以物聯網為基礎的智能家居設計與實現

朱堅兒廣東省技師學院廣東省高級技工學校

以物聯網為基礎的智能家居設計與實現

朱堅兒
廣東省技師學院廣東省高級技工學校

科學技術的高速發展，推動了社會的快速進步，同樣，也促使了人們生活水平的不斷提高。在人們生活水平不斷提高和物聯網發展實現了物物相聯的基礎上，催生出一種新型家居，即智能家居。對于智能家居來講，它的整個系統主要是運用Zigbee無線傳感器對家居內各種信息的采集來實現的。鑒于此，筆者就針對智能家居系統的核心技術、方案設計、系統實現等進行簡要分析，供讀者參考，以便在物聯網環境下智能家居更好的發展。

物聯網；智能家居；Web服務器；Zigbee無線傳感器

引言

隨著社會的不斷發展，科技的不斷進步，在以計算機、互聯網為基礎的信息科技崛起之后，傳感器技術、RFID射頻技術、嵌入式技術等得到了進一步推進，因此，物聯網在人們生活中的應用范圍逐漸擴大。在物聯網發展實現了物物相聯的基礎上，催生出了智能家居，對于智能家居來講，主要是通過感知、計算、無線通信等來實現為用戶服務的。

一.以物聯網為基礎的智能家居系統所運用的核心技術

對于物聯網來講，我們都知道它是實現物與物之間的網絡連接，既然是通過網絡完成物與物之間的連接，那么，將互聯網和其它相關東西進行連接，就會實現信息交換形成一個智能的網絡。由此可見，物聯網的實現，不是單純的覆蓋在物與物之間的互聯，而是集合了計算、通信以及控制等一系列方面合為一體的智能信息系統。一般情況下，自動感知技術和計算機網絡技術是智能家居使用較多的物聯網技術。對于互聯網來講，計算機網絡在其中的應用非常成功，而物聯網是以互聯網為基礎，在不斷發展和延伸過程中而所形成的一種形象技術，它依然屬于互聯網范疇內，只是將互聯網的范圍拓寬了而已。在智能家居的整個系統中，信息處理中心是其核心組成部分，各個不同家電的互聯信息它都可以有效的處理，進而實現居住環境內部網絡和外部網絡的有效交流，與此同時，有關遠程操控命令、采集傳感器信息等，信息處理中心都可以進行有效處理。

二.有關智能家居系統方案設計的需求和功能結構

對于智能家居系統來講，通過視頻以及報警器的實時監控，進而掌控居住環境的安全狀況。就目前來講，大部分智能家居都能解決這類問題，但是，它也存在一定的缺陷，例如，靈活性相對來講比較差，在施工過程中所用時間比較長，在費用上消費比較大等一系列缺陷，以至于很多項目在建成后，用戶很難再進行更新升級。以物聯網為基礎的智能家居系統，在安裝的過程中一般來講都比較簡單，使用也比較方便，最大范圍的考慮到人們在使用過程中的舒適度和實用性，在不影響正常性能的基礎上，盡可能的降低成本，于此同時，還要考慮產品的通用性、安全性以及可移動性等一系列功能。

對于智能家居系統來講，主要是依托互聯網的體系結構，可以將它們分為感知層、應用層以及網絡層三大層次結構的功能框架。對于感知層來講，它的主要作用是感知家具環境，接收上層網絡所對應的控制信息，以便于完成各種執行命令。感知層可以為網絡層提供統一的接口，進而屏蔽異構網絡的差異，與此同時，感知層還可以通過各種各樣的家庭通信網絡之間的MAC協議數據單元反射，進而可以有效的支持不同網絡的互通。對于網絡層來講，它的主要功能為，保障居住環境內網絡數據和外部環境網絡信息的安全傳輸，以便實現不同應用協議的相互聯通。對于應用層來講，它主要是實現用戶對各種家電的控制以及對居住環境內各種信息的掌控。

三.以物聯網為基礎的智能家居系統實現

（一）有關智能家居系統中的物聯網網關

對于智能家居系統中的物聯網網關來講，它的作用制關重要，是連接各個終端設備以及相應服務器的有效橋梁，它通過Zigbee接口或者是相應的串口與終端設備進行通信，進而獲取相應的數據，并通過Wi—Fi或GPRS的各個接口，將獲得的各種數據轉發大服務器上。由于每一個家庭上網的方式都有所不同，那么在網關的設計上要采用模塊化思想，進而設計出與Wi—Fi或GPRS接口相應的產品，以便滿足用戶的實際需求。一般情況下，這些產品都運用Atmel公司的AT91SAM7X256為相應的處理器，在此基礎上，還要外接一片AT86RF230為Zigbee無線傳感器的芯片。在整個智能家居系統中，物聯網網關所要處理的任務相對來講比較多，為了確保各個部分都能夠有效的正常運行，一般情況下我們會利用嵌入式操作系統μC/OS—Ⅱ作為各個軟件的平臺，在操作上，各類應用程序的設計在加入μC/OS—Ⅱ后就會變得相對簡單。一般情況下，這些應用程序可以分為八個任務，這八個任務主要是依據網關完成任務的功能進行的，即七個用戶任務和一個系統任務，對于這八個任務來講，根據它們的重要程度和實施性來劃分它們的優先級別。

（二）有關智能家居系統中的Web服務器

對于智能家居的來講，居住環境內的各種電器設備都必須要連接到互聯網，要不然無法體現智能家居物聯網這一顯著特性，只是簡單的將設備和互聯網進行相應的連接通信，是遠遠達不到智能家居要求的，在以互聯網為基礎的環境下，必須要通過物聯網來實現用戶和設備的互動。對于各個設備所采集的數據來講，都被應用服務器存儲在數據庫當中。那么，用戶如何才能看到這些數據呢？此時Web瀏覽器的功能得到了有效發揮，將這些數據在現在互聯網上，如此以來，用戶可以不分時間，不分地點的通過Web瀏覽器，了解智能家居環境內各種設備的信息和狀態，還可以實現遠程對智能家居環境內各種設備運行狀態的控制，在此基礎上，我們以Windows 2003 Server和Internet Information Server（IIS）為平臺，并且以Visual Studio.Net為相應的開發工具，利用ASP.NET動態網頁技術，進而開發出一個智能家居物聯網網站。此站點主要由遠程監控、電量管理、故障排查、系統配置等一系列不同網頁組成。用戶在授權登陸后，只能查看自己居住環境內的事實狀況，操作自己居住環境內的各類電氣設備。對于遠程監控頁面來講，都是以用戶各自房間效果圖或者是實景圖為背景畫面，每一個終端設備的工作參數都是以下拉列表的方式顯示在該設備的一邊。對于電量管理頁面來講，它主要是反應那些家電設備插在具有電量計量功能的插板上，所消耗電量的具體情況，通過日報表的形式來統計各個電氣設備在每一天所消耗的電量，通過月報表的形式來統計各個電氣設備在每個月所消耗的電量。對于故障排除頁面來講，可以讓用戶選擇特定的故障排查算法，來進行自動檢測各種設備的故障原因或者是故障類型，為了方便用戶查看，可以在用戶查看居住環境的遠程監控頁面上，對于那些出現故障的設備在一旁畫上鮮艷的標注，以便及時提醒用戶。

（三）有關智能家居系統中交互原型設計軟件

此系統在研發完成后在多個居住區進行了相應的安裝使用，試用的居住環境內最少安裝一個物聯網網關，由于用戶的居住戶型各不相同，在安裝的過程中會根據實際需要安裝相應的智能開關和插座，假如用戶比較關心各類電氣設備的耗電量，那么，就可以安裝智能插座，因為智能插座帶有相應計量功能，用戶可以隨時隨地進行監控。對于那些紅外遙控電氣設備來講，我們可以安裝相應的智能紅外紅外遙控器。在整個系統中所使用的服務器都是浪潮英信NF5225機架式服務器。用戶可以從遠程監控圖上，查看智能居住環境下的環境參數，根據不同的開關按鈕來查看不同電氣設備的工作參數，在對應的下拉菜單中，還可以改變電氣設備的工作參數，進而實現了在互聯網環境中，進行遠程監控各種電氣設備的有效運行。另外，在瀏覽器上還可以看到各個電氣設備的耗電情況，對于耗電功能較大的電氣設備系統會進行自動分析，是因為電氣設備老化造成的，還是使用不當造成的，以便有效地減少電力資源的浪費。

結束語

家居環境是人們生活的基本環境，隨著社會的不斷發展，生活水平的不斷提高，人們對居住環境的要求越來越高，在此基礎上，智能家居開始步入百姓人家，進而，不但實現了居住環境內電氣設備的相互聯通，還居住系統和互聯網的有效連接。在社會不斷發展的過程中，智能家居系統的應用會越來越普及，將會給人們帶來一種全新的生活。

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