基于物聯(lián)網(wǎng)技術的智能家居系統(tǒng)設計

蘇娜

摘 要：隨著經(jīng)濟水平提高和科學技術的不斷發(fā)展，人們希望生活質(zhì)量也能得到不斷地提高，智能家居應運而生。本文把智能家居技術與物聯(lián)網(wǎng)技術相結(jié)合，對基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)中使用的關鍵技術進行學習研究，利用現(xiàn)在發(fā)展成熟的物聯(lián)網(wǎng)技術實現(xiàn)住宅中物與物、人與物之間的無線通信和遠程控制，提高家居環(huán)境的安全性、舒適性和便利性等。

關鍵詞：智能家居；物聯(lián)網(wǎng)；傳感器；通信

1 概述

1.1 智能家居

智能家居以家庭住宅為平臺，應用自動控制技術、網(wǎng)絡通信技術、音視頻技術將家庭中和信息有關的家電、通信設備等裝置集成，方便信息傳遞和用戶對家電設備進行有效地控制。除此之外，把智能家居系統(tǒng)與Internet網(wǎng)絡相連接，用戶通過家庭網(wǎng)關實現(xiàn)對家電設備的遠程監(jiān)測和控制。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)，通俗地說就是物物相連的網(wǎng)絡，是將各種信息傳感器設備，如串口無線裝置、紅外傳感器、全球定位系統(tǒng)等裝置按照約定的協(xié)議與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息的交換和各裝置間的通信，實現(xiàn)智能化的識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡。將物聯(lián)網(wǎng)技術應用于智能家居系統(tǒng)中，物聯(lián)網(wǎng)可以把家電設備連接到網(wǎng)絡中，使設備狀態(tài)、信息以及環(huán)境參數(shù)等海量數(shù)據(jù)的共享成為可能，物聯(lián)網(wǎng)為智能家居技術的發(fā)展提供了新的方法。

2 物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)中的關鍵技術

2.1 傳感器技術

傳感器就是能將被測量轉(zhuǎn)換為可用電信號的器件或裝置，現(xiàn)在計算機處理的數(shù)據(jù)絕大部分都是數(shù)字信號，而家居環(huán)境中的參量是模擬信號，因此就需要傳感器將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，這樣計算機才能對信號作進一步的處理。在智能家居系統(tǒng)中需要實時了解家居生活環(huán)境中的參量，從而采取相應的控制，為了實現(xiàn)這一目的，就要在家庭中布置多種傳感器來采集家居環(huán)境信息，比如溫度、濕度、煙霧、煤氣泄露、紅外等傳感器，傳感器將家居環(huán)境信息轉(zhuǎn)化為可用的電信號，從而進一步對信息處理實現(xiàn)對家具設備進行調(diào)整和控制。

2.2 無線通信技術

無線通信技術的主要優(yōu)點有避免了重新布線，安裝簡單方便，還可以根據(jù)用戶的需求隨時改裝。本系統(tǒng)中主要使用的是WiFi技術，WiFi的傳輸速度快，有效范圍可在數(shù)百米范圍內(nèi)，對于大多數(shù)家庭來說覆蓋范圍足夠。智能家居系統(tǒng)使用WiFi技術主要是家庭網(wǎng)關和若干無線通信節(jié)點的設置，家庭網(wǎng)關中有一個無線發(fā)送模塊，每個節(jié)點有一個無線接收模塊，數(shù)據(jù)就可以在各個節(jié)點之間傳送，通過一臺WiFi手持終端就可以進入家庭網(wǎng)關，實現(xiàn)對家電設備的監(jiān)測和控制。

2.3 遠程控制技術

遠程控制技術就是一臺PC遠距離控制另一臺PC的技術，遠程控制可以通過LAN、WAN、撥號方式、互聯(lián)網(wǎng)方式進行，本文中的控制系統(tǒng)采用互聯(lián)網(wǎng)方式，擁有強大的網(wǎng)絡功能，可以很方便地接入家庭網(wǎng)絡中，用戶可以在移動終端上查看家電設備的工作情況和家庭中溫度、濕度等環(huán)境參量，在移動終端上輸入控制指令，可以控制家電設備的開關、工作模式等。

3 智能家居構(gòu)架

3.1 無線通信模塊

通信模塊是整個智能家居系統(tǒng)的核心，負責家電設備和移動終端、家電設備之間的數(shù)據(jù)傳輸和融合。本系統(tǒng)通信模塊采用即插即用的串口WiFi模塊——SSC-WiFi-171，它是上海迅瞻電子科技有限公司代理的美國RN公司的RN-171模塊。RN-171模塊具有體積小、功耗低的特點，而且模塊內(nèi)置的固件讓用戶應用起來很簡單。該產(chǎn)品符合IEEE802.11協(xié)議棧網(wǎng)絡標準，工作于2.4G頻段，核心芯片集成了32位處理器，內(nèi)帶TCP/IP協(xié)議，能夠?qū)崿F(xiàn)用戶串口、以太網(wǎng)、無線網(wǎng)3個接口之間的任意轉(zhuǎn)換，使傳統(tǒng)串口設備更好的加入無線網(wǎng)絡。具有電池管理和模擬接口，模塊可以自動掃描和連接AP.RN-171模塊內(nèi)建的HTML客戶端，串口設備不需要更改配置數(shù)據(jù)就可以自動上傳到WEB服務器上去。

3.2 信息處理模塊

為了實現(xiàn)家電設備與移動終端間數(shù)據(jù)的傳輸，智能家居系統(tǒng)中必須要有信息處理模塊。信息處理模塊用來處理各個家電設備的工作狀態(tài)和對家居環(huán)境數(shù)據(jù)處理，將處理后的規(guī)范化數(shù)據(jù)上傳到家庭網(wǎng)絡中，用戶根據(jù)移動終端顯示的數(shù)據(jù)來判斷家居環(huán)境和家庭設備是否是正常工作狀態(tài)。移動終端做出的指令也要通過信息處理模塊處理，信息處理模塊對指令處理后發(fā)送到功能驅(qū)動模塊，功能驅(qū)動模塊根據(jù)指令代碼控制家電設備的運行狀態(tài)。

3.3 溫度控制模塊

本系統(tǒng)采用DS18B20溫度傳感器，它具有體積小、抗干擾能力強、精度高、價格便宜的優(yōu)點。雖然絕大多數(shù)空調(diào)都有測溫功能，但是由于其體積的限制，一般測得的只是排風口近距離的溫度，所以需要另外安裝溫度傳感器。DB18B20將測得的室內(nèi)溫度上傳到家庭網(wǎng)絡中，用戶可以實時監(jiān)測家庭溫度狀況。當開啟溫度自動控制的時候，只需要將空調(diào)設定的溫度值上傳到家庭網(wǎng)關中與DS18B20測得的實際溫度相比較，從而進一步控制空調(diào)的制冷制熱，保證家居環(huán)境保持在適宜溫度。

DS18B20數(shù)字溫度傳感器接線簡單方便，封裝后可以應用于很多場合，有管道式，螺紋式，磁鐵吸附式等，也有多種型號，比如LTM8877，LTM8874等，根據(jù)應用場所的不同改變其外觀。封裝后的DS18B20可用于各種非極限溫度場合，比如測量鍋爐、機房、農(nóng)業(yè)大棚、彈藥庫等的溫度。DS18B20測溫范圍為-55℃～+125℃，測量誤差小，不需要外部元件，無需備用電源，使用方便，耐磨耐碰，體積小，封裝形式多樣，適用于各種狹小的空間設備數(shù)字測溫和控制領域。對于本系統(tǒng)來說，DS18B20無疑是很合適的選擇。

3.4 安全防護模塊

本系統(tǒng)的安全防護模塊采用的是紅外傳感器組成的紅外報警器，紅外傳感器發(fā)射的紅外光線不影響周圍其他電子設備，也不能穿透墻壁，所以可以在家庭的門口、窗口多處安裝紅外報警器，提高家居安全。紅外安全報警模塊結(jié)構(gòu)如下圖所示：

兩只串聯(lián)的LED發(fā)射紅外線，兩只并聯(lián)的紅外光敏器件D接收紅外線，每對管子的距離設定為75mm（小于人體的厚度），光敏器件D接受LED發(fā)射的紅外光線，當兩個光敏器件D1、D2同時沒有接收到紅外光線時，接收器觸發(fā)報警，將此信息發(fā)送到移動終端設備上，用戶進一步查看監(jiān)控設備查看具體情況。此紅外報警設備只有當大于75mm的物體遮擋才會發(fā)生報警，可以避免因為蚊蟲等發(fā)生的誤報，大大提高系統(tǒng)的準確性。

3.5 移動終端

智能手機具有強大的功能，而且使用很普遍，已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ髦胁豢扇鄙俚墓ぞ摺⒅悄芗揖酉到y(tǒng)終端的某些功能遷移到手機上，改善了高新科技的易用性，用戶可以更好的體驗智能家居系統(tǒng)所帶來的便利性。在智能手機上安裝程序軟件，用戶就可以通過軟件連入家庭網(wǎng)絡中，可以實時了解家里各個家電工作情況、家居環(huán)境數(shù)據(jù)等，也可以通過手機移動終端控制家電設備的開關，比如用戶在到家之前將空調(diào)、燈具等打開，回家就能享受舒適的環(huán)境。

4 結(jié)語

本文研究學習了物聯(lián)網(wǎng)技術和智能家居系統(tǒng)中使用的技術，特別分析了基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)中使用的關鍵技術，提出了一套基于傳感器技術、無線通信技術和移動終端技術的智能家居系統(tǒng)，此智能家居系統(tǒng)布置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，具有較好的安全性和可靠性，能夠大大提高人們家居生活的便利性和舒適性。

參考文獻

[1]包衣勤.基于物聯(lián)網(wǎng)技術的智能家居系統(tǒng)的研究與探討[J].物聯(lián)網(wǎng)技術，2013，（7）：38-41.

[2]閆哲，杜濤，左海利.智能家居控制系統(tǒng)的設計及實現(xiàn)[J].自動化技術與應用，2010，29（2）：93-95.

[3]閔麗娟，盧捍華，陳玲，等.智能家居的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及相關無線通信技術研究[J].計算機技術與發(fā)展，2011，21（8）：169-172.