物聯網智能家居探秘

陳文霆

摘 要：隨著信息時代的到來，物聯網快速的發展著，智能家居已經逐漸進入了這個時代，融入了人們的生活，為人們提供了極大的方便。智能家居是以物聯網為基礎，利用了有線或是無線傳感器，通過指令，能遠程操作的一類家電。智能家居作為家庭信息化的實現方式，已經逐漸走入大眾的生活，并且在持續強大的發展之中走向更加智能的世界，為越來越多的居民提供了一個更加舒適安全的環境。本文介紹了物聯網在智能家居中的作用及其技術和原理并對其未來的發展提出了展望。

關鍵詞：智能家居；物聯網；自動控制系統

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）17-0029-02

1 智能家居的概念

1.1 基本概念

智能家居不同于普通家居，它以住宅為平臺，經過編程，通過物聯網等控制技術，能被遠程操作，為家中提供一個舒適而且安全的環境，比普通家具更節能更環保。它會用到無線通信技術、現場總線技術和智能家電技術等。在未來它會更加的智能，并且有著極大的發展空間。

1.2 發展情況

智能家居起源與國外，由少量安防轉換到人機互動。它最先在美國誕生，在美國以數字技術改造為主，追求豪華但不符合環保的理念。日本的智能家居擁有更高的技術，功能性強并且環保充分實現了智能化和現代化。加拿大、歐洲、澳大利亞和東南亞等經濟比較發達的國家先后開始開發智能建筑和智能家居產品。中國智能家居產業中北京、上海、深圳發展相對比較好。

1.3 智能家居的分類

按照網絡布線技術分類主要分為3類，基于分布式現場總線技術、基于集中控制技術和基于無線技術。隨著物聯網與無線網絡的進步，現在的智能家居大多已采用無線技術。也可根據規模大小進行分類，一種是以小區為單位，完成樓宇對講、安防監控、物業服務、物業管理、設備檢測、燈光控制、社區醫療等任務，另一種是以單個用戶住宅為單位，進行家中的燈光控制和家電控制等，不與外部統一。

2 服務于智能家居的物聯網的原理

物聯網是通過紅外感應器、全球定位系統、射頻識別等信息設備，按照指令，把物品與互聯網連接，經過信息的交換和交流，使其實現智能化的識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡概念。它有三方面的特征：全面感知，可靠傳輸和智能處理。而這些特征融入在物聯網的四個層次中，分別為感知層、網絡層、應用層和接入層。構架如圖1所示。

感知層是由各種傳感器和傳感器網絡構成，能通過多種無線智能設備實現對信息的采集和識別，其中包括傳感器、識讀器、傳感器網關等，用來識別物體、采集信息。這一層的主要作用是獲取數據，先通過傳感器、數碼相機等設備，采集數據，然后通過藍牙、紅外線、布線技術等短距離傳遞數據。所以這一層相當于物聯網的皮膚和五官。

網絡層是由互聯網、有線及無線通信網和云計算平臺等組成，通過算法為子網選擇一條最佳路線，然后把感知到的信息快速安全的傳送到指定位置，所以它的主要作用也就是傳遞信息。它的作用在于路由器選擇，擁塞控制及網絡互聯，并且向上一層提供信息通道，也就是實現網絡連接。它主要依靠路由器和協議來實現。

應用層是物聯網和用戶的接口，主要是對數據的處理和管理，然后將數據與各行業需求相結合，實現物聯網的智能應用。它的主要功能圍繞著數據和應用。例如在智能電網中遠程電力抄表時在住戶家中的讀表器就是感知層中的傳感器，這些傳感器在收集到用戶用電的信息后，通過網絡發送并匯總到發電廠的處理器上。這個處理器就是應用層，之后它會根據收到的信息，采取相關措施。

接入層的主要設備是物聯網的網關，它要將感知控制層的眾多終端接入互聯網。它一方面可以通過接口與感知控制層的終端通信，將終端發送來的數據轉發給服務器遠程控制命令，另一方面又具有以Wi-Fi或4G等各種通信接口接入網絡，從而與遠程服務器通信。所以它作為物聯網的最后一個層次，它的主要作用就是網絡與終端用戶的連接。

物聯網在運用時，會提供很多的方便，例如：當一輛汽車去加油時，通過物聯網可以掃描器車上的射頻識別標簽，對其進行解讀并識別后，自動顯示汽車應該加幾號油，并且根據汽車的使用情況，檢測出汽車目前有哪些問題，哪些設備需要更換，這樣，直接為顧客提供了方便，不用再去專門的汽車4S店進行檢查和保養。

3 智能家居工作原理及關鍵技術

3.1 智能家居工作原理

智能家居主要是通過人為的設置和操作，先將指令通過手機等智能設備發送出去，通過運營商，傳到家中的網關，把信號發送到家具上，從而對其進行控制。例如：當安裝了亮度傳感器時，當室內亮度達到設定的某一值時便會自動關閉，若亮度不夠則會自動打開，當然若主人離開了家，那么無論光線如何，燈光都會自動關上；當安裝了數字窗簾開關后，根據指令，會在早晨某個固定時刻打開窗簾，若是今天想睡懶床，也可在頭一天晚上提前設定好時間，讓它晚一兩個小時打開；當安裝了安防人體感應器，在主人離開家時自動設防，若檢測到有人在活動時，馬上觸發電話報警，不設防時，感應到人，便主動開燈并向設定的手機中發出信息。因此，智能家居中溫度傳感器、光電傳感器及電感式傳感器等必不可少。以上就是智能家居的工作原理，為人們提供了舒適和安全的環境。如圖2所示。

3.2 智能家居關鍵技術

（1）布線技術是由通信光纜、各種電纜及有關硬件構成的布線系統支持電信網絡等應用，對信息進行連接與傳送，進而控制各種家電。智能家居進行裝修時需要各種數據，并對其進行控制和管理，而這些數據不得不通過布線系統來連接，所以布線技術越來越受到重視。它運用的是模塊化通用結構，是網絡應用與傳輸更加方便。它既可以作為一個完善的小區中綜合布線系統中的一部分，也可以獨立成為一套完整的綜合布線系統。它是智能家居的基礎和信息傳遞的通道，是智能家居的關鍵之一。（2）網關技術，早期網關即指路由器，路由器計算路由并把分組后的數據轉發到本地網絡之外的區域，而現在路由器變成了多功能的網絡設備，網關則是在網絡層上實現網絡互聯，是一種復雜的網絡連接設備，既可與廣域網互聯，又可與局域網互聯，同時相當于翻譯器搭建網橋，重新整合，傳遞消息。這種技術，不僅對規范智能用電服務、促進電網建設有著重要的意義，同時能帶來良好的社會經濟效益。它能提高政府對居民的管理效率，同時能提高整個電網的可靠性和綜合效率。在其他領域上，如在環境保護、食品安全、交通管理、工業檢測等方面，涉及的范圍十分廣泛。在這些不同的領域中，他們的基本功能也都是把感知層采集到的各類信息通過相關的流程傳遞到互聯網，然后實現一定的管理功能，不同領域執行的功能不同。（3）無線通信技術是一種利用電磁波信號可以在空間中進行信息交流的一種通信方式在移動中實現的無線通信又通稱為移動通信，人們把二者合稱為無線移動通信。可用網絡技術擴大作用距離而仍然保持它的效率。而下一代無線通信將會考慮更多因素，如無縫融合、高性能的物理層及靈活和自適應的接入，所以無線通信技術其數據率將會越來越高。目前，WIFI、藍牙技術是應用最為廣泛的技術，但它的節點太少，不適合應用到智能家居中作為通信的主力。因此我們正尋找著距離更遠、效率更高、安全性強的無線通信技術來實現更加可靠智能化。endprint

4 智能家居的未來發展及展望

智能家居從誕生到現在，市場的反應一直以來很好，但普遍呈現的問題在于價格高，跨產業合作困難，與其他國家的政策和發展速度差距略大。但根據報道顯示，到2020年，全球智能家居的整體規模將由目前的100億美元增長至500億美元，并且預計在2030年增長到4000億美元。到2030年，亞洲市場銷售額將超過1150億美元，將占據全球市場25%以上的份額。所以從市場來看，智能家居正朝著很好的方向發展。而從智能家居本身來看，它大致會有如下的發展：

（1）在未來，智能家居會在全國乃至全世界慢慢普及成為像智能手機一樣的日常用品，每個人都離不開它，它給人們帶來了極大的方便。智能手機、智能遙控器、電腦等都將成為控制智能家居的最重要的移動式智能控制終端，實現遠程的監控與控制。控制系統將會使用無縫融合無線控制系統，讓整個系統覆蓋更廣通信更流暢。（2）個人認為，智能家居在現在也在將來都會有很好的發展，現在的時代是信息化時代，每一個人都愿意去追求更加舒適美好的生活，而智能家居正好能滿足人們這一愿望，所以在未來的發展上它的前途一片光明。（3）在未來，希望每個人家中都能擁有智能家居，享受舒適安全的生活，減少犯罪概率。并且智能家居也能不斷改進，能脫離路由器，不需要人去控制，每天能自動完成各項常規事物，具有人性化的安排，其技術發展能更加迅速，打造祖國美好的明天。

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