基于物聯(lián)網(wǎng)智能建筑監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究

林翌陽(yáng) 許亮

摘要：本文重點(diǎn)就智能建筑監(jiān)測(cè)、控制上對(duì)物聯(lián)網(wǎng)和ZigBee技術(shù)進(jìn)行了分析，并簡(jiǎn)要討論了智能建筑中關(guān)鍵硬件、關(guān)鍵軟件的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵硬件包括無(wú)線智能開關(guān)、無(wú)線智能插座、中央終端控制器、智能網(wǎng)關(guān)等；軟件則采用C/S方式進(jìn)行信息傳輸及網(wǎng)絡(luò)管理，并提供雙向的通信交流，使便捷的人機(jī)交互成為可能。

關(guān)鍵詞：智能化 物聯(lián)網(wǎng) ZigBee技術(shù) C/S方式

中圖分類號(hào)： TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）05-0000-00

1引言

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，智能建筑業(yè)逐漸進(jìn)入了人們的視野之中。通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)和無(wú)線控制技術(shù)的使用，智能建筑用電系統(tǒng)將更加完善。

2物聯(lián)網(wǎng)、ZigBee通信方式簡(jiǎn)介

智能建筑中物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)可分為三層：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。一般地，感知層是物聯(lián)網(wǎng)識(shí)別物體、采集信息的來(lái)源。所以感知層是由各種傳感器構(gòu)成的，包括溫濕度傳感器、紅外線傳感器、攝像頭等感知終端。感知層又是物聯(lián)網(wǎng)最基本的設(shè)備層，需要將設(shè)備所處的環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行收集整理，并移交給單片機(jī)做進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理。網(wǎng)絡(luò)層則由各種設(shè)備數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)組成，負(fù)責(zé)傳遞由感知層獲取的信息，并上傳至數(shù)據(jù)處理中心進(jìn)行分析。應(yīng)用層為物聯(lián)網(wǎng)與用戶交互的接口，它與行業(yè)需求相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的智能應(yīng)用。

ZigBee是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議。其特點(diǎn)是近距離、低成本、低功耗、短時(shí)延。由于ZigBee通信技術(shù)較為成熟，智能建筑用電系統(tǒng)只需搭載相應(yīng)的通信模塊即可達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的建筑硬件設(shè)備只能人為的進(jìn)行操作，但智能建筑中被采用的智能硬件設(shè)備則能通過(guò)無(wú)線智能模塊連接至用戶所構(gòu)建的控制網(wǎng)絡(luò)中。此時(shí)，用戶只需通過(guò)控制終端便可實(shí)現(xiàn)對(duì)智能設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制。系統(tǒng)方案框圖如圖一所示。

（1）無(wú)線智能開關(guān)。無(wú)線智能開關(guān)可以直接替換建筑中的傳統(tǒng)墻壁開關(guān)。通過(guò)開關(guān)內(nèi)置的ZigBee模塊可以直接登錄到智能建筑中的信息處理中心所構(gòu)建的互聯(lián)網(wǎng)中。用戶可通過(guò)手機(jī)終端應(yīng)用程序或中央控制終端向其發(fā)出開關(guān)指令。這可使用戶擺脫傳統(tǒng)家居電器控制受地理位置的束縛，更加自由地控制智能建筑中用電設(shè)備。這種無(wú)線智能開關(guān)的原理是，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)連接搭載在智能開關(guān)上的無(wú)線通信模塊，從而遙控直接控制開關(guān)的單片機(jī)下位機(jī)，對(duì)開關(guān)進(jìn)行操作。

（2）無(wú)線智能插座。由于一般的插座均有兩個(gè)及以上的開關(guān)接口，則要求與之連接的單片機(jī)可以設(shè)置為對(duì)多個(gè)不同開關(guān)進(jìn)行單獨(dú)設(shè)置的工作模式，如此一來(lái)，用戶可根據(jù)自身需求情況來(lái)控制智能建筑中的用電設(shè)備。

（3）中央終端控制器。用戶終端控制器需要考慮到用戶使用的便捷性和操作性。所以可將中央終端控制器設(shè)計(jì)成具有可視化的界面的設(shè)備并配以觸摸屏，這樣可以實(shí)現(xiàn)對(duì)用電設(shè)備的統(tǒng)一的管理。

（4）智能網(wǎng)關(guān)。在智能建筑中，ZigBee通信方式是底層傳感器上傳數(shù)據(jù)給信息處理中心的主要方式。而ZigBee協(xié)議和以太網(wǎng)TCP/IP協(xié)議的交互連接是智能網(wǎng)關(guān)所需要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。而這種智能網(wǎng)關(guān)需要一方面搭載可支持ZigBee協(xié)議的無(wú)線收發(fā)模塊，另一方面需要搭載可供以太網(wǎng)連接的網(wǎng)絡(luò)接入模塊。兩個(gè)協(xié)議的溝通有無(wú)可以采用LWIP協(xié)議棧移植進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

4信息處理中心軟件設(shè)計(jì)

信息處理中心需要有獲取、分析、處理數(shù)據(jù)等基礎(chǔ)處理功能。在此基礎(chǔ)上，還需要為用戶提供最基本的人機(jī)交互。

信息處理中心應(yīng)需搭載用戶服務(wù)器和建筑監(jiān)控終端。監(jiān)控終端需要和各個(gè)基礎(chǔ)傳感器建立基本聯(lián)系，同時(shí)用戶服務(wù)器需要通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)同用戶建立起相應(yīng)的聯(lián)系通道以保證用戶能監(jiān)控信息處理中心的工作狀態(tài)。

而在這個(gè)設(shè)計(jì)中，信息處理中心同用戶的連接方式采用客戶-服務(wù)器方式（C/S方式）。在這種方式下，客戶是請(qǐng)求的提供方，服務(wù)器是服務(wù)的提供方。在這種方式下，客戶機(jī)只需要在通信時(shí)主動(dòng)向服務(wù)器發(fā)起通信請(qǐng)求即可。而位于數(shù)據(jù)處理中心的服務(wù)器則可同時(shí)處理來(lái)自多個(gè)用戶的主動(dòng)請(qǐng)求。一旦這種通信關(guān)系建立以后，通信便是雙向的，用戶和服務(wù)器的信息便可以交互。

5結(jié)語(yǔ)

隨著社會(huì)的發(fā)展，節(jié)能減排已經(jīng)成為一個(gè)社會(huì)、一個(gè)國(guó)家需要考慮的重要問(wèn)題。智能建筑作為未來(lái)社會(huì)同我們生活息息相關(guān)的科學(xué)發(fā)展方向，已經(jīng)不再離我們那么遙遠(yuǎn)。善用物聯(lián)網(wǎng)和無(wú)線控制技術(shù)，可以為我們以后的發(fā)展多開拓一條可持續(xù)化發(fā)展的道路。

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