物聯網技術在智能家居照明控制系統中的應用

羅 曦

閩江學院，福建 福州 350001

0 引言

物聯網是智慧家居的基礎設施，正是因為物聯網技術的發展及成熟，促使智慧家居從技術層面逐步轉向應用層面[1-2]。中國照明產業經多年發展，已成為全球照明產業鏈中心，擁有產業集群、完善的產業鏈布局。中國照明行業隨時間推移日益步入高智能、高技術發展未來，家居智能照明系統在數字化時代催生下給予照明行業全新價值[3]。

隨著中國經濟社會不斷發展、城市化建設加速運行、新農村建設步伐加快，我國居民的家居環境得到進一步改善，居民對家居環境的要求也進一步提高，促使家居行業向更舒適、更便捷、更安全、更高效方向發展。智能家居屬于人類美好生活愿景的創新性思維技術領域，因其隨技術發展逐漸具象化消費者需求，而受到人們的信賴與喜愛。智能家居擁有實用性、功能性、易用性等優勢，其市值近年來表現出倍速增長態勢[4]。

智能家居照明系統是智能家居的重要組成部分。隨著傳感器技術、通信技術、自動化技術、互聯網技術及人工智能技術的不斷發展，智能家居照明系統將具有更為廣闊的發展空間。智能家居照明系統將擺脫傳統系照明開關便利性差、照明難調節、低環保、高耗能等桎梏，利用ZigBee系統、無線網絡等網絡通信技術實現燈光的智能控制[5-6]。

1 物聯網技術概述

物聯網起源于2005年信息社會峰會。國際通信聯盟表示該技術可將各種家居日常生活設備進行短距離移動收發器安裝，實現智能家居與通信網絡的線上信息交流。

物聯網技術以射頻識別技術、傳感器網絡技術、M2M技術、Ubiquitous（泛在網絡）為基礎。其中，射頻識別技術的內涵在于控制和管理中帶有射頻識別系統的所有事物。利用網絡通信手段及云端數據拾取技術，統籌聯網讀寫器、無線化可移動式電子標簽兩部分，創建物聯網系統。物聯網基于射頻識別技術，使用條形碼、二維碼對事物進行標記并科學識別。傳感器網絡技術主要控制與管理區域中安置較多的傳感節點和Mote，充分整理收集外界數據信息，合作合力處理信息收集范圍規模巨大、工作繁雜的監測任務。同時，采用網絡關卡式匯集節點建立網絡通信連接，并將收集到的數據信息分析檢驗，促進網絡通信—家庭家居設備—網絡處理基站—家庭家居設備的四位一體循環交流。M2M技術是實現設備間相互通信交流的重要信息交換、宏觀把握網絡傳輸的優化通信技術。其中，信息通道由電信運營企業提供，其附加物聯網業務就是M2M業務。M2M在通信企業專業人員持續推動、宣傳下受到用戶的廣泛應用。Ubiquitous（泛在網絡）是多維度多空間存在于各處各界的網絡應用，最終達到人與物線上實時的數據互通，內含各種應用。Ubiquitous（泛在網絡）屬于智能化響應、互聯網鏈接、衛星數據通信的宏觀結合，是對以往電子化通信手段及思維補充創新的網絡結構。Ubiquitous（泛在網絡）實現了人與人、人與物、物與物之間的交流與通信。

智能家居設備通過物聯網中介技術，將家庭成員生活中使用的電器設備進行鏈接，家庭成員可在戶外通過智能家居實時監控住宅內部情況。智能家居設備及傳感器、無線個人終端智能化設備、車輛之間，將通過有線、無線、長短距離通信網絡技術產生相互交流及連接。利用云端網絡技術，為家庭成員帶來以物聯網為基礎的實時定位、智能化報警機制、可移動性實施家居設備的智能控制等優化服務及管理功能。物聯網屬于較為完善的網絡應用結構，可以實現對所有家居進行安全、節能環保高效的管理與控制，便于提高互聯網及感知技術的結合應用。

2 智能家居照明控制系統概述

智能家居指以住宅為單位，加入諸如萬維網技術、長效互聯互通技術、宏觀布設網絡技術等智能家居技術，以智能設施設備為載體，對家庭成員的日常生活需要進行綜合評估并處理。智能照明控制系統作為智能家居的重要子系統之一，受到廣泛研究及關注。智能照明控制系統是將各類照明控制手段、電子信息技術、通信技術、網絡科技技術集于一身的控制系統，打破了傳統照明控制方式較分散、難以有效管理的管控藩籬，達到傳統照明方式未曾觸及的高度。

智能家居照明產業并不屬于新興行業，其全球市場生態已初具雛形，各類智能終端已然經歷多重迭代。智能家居照明控制系統的優勢主要表現在兩個方面：一方面是節能，減少電力資源的消耗；另一方面是對家庭成員身體上的調節。利用智能家居照明控制系統可以實現照明的自動開關和亮度調節功能，并實現照明設備的自主調控，達到保護視力的目的。

3 智能家居照明系統中的物聯網技術的應用

3.1 智能控制技術

智能控制的常用功能有三個方面，分別是智能化數據信息的分析研究、智能化管理決策、智能化信息互通，均屬于智能控制發展理論應用的高級階段。智能控制以計算機科學、控制理論、人工智能、運籌學等學科為依據，是對智能控制相關理論及技術的拓展。智能控制中應用較多的是神經性網絡、模糊化邏輯、遺傳式算法等，另外涵蓋自身組織管理決策控制、自身配適環境控制、自主吸收經驗知識控制等相關技術應用。智能照明利用智能控制技術實現照明燈的開啟與關閉、區塊化管理、調節光線光色等目的。

3.2 傳感器技術

傳感器技術是智能設備實現自動化控制、智能化控制的重要途徑。傳感器技術應用范圍廣泛，如采集居室溫度、濕度、氣壓、光照、位移、重力等信息，然后將設備收集到的主要信息轉化為數據，以網絡形式傳輸到計算機進行二次處理。智能照明系統中主要應用人體紅外感應器、雷達聲控感應器、重力感應器、照度感應器等傳感器技術。

3.3 ZigBee技術

ZigBee指工作速率在20～250 kb/s的低速短距離傳輸無線網上協議，給予用戶設備以250 kb/s、40 kb/s、20 kb/s等3種原始數據吞吐率，滿足各層級設備應用，如移動手機、平板電腦、電腦服務器、云中心等。

ZigBee技術的主要優勢如下：（1）ZigBee可以低速率傳輸數據以滿足應用需求，其傳輸范圍為10～100 m，增加發射功率后可使傳輸范圍擴大到1～3 km。（2）ZigBee信息數據反應響應速度快，進入工作狀態只需要15 ms，連接并進入網絡僅需30 ms。（3）ZigBee可采用靈活組網方式，利用多種各異的網絡結構，統籌規劃、管理調控眾多子節點，子節點管理上限可達近260個。另外，級別更高的子節點擁有管轄調節本節點的特別權限，數據網絡構成的大網可涵蓋近70 000個節點。（4）ZigBee具備三級安全供應保證，可對家庭安全進行設定、設置終端訪問數據控制權限、設置對稱式高級加密技術標準密碼等。三級安全模式保證ZigBee靈活保障自身安全。（5）ZigBee安裝成本低，適合用于家庭智慧照明系統。

3.4 Matter技術

Matter是近年來業界聚焦的新型標準，架構于當前所有IP協議之上，再經過IPv6轉化為核心應用層。Matter協議以智能家居任一產品擁有全球統一地址為愿景，開發出任意設備在進入家庭后，能夠實現物與物之間的有效合作、管理；促進各種軟件開發廠商進行發掘研究，以研發出智能家居適配各類應用場景的軟件或應用產品。Matter的主要優勢在于統一應用層及基于IP全面開源，即在標準開發時間里對開源庫內數據進行開發，可使用固定、移動設備進行使用的協議。Matter與ZigBee的主要區別在于不同的底層網絡協議，其中ZigBee擁有其獨屬的網狀網絡協議；而Matter采用IP作為頂層網絡協議。Matter協議定于2022年發布，未來將有更多的智能家居企業陸續對這一新標準進行支持，不斷推進全球智能家居領域的嶄新生態，建立健全互聯互通全屋智能照明生態。

4 結束語

物聯網布控下，智能家居照明控制系統將滿足更多家庭用戶日常生活中對各種場景的需要。未來，物聯網智能家居標準將逐漸完善，智能家居系統也將突破傳統，對消費者產生良性影響，促進物聯網與智能家居照明控制系統協同發展。物聯網與智能家居照明控制系統將日趨結合得更為緊密，利用數字智能革命效率及場景，為家居環境營造更加良好的氛圍。