基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李國(guó)豪　陳曉平　翁柏濤　易向東

摘? 要：隨著科技的發(fā)展，人們對(duì)家居環(huán)境舒適要求越來(lái)越高，對(duì)應(yīng)著市場(chǎng)上出現(xiàn)了各種智能家居系統(tǒng)方案。但在實(shí)際的應(yīng)用推廣過(guò)程中，各種方案實(shí)際工作效果不盡理想。該文提出了一套基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)集遠(yuǎn)程檢測(cè)、控制、智能調(diào)節(jié)為一體，包括底端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、人機(jī)交互系統(tǒng)、集中控制系統(tǒng)。并應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)接入互聯(lián)網(wǎng)中，通過(guò)云端服務(wù)器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程交互傳輸，方便用戶可以通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)在何時(shí)何地都能方便快捷地調(diào)控自己家庭的家居，提高生活質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)? 智能家居? 控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP273.5 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2019）08（a）-0028-02

1? 引言

1.1 智能家居的研究背景

早在20世紀(jì)的80年代，美國(guó)科學(xué)家就提出了“Smart Home”的概念，旨在將家庭日常的家居電器通過(guò)接入互聯(lián)網(wǎng)的方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制功能，這便是智能家居的雛形[1]。在漫漫的歷史長(zhǎng)河中，智能家居不斷發(fā)展，智能家居的功能也越來(lái)越豐富。第一代智能家居系統(tǒng)通過(guò)電纜接入互聯(lián)網(wǎng)完成家庭聯(lián)網(wǎng)，可實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的照明、門窗開關(guān)控制;隨著IP技術(shù)和帶寬技術(shù)的發(fā)展，第二代智能家居系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程視頻對(duì)講功能，提高了系統(tǒng)對(duì)家庭安防方面的保障;第三代是中控系統(tǒng)，使用集成式中央控制系統(tǒng)對(duì)整個(gè)家居環(huán)境進(jìn)行整體統(tǒng)一的檢測(cè)并調(diào)控;第四代是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了模塊化設(shè)計(jì)，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的需求進(jìn)行個(gè)性化設(shè)計(jì)[2]。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)指將萬(wàn)物相連的互聯(lián)網(wǎng)，這一技術(shù)概念的提出稍晚于智能家居，于1999年由Auto-ID公司提出。是互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)，將各種信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來(lái)而形成的一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)，人、機(jī)、物的互聯(lián)互通。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要由感知層、網(wǎng)絡(luò)層及應(yīng)用層3個(gè)層面構(gòu)成[3]，其中，感知層的作用是運(yùn)用傳感器技術(shù)采集周圍環(huán)境的各種信息，將獲取的信息通過(guò)TCP/IP技術(shù)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)層上;網(wǎng)絡(luò)層承擔(dān)整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)過(guò)程中信息的搬運(yùn)工作，借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)感知層采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效傳輸，方便下一步的信息處理和返回;應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能，常用的表現(xiàn)方式為手機(jī)APP應(yīng)用，交互式觸摸屏、電腦端人機(jī)界面等，可以實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)系統(tǒng)的控制與管理功能。

2? 智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

智能家居系統(tǒng)整體可分為底端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、人機(jī)交互系統(tǒng)、集中控制系統(tǒng)，這3個(gè)系統(tǒng)都應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)接入互聯(lián)網(wǎng)中，通過(guò)云端服務(wù)器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程交互傳輸，如圖1所示。

2.1 底端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

底端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)使用各類傳感器對(duì)家居環(huán)境進(jìn)行環(huán)境參數(shù)的采集，完成系統(tǒng)運(yùn)作過(guò)程中感知層的功能，采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)模塊接入家庭網(wǎng)關(guān)發(fā)送至云端的服務(wù)器，為下一步的數(shù)據(jù)處理做好鋪墊。在底端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，我們可以根據(jù)居家環(huán)境以及用戶的需求來(lái)進(jìn)行個(gè)性化的傳感器配置方案設(shè)計(jì)，常用的傳感器有溫度傳感器、濕度傳感器、光敏傳感器、電參數(shù)檢測(cè)裝置和攝像頭等。溫度傳感器、濕度傳感器可采集例如客廳、臥室、衛(wèi)生間等地的溫濕度信息，為空調(diào)、排氣扇等家居提供智能控制過(guò)程中的調(diào)節(jié)參數(shù);光敏傳感器可以采集環(huán)境中的強(qiáng)度，常應(yīng)用于窗簾的智能伸縮場(chǎng)景中;電參數(shù)檢測(cè)裝置放置于家庭的智能插座中，可以采集家庭的用電器用電參數(shù)，生成智能報(bào)表，可以讓用戶實(shí)時(shí)觀察家庭的用電器用電情況，提高用電安全與綠色環(huán)保;攝像頭可以讓用戶不論何時(shí)何地都能洞悉家庭的現(xiàn)場(chǎng)狀況，加強(qiáng)安防保障。

2.2 人機(jī)交互系統(tǒng)

人機(jī)交互系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了用戶與系統(tǒng)交互功能，交互系統(tǒng)界面可以根據(jù)用戶的實(shí)際使用需求進(jìn)行個(gè)性化的定制，同時(shí)采用多種表現(xiàn)的載體。用戶可以通過(guò)手機(jī)APP、電腦上位機(jī)控制軟件以及家居系統(tǒng)上的觸摸屏完成系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置、遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能。在系統(tǒng)的工作過(guò)程中，用戶可以通過(guò)人機(jī)交互系統(tǒng)輸入家庭環(huán)境的控制參數(shù)，例如溫度、濕度、開關(guān)燈時(shí)間等。然后人機(jī)交互系統(tǒng)便可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳輸至云端服務(wù)器，最后送達(dá)集中控制系統(tǒng)，便可以實(shí)現(xiàn)居家環(huán)境的遠(yuǎn)程調(diào)控。同時(shí)通過(guò)APP軟件，用戶也可以獲取當(dāng)前家庭用電器用電情況、當(dāng)月的用電報(bào)表等。

2.3 集中控制系統(tǒng)

集中控制系統(tǒng)以單片機(jī)為控制核心，使用繼電器控制、紅外控制、485總線等方式實(shí)現(xiàn)對(duì)家居的控制。在工作過(guò)程中，單片機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)模塊首先獲取人機(jī)交互系統(tǒng)上用戶設(shè)置的環(huán)境參數(shù)和底端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集到的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境參數(shù)，對(duì)參數(shù)進(jìn)行比較處理，進(jìn)而控制家電完成家居環(huán)境的穩(wěn)態(tài)控制。對(duì)于門窗、燈具和通風(fēng)扇等只具有開閉兩種狀態(tài)的家電，我們可以采用繼電器控制的方法控制家電的開啟與關(guān)閉;對(duì)于空調(diào)、電視等具有紅外遙控的功能的復(fù)雜家電，我們可以利用集中控制系統(tǒng)的紅外學(xué)習(xí)功能事先學(xué)習(xí)家電遙控器的紅外遙控碼，最后用我們的集中控制系統(tǒng)作為萬(wàn)能遙控代替家電的紅外遙控器，這樣就能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)家電的紅外控制。

3? 結(jié)語(yǔ)

在政府工作報(bào)告中，明確提出了要擴(kuò)大智能家居的消費(fèi)，這說(shuō)明智能家居系統(tǒng)擁有廣闊的市場(chǎng)前景。總而言之，隨著人們對(duì)生活體驗(yàn)品質(zhì)要求的提高，現(xiàn)如今的家居系統(tǒng)運(yùn)作模式已經(jīng)慢慢跟不上需求了，基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)近程控制、系統(tǒng)的智能調(diào)節(jié)，滿足現(xiàn)如今人們?cè)诳旃?jié)奏生活下對(duì)智能家居的基本要求，同時(shí)能夠保障家庭的安全保障，指導(dǎo)人們健康綠色生活。整體而言，家居環(huán)境智能化的趨勢(shì)不可阻擋，智能家居控制系統(tǒng)可以給人們帶來(lái)便捷舒適的生活，同時(shí)由于物聯(lián)網(wǎng)的接入，使得網(wǎng)絡(luò)安全和隱私保障成為智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)新的難題。這證明智能化家居控制系統(tǒng)仍然需要不斷更新，與時(shí)俱進(jìn)，才能最終滿足當(dāng)下人們對(duì)美好生活的智能化需求。

參考文獻(xiàn)

[1] 李倩.基于物聯(lián)網(wǎng)對(duì)智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)與軟件工程，2019（5）：2.

[2] 王籃儀，滕維乾.智能家居控制系統(tǒng)的研究與分析[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2019（8）：85-86.

[3] 牟成林.物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)提升安全生產(chǎn)水平的思考與實(shí)踐[J].農(nóng)家參謀，2019（9）：238.