基于物聯網的智能家居分析

徐行 徐春華

摘要：隨著物聯網技術的發展和人們對物質生活水平的要求的不斷提高，人們對生活的安全、舒適、便捷等方面的要求也越來越高。近年來人們對家庭住宅觀念發生了巨大改變，智能家居將成為現代化住宅的發展趨勢。本文以物聯網的發展為背景，通過學習研究物聯網的相關技術，明確物聯網的關鍵技術包括： RFID標識技術、傳感網技術、M2M技術。在硬件方面，采用了GPRS模塊作為遠程人機交互手段，接收和發送信息。利用器件組成ZigBee網絡實現短距離的無線網絡通信，并詳細闡述了各硬件模塊的功能和實現方法。GPRS模塊軟件方面，利用AT指令編寫程序，實現用戶手機的短信收發過程，利用單片機實現了對家用電器的控制。在智能家居控制系統中應用了星型網的網絡拓撲，通過ZigBee網實現了節點之間無線通信。

關鍵詞：物聯網;智能家居;ZigBee;GPRS;遠程控

1. 前言

智能家居作為家庭信息化的實現方式，已成為社會信息化發展的重要組成部分。21世紀是信息化的時代，物聯網新技術推動了人類文明的進步。隨著人們生活水平的提高以及科技的高速發展，智能化家居已成為一種必然趨勢而深入千家萬戶。智能化家居是利用電力自動化、計算機、網絡通信、信息、結構化布線、無線等技術將多種設備應用和綜合功能組成一個強大的完善的系統。它以住房為平臺，同時兼備網絡家電、家電設備自動化、建筑、通信、遠程醫療、家庭辦公、娛樂等功能，集結構、服務、系統、管理為一體的舒適、節能、安全、便利、高效、娛樂、環保的居住環境。

2. 物聯網技術概述

2.1物聯網發展背景

2009年1月，IBM公司提出了“智慧地球”的理念;2009年8月，溫家寶在中科院無錫高新微納傳感網工程技術研發中心考察時，提出了“感知中國”。物聯網被預言為繼計算機、互聯網與移動通信網之后的世界信息產業第三次浪潮，一時間很多人預見到了一場新的技術革命。

2.2 智能家居概述

智能家居又稱智能住宅，是指利用先進的計算機技術、網絡通信技術、綜合布線技術，將與家居生活有關的各種子系統有機地結合在一起，通過統籌管理，讓家居生活更加舒適、安全、有效。與普通家居相比，智能家居不僅具有傳統的居住功能，提供舒適安全、高品位且宜人的家庭生活空間;還由原來的被動靜止結構轉變為具有能動智慧的工具，提供全方位的信息交互功能，幫助家庭與外部保持信息交流暢通，優化人們的生活方式，幫助人們有效安排時間，增強家居生活的安全性、舒適性，甚至合理控制各種能源的使用。要完整地理解智能家居，有必要先對幾個智能家居發展過程中有著重大影響的系統進行簡單介紹。

2.3 智能家居的發展

相比于國外，我國對智能家居系統的相關產品的研發起步較晚。從目前中國的國情來看，實用型與舒適型應當成為家庭住宅建設的主流，舒適型面向中等偏上收入者。但是住宅是一項使用壽命較長、次投資較大的特殊商品，因此，建設時的標準必須具有一定的前瞻性。

目前在我國，智能家居系統被定義為：利用4C（自動控制、計算機網絡、無線通信、IC卡）技術，通過有效的傳輸網絡，將多元信息服務與管理、安全防護與物業管理、住宅智能化系統集成，提供高技術的智能化住宅小區的服務于管理為手段，以期實現快捷高效的超值服務與管理，提供安全舒適的家居環境[12]。

目前智能家居系統一般要求有三大功能單元： 第一，必須要有一個功能非常強大的智能家庭系統平臺;第二，必須要有一個完整的綜合性的家居布線系統;第三，必須要有家庭內部進行控制的互聯網、連接外網的寬帶互聯網和家庭內部各種家電進行控制的家庭控制網絡這三種網絡支持的系統才能叫做真正的智能家居系統。

3. 智能家居系統工作過程

智能家居的系統主要有GPRS模塊、基于單片機的主控制模塊、ZigBee無線傳輸模塊、家電端的控制模塊、和傳感信號采集發送模塊幾部分組成。其中，GPRS模塊的主要功能是接收用戶手機所發送的短消息，并將短消息解析成為一段可以識別的命令傳輸給主控制器。基于單片機的主控制器的作用是將接收到的命令做出響應。ZigBee模塊是將主控制器所下達的命令通過無線的ZigBee網傳輸到家電端。傳感信號采集發送模塊的作用是通過實時的監控，不斷確認是否達到預訂的警報值，如果達到了預定值，就將警報信號發送給主控制器，主控制器通過分析判斷出該警報信號是從哪個家電終端發送的，在經過GPRS模塊發送給用戶手機，從而實現了對家庭各個方面的防護[1]。

4. 智能家居的系統設計

4.1模塊框架結構

ZigBee實現對外連接，完成遠程和近端的多網絡數據交互。在網絡接入方面，由于系統提供了GPRS和WIFI兩條數據通道，因此，可以實現通過Internet的訪問和通過智能移動終端訪問，比如用戶在家中時，可以通過手機上的客戶端進行家電控制和家庭溫濕度查詢，當用戶在公司上班時，可以通過訪問服務器得知家里布置的傳感器的數據，了解到家中實時狀況。向下可以連接萬能遙控器實現家電控制，同時可以連接ZigBee設備實現數據采集，從而構成一個完整的智能家居控制系統[6]。如圖一所示：

4.2系統硬件

（1）復位電路

復位電路是一種用來使電路恢復到起始狀態的電路設備，它的操作原理與計算器有著異曲同工之妙，只是啟動原理和手段有所不同。復位電路，就是利用它把電路恢復到起始狀態。就像計算器的清零按鈕的作用一樣，以便回到原始狀態，重新進行計算。

（2）單片機晶振電路

晶振是晶體振蕩器的簡稱，在電氣.上它可以等效成一個電容和一個電阻并聯再串聯一個電容的二端網絡。電工學上這個網絡有兩個諧振點，以頻率的高低分，其中較低的頻率是串聯諧振。

（3）Zigbee無線傳輸電路

CC2530是ZigBee無線數據傳輸中的一個核心芯片，該芯片有四種不同的閃存版本：分別具有32/64/128/256KB的閃存。該電路有兩個晶振，一個是系統時鐘晶振，一個是實時時鐘晶振。系統時鐘晶振用于向CC2530芯片和其他電路（RTC電路）提供工作時鐘。

（4）GPRS無線傳輸電器

GPRS無線傳輸設備主要針對工業級應用，是一款內嵌GSM/GPRS核心單元的無線Modem，采用GSM/GPRS網絡為傳輸媒介，是一款基于移動GSM短消息平臺和GPRS數據業務的工業級通訊終端。

5. 結語

基于物聯網的智能家居系統不只包含嵌入式技術的應用，同時還是一個復雜的綜合性工程。在做嵌入式系統的研究的同時，還不得不從系統的角度考慮諸如網絡、環保、生態等其他問題。智能家居的設計必須具有前瞻性，緊密關注當前的技術發展方向，才能夠確保所設計的結構、采用的技術具有擴展性和更長的生命周期。未來科技的發展速度是人們無法預料的，在智能家居建設方面會出現什么樣的成果，是我們所期待的。但是有一點可以肯定，隨著時間的推移，我們的生活條件將會得到進一步的改善，我們的生活質量會更上一層樓。

參考文獻：

[1]鄒蕾，張先鋒.人工智能及其發展應用.信息網絡安全.2012（02）

[2]陳柯蒙，張寧.人工智能的發展探析.新西部（理論版）.2012（05）

[3]陳浩磊，鄒湘軍，陳燕，陳燕，劉天湖.虛擬現實技術的最新發展與展望.中國科技論文在線.2011（01）

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[5]魏忠編.嵌入式開發詳解[M].北京：電子工業

[6]曾宏安.嵌入式Linux c語言開發[M].北京：

[7]劉慶敏，張曉亮。嵌入式Linux開發詳解[M].北京：北京航空航天大學出版社：2010.5室

[8]李芳;多技術整合物聯網應用案例分析