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基于Raspberry Pi的家庭远程监控系统

更新时间：2019-12-30 14:16:53 大小：1M 上传用户：songhuahua查看TA发布的资源 标签：raspberry pi家庭远程监控系统 下载积分：1分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

结合Raspberry Pi卡片电脑强大的开发功能和个人微信订阅号的便捷性,设计一种远程家庭监控系统。文中设计以C/S架构为基础,使用Python语言开发,以Raspberry Pi为平台,多传感器协同工作,以微信应用为核心人机交互终端,以Yeelink APP为辅助终端的家庭远程监控系统。该系统除了实现传统意义上的家庭监控功能(监视和记录)之外,还新增了家电控制的功能、天气查询功能、个人博客和云盘的服务,最大限度开发了Raspberry Pi的丰富资源。并且为监控功能设计了两种监控方案,包括实时监控与智能监控,另外微信订阅号,Yeelink双终端的设计方法,也为用户提供了更多的选择。NodeMCU与Raspberry Pi的通信设计是远程控制功能的亮点。


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2019 年 2 月 15 日  
第 42 卷第 4 期  
Feb. 2019  
现代电子技术  
Modern Electronics Technique  
Vol. 42 No. 4  
42  
DOI：10.16652/j.issn.1004⁃373x.2019.04.010  
基于 Raspberry Pi 的家庭远程监控系统  
曹晓华，郑宇航，陈 波，崔传金  
（华北理工大学 电气工程学院，河北 唐山 063210）  
摘
要：结合 Raspberry Pi 卡片电脑强大的开发功能和个人微信订阅号的便捷性，设计一种远程家庭监控系统。文中  
设计以 C/S 架构为基础，使用 Python 语言开发，以 Raspberry Pi 为平台，多传感器协同工作，以微信应用为核心人机交互终端，  
以 Yeelink APP 为辅助终端的家庭远程监控系统。该系统除了实现传统意义上的家庭监控功能（监视和记录）之外，还新增  
了家电控制的功能、天气查询功能、个人博客和云盘的服务，最大限度开发了 Raspberry Pi 的丰富资源。并且为监控功能设  
计了两种监控方案，包括实时监控与智能监控，另外微信订阅号，Yeelink 双终端的设计方法，也为用户提供了更多的选择。  
NodeMCU 与 Raspberry Pi 的通信设计是远程控制功能的亮点。  
关键词：智能家居；Raspberry Pi；人机交互；Python；家庭监控系统；家电控制  
中图分类号：TN948.64⁃34；TB73.6  
文献标识码：A  
文章编号：1004⁃373X（2019）04⁃0042⁃03  
Home rCeAmOoXtieaomhuao，nZitHoErNiGngYushyasntge，mCHbENasBeod，CoUnI CRhuaasnpjibn erry Pi  
（School of Electrical Engineering，North China University of Science and Technology，Tangshan 063210，China）  
Abstract：A home remote monitoring system is designed in this paper combining the strong development function of the  
card computer Raspberry Pi and the convenience of personal WeChat subscription number. Taking the C/S architecture as the ba⁃  
sis，the Python as the development language，and the Raspberry Pi as the platform，the system is designed by means of collabor⁃  
ative working of multiple sensors，with the WeChat application as the core human⁃machine interaction terminal and the Yeelink  
APP as the accessory terminal. The system can not only realize the home monitoring functions of surveillance and recording in  
the traditional sense，but also realize the household appliances control function，weather query function，personal blog service  
and cloud disk service，so as to develop the rich resources of the Raspberry Pi to the largest extent. Two monitoring schemes of  
the monitoring function are designed，including the real⁃time monitoring and intelligent monitoring. The design method with dual⁃  
terminal of WeChat subscription number and Yeelink provides users with more selections. The communication design between  
NodeMCU and Raspberry Pi is the highlight of the remote control function.  
Keywords：smart home；Raspberry Pi；human⁃machine interaction；Python；home monitoring system；household appli⁃  
ances control  
本系统是在智能化家居快速发展的背景下，结合  
1
主要研究内容  
Raspberry Pi 卡片电脑强大的开发功能和个人微信订阅  
号的便捷性，所设计的一种远程家庭监控系统。功能和  
系统结构都是独创且具有实用价值的，是以 C/S（Client/  
Server）架构为基础，使用 Python 语言开发的，以 Rasp⁃  
berry Pi 为平台的，多传感器协同工作的，以微信应用为  
核心人机交互终端的，以 Yeelink APP 为辅助终端的家  
庭远程监控系统系统。  
文中设计以 C/S 架构为基础的家庭远程监控系统，  
采用搭载 Raspbian 系统的 Raspberry Pi3B 型板作为家庭  
主服务器，也就是本系统的 S（Server）部分，负责数据的  
收集、处理、传输等诸多功能。另外利用板上的 40 个  
GPIO 口，驱动必要的传感器增加功能；并利用 Yeelink  
云 平 台 ，使 用 Python 的 requests 库 ，使 本 系 统 接 入  
收稿日期：2018⁃04⁃12  
修回日期：2018⁃06⁃05  
基金项目：河北省教育厅科技项目：分布式孔径数字全息成像中的像差校正技术（QN2014042）  
Project Supported by Science and Technology Project of Hebei Education Department：Distributed Aperture Aberration Correction Technology of Digital  
Holographic Imaging（QN2014042）  
曹晓华，等：基于 Raspberry Pi 的家庭远程监控系统  
43  
第 4 期  
Yeelink 云，以 POST 方法按一定间隔上传家庭环境数  
据 ，以 GET 方 法 按 一 定 时 间 间 隔 获 取 用 电 器 开 关 情  
况等。  
订阅号来实现，解决了传统家庭监控系统用户需要通过  
在电脑端才能查看监控信息的问题。利用微信这一几  
乎人人手机上都有的软件，使得每一个人在使用此远程  
家庭监控系统时都得心应手，大大优化了此系统的易  
用性。  
本次设计的 C（client）部分，由微信客户端构成，利  
用一个几乎智能机必备的社交软件，可以完成对家庭内  
环境的监测、图片的采集、用电器的开关控制等一系列  
功能。为了拓展此系统的实用性，引入 NodeMCU 的硬  
件部分，采用 ESP8266WiFi 芯片实现对家庭内部电器的  
远程控制。此外 Socket 编程实现数据无线传输，采用  
UDP 传输协议，确保传输的及时性。针对目前大环境下  
个人家庭网络不具备外网 IP 的情况，用 Ngrok 服务器反  
向代理，通过创建 Tunnel 隧道，映射特定端口号到外网  
服务器，可确保系统的通用性。家庭远程监控系统结构  
简图如图 1 所示。  
3
系统的结构设计  
系统结构按功能划分分为服务器和中央控制器两  
大部分。服务器功能部分主要是在 Raspberry Pi 上运行  
的三类服务，这三类服务将 24 h 不间断运行。系统结  
构功能划分图如图 2 所示。  
图 2 系统结构功能划分图  
Fig. 2 Diagram for functional partitioning  
of system structure  
其中，Yeelink 服务主要是提供数据的上传与远程  
控制服务，负责将环境数据上传到 Yeelink 云平台，方便  
用户查看、统计和控制。Apache 服务是一个网页服务，  
主要是提供系统中 Owncloud 云盘和 Wordpress 博客的  
功能，这两个功能算是除在家庭远程控制功能之外的实  
用附加功能。微信服务器则由 Python 代码编写，利用  
Web 库打造的轻量网络服务，可以使用户通过微信订阅  
号与系统进行友好的交互，实现如查看服务器运行状  
态，查看天气情况，控制用电器状态等一系列强大功能。  
中央控制器功能部分，是 Raspberry Pi 作为一个硬  
件控制中心所实现的功能，它所提供的服务不是不间断  
运行的，而是作为事件触发来实现功能。其中，可以通过  
Raspberry Pi 上的 40 个 GPIO 口连接多种传感器，如用到  
的 DHT11 温湿度传感器，对 GPIO 口的控制可以通过 Py⁃  
thon 的 GPIO 库来实现，来对环境中的数据进行采集处  
理。图像采集通过 Raspberry Pi上的板载 CAMERA 接口  
来实现。通过运行命令即可抓拍制定分辨率大小的照  
片。Socket 编程是实现网络数据传输的一种方法，也是  
本系统中采用的 Raspberry Pi 与 NodeMCU 的通信方法，  
使 NodeMCU 与 Raspberry Pi 处于同一局域网下，通过  
UDP协议编程即可实现 Raspberry Pi对 NodeMCU 的任意  
I/O 口的电平控制。另外由于 UDP 协议的特性，NodeM⁃  
CU 与 Raspberry Pi 之间不需要一直保持通信连接，当需  
图 1 家庭远程监控系统结构简图  
Fig. 1 Simplified structure diagram of home  
remote monitoring system  
2
系统实现的功能及先进性  
1）系统层面将实现的功能有：使用 Raspberry Pi 驱  
动 DHT11 传感器收集室内温湿度数据；使用 Raspberry  
Pi 的摄像头模块采集室内图像；使用 NodeMCU 与 Rasp⁃  
berry Pi 建立 Socket 通信，实现局域网下的远程控制；使  
热释电人体感应传感器可以触发 Raspberry Pi 的程序事  
件，进而实现自动抓拍；使 Raspberry Pi 与外网服务器建  
立 Ngrok 隧道连接，并映射必要端口到外网环境。  
2）系统的先进性。传统的家庭监控往往是利用家  
庭监控网络摄像机，让人远程了解自己的家庭状况。在  
本系统中，用户不仅仅可以通过微信客户端实时查看家  
庭内静态照片和家庭内温湿度情况，还可以控制家庭内  
的用电器开关，查看用电器的开关状态，做到了同时具  
有监测和控制两大功能。  
在硬件上采用 Raspberry Pi 为开发基础，而不是使  
用硬件结构更为简单的单片机。在用户界面，采用微信  

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