物聯網技術下智能家居系統的思考

陳偉雄

（深圳市安百納智能實業有限公司，廣東 深圳 518000）

物聯網技術是指借助采集單元使用互聯網技術與無線傳感技術，實現家居設備之間的信息共享與交換，滿足人們對智能生活的需求，進而實現對智能系統的集成化管理。可以說，物聯網技術是在互聯網技術上進一步深化拓展的網絡系統。

物聯網的技術核心與基礎部分是互聯網技術。我國物聯網技術呈現出產業體系與產業鏈集成發展，產業規模不斷擴大，物聯網發展所需的射頻（Radio Frequency，RF）、智能控制、無線傳感等技術逐漸趨于成熟，在世界上處于領先地位。就目前來說，在智能家居、智能電網、智慧交通等行業中均能夠發現物聯網技術的身影。資料顯示，2019年度我國的物聯網市場規模高達9 500億元，表明智能家居在我國具有良好的發展前景。物聯網技術通過各種通信技術、布線技術等，幫助民眾實現對住宅區域內各種設備的自動化控制，從而構建出一個集合智能管控的家居控制系統，打造出更加令人滿意的居住環境。

智能家居系統采用軟件與硬件相結合的形式，例如，傳感器可對家居內的信息（濕度、溫度、光照）進行采集，并將采集到的信息及時地傳輸給計算機控制系統，系統對采集到的信息進行整理、分析、挖掘、整合，進而掌握用戶的行為習慣，最終按照用戶生活習慣構造出最宜的生活環境[1]。

1 智能家居概念

智能家居理念一經提出，便掀起了全球家居模式升級的熱潮，該理念始于美國聯合科技公司，主要是通過各種通信技術、傳感技術等構架家居的智能化管理系統，不僅能夠滿足人們對居住的需求，還能夠實現民眾對網絡通信、設備的智能化管理。

智能家居系統實質上是一個家居信息數據的交互性平臺，能夠將家居使用的各種電子設備、系統以及信息進行交換與共享，主要有以下特征：（1）系統中的各個子系統均能夠實現獨立的運轉，且子系統之間又存在密切的聯系。（2）智能家居系統所使用的各種不同型號的設備、傳輸協議等均能夠實現互相交換與共享。（3）系統的終端能夠為各子系統提供操作界面，并可以儲存各子系統的信息數據。（4）控制方式更加多元化，比如，用戶可以通過遙控器、手機、電腦等終端對各種家居設備進行遠程操作[2-3]。

2 智能家居系統技術要求

2.1 網絡傳輸技術

網絡傳輸技術的應用使得家居智能控制成為可能，是智能家居系統的基礎部分，主要是為智能家居系統提供各種形式的互聯網服務系統，包括控制中心、家庭網關以及家居設施等。其中，控制中心部分主要是用于接收用戶發出的指令要求，實現對家居內各種電子設備的集成控制，根據用戶的指令要求，各種家居設備在物聯網技術的幫助下各自獨立工作，滿足用戶的各種需求。家庭網關部分主要是將各種家居電子設備（空調、電視、冰箱、掃地機器人等）納入控制網絡，構建一個能夠滿足用戶需求的遠程控制平臺，滿足用戶對家居設備的遠程控制。

2.2 傳感器技術

傳感技術是智能家居系統采集家居設備信息的重要手段。比如，常見的廚房安全監測就是借助各種類型的傳感器，對煤氣以及煙霧實時監控，確保廚房設備運行的安全性；房間溫度傳感器能夠讓用戶在回到家之前通過系統檢測室內溫度，并按照用戶自身的需求對室內溫度進行調節。智能家居系統中傳感器技術應用的示意如圖1所示。

2.3 信息處理技術

構建智能家居系統的目的是滿足人們對高品質生活的追求，就像現實公司中的人力資源管理部門一樣，是為人服務的，無論是其所具有的輔助生活行為功能，還是對家居的安全防護等，均是為了滿足用戶的需求，而對用戶行為的精準預測以及對用戶實時狀態的判斷等也是智能家居系統的必備功能，實質是借助物聯網技術中的圖像識別技術——可視技術。智能家居系統可以通過圖像識別技術實現對家居環境內的各種圖像信息進行預處理與特征提取，信息處理示意如圖2所示。

圖2 信息處理示意

3 基于物聯網技術的智能家居系統設計

3.1 整體設計

文章基于物聯網技術的智能家居系統設計，主要采用Visual DSP++4.5多線程嵌入式設計方法，來構建智能家居平臺，在系統平臺建設完成后，即可借助云計算進行系統總體設計。智能家居系統的物聯網組網結構模型如圖3所示。

組網結構模型構建完成后，進行智能家居系統的總體結構設計。文章所設計的智能家居系統結構主要包括控制信號發射模塊、供電系統模塊、模擬/數字（Analog Digital，A/D）電路模塊、TDA8920BTH主控電路模塊等。

3.2 系統硬件設計與實現

在智能家居總體模型設計的基礎上，對系統的硬件進行設計。在以往的設計中，最為常用的是ZigBee技術，但單線驅成方式極易導致用戶控制指令出現中斷。為確保用戶控制指令下達的可持續性，基于云計算采用模塊設計算法對系統硬件進行設計。在對系統主控制電路進行設計時，經過對比最終確定所使用的主控電為AD620，具有極低的功耗，通信帶寬為120 kHz；為確保系統儲存性能能夠滿足系統各子系統的儲存要求，確定使用兩個對稱的600 MHz高性能Blackfin內核，負責對各個傳感器節點數據進行采集。

圖3 智能家居系統的物聯網組網結構模型

3.3 系統測試與實驗分析

為驗證基于物聯網技術的智能家居系統是否具有強大的功能，本團隊對其進行仿真測試。測試內容主要包括：電壓范圍、輸出功率、硬件控制性以及阻抗匹配性能，經測定，系統運行效果良好。文章所設計的基于物聯網技術的智能家居系統具有較好的收斂性，能夠滿足設計上Pd=0.995，Pf=0.0001的要求，有效地降低了傳統智能家居控制系統中用戶指令執行錯誤的概率，具有較高的應用價值。

4 結語

物聯網技術的快速發展，在各行各業中均有涉及，特別是在智能家居系統中具有最為廣闊的發展前景。文章基于物聯網體系提出了一種智能家居系統設計思路，為后續類似智能家居系統的設計提供了新思路。