基于云服务的智能门铃系统设计
摘 要： 国内的无线门铃主要是无线猫眼可视门铃，虽然也是使用2.4 GHz的无线传输技术，但专门的视频显示器携带起来不方便。少数几家公司的WiFi门铃系统除了昂贵的售价外，还没有远程控制门锁的功能。针对上述缺陷设计基于云服务的智能门铃系统。通过WiFi技术将门外的视频传输到具有安卓平台的智能机上，并通过手机客户端控制门禁的状态（打开或关闭门禁）和查看到访者的视频，同时可以设置定时拍照功能，将照片上传到云端YeeLink上，同时具有TI的SmartConfig、实时时间显示和截屏保存的功能。结果表明，该系统达到了家庭的智能化和提高了家庭的安全性，节约时间并且方便。
关键词： 无线门铃； 智能门铃； 云服务； WiFi； 手机客户端； 视频显示
中图分类号： TN915.5?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2018）14?0106?04
Design of intelligent doorbell system based on cloud service
GAO Lili， CUI Lizhen， HU Haidong
（School of Information Engineering， Inner Mongolia University of Science & Technology， Baotou 014010， China）
Abstract： The domestic wireless doorbells are mainly wireless cat eye visual doorbells， for which the 2.4 GHz wireless transmission technology is used， but the specialized video displayer is inconvenient to carry around. The WiFi doorbell systems of a few companies not only have expensive prices， but also lack the function of remote control of the door lock. Therefore， an intelligent doorbell system based on cloud service is designed. The WiFi technology is used to transmit the video outside the door to the smartphone with the Android platform， and on the mobile phone client， the status （open or closed） of the door is controlled and the visitor′s video is viewed. The timed photographing function is set， and photos are uploaded to the cloud terminal YeeLink. The system also has functions of TI′s SmartConfig， real time display， and screenshot storage. The results show that the system can achieve home intelligentization， improve home security， save time， and bring convenience.
Keywords： wireless doorbell； intelligent doorbell； cloud service； WiFi； mobile phone client； video display
0 引 言
科技的快速发展和社会的不断进步要求人们的生活更加的美好和便捷，这样才符合事物的发展规律。门铃作为人们生活中常见的家庭必备，其发展也是非常快的，从门铃的功能变得越来越齐全、外观越来越人性化、价格快速的融合市场需求[1]。同时，与20世纪的门铃功能和门禁的重要性相比，现代的门禁不仅仅是个封锁一个空间的作用，向门禁增加网络信息化和智能化是大势所趋。目前的门铃系统是百花齐放，有简单的叮咚或音乐的电子门铃、有可以通过网线连接的视频门铃、有专门的视频播放器的无线视频门铃、基于WiFi的无线视频门铃[2?4]等。目前利用WiFi技术的门铃系统比较成熟的且有完善成品的是总部位于美国的doorbot产品。国内的无线门铃主要是無线猫眼可视门铃，虽然也是使用2.4 GHz的无线传输技术，但专门的视频显示器携带起来不方便。少数几家公司的WiFi门铃系统除了昂贵的售价外，并没有远程控制门锁的功能。针对上述缺陷， 本智能门铃系统基于云服务，使用无线传输视频和控制门锁，监控不需要有固定的地点，并可随时接待家庭访客。
1 系统总体设计
如图1所示。每个部分通过WiFi结合在一起，通过TCP或UDP协议建立通信链路，在其上传输指令或承载数据[5?6]。视频采集的驱动MCU?BeagleBone Black与门锁控制的驱动MCU?TM4C123在系统中充当云服务器的作用，手机APP作为客户端访问BeagleBone Black中的Web地址获取实时视频流，与CC3000的Server Socket建立连接，把本地采集的语音信号、视频信号（分别通过耳麦和USB 摄像头采集）实时地传给手机客户端（具有安卓平台的智能机），同时手机客户端也可以把语音信号、控制信号实时地传给BeagleBone Black。音乐门铃的设计是一个独立的模块，通过外部的按钮触发KD9300芯片发出叮咚的声音作为门铃最原始的功能[7?8]。
2 系統的硬件设计
系统的硬件设计包括两部分。其中一部分实现的功能是WiFi热点开启和视频流采集。这部分核心是Sitara AM3358 1?GHz ARM Cortex?A8，外围包括基于IEEE 802.11的Wilink 8无线模块，图像采集模块（USB ?webcam摄像头）。另一部分的核心是Tiva C Series TM4C123G作为MCU，实现控制门锁、驱动CC3000及为门铃模块提供电源[9]。如图2所示，Access Point为Wilink 8；Webcam为天网络摄像头；Gateway为TM4C123GH6PM+CC3000；Lock为锁具；Door Bell为门铃；Smart Phone为Android智能手机。
3 系统的软件设计
本设计的软件设计包含基于云服务的无线门锁控制设计、基于云服务的视频上传设计和手机客户端APP设计。
3.1 基于云服务的无线门锁控制设计
TM4C123GH6P控制CC3000进行锁具操作的软件流程图如图3所示。首先对硬件进行初始化；接着CC3000获取IP地址（此地址一般保持不变）；程序进入While循环当中，建立Socket使用UDP协议，绑定8080端口；在监听的过程中，如果收到来自手机客户端的数据，则进行相应的判断，如果没有收到来自客户端的任何数据在等待一段时间后关闭Socket连接并重新创建新的Socket进行监听；若收到的数据是“1”，代表锁具的开操作，“0”则代表锁具的关操作。在引脚执行相应的电平后，系统再次返回重新建立新的Socket，进行监听下次的操作。
3.2 基于云服务的视频上传设计
通过Fswebcam的拍照功能，将门铃视频的照片定时传输到云服务Yeelink上，达到可在全世界任意地方监控家里的安全的目的[10]。在本设计中，使用YeeLink作为云端的图片接收和存储，使用惟一的API Key和传感器的上传地址，通过这两个参数将照片传输到云服务上。设计框图见图4。
3.3 手机客户端APP设计
门铃APP主要由5个页面构成，每个页面都含有相应的功能，分别是：欢迎页面、关于我们、SmartConfig配置页面、第一帧视频图像页面、视频播放页面。涉及的按钮有多个，它们分别是：Set（进入SmartConfig）、Look（进入视频第一帧页面）、About Us（关于我们页面）、On和Off（视频查看和关闭）、Lock Control On和Off（门锁打开和关闭）、截屏、To Save（保存截屏）、OK（保存截屏成功）、Back（返回视频播放页面）等其他的按钮。由这些页面和按钮及相应的文字构成了本设计的基本APP框架，接下来是其功能的实现。门铃APP设计流程图如图5所示。
基于云服务的智能门铃系统的手机客户端的设计流程如下：单击Logo进入欢迎界面，该界面里面有两个文字按钮和一个“menu”按钮。单击“Set”按钮，进入SmartConfig设置界面，将其融合到门铃客户端中。单击“menu”按钮，弹出关于我们的页面，用于介绍本设计的大概情况。单击“Lock”按钮进入实时视频的第一帧图像页面。接着单击“ON”进入实时视频播放界面，此界面含有：当前时间、截屏按钮、控制门锁的开关（On和Off）、OFF（退出视频查看）。截屏成功后会自动在手机的内存卡中新建Door Bell文件夹，将截屏的图片存放其中，照片名字是以截屏时间命名的且截屏会把显示的时间一起截下来。同时，“OFF”点击后会彻底地将视频流关闭不会在后台默默的运行。门锁控制按钮每次点击都会指向同一网络，IP地址是10.4.40.40且监听端口是8080的CC3000发送“1”或“0”。CC3000接收数据后会输出不同的电平进而控制门锁的状态。
3.4 门锁控制功能实现的部分Java代码（打开门锁）
WIFImensuo mensuo = new mensuo（） {
public void xiancheng（） {
try {
dataSocket = new DatagramSocket（8080）；
SendDataB= new byte[1024]；
String SendData= "0"；
SendDataB= sendStr.getBytes（）；
DataP= new DatagramPacket（sendDataByte， 1，
InetAddress.getByName（"10.4.40.40"）， 8080）；
//指定CC3000的IP地址和端口
dataSocket.send（DataP）； //数据“0”
dataSocket.close（）；
}
} catch （IOException ie） {
ie.printStackTrace（）； } } }；
3.5 视频显示界面的时间显示实现的部分代码
mensuo timer=new mensuo（） {
@Override
public void xiancheng（） {
mesBAKsage mesBAK=handler.obtainmesBAKsage（）；
calendar = Calendar.getInstance（）；
String time = "" + "0"+（calendar.get（Calendar.MONTH） + 1） + "?"++ calendar.get（Calendar.DAY_OF_MONTH） + "?"+calendar.get（Calendar.HOUR_OF_DAY） + "?" + calendar.get（Calendar.MINUTE）+ "?"+calendar.get（Calendar.SECOND）；
mesBAK.obj=time；
handler.sendmesBAKsage（mesBAK）；} }
3.6 实时视频获取部分代码
private void draw（） {
try {
InputStream inputstream；
inputstream = null；
/** 此处为摄像头IP地址的修改，共有三处：
*1.surfaceViewCopy中2.surfaceView中3.Jiepinglei中*/
videoUrl = new URL（"http：//10.4.40.34：8082/？action=snapshot"）
bmp = BitmapFactory.decodeStream（inputstream）；
Matrix matrix = new Matrix（）；
matrix.setScale（ScreenW / bmp.getWidth（）， ScreenH / bmp.getHeight（））；
canvas = sfh.lockCanvas（）；
canvas.drawColor（Color.GREEN）；
sfh.unlockCanvasAndPost（canvas）；
conn.disconnect（）；
} catch （Exception ex） {
} finally { } }
4 結 论
通过基于云服务的视频显示，用户可通过手机客户端控制门禁的状态（打开门）和查看到访者的视频并可以进行语音对话，达到家庭的智能化和提高家庭的安全性。无线传输视频和音频使监控不需要有固定的地点；通过手机作为客户端操作简洁；使用手机控制门，节约时间并且方便。
参考文献
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