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

粱藝瓊

摘要：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是在計(jì)算機(jī)技術(shù)研究基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，對(duì)于信息產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)是一種技術(shù)突破。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要就是將局域傳感網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，以此對(duì)物體進(jìn)行調(diào)控和監(jiān)察。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)改變了以往家居設(shè)計(jì)的模式，同時(shí)，我國(guó)提出的各項(xiàng)方針，為智能家居的應(yīng)用提供了重要的幫助。

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

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）01-0185-02

在社會(huì)發(fā)展的新形態(tài)下，人們的生活品質(zhì)不斷提升，當(dāng)前社會(huì)的主要矛盾也發(fā)生了根本性的變化，人們對(duì)生活的向往有了更加高層次的標(biāo)準(zhǔn)，希望生活更加智能化，居住空間更加舒適。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)成為提升人們生活品質(zhì)的主要技術(shù)，為人們的日常生活帶來(lái)了諸多的便利。

1物聯(lián)網(wǎng)智能家居概念

物聯(lián)網(wǎng)的智能化家居產(chǎn)業(yè)技術(shù)主要就是以住宅為應(yīng)用的主要平臺(tái)，通過(guò)采用綜合性的技術(shù)，將安全防盜技術(shù)、通信技術(shù)等在同一家居環(huán)境中共同實(shí)現(xiàn)，構(gòu)建滿(mǎn)足日常居住需要和進(jìn)行日常事務(wù)管理的系統(tǒng)，從而使家居生活更加方便、愜意，居住環(huán)境更加安全，同時(shí)具有藝術(shù)鑒賞價(jià)值，并且構(gòu)建了集節(jié)能、環(huán)保為一體的智能家居生活環(huán)境。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的智能家居，具體來(lái)說(shuō)就是以住宅為基礎(chǔ)，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)家居環(huán)境進(jìn)行統(tǒng)一的調(diào)控，建立智能化的管理系統(tǒng)。

物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)只有具備多元化的功能才能被稱(chēng)作是智能家居。在智能家居中網(wǎng)絡(luò)連接速度具有嚴(yán)格的要求;在家居內(nèi)不僅可以進(jìn)行自動(dòng)化辦公，同時(shí)還需要滿(mǎn)足人們對(duì)于娛樂(lè)生活的需求，可以自動(dòng)點(diǎn)播、遠(yuǎn)程教學(xué)等;為了保證家居環(huán)境的安全性，需要二十四小時(shí)全方位進(jìn)行監(jiān)控;如果發(fā)生危險(xiǎn)可以自動(dòng)進(jìn)行報(bào)警;同時(shí)還可以為家中的老人提供智能醫(yī)療與監(jiān)護(hù);家居智能管理功能主要就是體現(xiàn)在日常中的抄送收費(fèi)等服務(wù);家居商務(wù)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上購(gòu)物等服務(wù)。

基于智能家居所具有的多元化功能，也可以說(shuō)物聯(lián)網(wǎng)智能化家居實(shí)際就是充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)將信息與家居進(jìn)行緊密的融合，保持信息設(shè)備與住宅用戶(hù)設(shè)備直接的協(xié)調(diào)，以此提升家居空間的舒適性，實(shí)現(xiàn)信息化管理，為人們的家居生活帶來(lái)信息技術(shù)的改變。物聯(lián)網(wǎng)智能化家居的主要目的就是為人們提供便捷、舒適的居住環(huán)境，滿(mǎn)足人們?cè)诩揖由钪械亩喾N需要，提供醫(yī)療等多種服務(wù)。

2物聯(lián)網(wǎng)智能家居網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

2.1設(shè)計(jì)需求

本文在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，充分結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，利用智能家居的特征，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。該設(shè)計(jì)可以滿(mǎn)足多種需要，其中安防功能主要就是對(duì)使用智能系統(tǒng)對(duì)家中情況進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)異常可以自動(dòng)觸發(fā)報(bào)警。舒適度自主調(diào)節(jié)功能，可以對(duì)室內(nèi)溫度變化進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，根據(jù)用戶(hù)需要對(duì)室內(nèi)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。調(diào)控功能可以利用互聯(lián)網(wǎng)發(fā)出指令，并對(duì)其進(jìn)行及時(shí)的反饋。通信功能主要就是當(dāng)住宅內(nèi)發(fā)生火災(zāi)等危險(xiǎn)情況時(shí)，即使住宅內(nèi)沒(méi)有人，依然可以通過(guò)該功能提醒用戶(hù)。

綜上所述，本系統(tǒng)設(shè)有多種不同功能的控制系統(tǒng)，在一定程度上滿(mǎn)足了人們的舒適和安全需要，同時(shí)該系統(tǒng)還可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入的分析和研究。

2.2整體設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的主要設(shè)計(jì)宗旨就是減少資金的投入，對(duì)能耗進(jìn)行控制，在科學(xué)技術(shù)不斷創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，此設(shè)計(jì)中硬件設(shè)備并沒(méi)有投入過(guò)多的資金。從實(shí)用性方面考慮，本設(shè)計(jì)主要由嵌入式設(shè)計(jì)為主，嵌入式技術(shù)近些年來(lái)發(fā)展非常迅速，與之對(duì)應(yīng)的軟件也隨之產(chǎn)生，從根本減少可設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)成本。

如圖1所示為基于物聯(lián)網(wǎng)的調(diào)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在該模型中包含局域網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)兩個(gè)部分，可以采用無(wú)線(xiàn)和有線(xiàn)兩種方式進(jìn)行連接。互聯(lián)網(wǎng)單元主要就是以用戶(hù)的個(gè)人手機(jī)和遠(yuǎn)程監(jiān)控界面進(jìn)行控制。在硬件方面，采用目前最為先進(jìn)的處理芯片，可以滿(mǎn)足系統(tǒng)的所有需要。電路設(shè)計(jì)沒(méi)有煩瑣步驟，以減少消耗為主要的設(shè)計(jì)思路。軟件層面，以單元化變成為主要的設(shè)計(jì)方式。

從通信方式方面來(lái)看，本系統(tǒng)可以及時(shí)傳輸家居環(huán)境中的所有信息，并且該系統(tǒng)開(kāi)發(fā)性較強(qiáng)，可以在本系統(tǒng)內(nèi)與多個(gè)單元進(jìn)行雙方的通信，通信效果不會(huì)受到其他因素的影響。

2.3系統(tǒng)軟件體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)以降低能耗為主要的設(shè)計(jì)目的。在充分利用模塊的基礎(chǔ)上采取科學(xué)的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，不同單元之間以連接接口產(chǎn)生聯(lián)系，有效減少了能耗，同時(shí)還可以以最簡(jiǎn)單的方式對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)和管理。在不需要的時(shí)候該系統(tǒng)可以自動(dòng)進(jìn)行休息模式，避免產(chǎn)生能耗。在通信層面，后續(xù)操作中應(yīng)該注意數(shù)據(jù)的完整性等問(wèn)題。

3智能家居系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1通信單元設(shè)計(jì)

在通信過(guò)程中需要不同節(jié)點(diǎn)與智能網(wǎng)關(guān)保持緊密的聯(lián)系，并且通過(guò)使用ZigBee得以實(shí)現(xiàn)，因此該單元是智能家居系統(tǒng)中最為主要的一個(gè)單元，該單元的運(yùn)行穩(wěn)定性直接影響智能家居系統(tǒng)并的實(shí)現(xiàn)。

在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)用ZigBee技術(shù)具有顯著的優(yōu)勢(shì)，其可以不受外界因素的影響，抗干擾性能優(yōu)越;另外該技術(shù)使用的算法可以避免數(shù)據(jù)的丟失，同時(shí)可以合理儲(chǔ)存數(shù)據(jù);使用該技術(shù)進(jìn)行傳輸，可以在最短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行傳輸，時(shí)效性非常強(qiáng)。

如圖2所示為T(mén)C35單元硬件模型圖，在本文具體設(shè)計(jì)中，GSM單元主要就是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化的分析，準(zhǔn)確進(jìn)行連接，該單元可以將接收到的信息傳輸?shù)绞褂谜叩慕邮掌髦校褂谜呖梢岳迷摻邮掌靼l(fā)出指令。

在操作過(guò)程中因?yàn)門(mén)C35 GSM模塊在使用方面優(yōu)勢(shì)明顯，所以作為設(shè)計(jì)首選，該單元產(chǎn)生的能耗比較少，并且不需要過(guò)多的空間，同時(shí)其可以利用雙頻道。

3.2采集單元設(shè)計(jì)

在智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)中將使用專(zhuān)門(mén)的模塊對(duì)溫度進(jìn)行全面的采集。在連接的過(guò)程中，需要嚴(yán)格按照連接順序進(jìn)行連接，如果出現(xiàn)連接錯(cuò)誤將會(huì)影響模塊的使用。

3.2.1溫度傳感器單元

型號(hào)為DS18820的模塊可以對(duì)五十五度以上的溫度進(jìn)行測(cè)量，滿(mǎn)足人們對(duì)于智能家居的所有需要。并且該模塊具有諸多優(yōu)點(diǎn)，體型精巧，實(shí)用性強(qiáng)，在操作中沒(méi)有復(fù)雜的內(nèi)容。可以在房間等多種場(chǎng)合廣泛進(jìn)行應(yīng)用。在進(jìn)行連接時(shí)只需要一根導(dǎo)線(xiàn)，就可以實(shí)現(xiàn)兩端的信息傳輸。

3.2.2濕度傳感器單元

現(xiàn)代人對(duì)生活品質(zhì)非常重視，而居住環(huán)境的濕度直接影響人們的居住品質(zhì)。在本設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)了具體的采集和監(jiān)測(cè)濕度環(huán)節(jié)。通過(guò)濕度傳感器可以對(duì)居住環(huán)境內(nèi)的濕度變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)。濕度傳感器只需要使用一根線(xiàn)就可以進(jìn)行通話(huà)，與溫度傳感器在設(shè)計(jì)方面具有相同性，通過(guò)MCU發(fā)送信號(hào)，如果其沒(méi)有發(fā)出信號(hào)，將會(huì)處于低消耗模式運(yùn)行。同時(shí)在本設(shè)計(jì)中還設(shè)計(jì)了保證安全的安全防衛(wèi)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以對(duì)危險(xiǎn)事故進(jìn)行監(jiān)控，一旦發(fā)現(xiàn)異常會(huì)馬上進(jìn)行報(bào)警。通常情況下，家庭基本都會(huì)處于無(wú)人的狀態(tài)，應(yīng)用該系統(tǒng)可以有效減少安全事故的發(fā)生概率。

3.2.3火警監(jiān)測(cè)單元

在本設(shè)計(jì)中主要以一氧化碳濃度為火災(zāi)報(bào)警的主要標(biāo)志，可以使用MQ-7傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)。該傳感器可以對(duì)一氧化碳濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)，靈敏性較強(qiáng)。此外其使用壽命比較長(zhǎng)，可以輕松進(jìn)行安裝。利用該芯片可以對(duì)一氧化碳濃度進(jìn)行檢查，并快速收集數(shù)據(jù)，當(dāng)電壓低時(shí)可以用于檢測(cè)，當(dāng)電壓高時(shí)可以將收集到的氣體進(jìn)行驅(qū)散。為了使發(fā)生火災(zāi)時(shí)，用戶(hù)可以在第一時(shí)間知曉，本設(shè)計(jì)中特別設(shè)置了蜂鳴器用于火情的檢測(cè)，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)蜂鳴器報(bào)警裝置會(huì)被自動(dòng)觸發(fā)。

3.2.4紅外簾幕傳感器

目前家庭中普遍使用傳感器進(jìn)行安全局檢測(cè)，該設(shè)備可以在住宅附近位置進(jìn)行安裝，對(duì)外來(lái)人員的入侵進(jìn)行感應(yīng)，此傳感器可以對(duì)住宅整體環(huán)境進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)遇到緊急入侵時(shí)，紅外幕簾傳感器可以觸發(fā)警報(bào)，保護(hù)住宅內(nèi)人員的生命和財(cái)產(chǎn)安全。

4智能家居系統(tǒng)中的軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)在進(jìn)行過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)研究后發(fā)現(xiàn)，IAR svstems的C/C++編譯器生成的代碼更加可靠，并且其可以在大范圍的應(yīng)用程序中進(jìn)行使用，效果非常明顯。與其他開(kāi)發(fā)系統(tǒng)所使用的技術(shù)相比，其可以充分利用目前最為先進(jìn)的芯片處理技術(shù)。

當(dāng)采集點(diǎn)采集數(shù)據(jù)結(jié)束后，可以以提前設(shè)置好的程序進(jìn)行比較，并將分析結(jié)果向網(wǎng)關(guān)進(jìn)行反饋。當(dāng)反饋后，節(jié)點(diǎn)會(huì)自動(dòng)停止工作，等待再次使用。

調(diào)控點(diǎn)沒(méi)有休眠狀態(tài)，必須保持全天的工作狀態(tài)，以便隨時(shí)接收發(fā)送指令，根據(jù)不同工作流程的使用需要，對(duì)軟件進(jìn)行科學(xué)、規(guī)范的設(shè)計(jì)，可以使網(wǎng)絡(luò)快速進(jìn)行連接，滿(mǎn)足數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰瑴p少能耗的產(chǎn)生。當(dāng)控制節(jié)點(diǎn)的工作流程指令啟動(dòng)后，可以自動(dòng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)搜索，選擇合適的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。有時(shí)調(diào)控節(jié)能需要具有多種功能，為此在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)需要采用多線(xiàn)程進(jìn)行控制，多方面進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和處理。

智能家居系統(tǒng)中網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)具有發(fā)送指令等多種功能，通過(guò)接收信息，可以利用網(wǎng)關(guān)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入的分析，從而為下一步工作的開(kāi)展提供準(zhǔn)確的依據(jù)。為了保證數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性和及時(shí)眭，本設(shè)計(jì)采用多線(xiàn)程技術(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行針對(duì)性的處理。

用戶(hù)通過(guò)手機(jī)登錄終端可以對(duì)家居內(nèi)環(huán)境情況進(jìn)行查閱，對(duì)家居電器進(jìn)行實(shí)時(shí)的操控，在設(shè)計(jì)界面中可以顯示溫度、安防等多個(gè)界面，滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)于智能化的所有需要。

5結(jié)論

綜上所述，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展為人們提供了智能化的家居生活，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，其將會(huì)不斷拓寬智能技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，發(fā)揮科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。