淺析智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究

王娜

摘? ?要：隨著人們生活水平的逐年提高，人們對(duì)室內(nèi)環(huán)境的要求也越來(lái)越高。近年來(lái)，智能家居的出現(xiàn)給人們帶來(lái)了巨大的影響，讓人們對(duì)室內(nèi)環(huán)境的主觀關(guān)注提到了實(shí)際應(yīng)用的層面。本文主要通過(guò)對(duì)現(xiàn)有環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的分析來(lái)討論將來(lái)室內(nèi)智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開發(fā)思想和系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：智能家居;環(huán)境監(jiān)測(cè);研發(fā)技術(shù)

近年來(lái)，環(huán)境污染的問題盡管得到了相關(guān)部門的重視，但是依然非常嚴(yán)峻，大氣中的污染氣體，對(duì)于我們個(gè)人來(lái)講是無(wú)法改變的。盡管相關(guān)部門已經(jīng)采取了有史以來(lái)最嚴(yán)格的環(huán)境保護(hù)措施，但是我們生活中的大氣污染依然非常嚴(yán)重。各個(gè)家庭室內(nèi)的空氣污染狀況怎么樣呢？現(xiàn)實(shí)也不容樂觀。室內(nèi)裝修帶來(lái)的甲醛、苯的污染以及天然氣中的一氧化碳污染時(shí)刻威脅著我們的身體健康，但是和室外的空氣相比，室內(nèi)的空氣可以通過(guò)我們的監(jiān)測(cè)了解其污染的程度，從而我們可以采取相應(yīng)的措施來(lái)進(jìn)行改善。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，我們可以通過(guò)相關(guān)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣污染的指數(shù)進(jìn)行測(cè)定。目前，很多智能家居的設(shè)備就可以幫助我們實(shí)現(xiàn)這種監(jiān)測(cè)。

1? ? 智能家居概述

早在1997年，我國(guó)的家用電器就被提出了要求實(shí)現(xiàn)智能化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想，但是很多的家用電器在當(dāng)時(shí)的科技水平下根本達(dá)不到相關(guān)的要求。到1999年，相關(guān)的智能小區(qū)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)開始逐步出臺(tái)，但是一直到2000年的時(shí)候，智能家居行業(yè)才開始在我國(guó)生根發(fā)芽，人們才開始接觸到智能家居的相關(guān)概念。進(jìn)入21世紀(jì)后，我國(guó)的智能家居行業(yè)才全面爆發(fā)，從規(guī)劃開始到投入研究，我國(guó)僅僅用了一年的時(shí)間。到2004年，已經(jīng)開始出現(xiàn)了一些比較成熟的智能家居系統(tǒng)，因此，這一年被稱為我國(guó)的“智能家居推廣應(yīng)用年”。自此，智能家居正式進(jìn)入了市場(chǎng)銷售。到2013年，物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的文件開始被工信部發(fā)布，隨之大批的家電企業(yè)紛紛加入了智能家居行業(yè)的制造領(lǐng)域。到2014年，我國(guó)的各大電信部門開始了移動(dòng)終端設(shè)備配件設(shè)施及軟件的研究。到現(xiàn)在，盡管智能家居的發(fā)展已經(jīng)比較成熟了，但是依然存在著很多的問題。

1.1? 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

近年來(lái)，智能家居方面的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)一直達(dá)不到統(tǒng)一，原因是智能家居的廠商眾多，相互之間主是要競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，沒有合作共同研發(fā)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的愿望。另外在系統(tǒng)的信息安全方面，安全系數(shù)非常低、系統(tǒng)的成本也非常高。這些其實(shí)都是一個(gè)原因，這些問題一直困擾著整個(gè)智能家居行業(yè)。其中標(biāo)準(zhǔn)未統(tǒng)一主要是因?yàn)椴煌瑥S家在研發(fā)智能家居系統(tǒng)時(shí)采用了廢氣的通信協(xié)議，導(dǎo)致不同廠家的產(chǎn)品不能實(shí)現(xiàn)互聯(lián)與互通。

1.2? 信息安全

由于智能家居的系統(tǒng)里保存著大量的家庭用戶信息，這些都屬于個(gè)人的隱私部分。但是由于智能家居的廠商由于自身的技術(shù)原因?qū)ο到y(tǒng)保存信息的安全防范方面做得不是很到位，甚至有些還有技術(shù)上的漏洞。這個(gè)問題將會(huì)直接導(dǎo)致黑客可輕易入侵，從而造成個(gè)人信息的泄露。這些都是人們目前非常關(guān)注的問題，所以，智能家居的生產(chǎn)廠商在此方面需要大力加強(qiáng)研發(fā)的投入力度。

1.3? 智能家居開發(fā)技術(shù)還不成熟

盡管我國(guó)的智能家居研發(fā)也有些年頭了，但是由于大部分是閉門造車，發(fā)展的速度遠(yuǎn)不及國(guó)外的發(fā)展速度，其各項(xiàng)研發(fā)技術(shù)還有很大的提升空間。正是這個(gè)原因，造成了智能家居行業(yè)的系統(tǒng)和產(chǎn)品的開發(fā)成本一直居高不下，這方面還需要國(guó)家相關(guān)政府部門給予大力的支持和幫助。特別是在室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)方面更是需要研發(fā)方面的支持。在國(guó)外，室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)的技術(shù)已經(jīng)非常成熟了，特別是設(shè)備方面更是成熟，技術(shù)方面就不用說(shuō)了，而在國(guó)內(nèi)室內(nèi)，環(huán)境監(jiān)測(cè)的研究起步較晚，盡管關(guān)注度非常高，卻不能給技術(shù)發(fā)展帶來(lái)什么優(yōu)勢(shì)。

2? ? 智能家居的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

2.1? 智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)

2.1.1? 傳感器技術(shù)

自20世紀(jì)中期開始，傳感器已經(jīng)開始大面積研究并投入了使用。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，各種各類的傳感器紛紛面市，其中氣體傳感器、液體傳感器及固體傳感器都屬于按功能類別進(jìn)行劃分的傳感器，而半導(dǎo)體式傳感器、電化學(xué)式傳感器和光學(xué)式傳感器則屬于按工作原理進(jìn)行劃分的傳感器。而本文要使用的甲醛傳感器則屬于半導(dǎo)體式傳感器，此種傳感器主要采用SnO2這種材料。

2.1.2? 計(jì)算機(jī)相關(guān)技術(shù)

計(jì)算機(jī)作為一種工具，在各行各業(yè)的應(yīng)用都是非常廣泛的，不管是軟件方面還是硬件方面，都離不開計(jì)算機(jī)相關(guān)的技術(shù)，在本文中軟件方面主要使用相關(guān)的程序語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的功能訪問，并且保證能夠安全訪問該數(shù)據(jù)庫(kù)，在硬件方面，要借助于計(jì)算機(jī)的相關(guān)硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)的存放，特別是大量數(shù)據(jù)的安全存放問題，是我們非常關(guān)注的問題，要求能夠按要求來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2.1.3? 通信技術(shù)

近年來(lái)，數(shù)據(jù)通信實(shí)現(xiàn)的技術(shù)是越來(lái)越多，比如，有線的通信技術(shù)和無(wú)線的通信技術(shù)，而無(wú)線的通信技術(shù)又包括很多，比如WiFi 技術(shù)、ZigBee技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)等。這些通信技術(shù)各有各的優(yōu)勢(shì)，有線的通信技術(shù)傳輸率高，穩(wěn)定性強(qiáng)，可靠性好，但布線比較麻煩，而無(wú)線通信技術(shù)在這方面比較簡(jiǎn)單，但是傳輸率和穩(wěn)定性方面不是特別出色。盡管現(xiàn)在的無(wú)線傳輸技術(shù)已經(jīng)非常成熟了，但是和有線的通信技術(shù)相比，依然無(wú)法比擬。

2.2? 智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

2.2.1? 智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要是通過(guò)相關(guān)的傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)環(huán)境的各項(xiàng)參數(shù)實(shí)時(shí)傳輸，由計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)這些數(shù)據(jù)的分析比對(duì)，最終通過(guò)相關(guān)的智能監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)危險(xiǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)智能警報(bào)或提醒。

2.2.2? 智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)上述功能需要，本文提出了如下的智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括N個(gè)能通過(guò)自行設(shè)計(jì)前端傳感器的單元和涉及傳感器接口電路、信號(hào)放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)控制的顯示部分和報(bào)警電路的硬件電路。實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并顯示監(jiān)測(cè)點(diǎn)的甲醛質(zhì)量分?jǐn)?shù)、CO質(zhì)量分?jǐn)?shù)、溫濕度等相應(yīng)參數(shù)，當(dāng)某個(gè)單元監(jiān)測(cè)到的相應(yīng)參數(shù)濃度值超過(guò)設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，報(bào)警電路中的蜂鳴器會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。每個(gè)單元會(huì)將監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)信息通過(guò)WiFi經(jīng)過(guò)服務(wù)器實(shí)時(shí)傳送到遠(yuǎn)程PC機(jī)Web界面中進(jìn)行顯示。

環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總共有兩層：PC上位機(jī)監(jiān)控Web界面和下位機(jī)監(jiān)測(cè)單元電路模塊。其中上層采用成熟的SpringMVC3+Hibernate3進(jìn)行開發(fā)，數(shù)據(jù)庫(kù)采用了高性能、穩(wěn)定的Oracle數(shù)據(jù)庫(kù);下層各個(gè)監(jiān)測(cè)單元構(gòu)成監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)單元獨(dú)立運(yùn)行，并通過(guò)WiFi模塊經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴蠈臃?wù)器，每個(gè)節(jié)點(diǎn)自由安放在室內(nèi)的每個(gè)位置，由上位機(jī)統(tǒng)一監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案如圖1所示。

3? ? 結(jié)語(yǔ)

智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)使用專業(yè)的傳感器和部分成品原件搭建了可以實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)某點(diǎn)氣體環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)前端監(jiān)測(cè)單元，然后通過(guò)主控芯片搭載各個(gè)可獨(dú)立運(yùn)行的監(jiān)測(cè)模塊，對(duì)監(jiān)測(cè)模塊傳輸?shù)街骺匦酒臄?shù)據(jù)信息進(jìn)行統(tǒng)一整合和處理，并將處理后的數(shù)據(jù)通過(guò)WiFi技術(shù)傳輸?shù)椒?wù)器中。同時(shí)，設(shè)計(jì)了上位機(jī)觀測(cè)界面，通過(guò)聯(lián)網(wǎng)的方式實(shí)現(xiàn)觀測(cè)各個(gè)監(jiān)測(cè)單元的數(shù)據(jù)變化。智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)氣體環(huán)境的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。但限于客觀條件的制約，此系統(tǒng)還存在著很多問題，后續(xù)仍需要繼續(xù)完善。

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Research on smart home environment monitoring system

Wang Na

（Xinxiang Environmental Protection Scientific Design and Research Institute， Xinxiang 453000， China）

Abstract：With the improvement of peoples living standard year by year， peoples demand for indoor environment is higher and higher. In recent years， the appearance of smart home has brought great influence to people， and the subjective concern of indoor environment has been raised to the level of practical application. Based on the analysis of the existing environment monitoring system， this paper discusses the development idea and system design of the indoor intelligent home environment monitoring system in the future.

Key words：smart home; environment monitoring;? research and development technology