基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧家庭能源中心研究與應(yīng)用

陸厚成

（南通同洲電子有限責(zé)任公司，江蘇 南通 226014）

引言

在二十世紀(jì)八十年代，智慧家庭系統(tǒng)的概念就已經(jīng)初步得到了形成，西方發(fā)達(dá)國家也逐漸開始普及，因此同時(shí)，傳感器件的發(fā)展速度也逐漸加快，這為整個(gè)社會(huì)都帶來了直觀的經(jīng)濟(jì)效益和巨大的影響，在當(dāng)時(shí)國內(nèi)的經(jīng)濟(jì)為落后，但是隨著我國社會(huì)的發(fā)展，人們生活水平的快速提高，生活質(zhì)量逐漸受到了人們的重視，這在一定程度上為智慧家庭能源中心的發(fā)展提供了相應(yīng)的基礎(chǔ)。隨著人們對(duì)能源的需求量不斷提升，全球能源的儲(chǔ)備量不斷下降，智慧家庭能源中心開始基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建立起一個(gè)智能平臺(tái)，在實(shí)現(xiàn)智能化的同時(shí)達(dá)到節(jié)約能源的目的，達(dá)到資源的最大化利用。

一、智慧家庭能源中心概念

智慧家庭能源中心指的是一種將智慧家庭終端與配電箱相結(jié)合在一起的一類產(chǎn)品，其架構(gòu)總共包括電源、自動(dòng)開關(guān)、空氣開關(guān)以及電壓電流互感器等等，它可以將記錄得到的各個(gè)數(shù)據(jù)以及檢測得到的信息上傳到相應(yīng)的數(shù)據(jù)平臺(tái)之上，將智慧家庭與實(shí)際的各種家庭設(shè)備進(jìn)行有效的結(jié)合。建立起智慧家庭能源中心，包括智能插座、空調(diào)等等，能源中心對(duì)于整個(gè)智慧家庭的建設(shè)有著至關(guān)重要的作用，很好地實(shí)現(xiàn)了信息流的交互。

二、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧家庭能源系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在進(jìn)行智慧家庭能源中心設(shè)計(jì)的過程中，根據(jù)目前技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀并充分結(jié)合住宅區(qū)居民樓的能源使用情況，從而分析得到最終的設(shè)計(jì)結(jié)果，其中包括家庭網(wǎng)關(guān)、PC機(jī)、手機(jī)、燃?xì)獗怼⑺硪约半姳恚瑫r(shí)包括硬件和軟件，其基本的運(yùn)行原理在于：家庭網(wǎng)關(guān)會(huì)通過PC機(jī)對(duì)各個(gè)儀表進(jìn)行控制，對(duì)其表盤上的示數(shù)進(jìn)行記錄，同時(shí)將這些數(shù)據(jù)同步傳輸?shù)交ヂ?lián)網(wǎng)上，使用者就可以通過移動(dòng)設(shè)備對(duì)儀表示數(shù)進(jìn)行查詢，實(shí)時(shí)了解能源的使用情況，同時(shí)移動(dòng)設(shè)備還可以在電費(fèi)、水費(fèi)和燃費(fèi)不足的時(shí)候?qū)κ褂谜哌M(jìn)行欠費(fèi)提醒。就整個(gè)系統(tǒng)來看，家庭網(wǎng)關(guān)屬于核心部分，在一定程度上保證了系統(tǒng)設(shè)備的有序進(jìn)行，同時(shí)也充當(dāng)著連接中轉(zhuǎn)的作用，所以在對(duì)家庭網(wǎng)關(guān)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)該完成相應(yīng)的通信協(xié)議，保證通訊協(xié)議之間的順利轉(zhuǎn)換。

三、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧家庭能源系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

（一）硬件實(shí)現(xiàn)

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧家庭能源系統(tǒng)應(yīng)該包括有MCU、以太網(wǎng)、顯示模塊、RF模塊、儲(chǔ)存模塊、GPRS、電源模塊、IrDA以及ZigBee這個(gè)個(gè)部分共同組成，廣泛使用的是ARM9系列的微處理器，而中央控制器使用的往往是將ARM920T看作是中心部分，其頻率最高能夠有533MHz，，其外圍接口也比較良好，能夠支持多個(gè)通信模塊，包括WiFi、GPS等等。

（二）無線傳感網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)

無線傳感網(wǎng)絡(luò)比方說IrDA技術(shù)，就可以明確看出無線傳感網(wǎng)絡(luò)的整體設(shè)計(jì)，IrDA技術(shù)同時(shí)也被稱作紅外數(shù)據(jù)組織技術(shù)，就目前來看，紅外數(shù)據(jù)組織技術(shù)的傳輸速率有了大幅度的提高，在過去其傳輸速率只有115.2kbps，而現(xiàn)在已經(jīng)有了16Mbps，在遙控領(lǐng)域的應(yīng)用也逐漸變得廣泛。紅外數(shù)據(jù)組織技術(shù)的工作原理就是將信號(hào)發(fā)射出去，與載波之間形成脈沖，之后轉(zhuǎn)換成為紅外信號(hào)發(fā)射出去，其過程包括光電轉(zhuǎn)換、放大濾波、解調(diào)和二進(jìn)制輸出信號(hào)。

（三）軟件實(shí)現(xiàn)

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧家庭能源系統(tǒng)主要針對(duì)家庭網(wǎng)關(guān)來設(shè)計(jì)的智能網(wǎng)關(guān)管理系統(tǒng)，系統(tǒng)軟件對(duì)于整個(gè)家庭寬帶都具有至關(guān)重要的影響，在一定程度上能夠?yàn)閷?shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制奠定基礎(chǔ)。本操作系統(tǒng)是在Linux的系統(tǒng)平臺(tái)上得到的，為了搭建系統(tǒng)的環(huán)境用到了嵌入式的Qt以及BootootLoader平臺(tái)以及相應(yīng)的文件和數(shù)據(jù)庫等。然后在此之上做了與之配套的網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)研發(fā)。能夠較好的應(yīng)對(duì)不同通信協(xié)議之間的相互轉(zhuǎn)換，具有較好的兼容性。其主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭的用電的統(tǒng)計(jì)，及時(shí)的進(jìn)行危險(xiǎn)預(yù)警比計(jì)算其能效量。該系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)能夠便于對(duì)方案進(jìn)行分析和掌控。

四、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧家庭能源中心應(yīng)用

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧家庭能源系統(tǒng)不僅能夠應(yīng)用于窗簾控制、家電控制、報(bào)警功能以及燃?xì)饪刂频鹊龋瑫r(shí)還可以應(yīng)用于健康醫(yī)療方面，有相關(guān)學(xué)者曾提出一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧家庭健康醫(yī)療系統(tǒng)，這種系統(tǒng)主要由三個(gè)部分組成：網(wǎng)關(guān)、服務(wù)器以及醫(yī)療終端，醫(yī)療終端可以用來對(duì)人體的各項(xiàng)活動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集記錄，包括使用者的血壓、血脂和血糖等等，而網(wǎng)關(guān)就可以通過各種無線傳輸技術(shù)，比方說WiFi、藍(lán)牙等將使用者的身體數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器中，幫助醫(yī)生完成工作，這樣也可以給予醫(yī)生一個(gè)較為準(zhǔn)確的治療方案，最終實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程醫(yī)療。基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧家庭能源系統(tǒng)能夠很好地幫助實(shí)現(xiàn)生活的便捷性和舒適性，其功能也在不斷地進(jìn)行完善，同樣的，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧家庭能源系統(tǒng)對(duì)于生態(tài)環(huán)境的構(gòu)建也十分重要，有學(xué)者曾提出一種智慧家庭體系，實(shí)現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)信息的充分融合，為基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧家庭能源系統(tǒng)的具體應(yīng)用提供了更好地服務(wù)。

結(jié)語

綜上所述，智慧家庭能源系統(tǒng)是順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的產(chǎn)物，在一定程度上改善了人們的生活質(zhì)量，隨著需求量的不斷提高，越來越多的智能化系統(tǒng)開始涌入到市場中，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧家庭能源系統(tǒng)的應(yīng)用也逐漸廣泛，我們也逐漸習(xí)慣身邊這些智能家居的存在，在未來可能我們的家庭中大部分都是智慧家居，甚至?xí)碛兴伎嫉哪芰Γ鼈儾粌H能夠了解我們的生活軌跡，同時(shí)還可以為我們的飲食起居提供幫助，給予我們一種舒適的居住環(huán)境，因此有關(guān)于基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧家庭能源中心的研究已經(jīng)迫在眉睫。