基于物聯網的智能家居控制系統設計與實踐研究

摘要：我國科學技術的發展使物聯網技術不斷完善，現已成為人們日常生活中不可或缺的重要組成部分。在智能家居控制系統設計中融入物聯網技術十分重要，不僅可以提高設計的整體水平，還可將家居環境與人之間形成緊密連接，從而提高家具的智能化水平。現如今人們以舒適生活為主，在此背景下應進一步創新物聯網的應用，從而優化智能家居控制系統設計，使其與當前時代接軌。

關鍵詞：物聯網;智能家居;控制系統;設計;實踐

智能家居現已成為行業發展的必然趨勢，其不僅能夠為人們的生活提供便利性，且可以提高居住舒適度，這樣的改變符合當前時代人們的需求。與普通家居相比，智能家居能夠多家中的物品進行控制，通過系統設計使物品智能化，以此提高家居舒適度和安全性。因此，應將物聯網有效融入到智能教具控制系統設計中，以此實現遠程控制，進而提高當前時代人們的生活水平。本文對物聯網的智能家居控制系統進行研究，并提出了具體策略，以供參考。

一、物聯網在智能家居控制中的系統結構

（一）感知控制層

物聯網智能家居需要以感知控制層為基礎，其在智能家居中不僅承擔著感物體的基本功能，還承擔著信息記錄的責任。在物聯網智能家居中，感知控制層通常會利用傳感器節點組成傳感網絡，常見的傳感器節點有CC2530等，通過節點采集物體信息，隨后通過 Zig Bee 協議完成信息通信，最后送至匯聚端，實現智能家居控制[1]。

（二）接入層

感知控制層的數據會傳輸至接入層，由接入層發送至終端，在此過程中會集成多種協議，因此需要通過 TCO/IP 協議進行相互通信。智能網關的應用可以使相關數據得到儲存，使住宅信息更加方便，但網關的內存有線，因此會定期將老舊數據上傳至管理層，有效保存數據。

（三）互聯網層

互聯網能夠將信息傳輸給外界，通過網絡接口或 WIFI 等設備將智能網關與互聯網相連接，以此為服務管理層提供數據支持。當前的 WIFI 技術已經較為成熟，因此可以將此技術有效應用在互聯網層中，實現網絡通信[2]。

（四）服務管理層

服務管理層是核心部分，其存儲了大量的中心數據。傳統的服務管理層為單臺管理服務器，而物聯網下的服務管理層則可以將多個單臺服務器串聯，形成云服務，以此進行數據處理和保存。在服務管理層中，會對所有的數據進行計算，通過虛化技術實現一對一的服務模式。

（五）應用層

應用層是智能家居控制系統應用的主要部分，常見的應用控制設備如 PC 機、手機、APP、客戶端等，用戶能夠隨時隨地進行訪問，如下達命令會將數據傳輸至服務管理層，由服務管理層解析當前數據，最后發送給網關，以此控制智能家居設施。當前主流的操作系統有安卓、蘋果和 win- dows。

二、物聯網在智能家居控制系統中的框架設計

（一）總體結構和模塊

將物聯網應用在智能家居控制系統中需要建立總體的結構和模塊，具體方式如下。

（1）?????? 常見的家用電器：智能控制會為家用電器提供接口，并且能夠為家中智能化設備配置獨立的 ID，從而實現集中控制。

（2）?????? 安防設備：智能控制終端與家中的安全監控設備相互連接，使人們不在家中也可以了解到安防信息，監控當前家里的狀態[3]。

（3）?????? 家用醫療設備：家用醫療設備會通過獨立端口進行連接，以此實現對病人的遠程監控。

（4）?????? 設備接口：RS-485是家中智能設備的重要輔助，去不僅可以為家中智能設備分配獨立 ID，還可以集中控制和管理設備。

（5）?????? 遠程監控：遠程監控能需要利用互聯網和 GPRS 技術，其不僅可以通過終端通知用戶，還可以利用短信的形式進行通知，使家中信息更加直觀。

（6）?????? 人機交互：人機交互是實現智能化體驗的基礎，該技術是物聯網發揮作用的關鍵。

（二）主要硬件選型

物聯網智能家居控制系統的硬件選型十分重要，具體可以從以下幾點入手，從而提高智能控制的效率。

（1）?????? 核心處理器：核心處理器可以利用 LPC23783，該處理器中包含仿真的內核結構，不僅端口豐富，且傳輸效率快，性價比極高。該處理器非常適合協議轉換，滿足智能家居控制系統的大量接口需求。

（2）?????? RS-485總線：家居設備必須通過微控制器、檢測電路和電流調理電路來接入 RS-485網絡，而 SN75176芯片能夠將單片機中的串行接口轉換成為 RS-485接口，從而將家具電器和嵌入式開發版進行串口通信，不僅不就成本低、傳輸距離遠等特點，還具有高實用性和經濟型，滿足了大部分智能家居電器的需求。

（3）?????? 遠程報警：遠程報警主要為了提高智能家居控制系統的安全性，其中 GPRS 模塊不僅可以在三頻、四頻備上工作，且整體結構緊湊，滿足智能家居的需求。

（4）?????? 人機交互：人機交互終端硬件主要包括顯示屏、狀態指示燈和語音提示等，芯片可以應用 DS1302芯片，該芯片的效率高能耗低，極具性價比。液晶屏則可以使用 OCM1264，雙語操作方便日常所需;語音提示則可以使用 HMA-TTS 運營合成模塊，該模塊的音質好且能耗低，可以提高人機交互的質量。

（三）環形網絡分層控制

環形網絡分層控制系統可以實現多點接入，結構的是由規范各節點之間的分層來確定的，這樣可以降低資源的浪費，合理控制爆炸風險。環形網絡分層控制系統可以實現采集數據的目的，建立集成控制系統，在結構中每一環都使協調者，且不會隨著層數的增多而降低效率。環形網絡分層控制系統在智能家具規劃中應用范圍最廣，利用分布技術方式，讓用戶實現自己控制家具的運行，不僅使用戶居住更加方便，而且還大大提高了家長智能物品的控制效率[4]。環形網絡分層控制系統不僅應用于日常中，它還可以應用于遠程控制等多個方面，為智能化家具控制提供了可靠保障。

具體的分層方式是可從以下幾點入手：

（1）?????? 在建立網絡之后，所有層數都從零開始其次，從協調者節點出發，確保所有節點的信息都能夠實現聯通。

（2）?????? 協調者節點輸送到目標節點之后，本身層次和分層確定幀可取其小，如果目標節點本身層數是零，需要以分層確定幀的轉發次數。

（3）?????? 目標節點自身層數會不斷變化，需要分層確定幀之后再轉發處理，且系統當中的所有節點都存在接受分布確定幀的可能性，因此要想確保控制系統過多消耗資源，那么就必須加強轉發次數的控制。

三、結束語

隨著我國科學技術的不斷發展，當前時代的物聯網技術已經逐漸成熟，現已被廣泛應用在智能家居的系統控制中。基于物聯網的智能家居控制系統設計需要滿足當前時代人們的生活需求，且在應用中需要不斷創新，以此推動智能家居的發展，實現智能家居市場的可持續發展。

參考文獻：

[1]??? 孫曉葉，李攀，劉穎.基于物聯網的智能家居控制系統設計與實現[J]. 電子技術與軟件工程，2019（11）：33.

[2]??? 李倩.基于物聯網對智能家居遠程控制系統設計[J].電子技術與軟件工程，2019（05）：2.

[3]??? 鄭駿.基于物聯網對智能家居遠程控制系統設計[J].電子技術與軟件工程，2018（07）：41+61.

[4]??? 王朝玉，王建衛，王順勇，周昌鴻，凌愷.基于物聯網的智能家居控制系統設計[J].電子制作，2017（01）：37-38.

作者簡介：

張立欣（1997—），男，漢，安徽人，本科在讀，研究方向：物聯網工程.