉｌｅ　ｐｈｏｎｅ　ＡＰＰ　ｒｅｍｏｔｅ　ｃｏｎｔｒｏ１　ａｎｄ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｓｔａｔｕｓ　ｃｈｅｃｋｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｉｒ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　ｕｓｅｒｓ　ｔｏ　ｍｅｅｔ　ｔｈｅ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ，ａｃｃｕｒａｃｙ　ａｎｄ　ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　

ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｈｏｍｅ．Ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｉｎ　ｍａｎｙ　ｆｉｅｌｄｓ，ｓｕｃｈ　ａｓ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｈｏｍｅ　ａｐｐｌｉａｎｃｅｓ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｉｎｔｅｒｎｅｔ　ｏｆ　ｔｈｉｎｇｓ；ｃｌｏｕｄ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　ａｉｒ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｅｒ；ｓｍａｒｔ　ｈｏｍｅ；ｒｅｍｏｔｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　

Ｏ引　言　

目前，物联网＿１］方案中平台耦合度高和扩展性差导致　

了物联网应用的碎片化、开发门槛高、开发周期长的　现状［　。　

近两年来，一种基于Ａｙｌａ云平台的物联网应用解决方　案，使得电器厂商可以方便的将自己的产品接入互联网。　

结合Ａｙｌａ物联网平台的开发优势，本文提出了利用Ａｙｌａ　

模组与空调主控板连接，同时模组通过ＷｉＦｉ将空调连接到　云平台模式。手机客户端可以通过互联网连接到Ａｙｌａ云平　

台对其模组进行交互控制，进而对空调主控板的控制。电　器厂商只需将Ａｙｌａ模组集成到产品中，对产品其余的部分　并不需要过多改动ｌ＿３］，使得开发门槛降低了，并缩短了开　

发周期。本文重点对Ａｙｌａ模组如何接入空调及ＡＰＰ设计　

做了研究。　

１系统硬件组成　

Ａｙｌａ公司为了将物联网开发变得更加快捷，推出适用　

收稿日期：２０１５—１２—１１；修订日期：２０１６—０１—１２　基金项目：北京市自然科学基金项目（４１３２００５）；北京市属高等学校科学技术与研究生教育创新工程建设基金项目（ＰＸＭ２０１４—０１４２１３—　００００４３）　作者简介：赵宏林（１９９４一），男，山西朔州人，硕士，ＣＣＦ会员，研究方向为物联网ＡＰＰ设计；十通讯作者：廉小亲（１９６７一），女，　河南焦作人，博士，教授，研究方向为计算机测控技术；郝宝智（１９９１一），男，河北石家庄人，硕士，研究方向为测控网络技术与系统；　罗旭（１９８８一），男，北京人，硕士，研究方向为计算机测控技术；龚永罡（１９７３一），男，河南洛阳人，博士，副教授，研究方向为计算机　应用。Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉ

ａｎｘｑ＠２６３．ｎｅｔ　・　２６６　・　计算机工程与设计　２０１７正　

于多种设备开发的Ａｙｌａ模组＿３］。本项研究就是将Ａｙｌａ模　

组与传统空调相组合，再利用云平台服务，能够轻松实现　

移动客户端对已注册联网设备进行远程智能化控制及　

管理　。　Ａｙｌａ模组主要由数据传输单元、数据处理单元、电源　

管理３部分构成。从图１系统整体结构框架中可以看出，　

Ａｙｌａ模组是连接传统设备、云平台和移动客户端桥梁。　

温度设置　

开关机　

预约设置　

模式设定　空　调　主　控　板　萋　

局　域　网　

图１　系统整体结构框架　移动客户端　广　域　网　

Ａｙｌａ模组的工作原理：首先电源管理芯片为模组各部　

分提供稳定的３．３伏直流电压，使整个模组正常工作；其　

次数据传输和数据处理单元来完成空调、移动客户端、云　平台三者之间数据的传输和处理。具体来说，如图１所示　

模组中数据处理单元通过ＵＡＲＴ方式与空调主控板相连　接，对接收到的数据进行处理，并且及时将处理后的有效　

数据通过ＳＰＩ总线发送给空调或者数据传输单元；数据传　

输单元通过家庭网关连接到云平台或者移动客户端，可以　将空调本地上传的数据及时传送给云平台，同时也可以将　

移动端或云平台下发的数据发送到处理单元。　

１．１模组数据处理单元　

因为空调给Ａｙｌａ模组发送的每帧数据中包含的内容较　多，解析数据需要的时间较长，并且空调对数据的实时性　

要求较高，所以要选用高工作频率的ＭＣＵ来进行数据处　理。综合多方面的考虑决定ＭＣＵ选用意法半导体公司的　

ＳＴＭ３２Ｆ１００ＲＢＴ６Ｂ型号。　

考虑到系统是将模组内置到普通空调里面，模组上的　数据处理单元与空调的ＭＣＵ通信距离在数十厘米之内，　

因此采用ＵＡＲＴ方式进行全双工数据通信，并且加入校验　机制来提高可靠性。由于　Ｍ３２ＦｌＯ０ＲＢＴ６Ｂ发送或者接　

收数据的高电平电位是３．３　Ｖ，而空调主控板在发送或者接　

收数据的高电平电位是５　Ｖ，因此在ＵＡＲＴ传输电路中需　增加如图２所示的电平转换电路，可以使整个系统工作更　

加稳定。　１．２模组数据传输单元　

Ａｙｌａ模组的数据传输单元要通过ＷｉＦｉ连接到家庭网　

关，将数据发送到云平台或者移动客户端，因此数据传输　

单元要有ＷｉＦｉ模块。数据传输单元与数据处理单元传输数　空调主控板　ｉｌ　

Ｒ４。。’　。。。——　ｌＯＫ　ｌ　＋５　Ｌｔ　３．３Ｖ　一　ＲＸ　Ｌ———卜———————一　ｌＯＫ　

一　

图２电平转换电路　ＰＡ９　

据量较大，距离较短，因此采用ＳＰＩ接口进行数据的传输，　以保证数据的稳高速传输。系统采用Ａｙｌａ公司设计生产的　

ＢＭ－０９Ａ模块作为数据传输单元。该单元是基于意法半导　体微控制器和Ｂｒｏａｄｃｏｍ４３３６２芯片组来设计，能够支持通　

用的ＵＡＲＴ、ＳＰＩ、ＵＳＢ接口，并通过无线局域网连接到　服务器进行数据交换ｌ４］，图３为数据传输单元电路。　

ＡＮＴ１　ＳＭＴＡＮＴ　ＧＮＤ　ＧＮＤ　ＣＮＤ　ＧＮＤ　ＧＮＤ　

ＷＭ—Ｎ—ＢＭ－０９　

ＡＮＴ　

ＭＩＣＲ０　ＳＰＩ　ＳＳＮ　ｇｌＣ￣９ｕｓＰＩ—ＭＩｓｏ　Ｍｌ　上ｔｕ　ＳＰＩ　ＳＣＫ　ＭＩＣＲＯ—ＳＰＩ—Ｍ０ＳＩ　ＭＩＣＲＯ—ＲＳｒ　Ｎ　ＭＩＣＲＯ　ＷＫ０Ｐ　

图３数据传输单元　

２空调主控板和Ａｙｌａ模组通信协议制定　

２．１通信协议规则　

空调主控板和Ａｙｌａ模组通信方式为全双工异步串行通　

信，通信协议规定Ａｙｌａ模组为主机，空调主控板为从机。　主从机通信数据格式见表１，数据帧头为０ｘＢＢ，Ａｙｌａ模组　

地址为０ｘ００，空调主控板地址为ＯｘＯ１；功能码内容见表２，　数据长度为　，由每次发送数据区的数据的实际长度决定，　

≤２４９；数据采用ＣＲＣ校验方式；数据格式为１个起始　位、８个数据位、１个偶校验位、１个停止位，波特率为　

９６００　ｂｐｓ。　

表１主从机通信数据格式　

名称　帧头　源地址　目标地址　功能码　数据长度　数据区　

校验码　字节数　１　ｂｙｔｅ　１　ｂｙｔｅ　１　ｂｙｔｅ　１　ｂｙｔｅ　ｌ　ｂｙｔｅ　ｎ　ｂｙｔｅｓ　

１

　ｂｙｔｅ　第３８卷第１期　赵宏林，廉小亲，郝宝智，等：基于物联网云平台的空调远程控制系统　・２６７・　

表２功能码的具体内容　

每帧数据开始，至少需要有１００　ｍｓ的间隔时间。数据　

发送结束后，同样需要１００　ｍｓ的间隔时间，然后才能发送　新的数据。　

２．２主要通信功能函数　

（１）串Ｅｌ接收空调上传数据函数　

ｖｏｉｄ　ＵＳＡＲＴ３一ＩＲＱＨａｎｄｌｅｒ（ｖｏｉｄ）　

｛　

ｕｎｓｉｇｎｅｄ　ｃｈａｒ　ｉ；　ｉｆ（ＵＳＡＲＴ　ＧｅｔＩＴＳｔａｔｕｓ（ＵＳＡＲＴ３，ＵＳＡＲＴ　ＩＴ　

—ＲＸＮＥ）！一ＲＥＳＥＴ）　

｛　

ＵＳＡＲＴ—ＣｌｅａｒｌＴＰｅｎｄｉｎｇＢｉｔ（ＵＳＡＲＴ３，ＵＳＡＲＴ　

—ＩＴ—ＲＸＮＥ）；　ｒｘｂｕｆ　Ｅｒｘ￣ｕｍ］一ｕｓＡＲＴ—ＲｅｃｅｉｖｅＤａｔａ　

（ＵＳＡＲＴ３）；　

ＣｏｕｎｔｆｏｒＣｌｅａｒＲｘｎｕｍ＝０；　

ｆｏｒ（　Ｏ；ｉ＜２８　ｉ＋＋）ｒｘｂｕｆ一１［ｉ］＝ｒｘｂｕｆ［　

／／保存接收的数据与下次接收的数据做对比。　ｆｏｒ（ｉ：Ｏ；ｉ＜２８；ｉ＋４－）　ｒｘｂｕｆ　Ｆｉ］一Ｏ；　

／／将接收数组清空，等待下次接收。　

｝　）　

（２）串口给空调发送数据函数　

ｖｏｉｄ　ＵＳＡＲＴ３　ｓｅｎｄ　ｂｕｆ（ｕ８＊ｂｕｒ，ｉｎｔｌｅｎ）　

｛　ｕ８＊ｓｅｎｄ—ｂｕｆ—ｂｕｆ；　

ｗｈｉｌｅ（１ｅｎ）　

｛　ＵＳＡＲＴ３一ｓｅｎｄ—ｃｈａｒ（＊ｓｅｎｄ—ｂｕｆ＋４－）；　

ｌｅｎ一：　

｝　｝　

３系统软件组成　

３．１客户端ＡＰＰ设计目标　

用户通过对ＩＯＳ客户端ＡＰＰ操作，使系统在以下两种　情况下均可实现ＡＰＰ对智能家居的控制。第一种是家居与