物聯網技術下的智能家居系統設計與實現

賈春霞

摘 要：隨著物聯網、移動通信、互聯網+等技術的快速發展及應用，時尚、便捷與智能的家居生活體驗已不再是幻想。智能家居是指利用物聯網的技術，為普通家庭住房為操作平臺，通過綜合布線技術、網絡通信技術、自控技術、音頻技術、視頻技術以及安防技術等技術手段，把家庭里所有的電器設施等全部集成在同一網絡系統中，建構成一個高效、舒適、快捷、便利、環保、安防以及具有藝術性的家居日常事務的管理系統。智能家居的技術支持主要是依靠物聯網的技術。

關鍵詞：物聯網;智能家居;應用;原理

物聯網是新一代信息技術的關鍵環節，也是信息化時代和數字化時代的重要發展階段，物聯網技術被稱為繼計算機、互聯網之后世界信息產業發展的第三次浪潮。物聯網技術發展的核心是用戶體驗的創新，隨著物聯各種關鍵技術的不斷進步，在各種各類生活場景下的應用也越來越豐富。在“云、大、物、智”各種新型技術互相促進下，物聯網技術的發展推動了在智能家居行業應用的豐富化，進一步帶動了居民住宅電子集成行業與智能家居行業的快速增長，物聯網技術作為智能家居的核心技術支持，發揮著舉足輕重的作用。

1.物聯網技術在智能家居中的優勢

傳統的智能家居靈活性非常差，在兼容方面的性能也較差，而物聯網技術憑著其完整的系統，把各種家電等通過無線的方式有機地結合起來，在智能家居方面發揮著無比的優勢。以ZigBee為例。ZigBee在智能家居具有“四低”和“兩高”的特點，安全可靠，成本低，能夠在數千個自由微小的傳感單元之間進行協調通信等，通信效率非常高。從技術層面看，ZigBee智能家居方面具有很大的融合性，能夠與云端無縫鏈接，方便管理、溯源和及時感知并控制，必將在物聯網型智能家居領域獲得更廣泛的應用。

2.智能家居控制系統的硬件組成部分

2.1傳感器節點設計

傳感器節點包括溫度傳感器、濕度傳感器、煙霧傳感器、光傳感器、氣敏傳感器，通過Zigbee采集節點對用戶住所環境的檢測，進行數據分析，做到對異常情況的探測及傳送。

2.2智能網關設計

物聯網網關作為系統監視與人工控制的基礎，是智能家居智能化系統的核心環節。智能家居系統的的正常工作、網絡通信和用戶的遠程操作、控制都需要一個穩定的網絡環境。ZigBee，也稱紫蜂，是一種低速短距離傳輸的無線網上協議，底層是采用IEEE 802.15.4標準規范的媒體訪問層與物理層。且功耗低、低成本、支持大量網絡節點、支持多種網絡拓撲，在部分設備節點故障的情況下，ZigBee技術支持自組網，是智能家居控制系統網關的理想選擇。目前，該種技術是各類房屋、酒店、公寓等各類全屋場景下的最核心的通信方式，是系統集成的首選解決方案。

2.3智能控制軟件設計

通過智能移動終端與智能家居控制系統相結合，用戶在戶外也可以了解到住所環境的實時信息，通過智能家居控制系統實現對窗簾、綠植灌溉系統、空調、冰箱等設備進行遠程查看與操控，提高用戶使用舒適度。

3.智能家居控制系統的軟件組成部分

3.1終端模塊的軟件設計

安全控制、消防控制、智能家居三種模塊共同組成終端模塊的軟件設計。各個模塊的設計流程都是大同小異，只是在軟件輸入輸出和運行的流程上略有不同。如安全模塊的設計流程：接通電源后，系統進入初始化階段再到CAN控制初始化，然后復位輸入通過上位機指令進行各個開關的控制，模塊會根據室內實際情況進行控制及報警提示，如果出現死機或者故障重啟后可通過上位機數據傳達到直接進行CAN控制初始化。

3.2 PC機監控軟件設計

PC機監控軟件設計是根據電腦常用的Windows操作系統進行的升級化操作軟件，是通信程序設計和智能家居控制系統軟件的有效結合。由于充分考慮到傳統的PC機沒有裝備CAN通信接口，本軟件設計將CAN總信號通過CAN卡轉換成無線PC連接USB控制信號，實現了PC機與終端模塊組成的CAN網絡。通過數據通信可以實時監控控制，方便快捷。

4.物聯網技術在智能家居中的運用

4.1無線溫濕度傳感器：主要用于探測室內、室外溫濕度。雖然絕大多數空調都有溫度探測功能，但由于空調的體積限制，它只能探測到出風口空調附近的溫度，這也正是很多消費者感覺其溫度不準的重要原因。有了無線溫濕度探測器，你就可以確切地知道室內準確的溫濕度。其現實意義在于當室內溫度過高或過低時，能夠提前啟動空調調節溫度。無線溫濕度傳感器對于你早晨出門也有著特別意義，當你呆在空調房間時，你對戶外的溫度是沒有感覺的，這時候裝在墻壁外的溫濕度傳感器就可以發揮作用，它可以告訴你現在戶外的實時溫度，根據這個準確溫度你就可以決定自己的穿著，而不會出現出門后才知道穿多或者穿少的尷尬。

4.2無線紅外防闖入探測器：這個功能主要是用于防非法入侵，比如當你按下床頭的無線睡眠按鈕后，關閉的不僅是燈光，同時它也會啟動無線紅外防闖入探測器自動設防，此時一旦有人入侵就會發出報警信號并可按設定的自動開啟入侵區域的燈光嚇退入侵者?；蛘弋斈汶x家后它會自動設防，一旦有人闖入，會通過無線網關自動提醒你的手機并接受你手機發出的警情處理指令。

4.3無線空氣質量傳感器：這主要是探測臥室內的空氣是否混濁，這對于要回家休息的你很有意義，特別是對有嬰幼兒的家庭尤其重要。它通過探測空氣質量告訴你目前室內空氣是否影響健康，并可通過無線網關啟動相關設備優化調節空氣質量。

4.4無線門鈴：這種門鈴對于大戶型或別墅很有價值。出于安全考慮，大多數人睡覺時會關閉房門，此時有人來訪按下門鈴，在房間內很難聽到鈴聲。這種無線門鈴能夠將按鈴信號傳遞給床頭開光提示你有人造訪。另外在家中無人時，按門鈴的動作會通過網關傳遞給你的手機，而這對你了解家庭的安全現狀和來訪信息非常重要。

4.5無線門磁、窗磁：主要用于防入侵。當你在家時，門、窗磁會自動處于撤防狀態，不會觸發報警，當你離家后，門、窗磁會自動進入布防狀態，一旦有人開門或開窗就會通知你的手機并發出報警信息。與傳統的門、窗磁相比，無線門、窗磁無需布線，裝上電池即可工作，安裝非常方便，安裝過程一般不超過2分鐘。另外對于有保險柜的家庭來說，這種傳感器還能夠偵測并記錄下保險柜每次被打開或者關閉的時間并及時通知授權手機。

4.6無線燃氣泄漏傳感器：該傳感器主要是探測家中的燃氣泄漏情況，它無需布線，一旦有燃氣泄漏會通過網關發出報警并通知授權手機。

4.7無線輻射傳感器、無線空氣污染傳感器：對于一些對太陽輻射敏感的人來說，這種傳感器具有特別的意義，通過它你可以準確知道出門前是否需要采取防太陽輻射或者防污染防塵措施。

結語：物聯網的出現，給智能家居走進千家萬戶帶來了希望。國內已有一些小區建立了“云社區”，對物聯網技術在智能家居進行了初步嘗試。然而這只是初步的應用，未來物聯網會在智能家居中發揮越來越重要的作用，其強大的感知技術，使智能家居更加“智能”，甚至具備人的某些思維功能，會給人們提供實用、具有粘性的服務，從而使智能家居行業更快的發展。

參考文獻：

[1]武奇生，姚博彬，高榮，等.物聯網技術與應用[M].機械工業出版社，2016.

[2]佘昉.基于物聯網技術的家居安全性設計[J].設計，2016（1）：72-73.