物聯網技術下的智能家居設計

摘要：為了提高智能家居的智能水平，文章提出基于物聯網技術的智能家居設計方案，并以智能家居椅設計為例，驗證該方案的可行性。該研究對所提智能家居椅進行性能測試，結果顯示，該智能家居椅的機械輔助試驗成功率為91.58%，優于對比的其他智能家居椅，且達到較高的設計水準。該智能家居設計方案實用性強，能夠為智能家居的設計和優化提供重要參考，推動了家居智能化的發展。

關鍵詞：物聯網技術；智能家居；設計；智能家居椅

中圖分類號：TN929.5；TP391.44；TU855文獻標志碼：A

0引言

隨著信息化時代的蓬勃發展，智能家居作為現代生活的新趨勢，正逐漸改變人們的生活方式［1］。物聯網技術的革新使得家居智能化成為可能，其通過無線網絡連接家居設備，為用戶提供了前所未有的舒適體驗［2］。當前，由于物聯網技術的廣泛應用，智能家居已從有線連接邁向無線互聯的新階段。眾多學者已在智能家居領域取得了顯著研究成果，例如：劉丹丹等［3］為了更好地提高智能家居的識別效果，提出了基于WiFi數據幀特征的識別方法，結果顯示，該方法對智能家居的識別效果較好，實用性較強；曾昭優等［4］為了提高家居管理的智能化水平，提出了基于Arduino的智能家居管理系統，能夠有效提升智能家居的管理水平；崔曉龍等［5］為了提高智能家居的應用水平，提出了基于物聯網的智能家居管理系統，該系統具有良好的實用效果。

然而，現有研究仍存在一定的不足，如系統穩定性、設備兼容性以及用戶體驗優化等方面仍需進一步提升。故此次研究創新性地提出一種基于物聯網技術的智能家居設計方案，以智能家居椅設計為例，旨在解決上述問題并推動智能家居的持續發展。該研究的創新性在于強化了智能家居系統的穩定性和兼容性，同時通過該系統實現更加智能化、個性化的家居管理。此次研究不僅提升了生活的便利性，還為智慧社區、智慧城市的建設作出了積極貢獻，推動了物聯網技術在智能家居領域的應用。

1基于物聯網技術的智能家居設計關鍵技術

1.1物聯網智能家居的技術支持

射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）技術是一種以無接觸IC為基礎的自動識別技術。該技術利用無線射頻技術實現了對物體的自動辨識和相應的信息采集［6］。智能家居通常采用以MCU為核心的主控系統，該系統主要負責對收到的指令進行處理。此外，智能家居控制系統還擁有ZigBee組件。該組件主要用于對設備進行實時監測，確定設備是否符合預定的報警數值。當報警信號達到預定的報警數值時，該組件向主機發出報警，然后由主機進行分析，確定報警信號的來源，最后由GPRS模塊傳輸至用戶的移動電話，以達到預警效果。用戶在收到報警信號后，通過發送短信的方式進行控制。在用戶發送短信后，GPRS模塊接收并分析用戶短信，然后將短信傳輸至總控制器，并進行分析響應。此次研究使用的智能家居控制系統采用AT89S52作為主控制器。AT89S52是一種低功耗高性能COMS 8 Bit單片機，采用8 kB的可編程Flash內存。該單片機采用Atmel公司的高密度非揮發內存技術生產，與80C51的產品指令和插針完全兼容。智能家居是在物聯網的影響之下的物聯化體現，通過物聯網技術將家中的各種設備連接到一起，提供家電控制、照明控制、窗簾控制、電話遠程控制等多種功能，極大地提升了家居生活的便捷性和舒適性［7］。智能家居主要包括如圖1所示的4個核心部分。

由圖1可得，智能家居主要分為智能照明系統、家庭環境調控、家庭娛樂、智能安全4個核心部分。其中，智能照明系統不僅可以實現自動控制，還可以達到節能的目的，從而有效防止住宅高能耗的產生。而家庭環境調控是指智能化住宅的設計能夠使室內溫度、濕度和空氣隨時處于安全、舒適的環境中。隨著人們對家庭娛樂需求的不斷提高，人們對各種娛樂產品和器材的需求也在不斷增長，其中娛樂類電子產品已經成為智能家居的主要組成部分。智能安全是人們日常生活中最重要的安全措施，能夠在緊急情況下以最短的時間內向用戶發出警報，從而保證使用者的人身和財產安全。

1.2物聯網技術下的智能家居整體設計分析

運用智能家居的根本目的是讓居住環境變得更加舒適、安全。只有設計先進的智能家居軟硬件，才能防止因技術落后而產生的智能家居整體效能低下、提前報廢等問題［8］。同時，在滿足客戶對整體系統要求的前提下，設計方案還要做到切合實際。在智能家居整體設計中，網絡化的目的是使設備和信息資源能夠相互分享，本文研究設計了一個網絡化的標準界面。該界面的使用者可以按自身的需求進行系統的更新與升級。GPRS的優勢在于可以解決一些因特網使用量偏低的問題，故網絡化方案利用GPRS技術來完成短信的無線發送，同時還能將短信解析并轉換成指令代碼，從而實現利用短信控制家電設施。此外，研究還能利用移動電話實現對家居的實時監測，解決了傳統家用控制器操作距離短、地域限制等問題。研究提出的智能家居控制系統采用短信進行管理，既能有效減少成本，又能廣泛用于各種無人值守區域。其具體結構如圖2所示。

由圖2可知，該系統主要包括傳感器、熱水器開關、燈光開關、信號接收器以及用戶手機等模塊。該智能家居控制系統的主要功能為防盜警報、家電遠程控制、火災監控。其中，防盜警報功能是指當有人闖入家中打破玻璃或撬開門窗時，相關的感應器就會發現異常，將這些數據通過家中的無線網絡傳輸給家中的控制器。再由家中的控制器進行分析，最終由GPRS模塊將報警信息以短信形式傳送給業主，達到防盜報警的目的。而家電遠程控制功能是指在使用遙控設備時，用戶可以使用移動電話向家電發出指令，GPRS模塊接收并把短信轉換成能夠被用戶辨認的指令傳送到家用控制器中，由控制器進行處理，將指令通過ZigBee的無線傳輸方式傳送至與家用電器相連的MCU，從而完成對家用設備的控制。火災監控功能是指在室內裝配感應式溫度檢測器和感應式檢測器，可對每個房間的防火情況進行實時監測。一旦發現火情，系統就會通過無線ZigBee模塊向家中的控制器傳輸數據，再由GPRS模塊向用戶的移動電話進行短信傳輸，從而達到監控火災的目的。

2基于物聯網技術的智能家居椅系統設計

在物聯網技術的支撐下，智能家居椅系統在輸入和輸出界面上有很大的進展，構成一個良好的座椅組合結構，其中包含敲擊和智能輔助閱讀結構。此外，通過智能控制與輔助閱讀結構的智能控制，系統確保了STM32智能家居椅的結構完善化。本文提出的智能家居椅系統主要包含測力傳感模塊、稱重傳感模塊、光電傳感模塊、WiFi模塊以及遠程操控模塊。為了實現捶背的動作，并根據捶背的力量進行有針對性的測量，測力傳感器模塊研究選擇STM32模塊進行控制，并增加客戶端的App反饋功能。在測力傳感器模塊中，系統主要是將模擬信號和A/D變換相結合，以保證STM32GPIO的采集需求，從而調控擊打力度，以提高智能家居椅系統的捶背舒適性。而重量傳感器模塊主要用于智能家居座椅組合結構的受力測量。在該模塊的設計中，本文選擇BS1型傳感器。該傳感器的測量范圍為0～200 kg，可以滿足測量系統的設計要求。在BS1型重量計中，本文還加入了微分信號的輸出，使其能夠與傳感器的信號處理相結合，優化傳感器的輸出和輸入。通過將2個階段的運放相結合，可以滿足電壓信號的傳輸，確保電壓信號的準確傳遞，從而形成一個傳感器技術系統。

在智能家庭座椅中，光電傳感模塊能夠檢測人體的紅外輻射，從而提高感應器的感光強度。此次研究在光電傳感模塊的設計中采用了熱釋電傳感器。該傳感器的感光電阻會隨著外部光照強度的增大而減小。在高電平的檢測中，本文對電傳感器的啟動狀態進行分析，并將其與熱釋電傳感器的啟動相結合，使其與使用者的家庭座椅緊密相連，確保探測信號能夠傳輸至STM32模塊中進行檢測。在無線網絡模塊的設計上，系統主要是通過STM32模塊進行微信應用程序之間的直接通信聯系。無線網絡系統采用ESP8266模塊，通過SIM32進行AT指令的發送，以保證傳感器的準確定位，并將有關的技術內容與指令的無線傳送相結合。無線網絡模塊的主要功能是在5 GHz范圍內，與IEEE 802.11a在多方面的數據傳輸機制相結合，使智能家居椅系統的傳送速率達到通信標準。智能家居座椅系統的遠程遙控模塊設計是以Java為基礎，利用Java軟件開發出適合的推拿和控制復合機械，以實現輔助功能。遠程遙控模塊可以幫助用戶通過手機App對智能家居椅進行遠程控制，從而增強智能家居椅的智能輔助閱讀功能。

3基于物聯網技術的智能家居椅性能測試

為了確保研究提出的基于物聯網技術的智能家居椅（智能家居椅1）的復合結構、輔助閱讀結構、插頭結構等安全可靠，本文將其和市面上相類似的奧德朗智能家居椅（智能家居椅2）、榮泰智能家居椅（智能家居椅3）以及好亦佳智能家居椅（智能家居椅4）進行性能對比試驗。此次對比試驗的測試在恒溫恒濕的室內環境中進行，確保測試條件的一致性。本文通過對比智能家居椅的復雜機械輔助實驗結果、復合結構測試結果以及輔助閱讀結構測試結果，驗證所提智能家居椅的實用性。4種智能家居椅的復雜機械輔助實驗結果以及二次開發后的控制準確度對比結果如圖3所示。

由圖3可知，本文提出的智能家居椅1在500次復雜機械輔助試驗中的成功率為91.58%，顯著高于智能家居椅2～4的成功率（分別為89.21%、84.83%、80.98%）。而當復雜的機械輔助試驗次數在200次以上，且總成功率在91.50%以上時，說明該智能家居椅的整體性能較好。故由以上結果可知，本文所提智能家居椅1的整體性能優于智能家居椅2～4，且能夠達到較好的設計性能。

本文對4種智能家居椅進行二次開發，并對4種智能家居椅的控制準確度進行測試，測試結果如圖4所示。

由圖4可知，智能家居椅1～4在500次控制準確度測試中的準確率分別為91.43%、87.85%、84.16%、82.34%。該結果說明，本文提出的智能家居椅1的整體控制準確度優于智能家居椅2～4。此外，當智能家居椅的控制準確率在90.0%以上時，控制性能較好。故由以上結果可得，本文所提智能家居椅1的整體性能較優。4種智能家居椅的復合結構測試結果和輔助閱讀結構測試結果如表1所示。

由表1可知，本文所提智能家居椅1在復合結構承重、穩定性、輔助閱讀結構的調節范圍和舒適度評分上均優于其他3款智能家居椅。同時，智能家居椅1的插頭結構也通過了安全性測試，說明其整體設計性能較為優秀。上述結果進一步驗證了智能家居椅1在性能和舒適度方面的優越性。綜合上述各個維度的比較，可以發現，本文所提基于物聯網的智能家居椅具有較強的實用性，可促進智能化家居的發展。

4結語

隨著物聯網技術的不斷進步，智能家居設計正逐漸成為提升現代生活品質的關鍵因素。本文深入探討了物聯網技術在智能家居設計中的應用，從系統設計思想到關鍵技術支持，再到具體的硬件設計，全面分析了智能家居系統的構建和工作流程。本文還提出了基于物聯網技術的智能家居椅系統設計方案，并通過實際的性能測試驗證了該設計的可靠性和實用性。

總體而言，智能家居設計正朝著更加智能化、個性化和集成化的方向發展。未來的智能家居設計將更加注重用戶體驗，通過不斷融合新技術，實現家居生活的全面智能化，為用戶創造一個安全、舒適、便捷的居住環境。同時，智能家居設計也將進一步推動物聯網技術在家庭生活領域的應用，為智能家居產業的發展提供強有力的技術支撐，助力我國物聯網技術的可持續發展。

參考文獻

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［4］曾昭優，陳曉.基于Arduino的智能家居管理系統設計［J］.信息技術，2023（9）：91-95.

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［6］李忠.物聯網技術下的智能家居遠程無線監控系統設計探討［J］.電子測試，2017（9）：68-69.

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［8］王一煒，鄭仁思，宋嘉欣.物聯網趨勢下的智能家居產品設計策略［J］.輕紡工業與技術，2021（9）：103-104.

（編輯王雪芬編輯）

Smart home design under the Internet of Things technology： taking smart home chair as an example

DOU" Qia

（School of Electronic Information， Wuchang Polytechnic College， Wuhan 430070， China）

Abstract： In order to improve the intelligent level of smart home， this study proposes a smart home design scheme based on the Internet of Things technology， and takes the smart home chair design as an example to verify the feasibility of the scheme. Research on the proposed smart home chair performance test shows that the success rate of the mechanical assistance test of the smart home chair is 91.58%， which is better than the comparison of the other smart home chairs and reaches a higher design level. The results show that the smart home design scheme proposed in this study is practical， and can provide an important reference for the design and optimization of smart home， and promote the intelligent development of smart home.

Key words： Internet of Things technology; smart home; design; smart home chair