摘要：针对智能家居存在的设备异构性问题，以智能家居厨房环境监测系统为研究对象，设计了基于Niagara平台的环境监测系统中间件模型。该模型基于厨房安全需求分析，明确输入和输出点，实现业务逻辑，最后通过3种数据输入进行仿真验证。验证结果表明，设计的组态逻辑符合要求，下载到硬件控制器中，可实现对应用场景的控制。

关键词：智能家居；环境监测；中间件模型；Niagara平台

0 引言

随着物联网技术的发展和5G时代的到来，智能家居成为新一代智能科技的爆发点，面对其广阔的市场前景，国内出现了各种各样的智能家居应用场景[1]。如海尔 U-home 系统，采用有线和无线相结合的通讯方式，把自产的家电与微软的 WindowsMe连在一起，利用不同的传感器和网络连接，实现家电设备互联的智能家居系统。此外，海尔还积极与其他厂商合作，促进了国内智能家居市场的发展。小米物联系统，采用交替使用WiFi和ZigBee 通信技术，确保在某个无线通信信号中断的时候可以切换到另外一个通信方式，从而保证通信正常连接。华为 HiLink 生态规划，既有多种网络通信，又能实现智能连接和联动，能够快速构建智能硬件。

现有的智能家居系统缺乏统一性，不同品牌的产品由于协议标准不一致，存在兼容性问题，需要耗费大量的时间和精力来构造与维护[2]。因此智能家居系统中间件技术作为其重要组成部分，能够解决设备的异构性，很多企业也陆续推出了中间件平台，用于实现对设备互联、协议转换等的支持[3]。常见的有霍尼韦尔的Niagara平台、GE的Predix平台、华为的OneAir解决方案以及海尔的COSMOPlat等[4]。本文以智能家居为对象，首先搭建环境监测系统，然后以智能家居中的厨房环境监测为典型，基于Niagara平台将其抽象成通用对象模型，并进行仿真分析验证其控制逻辑。

1 智能家居环境监测系统搭建

通过对居住环境的实时监测，用户可以准确地获得家居环境参数，通过APP等人机交互界面监测到参数的改变可以联动家庭其他智能设备做出决策，从而实现家居环境的智能调整[5]。本文搭建的环境监测系统涉及生活和安全两个方面，系统包含室内温湿度传感器、光照传感器、烟雾传感器、燃气探测器、智能门锁、人体红外探测、电动窗帘、报警模块等，将各种类型传感器采集到的数据通过网关传输，连接云平台和用户终端设备，用户通过监测到的信息联动控制门锁、窗帘等设备，实现家庭环境的调节和控制，提升家庭的智能化和舒适化程度。

2 智能家居厨房环境检测中间件模型

在数据采集端，传感器的类型很多，用户选择性很多，为了解决设备异构给用户带来的不便，以智能家居厨房安全模块为典型，基于Niagara平台进行中间件模型的搭建。厨房安全环境检测主要由燃气浓度的探测和报警，需求如下：

（1）厨房安装有燃气探测器和通讯控制器，当燃气浓度高于一定数值时，排气扇运行；当燃气浓度降到阈值以下时，排气扇关闭。

（2）厨房的排气扇受时间表的控制，每天11：00—13：00、17：30-19：30定时打开，其余时间自动关闭。

（3）系统需监测排气扇故障状态，如果发生故障，则产生报警，通风系统停止运行。

根据系统设计需求，主要包含以下输入/输出点：

从Niagara平台组态库中创建与表1对应的输入、输出点，实现业务逻辑。

（1）创建1个模拟量输入点代表燃气浓度信号输入，设置其Facets，单位为ug/m3。

（2）创建1个开关量输入点代表排气扇故障信号，设置其Facets，true text为故障，text为正常。

（3）创建1个表示可控开关量的输出点代表排气扇，设置其Facets，true text为启动，text为停止。

（4）创建一个时间表。

（5）从Niagara组态库中调用GreaterThan、Or、Not逻辑模块，根据流程图连线，实现如图1所示的控制逻辑。

在Niagara平台上构建一个厨房安全系统后，必须验证其功能是否正确、数据传输是否符合预期等。采用Niagara平台中的SineWave组件模拟天然气数据源，Action功能设置排气扇故障信号的状态，进入时间表修改时间段来调整时间表的控制输出。

基于以上3种数据输入，比较实际输出和期望输出，从而验证业务逻辑。

3总结

基于Niagara中间件技术平台，结合智能家居典型子系统—厨房安全环境检测，从系统设计、组件搭建、逻辑验证等方面进行了介绍，可将不同厂商、不同通信协议的设备集成，实现家居厨房环境监测和安全监测功能。经过仿真验证，Niagara平台有效解决智能家居系统设备异构性问题，降低用户体验成本和产品功耗。

参考文献：

[1]蒋伟明.中国智能家居的现状及发展趋势[J].科技视界，2014，000（018）：326–326.

[2]赵智慧.智能家居的特点及所需传感器的挑战[J].电子产品世界，2021（2）：4-5.

[3]Lomotey R K，Pry J，Sriramoju S，et al.Middleware framework for IoT services integration[C]//2017 IEEE International Conference on AI ＆Mobile Services（AIMS）.IEEE，2017：89 －92.

[4]黄何.基于Niagara技术的楼宇智能化设计[J].内江科技.2020，41（9）：24-25.

[5]吴艺娟，秦彩云，万米洋.基于Zigbee技术的智能家居环境监测系统设计[J].北京石油化工学院学报，2022（1）：46-50.

基金项目：安徽高校自然科学研究重点项目（KJ2020A1089）；高校优秀青年骨干教师国内访问研修项目（gxgnfx2022189）；安徽省质量工程线上课程项目（2020mooc079）。

作者简介：陈琳（1987-），女，安徽合肥人，硕士，主要研究方向：物联网应用技术。