面向智能家居的物聯(lián)網(wǎng)原型系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

郭廣明

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和居民生活水平的提高，人們對于家居環(huán)境的要求也逐漸提高，并且隨著人們對于智能家居方面的研究深入，關(guān)于智能家居的相關(guān)產(chǎn)品也越來越多，使人們對于智能家居所具有的優(yōu)越性體會更深，并且隨著“物聯(lián)網(wǎng)”研究越來越火熱，以面向智能家居是物聯(lián)網(wǎng)原型系統(tǒng)設(shè)計的重要方向，必然會為居民的生活帶來全新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。在本文中，筆者針對傳統(tǒng)的智能家居相關(guān)的設(shè)計理念做出創(chuàng)新和改善，在此基礎(chǔ)上提出新型的智能家居原型系統(tǒng)，以達(dá)到滿足用戶的需求、擁有更好的智能程度，同時節(jié)約資源降低成本的目的。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；智能家居；設(shè)計和應(yīng)用

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）03-0286-02

隨著居民對于家居環(huán)境要求的提高，目前智能家居成為了重要的研究課題，智能家居指的是將居民住宅作為平臺，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、安全技術(shù)以及自動控制等技術(shù)，使多種家居設(shè)備之間形成一個系統(tǒng)整體，以便于人們實現(xiàn)對于家居物品的智能控制，更好的構(gòu)建符合人們舒適度要求的住宅環(huán)境和管理系統(tǒng)，才能更好地達(dá)到居民對于家居要求的安全性和舒適性。當(dāng)前隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，為智能家居效果的實現(xiàn)提供了可靠現(xiàn)實的依據(jù)，在本文中筆者結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)管理等等方面的技術(shù)，分析面向智能家居的物聯(lián)網(wǎng)原型系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用。

1 面向智能家居的物聯(lián)網(wǎng)原型系統(tǒng)的整體設(shè)計

根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建理念和理念引導(dǎo)下的形成的三層技術(shù)構(gòu)建的框架，在本文中筆者提出基于上述三層框架的適用于當(dāng)前居民要求的新型智能家居系統(tǒng)的設(shè)計方案，在構(gòu)建新型智能家居設(shè)計模型時，其整體框架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以分為下面三個層面：一是感控層；二是網(wǎng)絡(luò)層；三是應(yīng)用層，這三個不同的層面可以分別負(fù)責(zé)三個不同的功能：感控層負(fù)責(zé)信息的采集和執(zhí)行的功能；網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)信息傳遞和信息管理的功能；應(yīng)用層負(fù)責(zé)系統(tǒng)應(yīng)用的功能。三個不同的層面主要負(fù)責(zé)以下具體功能的實現(xiàn)：其中感控層主要是對于基礎(chǔ)信號進(jìn)行采集和處理，對于數(shù)據(jù)之間進(jìn)行傳輸，同時控制命令的執(zhí)行，其主要負(fù)責(zé)的單元有亮度監(jiān)控單元、溫度監(jiān)控單元、電器狀態(tài)監(jiān)控單元、體感監(jiān)控單元、濕度監(jiān)控單元等等；網(wǎng)絡(luò)層主要針對不同的通訊方式所具有的協(xié)議轉(zhuǎn)換的功能，保證各項數(shù)據(jù)能夠順利地進(jìn)行傳遞，其中數(shù)據(jù)主要包括WIFI、ZigBee、有線網(wǎng)絡(luò)以及串口信息等等；應(yīng)用層主要負(fù)責(zé)對于數(shù)據(jù)的存儲功能，并且可以通過智能終端進(jìn)行系統(tǒng)狀態(tài)的整體查看等多種功能，以上三個層技術(shù)構(gòu)建的體系是智能家居設(shè)計和保障其功能實現(xiàn)的重要理論基礎(chǔ)[1]。

2 智能家居系統(tǒng)中對于感控層的設(shè)計

智能家居系統(tǒng)中感控層主要可以由數(shù)據(jù)采集和執(zhí)行以及短距離的無線通信兩部分組成。其中數(shù)據(jù)采集功能主要是利用傳感器和身份識別等技術(shù)，對于家居系統(tǒng)中的溫度、亮度、火情狀態(tài)等設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的采集功能，執(zhí)行功能主要負(fù)責(zé)對于上層服務(wù)器所發(fā)送的命令進(jìn)行接收，并且根據(jù)命令執(zhí)行動作，例如根據(jù)命令對于加濕器和燈具的工作狀態(tài)進(jìn)行控制，在此基礎(chǔ)上為用戶提供更加舒適的生活環(huán)境；短距離無線通信設(shè)備的主要功能是對于較小范圍內(nèi)的各個物品之間實現(xiàn)信息的傳輸?shù)裙δ埽哂凶陨淼撵`活性功能，因此其在智能系統(tǒng)中的應(yīng)用范圍越來越廣泛。

2.1 感控層的整體設(shè)計

在智能家居系統(tǒng)中，其感控層主要是以家電設(shè)備、通信模塊等作為系統(tǒng)構(gòu)成的獨(dú)立節(jié)點和基本單元，主要具有數(shù)據(jù)采集、傳輸和控制設(shè)備的功能，如在具體的工作過程中，感控層對于智能家居環(huán)境中的亮度、溫度等環(huán)境信息和其他各種家具的工作狀態(tài)進(jìn)行信息數(shù)據(jù)的收集和處理，同時通過無線網(wǎng)絡(luò)對于收集的信息進(jìn)行傳輸，最終實現(xiàn)系統(tǒng)整體中的信息交換功能。

2.2 ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳感的構(gòu)建

ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳感的構(gòu)建主要通過三個設(shè)備進(jìn)行實現(xiàn)：一是網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器；二是網(wǎng)絡(luò)路由器；三是網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備。這三個設(shè)備在ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳感中具有不同的功能，其中網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器和網(wǎng)絡(luò)路由器主要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)的功能，它們可以和網(wǎng)絡(luò)中存在的任何設(shè)備之間進(jìn)行信息的傳遞功能；網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備不具備網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)的功能，其只能藝考其他設(shè)備進(jìn)行信息的轉(zhuǎn)換才能實現(xiàn)通信。在ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳感的整體中，協(xié)調(diào)器是核心的存在，對于整個網(wǎng)絡(luò)的建立和維護(hù)都具有重要的意義；路由器主要是負(fù)責(zé)以下兩個功能的實現(xiàn)：一是對于節(jié)點內(nèi)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收；二是為網(wǎng)絡(luò)中存在的不能夠進(jìn)行直接通信的節(jié)點進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)功能；終端設(shè)備負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的采集和處理功能[2]。

3 針對網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層的設(shè)計

3.1 網(wǎng)絡(luò)層的主要功能和設(shè)計理念

在物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)架系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)層對于整體系統(tǒng)的建設(shè)有著重要的作用，其關(guān)聯(lián)著應(yīng)用層和感控層之間的信息傳輸?shù)墓δ?，對于整個系統(tǒng)的正常運(yùn)作起著至關(guān)重要的作用，如果網(wǎng)絡(luò)層不能正常運(yùn)作，則整個系統(tǒng)都無法實現(xiàn)信息之間的傳輸以及動作的執(zhí)行功能。網(wǎng)絡(luò)層功能的實現(xiàn)主要是它可以進(jìn)行不同信息之間的相互轉(zhuǎn)換，從而能夠使數(shù)據(jù)能夠進(jìn)行不同協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)之間的正常通信和傳遞，如WIFI、串口通信、藍(lán)牙等等不同類型的協(xié)議轉(zhuǎn)換和正常通訊，更為主要的是網(wǎng)絡(luò)層不僅可以實現(xiàn)不同協(xié)議之間的相互通信，而且能夠保證通信數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性[3]。

在智能家居的系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)層的工作主要可以通過以下兩個方面進(jìn)行體現(xiàn)：一個方面是將感控層中所接受的各種各樣的信息，如溫度值、亮度、煤氣濃度等等信息傳送到系統(tǒng)應(yīng)用層中，在信息傳輸?shù)倪^程中要保證快速、真實；另一個方面是把系統(tǒng)服務(wù)器所發(fā)送的命令傳遞到感應(yīng)層中，在傳輸?shù)倪^程中快速和安全是信息傳遞的基礎(chǔ)。

網(wǎng)絡(luò)層在設(shè)計的過程中通訊方面主要依靠互聯(lián)網(wǎng)，即Internet方式進(jìn)行，其硬件主要利用智能家居網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)。智能網(wǎng)關(guān)與遠(yuǎn)程的智能家居之間的聯(lián)系是通過Internet進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，因此在進(jìn)行智能網(wǎng)關(guān)的設(shè)計時需要其軟件和硬件支持TCP/IP協(xié)議，并且在智能網(wǎng)關(guān)的設(shè)計過程中應(yīng)該考慮到關(guān)于整個系統(tǒng)整體的可擴(kuò)展性和適用性的原則。同時把握智能網(wǎng)關(guān)是否可以對于服務(wù)器所發(fā)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行及時準(zhǔn)確接收的基礎(chǔ)是網(wǎng)關(guān)的IP和端口，因此這兩者的存在必須在智能家居的系統(tǒng)中具有其唯一性，也就是說只能對應(yīng)唯一的用戶[4]。

3.2 應(yīng)用層的主要功能和設(shè)計理念

在智能家居的系統(tǒng)整體中，應(yīng)用層的功能主要是將感控層獲得的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總和分析、決策等等，對于整個系統(tǒng)而言應(yīng)用層是決策層。應(yīng)用層主要是由兩部分組成，其中一個是負(fù)責(zé)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)接受、儲存功能以及整個系統(tǒng)的控制決策和命令發(fā)送功能的系統(tǒng)服務(wù)器；另一個部分是電腦、手機(jī)等可以進(jìn)行Web瀏覽器搭建的終端設(shè)備，此終端設(shè)備可以保證用戶對于智能家居系統(tǒng)的正常瀏覽和使用。在下文中，筆者主要針對智能家居系統(tǒng)的服務(wù)器開發(fā)和設(shè)計[5]。

智能家居系統(tǒng)服務(wù)器由主要以下三部分組成：一是Web服務(wù)器；二是業(yè)務(wù)處理中心；三是數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，這三個不同的部分分別負(fù)責(zé)以下各個功能的實現(xiàn)：首先Web服務(wù)器，即WWW（WORLD WIDE WEB），其主要的功能是實現(xiàn)網(wǎng)上信息的瀏覽服務(wù)，在工作原理上是通過網(wǎng)頁的形式進(jìn)行用戶使用界面的發(fā)布以及對于用戶的登錄信息進(jìn)行驗證，在系統(tǒng)整體中其是用戶需求最直接和基本的功能體現(xiàn)；業(yè)務(wù)處理中心的主要功能是對于網(wǎng)關(guān)所傳送的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行收集，之后進(jìn)行數(shù)據(jù)解析的工作，并且通過業(yè)務(wù)邏輯處理進(jìn)行解析后數(shù)據(jù)的二次處理，最后是通過上述處理的最終結(jié)果進(jìn)行控制命令的發(fā)送，以及將處理的結(jié)果進(jìn)行儲存，業(yè)務(wù)處理中心在系統(tǒng)整體中的主要作用是對于后臺的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的主要功能是對于系統(tǒng)中的各種信息進(jìn)行存儲和管理，其在系統(tǒng)中的主要作用是保證其他兩個部分能夠?qū)τ跀?shù)據(jù)的存儲和查詢等工作可以正常順利的進(jìn)行[6]。

4 結(jié)束語

綜上所述，在本文中筆者結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)管理等等方面的技術(shù)，分析面向智能家居的物聯(lián)網(wǎng)原型系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用。滿足隨著居民對于家居環(huán)境要求的提高的要求，最終實現(xiàn)智能家居的構(gòu)建，即利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、安全技術(shù)以及自動控制等技術(shù)，使多種家居設(shè)備之間形成一個系統(tǒng)整體，以便于人們實現(xiàn)對于家居物品的智能控制，更好的構(gòu)建符合人們舒適度要求的住宅環(huán)境和管理系統(tǒng)，才能更好地達(dá)到居民對于家居要求的安全性和舒適性。

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