智能家居系統(tǒng)研究與設計

王少卿

摘 要 近年來，人工智能越來越受到人們的重視。物聯(lián)網(wǎng)技術的快速發(fā)展為未來家居的智能化、自動化提供了實現(xiàn)的可能，人們通過集成應用即可監(jiān)控家里的環(huán)境以及各種設備。本文闡述了智能家居概念以及類型，同時對智能家居系統(tǒng)的功能進行了設計。文章介紹的系統(tǒng)概念及功能設計，對于未來智能家居功能設計具有一定的理論參考意義。

關鍵詞 物聯(lián)網(wǎng)；智能家居；應用分析

中圖分類號 TP3 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2018）225-0145-02

當今時代，計算機技術不斷進步并廣泛應用于生活，物聯(lián)網(wǎng)也掀起了熱潮。智能家居系統(tǒng)作為物聯(lián)網(wǎng)技術的重要表達形式，實現(xiàn)了人與家居設備之間的有效溝通，改善家庭生活品質。如今，智能家居憑借其多樣化的功能、方便快捷的操作方法吸引各企業(yè)逐漸加大對智能家居產(chǎn)品上的投入。智能家居的市場規(guī)模也在不斷擴大。可見將來智能家居產(chǎn)品將變成市場的一大發(fā)展主流。因此，下文將對于智能家居系統(tǒng)的概念做出敘述，同時也對智能家居的功能提出新的設想。

1 理論分析

1.1 物聯(lián)網(wǎng)體系結構

物聯(lián)網(wǎng)是當代信息科技的重要結構組成，通過計算機科學技術，傳感器技術，無線通訊，射頻識別（RFID）等技術，將物與物連接起來，實現(xiàn)物與物之間的互聯(lián)互通，使家居產(chǎn)品變得智能化。通常應用于智能家居，智能機器人，跟蹤定位等，使人們的日常生活變得更加方便快捷。

物聯(lián)網(wǎng)的結構體系通常可以劃分為3個板塊：感知層、網(wǎng)絡層和應用層。

在物聯(lián)網(wǎng)中，為了讓物體收集傳達信息后進行實際操作，就必須使物體具備感知與收集信息的功能，這就是感知層的意義所在。感知層和人類的感應系統(tǒng)十分相似，可收集周圍環(huán)境的溫度，濕度等相關信息，然后將收集到的相關數(shù)據(jù)傳遞給網(wǎng)絡。感知層主要由各種傳感器，RFID和激光掃描儀等信息傳感設備組成，各類傳感設備能夠使物體與物體之間形成感應鏈，從而達到自動化的交流。

網(wǎng)絡層類似于神經(jīng)中樞和大腦，基本作用就是傳達感知層收集到的各種數(shù)據(jù)，然后通過通訊模塊將收集到的數(shù)據(jù)傳遞給應用層。

應用層的主要功能就是處理網(wǎng)絡層所傳遞的信息，并進行實際操作，實現(xiàn)物體與網(wǎng)絡之間的互聯(lián)互通，從而真正達到物體的智能化。

1.2 智能家居技術

目前，智能家居按布線方式可以分為有線以及無線。有線智能家居運行穩(wěn)定，但需要在房內進行布線，成本較高、且難以對設備改動。而無線技術更加便捷，靈活。但目前具有容易受到信號干擾的特點。隨著無線傳輸技術的逐步優(yōu)化，以下列舉主要的無線技術。

1.2.1 無線WiFi技術

WiFi在人們的社會中十分常見，普及程度極高。在無線智能家居中，WiFi技術的應用也最為普遍。WiFi技術操作簡便，只需要將網(wǎng)絡與設備連通就可以進行使用。其較快的傳輸速度，較遠的工作距離以及其無線電波覆蓋范圍比較廣的特點，使得WiFi技術擁有相比其他無線技術的巨大優(yōu)勢。但是WiFi技術的美中不足就在于其較低的安全性能，以及穩(wěn)定性較低，容易出現(xiàn)信號不穩(wěn)定的情況。

1.2.2 ZigBee技術

ZigBee是一種新型的無線連接技術，該技術相對于現(xiàn)有的各種無線通信技術具有較高的安全性能，且目前尚無破解ZigBee技術的方法，其原因是ZigBee技術的組網(wǎng)結構采用蜂巢結構的形式，并且采用了高級加密系統(tǒng)。ZigBee網(wǎng)絡比較穩(wěn)定，相比WIFI技術很少出現(xiàn)不穩(wěn)定或者斷網(wǎng)的情況。ZigBee技術還具有高網(wǎng)絡容量的特點，能夠完全滿足家庭或者小型團體的實際需求。ZigBee在智能家居上的應用關鍵在于其擁有雙向通訊能力，能夠對不同設備發(fā)送指令，也可以讓設備系統(tǒng)對指令的執(zhí)行情況以及執(zhí)行過程中的問題進行反饋，從而實現(xiàn)家居系統(tǒng)與用戶之間的互聯(lián)互通，實現(xiàn)家居系統(tǒng)的智能化。此外，ZigBee技術的功耗低，能夠在很大程度上節(jié)約資源。

1.2.3 Zwave技術

Zwave技術的有著簡單的結構，較低的成本，并且其信號的有效范圍廣，輸送速度快。但Zwave技術在家庭和社會中并沒有被廣泛的應用，主要是因為其安全性不夠高。與ZigBee技術不同，Zwave技術的組網(wǎng)結構采用樹網(wǎng)結構，就像串聯(lián)起來的通信設備，一旦其中的一臺設備受到攻擊而失去通信能力，其之后的所有通信設備都將失去通信能力。而且Zwave技術的節(jié)點很少，所以能夠容納的設備也很少，這兩大缺陷使得Zwave技術的應用范圍相比WiFi技術和ZigBee技術就小了很多。

1.2.4 藍牙技術

藍牙技術是一種在日常生活中應用比較廣泛的短距離無線通訊技術。藍牙技術的功耗低，信號傳輸速度快，能夠極大程度上地滿足人們的實際需求。但是藍牙技術的傳輸距離很短，需要極近的距離才能實現(xiàn)信息的傳輸，所以藍牙技術一般在私人需求方面應用較多，不適合組建龐大的家庭或公用網(wǎng)絡。

2 系統(tǒng)總體設計

2.1 系統(tǒng)整體設計

在各種設備中嵌入Zigbee通訊模塊，使得各種家居構成通訊網(wǎng)絡。用戶可以通過集成平臺對這些家居分別進行監(jiān)控和管理。模塊之間構成數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓?jié)點，實現(xiàn)網(wǎng)絡的連通。

2.2 智能家居功能設計

隨著技術的發(fā)展，智能家居的功能可以延伸到環(huán)境監(jiān)控的層面，比如溫濕度、煙霧火災報警、燃氣泄漏以及光照強度，也可以應用于遠程監(jiān)控，比如非法入室，以及智能化提醒功能。

1）溫濕度。溫濕度在人們的日常生活中是一個非常重要的參數(shù)，直接影響著人們的居住舒適度以及生活體驗。智能家居系統(tǒng)自動調節(jié)溫濕度首先依賴于傳感器來實時采集溫濕度數(shù)據(jù)。用戶可以在互聯(lián)網(wǎng)上設定家庭的適宜溫濕度。傳感器將數(shù)據(jù)信息傳遞給控制中心，控制中心對數(shù)據(jù)進行分析和比較，并將信息整合發(fā)送至用戶的設備，用戶只需要發(fā)送指令給控制中心，控制中心便可以將指令發(fā)送至空調，加濕器等設備，使其將溫度調節(jié)至適宜溫度，從而使室內溫度保持最佳。

2）煙霧火災報警。火災對人們的生活來說是一大危害，為了能夠第一時間對火災進行預警并進行處理，用戶可以在家庭的每一個房間加裝煙霧報警器。當煙霧報警器檢測到火災煙霧時，將信號傳遞給控制中心，控制中心將失火信息發(fā)送給用戶，使用戶及時得到提醒。用戶也可以將命令傳遞給控制中心，使其將信號傳遞給其他家居，使其斷開電源，從而減少用戶的損失。

3）燃氣泄漏。燃氣泄漏可能會使人窒息，引發(fā)爆炸，是人們生命財產(chǎn)的一大隱患。所以用戶可以采用在室內安裝燃氣泄漏報警器，其通過傳感器來收集室內燃氣濃度的信息，一旦燃氣濃度超過警戒值，傳感器就會將信息傳遞給報警器，然后將信息發(fā)送到用戶設備，從而使得用戶可以做出相關處理，極大降低了安全隱患。

4）光照強度。光照強度檢測系統(tǒng)可以與其他智能家居系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)互通，并達到智能調控的作用。室內的光照傳感器可以感受并整合光照數(shù)據(jù)，當光強超過了設定的數(shù)值，光強檢測系統(tǒng)就會將信號傳遞給控制中心，控制中心可以將信號傳遞給窗簾系統(tǒng)，使窗簾遮住陽光，從而使室內的光照強度始終處于適宜，也可以通過調節(jié)照明系統(tǒng)，在光照適宜的情況下關閉電燈，從而達到了節(jié)能環(huán)保的作用。

5）非法入室。當用戶外出，家庭安全就顯得尤為重要，用戶可以選擇紅外傳感系統(tǒng)，在用戶家門口和窗戶的兩側設置紅外傳感器。當有人非法進入時，人體會阻擋紅外線的發(fā)射路徑，從而在傳感器內形成信號，并且第一時間將信號發(fā)送給用戶手機，可以使用戶快速做出反應并采取相關措施，從而達到了遠程監(jiān)控的功能。

6）智能提醒。智能家居系統(tǒng)的發(fā)展是為了使人們的生活更加舒適與便捷，而智能提醒能夠通過用戶每天的作息時間，經(jīng)常設定的家居使用數(shù)值等，對用戶的生活進行數(shù)據(jù)分析。在可能的休息時間或起床時間提醒用戶對家居進行調控。用戶也可以將活動安排通過備忘錄的形式發(fā)送給控制系統(tǒng)，從而使控制系統(tǒng)能夠在設定的時間來提醒用戶的安排。

3 結論

本文基于物聯(lián)網(wǎng)以及ZigBee技術和多種無線通訊方式，實現(xiàn)了智能家居系統(tǒng)設計，對于智能家居的功能進行了設計與闡述，智能家居的功能日趨多樣化，但為了能夠更好地應用于人們的日常生活，仍需要更好地整合各個功能。在未來，智能化將會在很多領域得到更加廣泛的應用，智能家居的發(fā)展前景也十分的廣闊，智能家居的實用性會在更多方面得到體現(xiàn)。為了更好地使人們使用其功能，更好地體驗物聯(lián)網(wǎng)時代發(fā)展的產(chǎn)物，我們應當更加努力的研究，使智能家居更好地融入人們的家庭環(huán)境，更好地為人們服務。

參考文獻

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