基于物聯網的智能家居系統的設計與實現

袁雅迪

摘 要：隨著科技和經濟的發展，智能家居逐漸走入人們的生活，它的出現不僅變革了傳統的居家生活方式，還為人們日常生活提供了更多的安全保障和便利。然而與發達國家相比我國的智能家居還處于發展初期，在設計和實現上還都存在較多問題，為了有效促進我國智能家居的發展，文章對基于物聯網的智能家居設計和實現進行分析，通過研究物聯網智能家居系統的定義和特點分析，探索物聯網智能家居系統的構建和工作原理。

關鍵詞：物聯網；智能家居；設計

中圖分類號：TP311.52 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）32-0008-01

本文將對物聯網智能家居系統進行設計分析，在構建感應層、中心控制平臺、中間件層、應用層等四層模型的基礎上，利用WIFI、3G技術連接各層進行實現信息的傳遞，并通過對各層應具備功能和系統整體工作原理的介紹，展現物與人、物與物的交互性控制功能和安全方案功能的實現過程。

1 物聯網概述

物聯網的本質是“物物相連的互聯網”，它在具備互聯網各項功能并實現物體之間通信的基礎上，將虛擬網絡和物理實體有效的連接了起來，讓用戶能夠不受時間和空間的限制對家中的物理實體進行控制。因此，物聯網在綜合運用激光掃描、全球定位系統、紅外感應器、射頻識別等信息傳感設備的基礎上，依照約定協議連接互聯網和任何物體、通訊和交換信息，進而實現智能化管理、監控、跟蹤、定位、識別等功能。物聯網中的物應當滿足一定的要求：其標志應當具有唯一性；能夠實現CPU存儲；由通信模塊構成；滿足物聯網相關協議要求；完成控制功能。

2 物聯網智能家居系統的定義和特點

物聯網智能家居系統在利用各種信息傳感設備進行信息的接收控制、傳遞、判斷、識別基礎上，將家庭中的安全設備、家用電器通過互聯網技術連接在一起，進行形成有機統一設備控制、安全防護、家庭通信功能的控制系統。物聯網智能家居系統具有以下特點：

①實施性。通過該系統能夠對家中各種設備的運行進行實施控制。

②及時性。當家中出現突發事件時，居民可通過該系統第一時間發現并采取相應的處理措施，使損失降至最低。

③無地域限制。具有智能家居體系管理者權限者無論身處何地都能夠利用互聯網進行系統管理。

④靈敏性。隨著身體和環境的變化，人的觸覺、聽覺、視覺都會發生變化，進而影響其靈敏度。而構成傳感器的電路具有高精密、集成的特點，進而保證能夠獲得靈敏和準確的檢測結果[1]。

3 物聯網智能家居系統的構建和工作原理

3.1 四層體系結構的構建

嵌入式智能家居系統通過家庭網關（唯一接口）轉發、存儲、處理各種家庭設備信息，這就要求每個家庭都應當設置一個集中所有功能家庭的網關，當增加系統功能時需要更改每個家庭設置，這大大增加了系統拓展的難度。本系統以嵌入式智能家居系統為基礎，有效結合中間件技術、物聯網技術、Wifi、3G網絡、無線傳感網，使得智能家居系統的系統拓展、信息整合、控制功能都得到顯著提升，通過改變傳統信息孤島的局面有效融合功能信息，進而推動智能小區的構建。站在系統功能角度，智能家居系統包括四層體系結構。

3.1.1 系統監控設備和傳感設備

該系統監控設備和傳感設備包括攝像頭、化學傳感器、聲敏傳感器、氣敏傳感器、光敏傳感器，對外部環境、化學組成、物理條件、外界信號進行探測，進而向中心控制平臺傳遞探得信息已達到控制和管理設備的目的[2]。

3.1.2 中心控制平臺

系統功能最重要的層次就是中心控制平臺，主要作用是控制和管理設備，構成部分包括模擬啟動器和中央控制器，與此同時用戶中的控制平臺是專屬的，各種器件的異構性能夠得到有效屏蔽，并更加容易的實現應用程序功能。首先，中央控制器接受從感知層傳遞過來的信息，然后根據分析結果發出命令某模擬啟動器執行方式的控制信息，進而使連接模擬器的物體執行具體操作。同時，該系統在發生緊急事件時能夠進行自動報警，此時傳感器通過Wifi或3G向中央控制器傳遞信息，判斷模塊判斷突發情況，對于較為嚴重的情況則開啟自動報警功能，并通過模擬啟動器啟動應急措施；對于較輕的情況模擬啟動器會自行解決。同時，用戶數據庫會儲存中央控制器傳輸的各種信息，便于用戶后期查看。

3.1.3 中間件層

中間件層作為智能小區的關鍵，包含的設備有大型數據庫、服務器等。將獨立的存儲空間分配到每個家庭，所有家庭的信息在龐大的數據庫和服務器匯總，管理前需要登錄系統。其中，用戶和該用戶的詳細信息在數據庫中都進行了相應記錄，并且一個用戶的電氣設備不會干擾另一用戶的電氣設備，能夠通過動態化添加滿足用戶的不同需求[3]。

3.1.4 應用層

應用層指的是圖形用戶界面接口，它與用戶直接交互，用戶可以據此獲得個性化、簡便的服務，通過Web登錄或軟件進行各種設備的操作、刪除、添加，達到人機交互的目的。而構成應用程序的基礎構建包括自動報警模塊、家居物品管理模塊、防盜安全管理模塊，它們能夠保證各種功能的實現。同時為了達到刪除、更新、添加未來模塊，連接數據庫和服務器的目的，應當將特定的分配空間分配給每個用戶，實現個性化的設置和選擇，進而達到了系統的統一和用戶的獨立[4]。

3.2 環境安全級別的構建

構建的安全控制信息包括兩個級別：安全和危險。在中央控制器中存儲用戶認為屬于危險級別的事件，表示為二進制數1，用0表示列為安全級別，安全級別判斷模塊在中央控制器的作用下對是否需要執行報警操作進行判斷。

例如，當房內出現大火時為危險狀態，中央控制器通過傳感器接受房內溫度，判斷模塊將是否需要啟動報警裝置的信息傳遞給中央控制器，并啟動應急方案開啟水龍頭[5]。

3.3 智能家居系統的工作原理

在設計并構建好應用程序和物理設置后，通過Web或應用程序授權用戶進入到智能家居系統，將需要執行的命令通過圖形化的界面發出，中央控制器發出要求模擬啟動器控制家居設備的停止或運行的控制指令。

在用戶不提供操作指令的情況下，中央控制器會通過無線傳感網、Wifi、3G接收到傳感器發出的外界環境信息，進而進行環境安全級別的判斷，當為危險級別時中央控制器會啟動應急預案、報警、通知用戶；當位安全級別，中央控制器在其超出設定范圍時發出啟動模擬啟動器的控制信息。

4 結 語

在科技和經濟不斷發展的過程中，人們對生活的要求和追求都在不斷的提升。這一形勢下智能家居應運而生，它在極大方便人們生活的同時悄然的改變著人們的生活方式。本文對物聯網智能家居系統的定義和特點進行了分析，并探索了物聯網智能家居的構建和原理。但本文仍存在一定局限，希望行業人員能夠加強重視，不斷提升物聯網智能家居系統的水平。

參考文獻：

[1] 楊堤.基于物聯網的智能家居控制系統設計與實現[J].電子世界，

2012，（21）.

[2] 袁敏.基于物聯網的遠程智能家居控制系統的設計[J].制造業自動 化，2012，（8）.

[3] 臧大進，劉增良，高干，等.基于物聯網的智能家居系統設計與實現[J].

襄樊學院學報，2010，（11）.

[4] 沈彤，朱昊，胡靜，等.物聯網智能家居系統演示平臺的設計與實現[J].

南京師范大學學報（工程技術版），2013，（1）.

[5] 包依勤.基于物聯網技術的智能家居系統的研究與探討[J].物聯網 技術，2013，（8）.