物聯網傳感器技術在智能家居中的應用

衣文娟

(青島酒店管理職業技術學院，山東 青島 266100)

0 引言

在物聯網技術中應用傳感器，可以更加精準、及時地完成數據的獲取、處理以及傳輸等工作，能夠為物聯網系統應用提供良好的數據支持。現階段，將物聯網系統與傳感器技術進行結合，能夠更好地將兩者的優勢發揮出來，從而廣泛應用于各行各業，并取得良好的效果。在智能家居中應用物聯網傳感技術，可以對智能家居進行全面的監控，為人們提供更好的服務，促進智能家居更快、更好發展。

1 物聯網傳感器技術的發展概述

物聯網中的傳感器不僅可以有效檢測相應的信息，同時能夠將檢測到的信息以其他信號形式進行對外輸出。應用傳感器，可以準確、快速地獲得需要的信息。傳感器的靈敏程度甚至超過了人的感官[1]。傳感器具有較多類型，如紅外熱釋傳感器、氣敏傳感器以及溫度傳感器等等。智能家居系統一般需要掌握室內環境的氣體濃度以及溫濕度情況等，傳感器能夠檢測到此類信息，將信息轉化為電信號，在模數轉換電路作用下，將電信號轉化為數字信號傳輸至計算機中進行后續處理，最終完成對相關家用設備的控制。傳感器技術主要的信息處理流程如圖1所示。

圖1 傳感器技術處理流程

物聯網傳感器技術不斷發展，其應用領域也在不斷拓寬。常見的物聯網傳感器網絡技術主要有嵌入式網關技術以及無線通信技術。其中，嵌入式網關技術的重點部分是軟件與硬件，在軟件方面，可采用Android以及Windows CE等權威操作系統，具備較高的可靠度。硬件方面主要包括微處理器、微控制器以及可編輯邏輯器件，其中微處理器具備較強的功能，其設計采用馮諾依曼以及哈佛結構，整體運行效率較高。物聯網傳感器使用的無線通信技術主要有紅外通信技術和藍牙通信技術[2]。

2 基于物聯網的智能家居控制系統設計

2.1 系統硬件設計

對于系統硬件設計上，本文選擇S3C2440微處理器芯片，將其作為家庭網關AMR模塊控制器，其具備較多特點，如高性能、低功耗、低價格等，存在大量寄存器，會以更快的速度執行各項指令。并且，在可擴展能力、完備性、通用性以及穩定性上也存在較大優勢。整個物聯網智能家居系統中，家庭網關模塊屬于核心部分，能夠實現家庭外部通信網絡與內部控制網絡的良好銜接。所以，家庭網關應滿足以下要求：首先，可以進行Internet遠程訪問，一方面，家庭網關需要支持TCP/IP協議，另一方面，家庭網關還應提供Web服務。其次，可以通過內部控制網絡，監控并管理物聯網智能家居中的智能終端設備，家庭網關應具備家庭外部通信網絡與內部控制網絡間信息與協議等的轉換功能。家庭內部控制網絡模塊中，通信模塊為ZigBee，ZigBee模塊應用CC2430，其具備高靈敏度、低成本、低功耗以及較強的抗干擾能力。ZigBee網絡中，共包括以下幾種邏輯設備類型：第一種為協調器；第二種為路由器；第三種為終端設備。物聯網智能家居系統中，以太網屬于較為重要的功能模塊，能夠實現遠程登錄，分享并管理系統資源，并且，還具備更新下載等功能。本系統中的以太網模塊，主要是通過DM9000芯片進行網絡接口連接，存在較為突出的優勢，其屬于一款能夠完集成的以太網MAC控制器，成本效益較高，支持8位、16位、32位的接口進行內部存儲器訪問，從而對不同處理器需求加以滿足。DM9000物理協議層接口與IEEE802.3u規格完全符合，同時，還支持IEEE802.3x全雙工流量控制，此外，在GSM模塊上，選擇的是TC35芯片，具備較高的性能，能夠更好地滿足GSM0705以及GSM0707標準要求，可在AT指令下做出具體控制，并且具備RS232接口，會實現雙頻短消息數據通信，安全性及穩定性較高。TC53芯片的組成部分包括：電源電路、GSM基帶處理器、FLASH存儲部分以及GSM射頻部分。

2.2 系統軟件設計

基于物聯網的智能家居控制系統工作中，主要會經歷以下流程:系統各模塊屬于初始化狀態，工作時傳感器會采集各種參數，在數模轉換功能下，數據處理模塊會詳細判斷各種數據參數。如果其不在標準范圍內，會對故障類型做出判斷，通過ARM控制中心對蜂鳴器進行控制，從而發出報警提示，同時會向戶主發送警報短信。報警短信發送給戶主后，戶主可用手機向GSM模塊發送控制短信，ARM控制中心會向GSM模塊發送AT指令，從而讀取收到的短信，對短信指令是否符合標準進行判斷。如果不符合標準，需要向用戶發送提醒，要求重新發送控制短信，如果指令正確，會按照短信內容，將控制信息發送給ZigBee協調器。當ZigBee協調器獲得信息后，向指定的ZigBee節點傳送，節點收到指令后，會根據指示進行控制操作，或者獲取傳感器信息，同時，相協調器中發送控制結果或者傳感器信息，再由協調器向ARM控制中心傳送，ARM控制中心會通過GSM模塊，向用戶回復控制結果。利用ZigBee節點進行控制的人體以及煤氣感應傳感器，當發現有人入侵或煤氣時，會向協調器發送報警信息，協調器會將其傳送至服務器，最終在GSM模塊控制下，使用戶接收到報警信息。

3 物聯網傳感器技術在智能家居中的具體應用

3.1 智能家居照明

智能照明系統主要由4個部分構成，如表1所示。其中，感知層屬于照明系統的最前端，功能是進行數據采集，常用的設備包括電流電壓傳感器、溫度傳感器以及光敏傳感器等。結合家居特點，家庭需要照明的區域包括：車庫、庭院、走廊、客廳以及臥室等，按照不同的用燈習慣，可以使用相應的采集設備，如走廊與衛生間可應用人體紅外探測；樓梯可應用聲控延時控制；臥室與客廳可應用紅外遙控控制等。家居照明控制器包括調光控制器、成組控制器以及單燈控制器，其功能是按照感知層傳感器傳輸的信號進行相應的亮燈或者滅燈處理。可以選擇無線控制器，也可以選擇有線控制器，控制器連接對應的網關，接收到控制指令后，對照明燈進行控制。網絡層面主要由網關節點構成，具備傳遞信息功能。網管節點接收到傳感器接收到的信息后，會將其傳至服務中心，并且會在服務器的控制命令下，將相應命令下發至控制器，對燈進行控制。數據經過感知層與網絡層后，會到達控制中心，通過控制中心做出集中的處理，具體包含移動端以及PC端的應用。應用層的主要功能包括：單燈控制、分組控制、定時控制、單燈狀態監測、單燈調光以及故障報警[4]。

表1 智能照明系統結構

3.2 智能家居安防

智能家居安防系統中，報警器會對家居安防系統綜合傳感器采集到的信息進行分析與計算，隨后做出報警決策，通過報警器發出警示。所用到的傳感器有：門禁、煙感、視頻監控、玻璃破碎探測、燃氣控制以及溫度探測電能，在家居環境的各個位置，均可安置傳感器，以實現區域性的布防，通過傳感器采集相應子系統的狀態數據，隨后會由網絡傳輸設備將這些數據傳輸給系統平臺，最終統一的分析并處理這些數據，以此作為決策的主要依據，下發相應的指令。物聯網傳感器技術用于智能家居安防中，用戶應用一部手機就會完全掌握家中所有電器設備的狀態，也可以進行相應的控制操作，比以往的防盜網更為智能化與人性化。視頻監控系統應用下，用戶可以通過終端設備，對家居環境情況進行實時監控，設備不但具備遠程訪問功能、自動錄像功能、圖片視頻保存功能，并且，還具備報警抓拍以及聯動功能，保障家居安全。

3.3 智能家庭控制

智能家庭控制方面，可以應用相應的傳感器、ZigBee技術及芯片進行軟硬件設計，同時構建相應的管理平臺，監督并控制家中的所有電器設備。具體包括智能遙控技術、一鍵情景控制技術以及遠程監控技術，用戶即便不在家，也可以通過終端進行遠程控制，實現對家中水、家電以及外來人員的監督，提升家居安全性[5]。實際工作中，是經過各類傳感設備接納各類傳感信號，并觸發控制命令或許經過人的自覺遙控、手動觸發對應的發射類智能設備來收回控制命令，例如：溫濕度傳感器會搜集室內的溫濕度變化數據，根據實際需求，進行溫濕度變化觸發要求設定，當溫度或濕度到達預設的觸發要求時，就聯動收回控制命令;當溫度高時，空調開端制冷；當溫度低時，空調開端制熱。如果裝置了亮度傳感器，則當室內光照亮度充足時，預設的燈光主動封閉，當室內光照亮度不夠時，預設燈光主動打開。如果安防人體感應器，當設防時，監測到有人在活動時，馬上觸發電話報警，當非設防形態時，感應到人，主動開啟預設的燈光，當監測到無人時，主動封閉燈光。以上這少許場景的完成，都是經過各類傳感器來主動感應觸發完成智能控制，當然，也可以間接人為手動觸發控制命令，例如：通過墻上智能面板、各類智能遙控器等間接觸發控制命令，如果人不在室內，還能夠經過電話或Internet長途控制來控制室內的全部設備。

4 結語

綜上所述，我國社會經濟實力不斷提升下，計算機技術、物聯網技術以及傳感器技術得以不斷發展，進一步促使人們的家居生活向著智能化的方向發展，更好地滿足人們的現代化生活需求。現階段，物聯網傳感器技術已被廣泛應用于智能家居中，在家居照明、家居安防以及家居控制等方面發揮著較大作用，在未來，物聯網傳感器技術勢必還會不斷向著更好的方向發展。