基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

翟冠杰

摘要

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，相關(guān)的應(yīng)用已逐漸走進(jìn)千家萬戶，人們的生產(chǎn)生活方式因此發(fā)生了明顯的變化，尤其是在計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)以及自動(dòng)控制技術(shù)的推動(dòng)下，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)成為傳統(tǒng)家居環(huán)境建設(shè)的重要發(fā)展方向，各種家電和家居設(shè)備的智能化程度不斷提高，為智能家居系統(tǒng)的性能提出了更高的要求。本文對(duì)基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)進(jìn)行了深入探討，并對(duì)其進(jìn)行了整體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，對(duì)于智能家居的發(fā)展方向具有重要意義。

【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng) 智能家居 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 智能家居發(fā)展現(xiàn)狀

我國物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究起步較晚，智能家居系統(tǒng)出現(xiàn)也較晚，但經(jīng)過多年的趕超，我國的智能家居技術(shù)也有了較大的發(fā)展。上世紀(jì)90年代末，中科院首先啟動(dòng)智能技術(shù)研究并應(yīng)用于電力行業(yè)。目前我國的智能家居正由自動(dòng)化和聯(lián)網(wǎng)化的現(xiàn)狀朝著智能化方向發(fā)展，基于各種真實(shí)生活應(yīng)用情景的智能化服務(wù)不斷提升，促使整個(gè)智能家居產(chǎn)業(yè)由智能單品的研發(fā)向智能化家居系統(tǒng)的方向演進(jìn)。然而，我國在智能家居的建設(shè)上并未實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，各廠商的產(chǎn)品兼容性差，智能化成本偏高，限制了智能家居系統(tǒng)在社會(huì)的普及。

2 智能家居系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

智能家居系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)主要是RFID定位技術(shù)和智能傳感技術(shù)。RFID定位是通過無線射頻信號(hào)實(shí)現(xiàn)定位的一種技術(shù)，具有非接觸、雙向通信、自動(dòng)識(shí)別等特征，對(duì)人體和物體均有較好的效果。RFID不但可以感知物體位置，還能感知人體的移動(dòng)狀態(tài)并進(jìn)行跟蹤，目前己廣泛應(yīng)用于智能家居室內(nèi)定位領(lǐng)域。智能家居的物物相連是以智能傳感器為基礎(chǔ)的，目前在智能家居中廣泛應(yīng)用的傳感器包括溫度傳感器、濕度傳感器、氣體濃度傳感器、火災(zāi)探測(cè)器、圖像傳感器、位置傳感器、速度傳感器等等，為家居設(shè)備的智能化運(yùn)轉(zhuǎn)提供了豐富的控制參量，進(jìn)一步提高了家居設(shè)備的智能化和自動(dòng)化程度。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)

本文設(shè)計(jì)的智能家居系統(tǒng)包含了管理層、網(wǎng)絡(luò)層和感知層三個(gè)層次，其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中管理層負(fù)責(zé)對(duì)硬件采集的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析和存儲(chǔ)，最終轉(zhuǎn)化為智能家庭控制所需要的各項(xiàng)服務(wù);網(wǎng)絡(luò)層處于管理層與感知層之間，主要負(fù)責(zé)將感知層采集的數(shù)據(jù)傳輸至管理層，同時(shí)完成管理層向感知層的指令傳輸任務(wù)，是整個(gè)智能家居系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中樞;感知層以傳感器為主要硬件設(shè)備，由各種不同的傳感器組成傳感網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)對(duì)家居設(shè)備各狀態(tài)參數(shù)的采集，并通過網(wǎng)關(guān)設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)層相連。

3.1 管理層

管理層主要起到對(duì)整個(gè)智能家居系統(tǒng)的統(tǒng)一控制與協(xié)調(diào)作用，因此又稱為管理控制層。管理層可以能對(duì)感知層上傳的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，同時(shí)提供軟件系統(tǒng)的重構(gòu)功能，保證系統(tǒng)處于可靠、經(jīng)濟(jì)、安全、環(huán)保的運(yùn)行狀態(tài)。管理層可以完成與各采集終端和用戶終端設(shè)備的數(shù)據(jù)交換、為各硬件和軟件系統(tǒng)提供必要的接口、保證系統(tǒng)各模塊的相互配合與協(xié)調(diào)工作，維持舒適、智能的家居環(huán)境。

3.2 網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層主要完成網(wǎng)絡(luò)的接入和數(shù)據(jù)的傳輸工作，是智能家居系統(tǒng)的通信中樞，使采用不同通信協(xié)議的硬件設(shè)備之間可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的匯總和解析。本系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)層支持各種不同形式的通信技術(shù)，例如當(dāng)前應(yīng)用比較廣泛的PLC、ZigBee、以太網(wǎng)和Wi-Fi等等;傳感網(wǎng)絡(luò)接入網(wǎng)絡(luò)層之后，由于不同的硬件一般具有不同的通信協(xié)議，因此網(wǎng)絡(luò)層還可以將其統(tǒng)一為標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)格式，向管理層上報(bào)。感知網(wǎng)絡(luò)具有眾多接口，為方便管理，本文采用了物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)作為接入層，對(duì)整個(gè)傳感網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行統(tǒng)一的管理，并且允許網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，保證系統(tǒng)在故障情況下的可靠運(yùn)行。網(wǎng)絡(luò)層是當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能家居領(lǐng)域應(yīng)用的重點(diǎn)之一。

3.3 感知層

感知層就是對(duì)家居環(huán)境的各項(xiàng)狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行感知，實(shí)時(shí)采集各項(xiàng)有關(guān)數(shù)據(jù)的傳感網(wǎng)絡(luò)。本系統(tǒng)以SIMAC6401芯片為通信核心，以ZigBec技術(shù)組建通信節(jié)點(diǎn)，了所有智能家居設(shè)備的硬件集成與數(shù)據(jù)適配，可以滿足設(shè)備的LONWORKS、ZigBee等通信協(xié)議要求，實(shí)行統(tǒng)一控制與管理。外圍電路依托于數(shù)據(jù)處理芯片進(jìn)行工作，并為數(shù)據(jù)的采集和傳輸提供支持。適配模塊在集成之后具備較強(qiáng)的控制和數(shù)據(jù)采集能力，其控制能力主要體現(xiàn)在對(duì)電力載波通信和ZigBee的兼容性上，對(duì)通信的控制比較靈活;其數(shù)據(jù)采集能力則主要體現(xiàn)在各類傳感器的集成，形成的一傳感網(wǎng)絡(luò)，完成對(duì)所有智能家居設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)的采集。適配單元可以跟網(wǎng)絡(luò)接入層進(jìn)行自組網(wǎng)，把整個(gè)家庭的設(shè)備相互連接，形成智能家居物聯(lián)網(wǎng)體系。

4 結(jié)束語

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了智能家居的進(jìn)步，為人們提供了一個(gè)更加舒適、安全、環(huán)保的家居環(huán)境;智能家居系統(tǒng)的進(jìn)步，進(jìn)一步豐富了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，在各種新需求的推動(dòng)下，又促進(jìn)了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷向前發(fā)展。因此物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智能家居技術(shù)是相互促進(jìn)、同步發(fā)展的。

參考文獻(xiàn)

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