基于物聯(lián)網(wǎng)的智能小區(qū)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)*

楊烈君

(寧德師范學(xué)院 計(jì)算機(jī)系，福建 寧德 352100)

計(jì)算機(jī)物聯(lián)網(wǎng)的概念是將其用戶的客戶終端向外延伸和擴(kuò)展或者植入到任何生活用品與其他物品之間，進(jìn)行信息遠(yuǎn)程交換和控制通信的一種新興信息互聯(lián)概念。物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)際定義是：物聯(lián)網(wǎng)信號(hào)通過射頻識(shí)別再通過紅外感應(yīng)器和全球定位系統(tǒng)以及激光掃描器等信息傳導(dǎo)設(shè)備，按客戶約定的協(xié)議，物聯(lián)網(wǎng)工程可以將任何物品與遠(yuǎn)程互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息互聯(lián)和通信，以此實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別定位和跟蹤監(jiān)控以及遠(yuǎn)程控制管理的一種網(wǎng)絡(luò)概念。

一、建設(shè)智能小區(qū)的意義

小區(qū)的智能化建設(shè)是未來民用住宅產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向，智能化小區(qū)建造的主要目的就是完善民用住宅的日常功能，完善居民的日常居住環(huán)境，提高居住質(zhì)量。在住房科技迅速發(fā)展的時(shí)代，只有設(shè)計(jì)一個(gè)比較完整的自動(dòng)化控制系統(tǒng)才能實(shí)現(xiàn)小區(qū)的智能化管理。目前，我國的智能化小區(qū)正在向著開放式的現(xiàn)場(chǎng)總路線系統(tǒng)發(fā)展。智能化的技術(shù)主要通過綜合性配置的主控系統(tǒng)在住宅區(qū)域內(nèi)的各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)住宅范圍內(nèi)的綜合布線，以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為自動(dòng)化管理的新型住宅小區(qū)。

隨著智能化技術(shù)發(fā)展水平的不斷提高，居民建筑內(nèi)的電子設(shè)備越來越多，構(gòu)成也越來越復(fù)雜，對(duì)于室內(nèi)的機(jī)電設(shè)備的控制要求也越來越高，所以對(duì)于室內(nèi)各種設(shè)備的管理控制系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，這種控制管理新系統(tǒng)的出現(xiàn)標(biāo)志著我國的民用建筑進(jìn)入了智能化管理時(shí)代。在資源節(jié)約社會(huì)的管理模式下，人們對(duì)于能源的節(jié)約越來越重視，只有通過智能化設(shè)計(jì)才能實(shí)現(xiàn)智能建筑的自動(dòng)化管理。智能化的小區(qū)自動(dòng)管理系統(tǒng)是信息化時(shí)代的發(fā)展必然趨勢(shì)，也是當(dāng)代科學(xué)在住宅產(chǎn)業(yè)中的綜合運(yùn)用，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科技水平的不斷發(fā)展，各種室內(nèi)新型的電子設(shè)備也將越來越多。民用住宅的自動(dòng)化控制系統(tǒng)是由一組獨(dú)立分布的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制的，和傳統(tǒng)的住宅相比，這種住宅控制系統(tǒng)比較經(jīng)濟(jì)且更加具有可行性。

二、智能小區(qū)所應(yīng)具備功能分析

1.小區(qū)安全防入侵

民用住宅的自動(dòng)化控制過程中的一個(gè)重要工作環(huán)節(jié)就是對(duì)防范外來人員入侵的搜集，這個(gè)工作環(huán)節(jié)的最主要作用就是將民用住宅工作現(xiàn)場(chǎng)的各種模擬數(shù)據(jù)信息經(jīng)過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行檢驗(yàn)，在檢驗(yàn)的過程中如果發(fā)現(xiàn)有安全威脅隱患入侵就及時(shí)地進(jìn)行防控，這有利于對(duì)民用住宅進(jìn)行保護(hù)。一般情況下，對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行采集和對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的控制過程中，同時(shí)也要對(duì)電流、功率等因素進(jìn)行測(cè)定。在檢測(cè)過程中檢測(cè)的數(shù)據(jù)將通過畫面進(jìn)行直接顯示，屏幕上主要顯示民用住宅工作的所有模擬量、相關(guān)的計(jì)算量，開關(guān)、斷路器數(shù)據(jù)等多種相關(guān)數(shù)據(jù)，處于掛牌檢修狀態(tài)的部分電器元件也將顯示在屏幕上。

2.車輛智能識(shí)別

自動(dòng)化系統(tǒng)中的檢測(cè)警報(bào)功能還能夠使得工作人員將民用住宅的全部設(shè)備的運(yùn)行信息的實(shí)時(shí)狀態(tài)了如指掌，如在進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控的同時(shí)還能夠?qū)⑾到y(tǒng)的信息結(jié)合畫面的功能顯示出來。在民用住宅中通過對(duì)車輛的大小、型號(hào)和品牌進(jìn)行智能化地識(shí)別，監(jiān)視功能控制系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)地將發(fā)生越界的對(duì)象的名稱、編號(hào)、時(shí)間以及相關(guān)參數(shù)值等多種重要數(shù)據(jù)顯示出來，同時(shí)進(jìn)行打印和上傳，還能夠?qū)M(jìn)入次數(shù)和外出次數(shù)進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)的積累進(jìn)行智能化識(shí)別。

3.住戶安全智能防范

在進(jìn)行實(shí)際操作的安全控制工作過程中主要分為兩級(jí)別控制、現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)控制、上機(jī)控制和DCS控制等四種控制方法，其中后三種控制方式比第一種控制方式更為靈活，具有更強(qiáng)的可操作性，命令操作的順序成為操作優(yōu)先級(jí)，保證合理的操作優(yōu)先級(jí)可以確?？刂葡到y(tǒng)的一致性和安全性，能夠極大地提高安全生產(chǎn)的效率。一旦民用住宅的某些地點(diǎn)發(fā)生安全事故，控制系統(tǒng)將會(huì)對(duì)信息進(jìn)行及時(shí)上傳，通過計(jì)算機(jī)的計(jì)算進(jìn)行快速反應(yīng)，同時(shí)制定出最合理的解決方案。在事故處理結(jié)束后會(huì)自動(dòng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和儲(chǔ)存，得出系統(tǒng)性的解決辦法，預(yù)防類似事故的再次發(fā)生。

三、基于物聯(lián)網(wǎng)的智能小區(qū)管理系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能小區(qū)管理系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能小區(qū)管理系統(tǒng)整體架構(gòu)

1.公共安全防范子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

目前小區(qū)的的所有住戶基本都安裝有線電視，如果將有線電視視為一個(gè)雙向的HFC網(wǎng)絡(luò)，就可以通過頻率分割的方式對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行壓縮，這樣在傳送常規(guī)的電視信號(hào)之外還能同時(shí)進(jìn)行高速的數(shù)據(jù)傳輸工作，從而實(shí)現(xiàn)了圖像、語音和數(shù)據(jù)的三線合一工作，這樣不僅能夠在很大程度上豐富人們的日常生活，更加有利于建立公共安全防范子系統(tǒng)，通過每家每戶都擁有的無線信號(hào)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行安全系統(tǒng)的設(shè)置，不僅降低了成本，還統(tǒng)一了網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，減少了因?yàn)樾盘?hào)差異性給網(wǎng)絡(luò)公共安全防范工作帶來的不便。戶主在家中只要在電腦前面就可以傳輸電子郵件、遠(yuǎn)程控制網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程醫(yī)療、安全監(jiān)控以及可視電話等多種網(wǎng)絡(luò)式服務(wù)。通過外部網(wǎng)絡(luò)的合理建設(shè)可以在很大程度上提高通訊技術(shù)的自動(dòng)化，例如小區(qū)的綜合樓體建設(shè)、商業(yè)網(wǎng)建設(shè)和光纖直通設(shè)備，這種控制系統(tǒng)可以提供較高的數(shù)據(jù)傳輸速度，同時(shí)還可以提供綜合業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)網(wǎng)服務(wù)，能夠在普通的電話數(shù)字信號(hào)傳輸網(wǎng)絡(luò)上同時(shí)提供電話、數(shù)據(jù)和視頻類服務(wù)，同時(shí)具有非常高的接入速度，極大地便利了人們的生活，也在很大程度上提高了人們的公共生活安全。

2.車輛智能識(shí)別子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

隨著民用住宅自動(dòng)化控制系統(tǒng)科技的不斷發(fā)展，一種建立在先進(jìn)信息化平臺(tái)上的民用住宅自動(dòng)化控制系統(tǒng)越來越多地應(yīng)用于車輛和家用設(shè)備的識(shí)別領(lǐng)域。其中ECS系統(tǒng)是在民用住宅電氣識(shí)別系統(tǒng)中應(yīng)用得比較廣泛的一種系統(tǒng)，這種系統(tǒng)具有計(jì)算機(jī)處理、信號(hào)的采集與處理、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)、以太網(wǎng)、繼電保護(hù)等技術(shù)綜合研發(fā)。應(yīng)用計(jì)算機(jī)、現(xiàn)場(chǎng)總線、以太網(wǎng)、信號(hào)處理、繼電保護(hù)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)民用住宅的發(fā)電機(jī)、變壓設(shè)備、電動(dòng)機(jī)、反饋線等電器設(shè)備以及電氣化裝置的測(cè)量、處理、控制、保護(hù)、監(jiān)測(cè)、故障分析、保護(hù)等多種功能。這種系統(tǒng)采用了分層式的系統(tǒng)架構(gòu)，自下向上分別為控制層、管理層和間隔層，其中控制層包括了硬件服務(wù)、工作站硬件等方面的工作硬件。主要通過電抄表、錄波分析等應(yīng)用軟件進(jìn)行各種工作系統(tǒng)的通信連接。

ECS 工作系統(tǒng)采用了一體化設(shè)計(jì)的方式將管理層和站控層進(jìn)行了一體化設(shè)計(jì)，保證了組態(tài)調(diào)試可以一次性完成，極大地提高了調(diào)試的工作效率，同時(shí)從整體的角度完善了系統(tǒng)的通信工作功能，保證了通信層和間隔層之間的通信速度，使用DCS、MIS等數(shù)據(jù)端作為通訊接口，使得ECS和DCS之間的相互通信不受限制，還可以節(jié)省大量通信線纜和變送器設(shè)備，降低的工作成本。同時(shí)系統(tǒng)采用了先進(jìn)的自動(dòng)化設(shè)備，完全實(shí)現(xiàn)了不受通訊限制的獨(dú)立運(yùn)行，保證了系統(tǒng)工作的安全性和可靠性。

3.住戶安全防范子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

GCS監(jiān)控系統(tǒng)的間隔層使用的測(cè)控系統(tǒng)具有比較完善的屏蔽和隔離組件，因此該系統(tǒng)的抗干擾能力較強(qiáng)，能夠適用于各種復(fù)雜的工作環(huán)境，這就保證了用戶能夠在較差的條件下完成對(duì)房屋的安全監(jiān)管。而且系統(tǒng)中還使用了新型的冗余技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了雙線網(wǎng)絡(luò)控制、站控設(shè)備冗余以及雙層控制等多種模式控制，從工作效率上確保了工作系統(tǒng)的穩(wěn)定性。工作系統(tǒng)中的安全部件當(dāng)中還設(shè)置有防火墻等多種殺毒措施，并且根據(jù)網(wǎng)絡(luò)分段和數(shù)據(jù)加密等多種方式提高了網(wǎng)絡(luò)信息傳輸?shù)陌踩?。除此之外，在GCS工作系統(tǒng)中還增加了系統(tǒng)的自我診斷和自我恢復(fù)的功能，這是傳統(tǒng)電器設(shè)備所不具備的。這就使得監(jiān)控系統(tǒng)的間隔層、站控層和管理層具備了自我修復(fù)的功能。在通信層和管理層之間還添加了一種類似于熔斷的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中斷方式，這就在很大程度上提高了監(jiān)控系統(tǒng)自我修復(fù)的效率。同時(shí)在通信管理層中使用了雙通道進(jìn)行數(shù)據(jù)的備份、恢復(fù)和及時(shí)上傳，提高了信息傳輸和信息數(shù)據(jù)處理的效率。系統(tǒng)采用了具有更高性能的微處理器，硬件的配置上也選擇了具有多個(gè)CPU的智能化結(jié)構(gòu)主機(jī)，確保在巨大數(shù)據(jù)計(jì)算工作量時(shí)不至于使得硬件不撐，同時(shí)在操作系統(tǒng)上使用了領(lǐng)先水平的嵌入式多個(gè)任務(wù)可以同時(shí)進(jìn)行操作的操作系統(tǒng)，這就極大地提高了數(shù)據(jù)的處理速度和處理效率，提高了住宅的工作效率和安全工作系數(shù)，保證了住宅的固定財(cái)產(chǎn)和人員的生命財(cái)產(chǎn)安全。

四、結(jié)束語

總之，物聯(lián)網(wǎng)的工程在民用住宅中的應(yīng)用將使得無處不在的終端設(shè)備和設(shè)施互聯(lián)起來，將內(nèi)在的智能傳感器和終端移動(dòng)設(shè)備、家庭的智能識(shí)別系統(tǒng)、安全控制系統(tǒng)和智能安全監(jiān)控設(shè)施互聯(lián)起來，使其具有一系列相關(guān)的外在功能。如標(biāo)有RFID的各種終端使用客戶端的個(gè)人或者車輛，通過各種無線設(shè)備完成在內(nèi)網(wǎng)、外網(wǎng)以及各類專網(wǎng)的環(huán)境下實(shí)時(shí)進(jìn)行對(duì)信息和實(shí)物安全的監(jiān)控和保障，基于云計(jì)算的SAAS的幾種運(yùn)營模式，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)通用的大型集成網(wǎng)絡(luò)，提供全程實(shí)控的保障機(jī)制。自此，住戶可以足不出戶地完成對(duì)事物的控制和監(jiān)管，遠(yuǎn)程地完成過去不可能完成的任務(wù)，給人們的日常生活帶來了極大的便利。

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