基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

廖申雪

摘 要： 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息化技術(shù)的快速發(fā)展改變著人們的工作習慣和生活方式，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居系統(tǒng)應運而生。文章根據(jù)實際需求構(gòu)建了智能家居系統(tǒng)。該系統(tǒng)在netduino2上進行開發(fā)，并結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)等關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)對整個家居系統(tǒng)的控制。該系統(tǒng)包括三個子系統(tǒng)：花園灌溉控制系統(tǒng)、泳池水槍控制系統(tǒng)和寵物娛樂系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞： 數(shù)字信息化； 物聯(lián)網(wǎng)； 智能家居； netduino2

中圖分類號：TP274 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2016）06-29-03

Abstract： The rapid development of network technology and information technology has been changing people's work habits and lifestyle， the smart home based on Internet of Things came into being. According to the actual demand， a smart home system is built in this paper. The system is developed on netduino2 platform， and the key technology of Internet of Things is used to control the entire system. The system includes three subsystems， i.e. the garden irrigation control system， the swimming pool water gun control system and the pet entertainment system.

Key words： informationization； Internet of Things； smart home； netduino2

0 引言

智能家居[1-3]起源于20世紀80年代初的住宅電子化（HE，Home Electronics），隨著通信與信息技術(shù)的發(fā)展，80年代末出現(xiàn)了智能家居的原型Smart Home。智能家居系統(tǒng)[4-5]主要指通過網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、自動控制技術(shù)、綜合布線、音視頻技術(shù)以及安全防范技術(shù)等與家居生活融合為一體，建設(shè)安全性與舒適性并存的家庭日常事務(wù)和住宅設(shè)施管理系統(tǒng)。IBM提出的“智慧地球”被列為美國國家戰(zhàn)略以后，“物聯(lián)網(wǎng)”在世界各地蓬勃發(fā)展[6]。其核心就是通過傳感器和互聯(lián)網(wǎng)銜接以實現(xiàn)對物體的遠程控制與感知。

本文根據(jù)實際需求，為某別墅花園構(gòu)建智能家居系統(tǒng)。該系統(tǒng)在netduino2上開發(fā)，并結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)等關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)對整個家居系統(tǒng)的控制，該系統(tǒng)包括3個功能，分別是花園灌溉控制系統(tǒng)、泳池水槍控制系統(tǒng)和寵物娛樂系統(tǒng)，各個子系統(tǒng)獨立設(shè)計、自主工作。

1 關(guān)鍵技術(shù)

1.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理。物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展為智能家居引入了新的概念及發(fā)展空間，智能家居可以被看作是物聯(lián)網(wǎng)的一種重要應用。

1.2 中間件技術(shù)

中間件技術(shù)是伴隨網(wǎng)絡(luò)而發(fā)展起來的一種面向?qū)ο蟮募夹g(shù)。其主要作用是屏蔽網(wǎng)絡(luò)硬件平臺差異性和操作系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的異構(gòu)性，使應用軟件能夠比較平滑地運行于不同平臺上。中間件在負載平衡、連接管理和調(diào)度方面起了很大的作用，使企業(yè)級應用的性能得到大幅提升，滿足了關(guān)鍵業(yè)務(wù)的需求。

1.3 協(xié)議轉(zhuǎn)化技術(shù)

通信協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊是家庭網(wǎng)絡(luò)標準化發(fā)展的必然產(chǎn)物，由于家庭網(wǎng)絡(luò)國際標準眾多，協(xié)議復雜，為了實現(xiàn)家庭網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部不同子網(wǎng)之間的信息轉(zhuǎn)換，諸如：1394-IEEE802.11、USB-1394、RF-485等等。

1.4 netduino2

netduino2是一個很棒的開源平臺，netduino2的IDE就是Visual Studio，編程語言是C#，netduino2對仿真和在線調(diào)試（in-circuit debugging）都支持，也就是說，可以在代碼里隨意設(shè)置斷點進行調(diào)試，代碼易于維護，對于復雜的項目netduino2更具有優(yōu)勢。

1.5 Microsoft Kinect

Microsoft Kinect是一種3D體感攝影機，同時它導入了即時動態(tài)捕捉、影像辨識、麥克風輸入、語音辨識、社群互動等功能。微軟的Kinect不需要使用任何控制器，它依靠相機捕捉三維空間中的運動，讓系統(tǒng)更加簡易操作。Kinect的誕生，無疑會讓未來的生活、娛樂方式發(fā)生很大的創(chuàng)意性的改變。

2 功能

隨著人類應用需求的提高和住宅智能化的不斷發(fā)展，今天的智能家居系統(tǒng)內(nèi)容更加豐富，系統(tǒng)也越來越復雜[7]。本文根據(jù)實際需求構(gòu)建控制系統(tǒng)，不僅費用較低，而且能減少傳統(tǒng)智能家居系統(tǒng)中不必要的功能。主要功能有以下。

⑴ 花園灌溉控制系統(tǒng)。通過對溫度和土壤濕度測控，發(fā)出報警指令，根據(jù)報警狀態(tài)對相應區(qū)域進行灌溉，警報可以自動清除。

⑵ 泳池水槍控制系統(tǒng)。通過servo控制水槍模式及水槍被打開和關(guān)閉的時間。

⑶ 寵物娛樂系統(tǒng)。通過傳感器測控寵物和玩具的距離，并根據(jù)距離大小控制玩具移動的位置和方向。

3 實現(xiàn)與代碼簡述

本文中的智能系統(tǒng)在netduino2上進行開發(fā)，并通過手機來進行整個智能系統(tǒng)的控制，各個組件之間的關(guān)系如圖1所示。

[客戶端][IIS 7

WCF][云端＼&][Laptop

Kinect API][netduino2＼&][Microsoft Kinect＼&][花園灌溉

控制系統(tǒng)][寵物娛

樂系統(tǒng)][泳池水槍

物控制系統(tǒng)]

圖1 組件間的通信

3.1 花園灌溉控制系統(tǒng)

由于出差或其他原因家中長時間無人，而家中花草需澆灌。根據(jù)此需求構(gòu)建自動花草澆灌系統(tǒng)。首先通過傳感器來感知當前的溫度和土壤濕度，根據(jù)這個數(shù)據(jù)判斷是否發(fā)出灌溉警報，netduino2內(nèi)的控制器會根據(jù)警報指令打開灌溉閥門并消除警報。灌溉系統(tǒng)是如何發(fā)出警報、開啟灌溉系統(tǒng)的指令和對灌溉時間的控制，這些部分的關(guān)鍵代碼如下。

3.3 寵物娛樂系統(tǒng)

家中無人時，寵物的照看和娛樂也是一個需求。我們想出了通過物聯(lián)網(wǎng)給寵物構(gòu)建一個玩具，這樣就能在任何地方通過控制這個玩具和寵物進行玩耍。系統(tǒng)的重點和難點是如何讓玩具根據(jù)與寵物的距離，控制移動的位置和方向，以下給出關(guān)鍵代碼。

4 結(jié)束語

本文設(shè)計的智能家居系統(tǒng)涉及netduino2、物聯(lián)網(wǎng)和Microsoft Kinect等關(guān)鍵技術(shù)的使用。該系統(tǒng)各個功能子系統(tǒng)獨立設(shè)計、自主工作，發(fā)揮了各種技術(shù)的優(yōu)勢，為用戶提供一個舒適、方便和高效率的生活環(huán)境。隨著科學技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們對生活環(huán)境質(zhì)量要求不斷提高，這對智能家居系統(tǒng)提出更高要求，今后將在該系統(tǒng)的基礎(chǔ)上繼續(xù)實現(xiàn)對車庫、泳池等的智能控制，以實現(xiàn)對整個家居的全智能控制。

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