智慧家居環境物聯系統

西安文理學院 張盼盼 馬宗保 趙士俊 葉晨霏

本項目是利用物聯網技術如何更好的服務于人們的家居生活，這是一個應用前景廣泛，極具社會效益和經濟效益的研究方向，本方案主要設計基于家居環境多檢測點的規劃，從而為家居生活提供從溫度、濕度、凈化、清潔、視聽影音等的個人智慧管家服務的設計。為智慧家居提供一套解決方案，不斷優化家居環境的舒適與服務，從而改善人們的家居生活。

1 項目背景

1.1 智慧家居

進入21世紀，隨著物聯網技術的飛速發展，也伴隨著人類生活水平的提高，人們對生活環境的要求也成為一個重要領域，"智能"的概念也促使AT工作者將其引入智慧家居應用的各種生活環境中。隨著計算機控制系統和物聯網產業的快速發展，智慧家居的物聯網協會得到了大力宣傳。隨著人工智能、大數據、云計算的興起，眾多智慧家居企業得到支持和優化，用戶的個性化選擇可以最大化。與此同時，技術要求也在不斷提高。在各種大服務的多點陪襯下，全屋智能化必將成為當代潮流。

隨著現代物聯網的不斷完善，智慧家居企業生產的各種智能產品也越來越多。智慧家居產業是近年來的一個朝陽產業，由于5G無線網絡能夠支持不同智能終端設備的互聯互接，包含了大量的智能終端設備互聯應用領域，這將極大地幫助推動5G網絡智慧家居的快速發展。目前，行業產品整體應用市場銷售規模繼續呈上升增長趨勢。預計5G商業化后，智慧家居將迎來更大的發展空間。

1.2 智慧家居的網絡構成

智慧家居系統是我國智慧家居安全控制管理系統的技術核心，它對應著智慧家居的“心臟”。該監控系統用戶可以通過手機短信實時控制發送家庭用戶通信指令和系統操作，將通信控制器發送信息到家庭用戶的智能手機上，家庭通信總線可以連接到各個家庭網絡中的子系統，完成家庭智慧家居中各控制器子系統的網絡連接及其組成。智慧家居中的網絡總線通信系統有著許多種形式，可以通過使用不同的總線傳輸網絡介質用來傳輸網絡通信中的信號，如電話線、雙絞線、電力線和無線模式。

2 系統需求分析及方案

智慧家居系統控制軟件系統以各種智慧家居控制系統軟件為主要控制平臺，以各種智慧家居控制設備軟件為主要控制系統對象。借助自動控制系統技術、通用有線電纜監控技術、網絡自動通信監控技術、安防監控技術、自動控制系統技術、音視頻監控技術，整合現代家庭管理設施，構建高效的現代家庭管理系統和計劃生育家庭管理服務系統，提高現代家庭管理智能化、安全化，舒服又舒服。智慧家居安全控制管理系統安全是現代智慧家居的技術核心，是完全實現所有智慧家居安全控制系統功能的重要關鍵。

2.1 應用程序功能需求分析

整個系統由通信模塊、視頻采集模塊和傳感器模塊組成。ZigBee技術對無線傳感器模塊傳輸的數據信息進行判斷。當信息不正常時，通過蜂鳴器或LED燈進行告警，并通過GSM模塊將告警信息發送給用戶。同時，用戶們還可以根據自己個人使用需要，也可以發送手機短信信息來直接控制系統相應的家用電器。

2.2 開發環境需求分析

2.2.1 軟件開發需求

（1）智慧燈光控制系統（圖1）

圖1 智慧燈光控制系統

智慧家具軟件的照明控制采用了大量的模塊化結構設計，是目前家庭生活中提供的最完整、最全面的控制系統。簡潔明了的觸摸屏界面省去了安裝在墻上的各類控制面板和暗場，使墻面干凈簡潔。同時，它可以讓你避免在不同房間、區域甚至樓層的電燈開關之間奔跑。所有這些都可以通過在觸摸屏面板上的一次點擊來完成。

（2）智慧家電控制系統（圖2）

圖2 智慧家電控制系統

智慧家居控制系統是采用現代數字智能技術開發的家居應用控制產品。它可以通過智能開關和無線智能設備在家里的任何地方進行遠程控制。通過總線式紅外學習裝置，可以學習家用電器的紅外信號，將家用電器的功能集成到家用中央控制系統中，使其具有與其他系統連接的功能效果，控制模塊控制家用電器的切換效果。

（3）智慧家庭安防系統（圖3）

圖3 智慧家庭安防系統

家庭安防系統是每個用戶著重考慮的關鍵系統，所以有必要安心地解讀安防在智慧家居日常生活中的體現。系統可以接收傳感器產生的告警信號，觸發記錄事件，向其他I/O設備發送聯動信號（觸發告警等）。家庭安防系統提供以下工作方式：用戶可以在本機設置/解除家庭報警系統，也可以通過電話設置家庭報警系統。防護模式分為家居設防模式和家居設防模式。

2.2.2 硬件開發需求

（1）硬件配置原則

在具有能夠充分滿足系統軟件應用性能需求的技術基本前提下，不僅具有硬件性能的可靠性和可用性還具有安全性，并且同時具有完善的硬件應用技術支持，能夠有效率地滿足制造軟件家居舒適的專業工作生活環境和滿足專業軟件設計師的技術需求。

（2）行本軟件所需的硬件資源

CPU：800M及以上；內存容量：內存達256M以上。

本系統采用傳感器模塊、ZigBee模塊以及GSM模塊進行數據處理七合一集成氣體質量檢測儀傳感器CJ-702-485、電動窗簾、智能空調、智能照明燈等智慧家居設備。

3 總體設計分析

物聯網智慧家居中心為了建立協調各種子系統和非家電互聯網的子系統的互聯互通，必須配備有一個網絡兼容性強的數據處理網絡平臺，能夠實時接收和分析處理家電控制器進行傳輸的相關信息，然后將這些信號進行傳輸提供給家電或其他被系統控制的互聯子系統。中央處理控制平臺的核心功能主要是對基于智慧家居以及局域網的智能家庭和電子系統網絡中的各種網絡信號質量進行自動控制和管理規劃。這可以使您完全能夠通過一個手持帶有無線電話或遙控器的設備與整個家庭的電子系統快速進行通信。主要有三個模塊：傳感器CJ-702-485模塊、嵌入式服務器終端模塊、無線網絡模塊等設備。

3.1 傳感器CJ-702-485模塊設計

傳感器CJ-702-485是一款性價比高的數字串行輸出傳感器模塊，同時采用串行TTL電平兩種輸出方式，集CO2、甲醛、OVC、激光PM2.5、PM10、溫濕度于一體。它可以實時全面的檢測環境，穩定性好，具有防止電源反向連接的功能，非常方便客戶使用。

3.2 嵌入式服務器終端模塊設計

嵌入式網絡服務器應用終端網絡模塊的核心硬件主要由一個中央網絡控制處理模塊、gsm網絡模塊和zigbee三個網絡處理模塊部分組成，中央處理控制器為一個單片機，是系統的一個核心部件。除了最小系統的必要數據時間跨度外，串行數據端口還通過它的rs232電路與它的mc703模塊進行通信。MCU的p0端口連接到監視器，P1端口連接到鍵盤。P2連接到不同的控制器和傳感器。GSM模塊接管華為mc703模塊，串行構造線為115200bps。zigbee云網絡安全模塊可以允許網絡用戶輕松使用各種云的移動、智能終端設備，輕松安全控制基于云的zigbee網絡協議和高速、安全、可靠的無線數據傳輸的每種產品。

3.3 無線網絡模塊

該控制系統主要采用了arm11s3c6410控制核心芯片模塊作為數據核心處理控制器，完成室內所有的控制數據處理，包括自動數據采集和自動控制執行命令。它已經是目前全智能智慧家居自動控制的技術核心。家庭控制中心數據監控管理系統軟件采用基于linux的嵌入式監控系統，數據中心可以自動獨立運行和實時處理，任何家庭控制設備終端都同樣可以通過控制進行串口數據管理和連接無線網絡。

4 測試與結論

4.1 測試方案

該控制系統主要由傳感器接口模塊、zigbee模塊和gsm模塊三部分組成。當整個供電系統基本上不斷電時，設置引導，啟動系統。攝像頭中所獲取的圖像和當前氣體溫度的數值將自動分別顯示出來在一個液晶屏上。系統已自動設置上、下定時溫度設定值。當一個用戶以某種特定方式隨意改變溫度傳感器測量值時，只要溫度超過上、下限值，系統就會自動調整到合適的溫度環境。

4.2 結論

經過檢驗，得出以下結論。借助GSM網絡通信技術和ZigBee無線傳感器，實現了對家電產品的遠程監控，系統利用了GSM網絡無縫靈活的功能、廣覆蓋和短信服務，讓用戶隨時隨地了解家居情況，實現遠程控制。同時，GSM模塊和中央控制單元可以集成，提高整個系統的穩定性，降低成本。為我們自己的“智慧家居"創造一個安全、舒適、節能、健康的環境。