基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

摘要：

隨著社會主義市場經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們的物質(zhì)生活水平不斷提升，對于家居生活也提出了更高的要求，在這樣的環(huán)境下，智能家居系統(tǒng)應(yīng)運而生。本文首先介紹了智能家居系統(tǒng)設(shè)計的定義與基本設(shè)計內(nèi)容，其次探討了基于物聯(lián)網(wǎng)背景下智能家居系統(tǒng)設(shè)計中硬件的相關(guān)內(nèi)容，最后著重闡述了智能家居系統(tǒng)設(shè)計中軟件設(shè)計的相關(guān)內(nèi)容與實現(xiàn)形式，希望可以進(jìn)一步滿足智能家居系統(tǒng)設(shè)計的客觀需求，提升人們的物質(zhì)生活質(zhì)量水平。

關(guān)鍵詞：

物聯(lián)網(wǎng);智能家居;設(shè)計;實現(xiàn)

中圖分類號：

TP277;TU855

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：

A

文章編號：

1672-9129（2020）15-0090-02

引言：隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速進(jìn)步與發(fā)展，其在各行各業(yè)中的應(yīng)用優(yōu)勢也逐漸顯現(xiàn)出來。其中物聯(lián)網(wǎng)在智能家居系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用主要以信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)安全防盜技術(shù)與通信技術(shù)為支點，完成技術(shù)和智能家居科學(xué)控制融合，不但滿足了家居生活的基本需要，同時也在一定程度上提升了智能家居系統(tǒng)設(shè)計的美觀度，解決了節(jié)能環(huán)保、生活質(zhì)量提升等方面的問題。其中，智能化是物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)設(shè)計中最為關(guān)鍵的部分，通過智能化信息服務(wù)系統(tǒng)，賦予智能家居系統(tǒng)設(shè)計更多的智能控制功能，但是也對智能家居系統(tǒng)設(shè)計提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)與設(shè)計要求。為了進(jìn)一步探討智能家居系統(tǒng)設(shè)計中軟硬件設(shè)計實現(xiàn)模式，現(xiàn)就智能家居系統(tǒng)設(shè)計的定義與基本內(nèi)容分析如下。

1智能家居系統(tǒng)設(shè)計概述

1.1主要定義。智能家居系統(tǒng)設(shè)計是一種基于物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計手段，通過多種通信技術(shù)來強化家居系統(tǒng)，滿足多樣化的居住者需求。在設(shè)計過程中，需要同時考慮到智能系統(tǒng)控制、安全性監(jiān)測等方面的內(nèi)容，一旦出現(xiàn)異常情況，就會通過自動報警信息反饋的方式反饋給用戶，引導(dǎo)用戶做出操作與決策。舒適度的控制主要涉及到自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，通過自動調(diào)節(jié)模塊來進(jìn)行室內(nèi)溫濕度的變化調(diào)整，也可以通過用戶自主設(shè)定的方式來保持相應(yīng)的溫濕度需求。調(diào)控功能還可以直接經(jīng)過信息操作的方式來落實相關(guān)指令，針對相關(guān)指令進(jìn)行積極反饋。智能家居系統(tǒng)設(shè)計本身具有多個功能模塊，這不但滿足了人們對于安全、舒適的居住體驗要求，同時也可以實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部的信息整理與深入分析，為更好的服務(wù)于居住者，創(chuàng)造適應(yīng)居住生活的個性化模式創(chuàng)造條件。

1.2設(shè)計內(nèi)容。智能家居系統(tǒng)設(shè)計過程中需要考慮到設(shè)計目標(biāo)以及成本控制的內(nèi)容，通過科學(xué)技術(shù)來實現(xiàn)不同內(nèi)容模塊的性能指標(biāo)監(jiān)控與科學(xué)技術(shù)更新優(yōu)化。從實用性的角度上來看，整體設(shè)計要盡可能選擇嵌入系統(tǒng)內(nèi)部的模式，這種模式可靠性強、內(nèi)容穩(wěn)定，功能良好，同時還具有體積小等優(yōu)勢，可以顯著降低設(shè)計成本。智能家居系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)模塊分別進(jìn)行設(shè)計，隨后借助于互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行連接。其中，互聯(lián)網(wǎng)單元的主要功能就是采取先進(jìn)處理技術(shù)來滿足系統(tǒng)構(gòu)建的客觀需要，要求系統(tǒng)設(shè)計電路穩(wěn)定，簡單易操作。在軟件構(gòu)建過程中，主要突出設(shè)計模塊單元化，通過不同的模塊單元來完成相應(yīng)功能的梳理。根據(jù)通信方式目標(biāo)要求來看，該系統(tǒng)能夠一定程度滿足家居環(huán)境信息的獲取，同時還需要具備良好的可拓展特征與開發(fā)性，滿足系統(tǒng)功能拓展要求。為了提升系統(tǒng)的兼容穩(wěn)定性，需要做好通信模塊管理，通過單獨系統(tǒng)模塊進(jìn)行設(shè)計，避免相互之間的干擾與影響。在進(jìn)行單元設(shè)計時，選擇接口連接的方式，這種模式能耗較低，后期維護(hù)使用成本也相對較低。除此之外，為了滿足多樣化的用戶需求，還需要將系統(tǒng)設(shè)置處自動休眠模式，以此來進(jìn)一步控制能耗。在通信管理方面通過家庭網(wǎng)關(guān)、社區(qū)網(wǎng)關(guān)銜接的方式能夠?qū)崿F(xiàn)全方位、無死角監(jiān)控。

2基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)硬件設(shè)計

在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融入智能家居系統(tǒng)設(shè)計的情況下進(jìn)行硬件設(shè)計，需要特別做好通信模塊與信息采集模塊的設(shè)計工作。

2.1通信模塊。通信過程中需要涉及到多個通信節(jié)點，通過不同的節(jié)點與家庭網(wǎng)關(guān)進(jìn)行聯(lián)系，從而滿足各種信息控制與操作需求。可以通過ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)來達(dá)到設(shè)計共享要求，作為整個智能家居系統(tǒng)設(shè)計中的核心單元，該單位的運行效果直接決定智能家居系統(tǒng)設(shè)計的整體水平。該技術(shù)本身具有不錯的技術(shù)優(yōu)勢，具有很強的抗干擾性能，在設(shè)計過程中直接選擇該技術(shù)來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸可以滿足智能家居系統(tǒng)設(shè)計的宏觀要求。在進(jìn)行模塊設(shè)計時，選擇GPRS單元來對數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化分析，該模塊要求連接準(zhǔn)確，同時能夠接收多種不同類型的信息，滿足使用者的接收要求，也可以借助于接收器發(fā)出相關(guān)指令?？偪刂婆_的構(gòu)成則主要包括有GPRS，ARM以及其他傳輸單元，各種單元相互獨立，共同完成通信任務(wù)。

2.2信息采集模塊。信息采集模塊是實現(xiàn)智能家居系統(tǒng)自動化控制的關(guān)鍵，主要涉及到溫度、濕度以及其他各種信息的采集。在進(jìn)行采集模塊的連接時，一方面需要嚴(yán)格遵從設(shè)計要求做好順序連接，另外一方面還需要分類進(jìn)行管理，如果連接錯誤，不但會影響實際使用效果，同時也可能會由于信息反饋失靈導(dǎo)致設(shè)備損壞。一般來說，信息采集模塊主要包括溫度傳感器、濕度傳感器以及煙霧檢測系統(tǒng)，紅外傳感系統(tǒng)，分別介紹如下。

溫度傳感器是一種獨立的傳感控制模塊，該模塊能夠測量不同類型的溫度并且獲取其溫度信息，作為智能家居信息調(diào)控以及后期處理的需要。一般來說，溫度傳感器的選擇應(yīng)該盡可能突出穩(wěn)定性、實用性，同時也要兼顧一定的操作效率與可拓展功能，能夠盡可能匹配多場景的應(yīng)用需求，這樣才能夠提升智能家居系統(tǒng)設(shè)計的效果，滿足多樣化的用戶需求。

濕度傳感器也是智能家居系統(tǒng)設(shè)計中必不可少的控制模塊。隨著現(xiàn)代人生活質(zhì)量的不斷提升，對于生活品質(zhì)提出了更高的要求，居住環(huán)境濕度不但決定了居住舒適度，同時也與許多其他模塊密切相關(guān)。在本次智能家居系統(tǒng)設(shè)計中選擇了高度集成的濕度監(jiān)測模塊，該模塊具有類似于溫度傳感器的設(shè)計功能，可以借助于MCU完成信號的輸送，如果沒有發(fā)送信號，可以選擇低功耗休眠運行。除此之外，為了體現(xiàn)智能家居系統(tǒng)設(shè)計以人為本基本理念，該系統(tǒng)還可以兼顧危險事故的監(jiān)控，如果空氣濕度超過警戒值，就會自動給居住者報警，以此來確保智能家居系統(tǒng)設(shè)計的安全性。

火警煙霧傳感系統(tǒng)主要選擇一氧化碳為檢測標(biāo)志物，通過MQ7傳感器來完成信息收集處理工作。由于該傳感器模塊能夠完成一氧化碳濃度的隨時檢測，能夠進(jìn)行靈敏度調(diào)整，所以可以很好的解決室內(nèi)一氧化碳安全問題。除此之外，該傳感器最大的優(yōu)勢在于穩(wěn)定可靠，使用壽命較長，同時操作簡單，易于安裝?？梢酝ㄟ^芯片來完成一氧化碳濃度檢測工作，同時做好數(shù)據(jù)的收集整理。如果電壓較低時，該傳感器也會發(fā)出警報，引導(dǎo)用戶察覺到火情信息，及時作出反應(yīng)，避免系統(tǒng)遭受安全影響。

紅外傳感器是基于傳統(tǒng)傳感器衍生出來的新型安全檢測設(shè)備，該設(shè)備可以對住宅附近的相關(guān)信息進(jìn)行監(jiān)控，特別是外來人員入侵感應(yīng)功能具有不錯的應(yīng)有效果，能夠保護(hù)整個住宅環(huán)境穩(wěn)定。在遇到緊急入侵危害時，系統(tǒng)會觸發(fā)警報，保護(hù)住宅內(nèi)人員的生命財產(chǎn)安全。在進(jìn)行紅外傳感器整體設(shè)計時，要考慮到居住者的居住習(xí)慣以及使用主房時間段，從而進(jìn)一步進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)定，在不需要進(jìn)行監(jiān)控時可以隨時進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，有效降低能耗，達(dá)到節(jié)能減排的控制效果。

2.3其他硬件。除去上述提到的兩種硬件外，智能家居系統(tǒng)設(shè)計中還需要涉及到一些特殊的功能硬件，包括有智能主機(jī)、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、氣體探測器與玻璃探測器等等。這些設(shè)備的應(yīng)用是確保智能家居系統(tǒng)實現(xiàn)其基本功能的條件。其中，視頻監(jiān)控設(shè)備主要完成遠(yuǎn)程監(jiān)控與錄像保存功能，遠(yuǎn)程防火報警系統(tǒng)能夠隨時對煙霧濃度進(jìn)行監(jiān)控并作出信息反饋。自動關(guān)煤氣系統(tǒng)、老人遠(yuǎn)程關(guān)懷系統(tǒng)能夠隨時對家庭中的安全風(fēng)險進(jìn)行檢測，老人也可以通過關(guān)懷系統(tǒng)隨時與子女進(jìn)行視頻溝通交流，系統(tǒng)可以通過短信的方式對相關(guān)緊急事件進(jìn)行通信處理，以此來滿足居住安全的客觀需要。不同類型的設(shè)備應(yīng)對不同的居家安全需要，目前小區(qū)的防范措施無法適應(yīng)家庭安全的客觀需求，所以還需要添加智能安防系統(tǒng)，借助于入侵報警、遠(yuǎn)程監(jiān)控等措施來解決警報管理機(jī)制問題，進(jìn)一步提升家人財產(chǎn)安全問題，確保智能家居系統(tǒng)設(shè)計的整體效果。

3基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)軟件設(shè)計

智能家居系統(tǒng)設(shè)計中，硬件的設(shè)計一旦確定，就可以進(jìn)入到軟件設(shè)計的環(huán)節(jié)。隨著物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的快速發(fā)展，軟件開發(fā)與應(yīng)用領(lǐng)域也取得了卓越的建設(shè)成就。根據(jù)相關(guān)資料分析結(jié)果來看，借助于IARSystems編譯器來進(jìn)行代碼處理，效率更高，同時也具有很好的穩(wěn)定性特征，不但可以適應(yīng)大范圍、大規(guī)模程序應(yīng)用，同時其本身使用的成本不高，可以滿足智能家居系統(tǒng)設(shè)計的客觀要求。相比于其他類型的開發(fā)系統(tǒng)，選擇該類型編譯器能夠借助于最先進(jìn)的設(shè)備與芯片處理功能來完成數(shù)據(jù)的處理管控，滿足個性化的用戶需求。隨著采集點采集數(shù)據(jù)工作的陸續(xù)開展，可以根據(jù)采集數(shù)據(jù)的信息來進(jìn)行預(yù)先設(shè)計程序的匹配控制，通過對比分析的結(jié)果來進(jìn)行網(wǎng)關(guān)端對比，從而完成信息的結(jié)構(gòu)化反饋。在反饋節(jié)點工作完成后會自動停止，等待下一次指令才會重新啟動。在沒有工作時，調(diào)控點會進(jìn)行待機(jī)狀態(tài)，但是這種待機(jī)狀態(tài)并不是休眠狀態(tài)，會隨時保持工作狀態(tài)，一旦接收到相關(guān)指令隨機(jī)開始進(jìn)入工作。在實際軟件設(shè)計過程中，要求不同類型的工作流程需要都可以在最短的時間內(nèi)處理完成，這就要求軟件的設(shè)計要盡可能做到科學(xué)、技術(shù)規(guī)范，這樣才能夠滿足網(wǎng)絡(luò)控制的節(jié)點要求。除此之外，為了盡可能減輕能耗壓力，軟件設(shè)計時應(yīng)該以節(jié)點工作指令的反饋為目標(biāo)，采取合理的數(shù)據(jù)傳輸手段，也可以在信息獲取后再進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)節(jié)點搜索和網(wǎng)絡(luò)連接，這樣的模式能夠為系統(tǒng)節(jié)約大量的能耗。在軟件系統(tǒng)構(gòu)建過程中，需要做好節(jié)能調(diào)控功能，協(xié)調(diào)多種操作功能實現(xiàn)其作用，包括數(shù)據(jù)采集處理等方面的內(nèi)容。智能家居系統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)節(jié)點調(diào)節(jié)主要以發(fā)送多種指令為基本條件，通過接收信息、利用網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)完成深入分析等都可以為下一步工作的順利開展提供必要的數(shù)據(jù)支持。

為了進(jìn)一步體現(xiàn)數(shù)據(jù)處理的優(yōu)勢與價值，滿足數(shù)據(jù)處理真實性、準(zhǔn)確性的要求，在本設(shè)計中應(yīng)該盡可能選擇多線程處理模式，用戶可以借助于手機(jī)終端完成登錄，隨時了解家居內(nèi)部的相關(guān)信息，包括溫度、環(huán)境濕度等情況，并且可以通過手機(jī)終端對各種環(huán)節(jié)進(jìn)行操控設(shè)計，滿足居住體驗的各方面需求，這也是智能家居系統(tǒng)設(shè)計的宗旨與主要目標(biāo)。

總結(jié)：綜上所述，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能家居系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)用越來越普遍，智能家居系統(tǒng)設(shè)計的整體水平也有了較大幅度的提升。在具體設(shè)計過程中，需要將智能家居系統(tǒng)設(shè)計拆分為軟件設(shè)計與硬件設(shè)計分別進(jìn)行研究，既要滿足行業(yè)發(fā)展的資源性需求，同時也要做好技術(shù)整合，滿足產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展需要，進(jìn)一步提升智能家居系統(tǒng)設(shè)計水平，為未來智能化、常態(tài)化建設(shè)提供必要的技術(shù)支持，也希望本文能夠為物聯(lián)網(wǎng)背景下智能家居系統(tǒng)設(shè)計工作順利開展提供新的思路，為促進(jìn)我國國民生活水平的全面提升貢獻(xiàn)一份力量。

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作者簡介：錢偉，男（1981.11—），漢族，籍貫浙江淳安，通信與信息系統(tǒng)碩士，講師，研究方向：電子信息、物聯(lián)網(wǎng)方向。