大數據技術下的智能家居系統構建★

王友順

（鄭州信息科技職業學院，河南 鄭州 450046）

引言

智能家居是計算機、通信網絡和遠程控制技術發展到一定階段的產物，可以實現照明設備、空調、音響等家居的遠程控制和智能化管理，屬于一種全新的集中管理方式。相對于國內來說，國外的智能家居技術發展勢頭十分迅猛[1]。目前，國內智能家居設計相對滯后，市場上多類型的智能設備無法實現智能管理，且缺乏相應的智能系統，嚴重限制了智能家居的發展。在大數據、互聯網等平臺的快速發展下[2]，大眾對智能家居的需求日益強烈，并促使智能家居項目遠程化、集成化方向發展。在此背景下，本文構建一種基于大數據的智能家居平臺，旨在促進智能家居的發展，降低智能家居的維護成本[3]。

1 智能家居系統的設計目標

1.1 實現家庭設備的智能聯動

智能家居系統通過物聯網、互聯網和大數據平臺的聯合，對已經接入網絡的電器進行控制。智能家居系統通過向各網關、智能電器識別遠程命令，并對自身的狀態進行判斷，實現對設備的遠程控制。

1.2 依據需求設置智能情景

智能家居系統通過大數據平臺，實現對設備的遠程信息采集，了解室內的環境參數，包括：光照、濕度、熱成像信息，以及用戶身份審核、用戶信息。

1.3 享受“傻瓜式”的設備維護

燈光、通風等設備需要定期維護和檢測，智能家居系統可以依據服務器內的數據，與設備自身的參數和額定運行時間進行比較，計算設備的故障率。而且，智能家居系統對設備定時關閉、開啟和休眠，防止設備超出運行時間，延長設備的使用壽命。

2 智能家居系統設計

2.1 系統功能

智能家居系統主要包括玄關區、客廳區、臥室區、浴室區和廚房區，如圖1 所示。具體內容如下：玄關區涉及智能鎖、室內對講、人體感應、燈光控制和能耗采集；客廳區涉及智能音響、燈光控制和窗簾控制；臥室區涉及空調控制、能耗采集、緊急報警、窗簾控制；浴室區涉及客廳、緊急報警和通風[4]；廚房區涉及煤氣報警、漏水報警、家電控制。上述功能均由中央集成系統控制，并進行閾值設置，以及能耗調節、空氣質量信息，以及煤氣、水電報警燈等信息采集和記錄。

2.2 數據流

智能家居系統采用國際標準的DALI 協議，并利用該協議進行網關接入，促使燈光、窗簾等設備間進行信息通信。其中，智能家居系統對IP 攝像頭采用H.265、H.264 標準，對空調、AV 設備、家電和安防設備，采用物聯網接入協議，對手機、移動終端和平板電腦采用WIFI 接入，或者4G/5G 網絡接入。其中，具體的數據流程圖如圖2 所示。

智能家居系統接收云端數據流，用DALI 網關、物聯網網關的協議進行通訊，實現對燈、通風等設備間的遠程控制，并接收報警信息。另外，接收各智能設備的反饋信息，將相關信息反饋到云數據的服務器中，形成系統日志。

3 智能家居系統的功能

由圖3 可知，智能系統的功能實現過程如下：

第一步，燈光、窗簾的控制。開關控制是采用開關驅動模塊實現對通風系統、燈光的獨立控制。亮度調節控制是根據用戶的喜好，對燈光的亮度、色彩進行控制[5]。場景控制是根據系統中預設的內容切換到相應的場景，如溫馨、明亮、用餐和睡眠等。

第二步，空調控制。空調與智能家居接入以后，會形成三維立體的控制場景，與智能終端、音響和溫度控制系統進行聯合，實現對室內溫度的全面監控。

第三步，安防監控。智能家居是通過IP 攝像頭、智能門鎖，可視化對講機和探測設備（煤氣探測、煙霧預警、水浸探測）等，實現主機的安防監控。

第四步，背景音樂控制。在移動終端上，實現對室內電視節目的調節、音量控制，以及環境模式的切換，實現遠程的多媒體控制[6]。

第五步，能源實時管理。利用從設備的能耗，進行分類的管理和受控制，實現電氣的有效節能。另外，能源管理可以通過閾值進行設置，實現能耗的有效利用。

第六步，健康環境管理。利用PM2.5 監測設備、空氣有機化合物檢測、室內溫度和濕度檢測，實現對室內空氣質量的遠程管理和實時數據傳輸。

第七步，家電管理。利用互聯網、大數據、云平臺等方式，對能耗、在線時間、溫度等進行遠程管理。

4 仿真實驗

4.1 實驗準備

為了保證智能家具系統的普遍性，并在各家居的任意計算機中安裝，需要進行各模塊的功能校驗。系統的測試環境為：CPU2.5 Hz，硬盤500 GB，內存4GB，顯卡為集成Groforce2.4。燈光、窗簾控制模塊為用戶提供燈光調節、窗簾拉開等，并按照外部陽光的強度、室內敏感度進行不同比例的調節，控制過程如圖3 所示。空調控制模塊為空調開關，依據室內溫度進行空調的溫度調節。安防監控模塊為門鎖、煤氣、電線熱度的監控，并將報警信息傳輸到用戶的手機上；背景音樂模塊為客戶的預設時間進行音樂播放；能源實時管理模塊為煤氣、電燈、水閥進行自動控制，依據用戶預設值進行控制。健康環境管理模塊是對室內空氣的霧霾量、負氧離子進行檢測，并向用戶提供空氣質量信息；家電管理模塊是對電燈、電腦、微波爐等電器進行控制，實現自動啟動、關閉；整體功能模塊為各個模塊信息的收集，形成信息表傳遞給用戶。

4.2 實驗結果

測試實驗程序從智能居家系統的數據庫中調取信息，并進行分析，輸出結果為：各模塊的響應時間、實現準確性。同時，為了進一步研究居家智能系統，不斷增加測試時間和各模塊的操作次數，并與原有管理系統進行對比，測試結果的統計分析如表1 所示。

表1 系統測試結果

由表1 可知，智能系統的整體測試結果較好，整體相應的平均時間為2 s，準確性為92.4%。與原有居家系統相比，本文智能居家系統的響應時間、響應準確性得到大幅提高，智能管理的優勢更加明顯。所以，本文智能居家系統設計的優越性較高。

5 結語

智能家居是在信息系統、通訊設備快速發展的情況下，形成了一種新型家居管理模式[7]。智能家居與大數據平臺的融合，可以實現家居設備的遠程管理和調用。在進行智能家居管理過程中，可以租用物聯網、阿里、騰訊等公司的服務器，利用其SaaS 層中的設備進行遠程維護和管理，實現高質量的遠程管理服務。本文開發的智能居家系統可以滿足用戶需求，而且系統的響應時間、響應準確性更優，未來該系統將增加更多功能。