以物聯(lián)網為基礎的智能家居設計與實現(xiàn)

朱堅兒廣東省技師學院廣東省高級技工學校

以物聯(lián)網為基礎的智能家居設計與實現(xiàn)

朱堅兒
廣東省技師學院廣東省高級技工學校

科學技術的高速發(fā)展，推動了社會的快速進步，同樣，也促使了人們生活水平的不斷提高。在人們生活水平不斷提高和物聯(lián)網發(fā)展實現(xiàn)了物物相聯(lián)的基礎上，催生出一種新型家居，即智能家居。對于智能家居來講，它的整個系統(tǒng)主要是運用Zigbee無線傳感器對家居內各種信息的采集來實現(xiàn)的。鑒于此，筆者就針對智能家居系統(tǒng)的核心技術、方案設計、系統(tǒng)實現(xiàn)等進行簡要分析，供讀者參考，以便在物聯(lián)網環(huán)境下智能家居更好的發(fā)展。

物聯(lián)網；智能家居；Web服務器；Zigbee無線傳感器

引言

隨著社會的不斷發(fā)展，科技的不斷進步，在以計算機、互聯(lián)網為基礎的信息科技崛起之后，傳感器技術、RFID射頻技術、嵌入式技術等得到了進一步推進，因此，物聯(lián)網在人們生活中的應用范圍逐漸擴大。在物聯(lián)網發(fā)展實現(xiàn)了物物相聯(lián)的基礎上，催生出了智能家居，對于智能家居來講，主要是通過感知、計算、無線通信等來實現(xiàn)為用戶服務的。

一.以物聯(lián)網為基礎的智能家居系統(tǒng)所運用的核心技術

對于物聯(lián)網來講，我們都知道它是實現(xiàn)物與物之間的網絡連接，既然是通過網絡完成物與物之間的連接，那么，將互聯(lián)網和其它相關東西進行連接，就會實現(xiàn)信息交換形成一個智能的網絡。由此可見，物聯(lián)網的實現(xiàn)，不是單純的覆蓋在物與物之間的互聯(lián)，而是集合了計算、通信以及控制等一系列方面合為一體的智能信息系統(tǒng)。一般情況下，自動感知技術和計算機網絡技術是智能家居使用較多的物聯(lián)網技術。對于互聯(lián)網來講，計算機網絡在其中的應用非常成功，而物聯(lián)網是以互聯(lián)網為基礎，在不斷發(fā)展和延伸過程中而所形成的一種形象技術，它依然屬于互聯(lián)網范疇內，只是將互聯(lián)網的范圍拓寬了而已。在智能家居的整個系統(tǒng)中，信息處理中心是其核心組成部分，各個不同家電的互聯(lián)信息它都可以有效的處理，進而實現(xiàn)居住環(huán)境內部網絡和外部網絡的有效交流，與此同時，有關遠程操控命令、采集傳感器信息等，信息處理中心都可以進行有效處理。

二.有關智能家居系統(tǒng)方案設計的需求和功能結構

對于智能家居系統(tǒng)來講，通過視頻以及報警器的實時監(jiān)控，進而掌控居住環(huán)境的安全狀況。就目前來講，大部分智能家居都能解決這類問題，但是，它也存在一定的缺陷，例如，靈活性相對來講比較差，在施工過程中所用時間比較長，在費用上消費比較大等一系列缺陷，以至于很多項目在建成后，用戶很難再進行更新升級。以物聯(lián)網為基礎的智能家居系統(tǒng)，在安裝的過程中一般來講都比較簡單，使用也比較方便，最大范圍的考慮到人們在使用過程中的舒適度和實用性，在不影響正常性能的基礎上，盡可能的降低成本，于此同時，還要考慮產品的通用性、安全性以及可移動性等一系列功能。

對于智能家居系統(tǒng)來講，主要是依托互聯(lián)網的體系結構，可以將它們分為感知層、應用層以及網絡層三大層次結構的功能框架。對于感知層來講，它的主要作用是感知家具環(huán)境，接收上層網絡所對應的控制信息，以便于完成各種執(zhí)行命令。感知層可以為網絡層提供統(tǒng)一的接口，進而屏蔽異構網絡的差異，與此同時，感知層還可以通過各種各樣的家庭通信網絡之間的MAC協(xié)議數(shù)據單元反射，進而可以有效的支持不同網絡的互通。對于網絡層來講，它的主要功能為，保障居住環(huán)境內網絡數(shù)據和外部環(huán)境網絡信息的安全傳輸，以便實現(xiàn)不同應用協(xié)議的相互聯(lián)通。對于應用層來講，它主要是實現(xiàn)用戶對各種家電的控制以及對居住環(huán)境內各種信息的掌控。

三.以物聯(lián)網為基礎的智能家居系統(tǒng)實現(xiàn)

（一）有關智能家居系統(tǒng)中的物聯(lián)網網關

對于智能家居系統(tǒng)中的物聯(lián)網網關來講，它的作用制關重要，是連接各個終端設備以及相應服務器的有效橋梁，它通過Zigbee接口或者是相應的串口與終端設備進行通信，進而獲取相應的數(shù)據，并通過Wi—Fi或GPRS的各個接口，將獲得的各種數(shù)據轉發(fā)大服務器上。由于每一個家庭上網的方式都有所不同，那么在網關的設計上要采用模塊化思想，進而設計出與Wi—Fi或GPRS接口相應的產品，以便滿足用戶的實際需求。一般情況下，這些產品都運用Atmel公司的AT91SAM7X256為相應的處理器，在此基礎上，還要外接一片AT86RF230為Zigbee無線傳感器的芯片。在整個智能家居系統(tǒng)中，物聯(lián)網網關所要處理的任務相對來講比較多，為了確保各個部分都能夠有效的正常運行，一般情況下我們會利用嵌入式操作系統(tǒng)μC/OS—Ⅱ作為各個軟件的平臺，在操作上，各類應用程序的設計在加入μC/OS—Ⅱ后就會變得相對簡單。一般情況下，這些應用程序可以分為八個任務，這八個任務主要是依據網關完成任務的功能進行的，即七個用戶任務和一個系統(tǒng)任務，對于這八個任務來講，根據它們的重要程度和實施性來劃分它們的優(yōu)先級別。

（二）有關智能家居系統(tǒng)中的Web服務器

對于智能家居的來講，居住環(huán)境內的各種電器設備都必須要連接到互聯(lián)網，要不然無法體現(xiàn)智能家居物聯(lián)網這一顯著特性，只是簡單的將設備和互聯(lián)網進行相應的連接通信，是遠遠達不到智能家居要求的，在以互聯(lián)網為基礎的環(huán)境下，必須要通過物聯(lián)網來實現(xiàn)用戶和設備的互動。對于各個設備所采集的數(shù)據來講，都被應用服務器存儲在數(shù)據庫當中。那么，用戶如何才能看到這些數(shù)據呢？此時Web瀏覽器的功能得到了有效發(fā)揮，將這些數(shù)據在現(xiàn)在互聯(lián)網上，如此以來，用戶可以不分時間，不分地點的通過Web瀏覽器，了解智能家居環(huán)境內各種設備的信息和狀態(tài)，還可以實現(xiàn)遠程對智能家居環(huán)境內各種設備運行狀態(tài)的控制，在此基礎上，我們以Windows 2003 Server和Internet Information Server（IIS）為平臺，并且以Visual Studio.Net為相應的開發(fā)工具，利用ASP.NET動態(tài)網頁技術，進而開發(fā)出一個智能家居物聯(lián)網網站。此站點主要由遠程監(jiān)控、電量管理、故障排查、系統(tǒng)配置等一系列不同網頁組成。用戶在授權登陸后，只能查看自己居住環(huán)境內的事實狀況，操作自己居住環(huán)境內的各類電氣設備。對于遠程監(jiān)控頁面來講，都是以用戶各自房間效果圖或者是實景圖為背景畫面，每一個終端設備的工作參數(shù)都是以下拉列表的方式顯示在該設備的一邊。對于電量管理頁面來講，它主要是反應那些家電設備插在具有電量計量功能的插板上，所消耗電量的具體情況，通過日報表的形式來統(tǒng)計各個電氣設備在每一天所消耗的電量，通過月報表的形式來統(tǒng)計各個電氣設備在每個月所消耗的電量。對于故障排除頁面來講，可以讓用戶選擇特定的故障排查算法，來進行自動檢測各種設備的故障原因或者是故障類型，為了方便用戶查看，可以在用戶查看居住環(huán)境的遠程監(jiān)控頁面上，對于那些出現(xiàn)故障的設備在一旁畫上鮮艷的標注，以便及時提醒用戶。

（三）有關智能家居系統(tǒng)中交互原型設計軟件

此系統(tǒng)在研發(fā)完成后在多個居住區(qū)進行了相應的安裝使用，試用的居住環(huán)境內最少安裝一個物聯(lián)網網關，由于用戶的居住戶型各不相同，在安裝的過程中會根據實際需要安裝相應的智能開關和插座，假如用戶比較關心各類電氣設備的耗電量，那么，就可以安裝智能插座，因為智能插座帶有相應計量功能，用戶可以隨時隨地進行監(jiān)控。對于那些紅外遙控電氣設備來講，我們可以安裝相應的智能紅外紅外遙控器。在整個系統(tǒng)中所使用的服務器都是浪潮英信NF5225機架式服務器。用戶可以從遠程監(jiān)控圖上，查看智能居住環(huán)境下的環(huán)境參數(shù)，根據不同的開關按鈕來查看不同電氣設備的工作參數(shù)，在對應的下拉菜單中，還可以改變電氣設備的工作參數(shù)，進而實現(xiàn)了在互聯(lián)網環(huán)境中，進行遠程監(jiān)控各種電氣設備的有效運行。另外，在瀏覽器上還可以看到各個電氣設備的耗電情況，對于耗電功能較大的電氣設備系統(tǒng)會進行自動分析，是因為電氣設備老化造成的，還是使用不當造成的，以便有效地減少電力資源的浪費。

結束語

家居環(huán)境是人們生活的基本環(huán)境，隨著社會的不斷發(fā)展，生活水平的不斷提高，人們對居住環(huán)境的要求越來越高，在此基礎上，智能家居開始步入百姓人家，進而，不但實現(xiàn)了居住環(huán)境內電氣設備的相互聯(lián)通，還居住系統(tǒng)和互聯(lián)網的有效連接。在社會不斷發(fā)展的過程中，智能家居系統(tǒng)的應用會越來越普及，將會給人們帶來一種全新的生活。

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