物聯(lián)網(wǎng)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

談巍

摘 要 物聯(lián)網(wǎng)以其高可靠性和低成本等優(yōu)勢(shì)應(yīng)用于智能家居領(lǐng)域，可以利用物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算研發(fā)智能家居控制系統(tǒng)，探索嵌入式家庭網(wǎng)關(guān)、GPRS模塊、RFID模塊和ZigBee終端家庭設(shè)備模塊的構(gòu)成及應(yīng)用原理，較好地實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程訪問(wèn)、監(jiān)控和報(bào)警。

關(guān)鍵詞 物聯(lián)網(wǎng) 智能家居 控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP273.5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

將物聯(lián)網(wǎng)融入到智能家居控制系統(tǒng)領(lǐng)域引發(fā)極大關(guān)注，在物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、嵌入式技術(shù)和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支撐下，可以設(shè)計(jì)功能完善、性能穩(wěn)定的智能家居控制系統(tǒng)，使之更加便利、自動(dòng)化、低成本和靈活配置，提升人們的家居生活質(zhì)量。

1系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)概述

（1）嵌入式技術(shù)。智能家居控制系統(tǒng)中的嵌入式系統(tǒng)體現(xiàn)出體積小、成本低、功能齊備等優(yōu)點(diǎn)，主要由嵌入式處理器、存儲(chǔ)器、時(shí)鐘、電源、其他外圍電路所構(gòu)成，其核心是嵌入式處理器，支持實(shí)時(shí)多任務(wù)處理、中斷響應(yīng)時(shí)間短，通常采用ARM嵌入式微處理器作為核心處理器，由寄存器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)操作和指令執(zhí)行。

（2）無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。由于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)具有良好的靈活性和流動(dòng)性，可以較好地提升家居的智能性和安全性，對(duì)于便捷用戶操作、降低功耗有重要的作用，并體現(xiàn)出良好的靈活性和可擴(kuò)展性。常用的有超寬帶技術(shù)、ZigBee技術(shù)、Wi-Fi技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)、紅外通信技術(shù)等。

（3）云計(jì)算技術(shù)。這是由虛擬化技術(shù)向用戶提供網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算和存儲(chǔ)等服務(wù)，由基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)、平臺(tái)即服務(wù)、軟件即服務(wù)等架構(gòu)組成，可以使終端客戶實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地的訪問(wèn)和控制，體現(xiàn)出良好的遠(yuǎn)程性、實(shí)時(shí)性和直觀性。

2基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)分析

2.1總體架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)的智能家居控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭設(shè)備的統(tǒng)一聯(lián)網(wǎng)和集中操作管理，體現(xiàn)出可擴(kuò)展性、靈活性和穩(wěn)定性，系統(tǒng)將用戶和家庭內(nèi)部設(shè)備相鏈接，實(shí)現(xiàn)集中統(tǒng)一通信、管理和控制。家庭網(wǎng)關(guān)主要實(shí)現(xiàn)家庭內(nèi)部設(shè)備網(wǎng)絡(luò)與外部網(wǎng)絡(luò)之間的通信和數(shù)據(jù)交互，內(nèi)部模塊包括有主處理器、外部SDRAM、Flash存儲(chǔ)器、LCD觸摸屏、復(fù)位電路等，GPRS、RFID和ZigBee通過(guò)串口通信的方式與家庭網(wǎng)關(guān)相鏈接，實(shí)現(xiàn)集中統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換、存儲(chǔ)和處理。

2.2系統(tǒng)模塊硬件設(shè)計(jì)

（1） GPRS通信模塊?；谖锫?lián)網(wǎng)的智能家居控制系統(tǒng)采用M35 GSM/GPRS無(wú)線通信模塊，支持GPRS多時(shí)隙和GPRS編碼格式，并通過(guò)串口RART1控制GPRS模塊，利用AT指令實(shí)現(xiàn)嵌入式網(wǎng)關(guān)與GPRS模塊的通信，完成指令和數(shù)據(jù)的雙向傳輸，能夠?qū)彝グl(fā)生突發(fā)情況下的報(bào)警、信息發(fā)送，體現(xiàn)出高實(shí)時(shí)性和高可靠性的遠(yuǎn)程報(bào)警功能。

（2）ZigBee家庭設(shè)備控制網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)的智能家居控制系統(tǒng)采用ZigBee通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)無(wú)線組網(wǎng)，其家庭設(shè)備網(wǎng)絡(luò)主要由協(xié)調(diào)器、路由器、終端節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，由各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)采集室內(nèi)相關(guān)信息并上傳給協(xié)調(diào)器，由報(bào)告節(jié)點(diǎn)接收協(xié)調(diào)器發(fā)送的指令并進(jìn)行動(dòng)作控制。協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)則進(jìn)行家庭網(wǎng)關(guān)的控制指令轉(zhuǎn)發(fā)，并實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)之間的信息共享和鏈接，完成數(shù)據(jù)的上傳與下發(fā)。其中包括有以下內(nèi)容：①ZigBee處理器硬件設(shè)計(jì)。通常選取CC2530芯片作為家庭設(shè)備控制網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的核心處理器，包括有增強(qiáng)型8051微控制器內(nèi)核、具有捕獲功能的32kHz睡眠定時(shí)器、2-3.3V的適用電源、具有SMA接口的陶瓷天線等。②無(wú)線通信模塊的硬件設(shè)計(jì)。該模塊包括有RF射頻電路和CC2530最小系統(tǒng)。③終端節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)。由協(xié)調(diào)器或路由器將終端節(jié)點(diǎn)添加到網(wǎng)絡(luò)之中，位于網(wǎng)絡(luò)的最底端，用于對(duì)用戶指令的獲取和控制。內(nèi)部構(gòu)成包括有CC2530無(wú)線通信模塊、傳感器或執(zhí)行器模塊、電源管理模塊，內(nèi)部執(zhí)行節(jié)點(diǎn)有空調(diào)控制節(jié)點(diǎn)、照明控制節(jié)點(diǎn)、窗簾控制節(jié)點(diǎn)、門鎖控制節(jié)點(diǎn)等，傳感器節(jié)點(diǎn)有煙霧報(bào)警傳感器節(jié)點(diǎn)、人體紅外線傳感器節(jié)點(diǎn)、溫濕度傳感器節(jié)點(diǎn)等。

2.3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

（1） 云平臺(tái)的設(shè)計(jì)?；谖锫?lián)網(wǎng)的智能家居控制系統(tǒng)利用云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析和服務(wù)，主要包括有云計(jì)算服務(wù)系統(tǒng)平臺(tái)、智能家居家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)、用戶移動(dòng)應(yīng)用系統(tǒng)，并以云計(jì)算平臺(tái)服務(wù)為核心，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)接收家庭網(wǎng)絡(luò)傳送的環(huán)境信息數(shù)據(jù)、用戶終端控制信息數(shù)據(jù)，對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘、分析和優(yōu)化控制，較好地為智能家居用戶提供決策依據(jù)和智能服務(wù)。

（2）智能家居云服務(wù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。IaaS利用虛擬化技術(shù)進(jìn)行資源透明化管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)智能家居用戶提供基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)，為智能家居用戶按需提供云服務(wù)。PaaS則通過(guò)資源虛擬化方式為用戶提供資源安全管理，其資源管理功能包括有資源負(fù)載平衡、故障檢測(cè)、圖像創(chuàng)建等，并通過(guò)限制用戶訪問(wèn)和認(rèn)證等方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全管理。SaaS為智能家居用戶提供安全認(rèn)證的云服務(wù)，遠(yuǎn)程訪問(wèn)控制家居系統(tǒng)并獲悉相關(guān)數(shù)據(jù)信息，如：圖片拍照、家居環(huán)境等。

3結(jié)語(yǔ)

綜上所述，基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居控制系統(tǒng)通過(guò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和總體方案設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)人性化、智能化、便捷化、安全化的家居服務(wù)，能夠使用戶通過(guò)終端設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問(wèn)，并基于物聯(lián)網(wǎng)獲取的各種有用信息為用戶提供更加寬泛的服務(wù)體驗(yàn)。

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