基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

粱藝瓊

摘要：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是在計算機技術(shù)研究基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，對于信息產(chǎn)業(yè)來說是一種技術(shù)突破。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要就是將局域傳感網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進行結(jié)合，以此對物體進行調(diào)控和監(jiān)察。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)改變了以往家居設(shè)計的模式，同時，我國提出的各項方針，為智能家居的應(yīng)用提供了重要的幫助。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);智能家居;系統(tǒng)設(shè)計

中圖分類號：TP393 文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）01-0185-02

在社會發(fā)展的新形態(tài)下，人們的生活品質(zhì)不斷提升，當(dāng)前社會的主要矛盾也發(fā)生了根本性的變化，人們對生活的向往有了更加高層次的標(biāo)準(zhǔn)，希望生活更加智能化，居住空間更加舒適。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)成為提升人們生活品質(zhì)的主要技術(shù)，為人們的日常生活帶來了諸多的便利。

1物聯(lián)網(wǎng)智能家居概念

物聯(lián)網(wǎng)的智能化家居產(chǎn)業(yè)技術(shù)主要就是以住宅為應(yīng)用的主要平臺，通過采用綜合性的技術(shù)，將安全防盜技術(shù)、通信技術(shù)等在同一家居環(huán)境中共同實現(xiàn)，構(gòu)建滿足日常居住需要和進行日常事務(wù)管理的系統(tǒng)，從而使家居生活更加方便、愜意，居住環(huán)境更加安全，同時具有藝術(shù)鑒賞價值，并且構(gòu)建了集節(jié)能、環(huán)保為一體的智能家居生活環(huán)境。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的智能家居，具體來說就是以住宅為基礎(chǔ)，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對家居環(huán)境進行統(tǒng)一的調(diào)控，建立智能化的管理系統(tǒng)。

物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)只有具備多元化的功能才能被稱作是智能家居。在智能家居中網(wǎng)絡(luò)連接速度具有嚴(yán)格的要求;在家居內(nèi)不僅可以進行自動化辦公，同時還需要滿足人們對于娛樂生活的需求，可以自動點播、遠(yuǎn)程教學(xué)等;為了保證家居環(huán)境的安全性，需要二十四小時全方位進行監(jiān)控;如果發(fā)生危險可以自動進行報警;同時還可以為家中的老人提供智能醫(yī)療與監(jiān)護;家居智能管理功能主要就是體現(xiàn)在日常中的抄送收費等服務(wù);家居商務(wù)系統(tǒng)可以實現(xiàn)網(wǎng)上購物等服務(wù)。

基于智能家居所具有的多元化功能，也可以說物聯(lián)網(wǎng)智能化家居實際就是充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)優(yōu)勢將信息與家居進行緊密的融合，保持信息設(shè)備與住宅用戶設(shè)備直接的協(xié)調(diào)，以此提升家居空間的舒適性，實現(xiàn)信息化管理，為人們的家居生活帶來信息技術(shù)的改變。物聯(lián)網(wǎng)智能化家居的主要目的就是為人們提供便捷、舒適的居住環(huán)境，滿足人們在家居生活中的多種需要，提供醫(yī)療等多種服務(wù)。

2物聯(lián)網(wǎng)智能家居網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)方案設(shè)計

2.1設(shè)計需求

本文在進行設(shè)計時，充分結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢，利用智能家居的特征，對系統(tǒng)進行優(yōu)化。該設(shè)計可以滿足多種需要，其中安防功能主要就是對使用智能系統(tǒng)對家中情況進行檢測，發(fā)現(xiàn)異常可以自動觸發(fā)報警。舒適度自主調(diào)節(jié)功能，可以對室內(nèi)溫度變化進行實時的監(jiān)測，根據(jù)用戶需要對室內(nèi)溫度進行調(diào)節(jié)。調(diào)控功能可以利用互聯(lián)網(wǎng)發(fā)出指令，并對其進行及時的反饋。通信功能主要就是當(dāng)住宅內(nèi)發(fā)生火災(zāi)等危險情況時，即使住宅內(nèi)沒有人，依然可以通過該功能提醒用戶。

綜上所述，本系統(tǒng)設(shè)有多種不同功能的控制系統(tǒng)，在一定程度上滿足了人們的舒適和安全需要，同時該系統(tǒng)還可以對數(shù)據(jù)進行深入的分析和研究。

2.2整體設(shè)計

本設(shè)計的主要設(shè)計宗旨就是減少資金的投入，對能耗進行控制，在科學(xué)技術(shù)不斷創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，此設(shè)計中硬件設(shè)備并沒有投入過多的資金。從實用性方面考慮，本設(shè)計主要由嵌入式設(shè)計為主，嵌入式技術(shù)近些年來發(fā)展非常迅速，與之對應(yīng)的軟件也隨之產(chǎn)生，從根本減少可設(shè)計開發(fā)成本。

如圖1所示為基于物聯(lián)網(wǎng)的調(diào)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在該模型中包含局域網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)兩個部分，可以采用無線和有線兩種方式進行連接?；ヂ?lián)網(wǎng)單元主要就是以用戶的個人手機和遠(yuǎn)程監(jiān)控界面進行控制。在硬件方面，采用目前最為先進的處理芯片，可以滿足系統(tǒng)的所有需要。電路設(shè)計沒有煩瑣步驟，以減少消耗為主要的設(shè)計思路。軟件層面，以單元化變成為主要的設(shè)計方式。

從通信方式方面來看，本系統(tǒng)可以及時傳輸家居環(huán)境中的所有信息，并且該系統(tǒng)開發(fā)性較強，可以在本系統(tǒng)內(nèi)與多個單元進行雙方的通信，通信效果不會受到其他因素的影響。

2.3系統(tǒng)軟件體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計

本設(shè)計以降低能耗為主要的設(shè)計目的。在充分利用模塊的基礎(chǔ)上采取科學(xué)的方法進行設(shè)計，不同單元之間以連接接口產(chǎn)生聯(lián)系，有效減少了能耗，同時還可以以最簡單的方式對系統(tǒng)進行維護和管理。在不需要的時候該系統(tǒng)可以自動進行休息模式，避免產(chǎn)生能耗。在通信層面，后續(xù)操作中應(yīng)該注意數(shù)據(jù)的完整性等問題。

3智能家居系統(tǒng)硬件設(shè)計

3.1通信單元設(shè)計

在通信過程中需要不同節(jié)點與智能網(wǎng)關(guān)保持緊密的聯(lián)系，并且通過使用ZigBee得以實現(xiàn)，因此該單元是智能家居系統(tǒng)中最為主要的一個單元，該單元的運行穩(wěn)定性直接影響智能家居系統(tǒng)并的實現(xiàn)。

在設(shè)計過程中應(yīng)用ZigBee技術(shù)具有顯著的優(yōu)勢，其可以不受外界因素的影響，抗干擾性能優(yōu)越;另外該技術(shù)使用的算法可以避免數(shù)據(jù)的丟失，同時可以合理儲存數(shù)據(jù);使用該技術(shù)進行傳輸，可以在最短的時間內(nèi)進行傳輸，時效性非常強。

如圖2所示為TC35單元硬件模型圖，在本文具體設(shè)計中，GSM單元主要就是對數(shù)據(jù)進行智能化的分析，準(zhǔn)確進行連接，該單元可以將接收到的信息傳輸?shù)绞褂谜叩慕邮掌髦?，使用者可以利用該接收器發(fā)出指令。

在操作過程中因為TC35 GSM模塊在使用方面優(yōu)勢明顯，所以作為設(shè)計首選，該單元產(chǎn)生的能耗比較少，并且不需要過多的空間，同時其可以利用雙頻道。

3.2采集單元設(shè)計

在智能家居系統(tǒng)設(shè)計中將使用專門的模塊對溫度進行全面的采集。在連接的過程中，需要嚴(yán)格按照連接順序進行連接，如果出現(xiàn)連接錯誤將會影響模塊的使用。

3.2.1溫度傳感器單元

型號為DS18820的模塊可以對五十五度以上的溫度進行測量，滿足人們對于智能家居的所有需要。并且該模塊具有諸多優(yōu)點，體型精巧，實用性強，在操作中沒有復(fù)雜的內(nèi)容?？梢栽诜块g等多種場合廣泛進行應(yīng)用。在進行連接時只需要一根導(dǎo)線，就可以實現(xiàn)兩端的信息傳輸。

3.2.2濕度傳感器單元

現(xiàn)代人對生活品質(zhì)非常重視，而居住環(huán)境的濕度直接影響人們的居住品質(zhì)。在本設(shè)計中設(shè)計了具體的采集和監(jiān)測濕度環(huán)節(jié)。通過濕度傳感器可以對居住環(huán)境內(nèi)的濕度變化進行監(jiān)測。濕度傳感器只需要使用一根線就可以進行通話，與溫度傳感器在設(shè)計方面具有相同性，通過MCU發(fā)送信號，如果其沒有發(fā)出信號，將會處于低消耗模式運行。同時在本設(shè)計中還設(shè)計了保證安全的安全防衛(wèi)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以對危險事故進行監(jiān)控，一旦發(fā)現(xiàn)異常會馬上進行報警。通常情況下，家庭基本都會處于無人的狀態(tài)，應(yīng)用該系統(tǒng)可以有效減少安全事故的發(fā)生概率。

3.2.3火警監(jiān)測單元

在本設(shè)計中主要以一氧化碳濃度為火災(zāi)報警的主要標(biāo)志，可以使用MQ-7傳感器來實現(xiàn)。該傳感器可以對一氧化碳濃度進行實時的檢測，靈敏性較強。此外其使用壽命比較長，可以輕松進行安裝。利用該芯片可以對一氧化碳濃度進行檢查，并快速收集數(shù)據(jù)，當(dāng)電壓低時可以用于檢測，當(dāng)電壓高時可以將收集到的氣體進行驅(qū)散。為了使發(fā)生火災(zāi)時，用戶可以在第一時間知曉，本設(shè)計中特別設(shè)置了蜂鳴器用于火情的檢測，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時蜂鳴器報警裝置會被自動觸發(fā)。

3.2.4紅外簾幕傳感器

目前家庭中普遍使用傳感器進行安全局檢測，該設(shè)備可以在住宅附近位置進行安裝，對外來人員的入侵進行感應(yīng)，此傳感器可以對住宅整體環(huán)境進行保護。當(dāng)遇到緊急入侵時，紅外幕簾傳感器可以觸發(fā)警報，保護住宅內(nèi)人員的生命和財產(chǎn)安全。

4智能家居系統(tǒng)中的軟件設(shè)計

本設(shè)計在進行過大量的實驗研究后發(fā)現(xiàn)，IAR svstems的C/C++編譯器生成的代碼更加可靠，并且其可以在大范圍的應(yīng)用程序中進行使用，效果非常明顯。與其他開發(fā)系統(tǒng)所使用的技術(shù)相比，其可以充分利用目前最為先進的芯片處理技術(shù)。

當(dāng)采集點采集數(shù)據(jù)結(jié)束后，可以以提前設(shè)置好的程序進行比較，并將分析結(jié)果向網(wǎng)關(guān)進行反饋。當(dāng)反饋后，節(jié)點會自動停止工作，等待再次使用。

調(diào)控點沒有休眠狀態(tài)，必須保持全天的工作狀態(tài)，以便隨時接收發(fā)送指令，根據(jù)不同工作流程的使用需要，對軟件進行科學(xué)、規(guī)范的設(shè)計，可以使網(wǎng)絡(luò)快速進行連接，滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?，減少能耗的產(chǎn)生。當(dāng)控制節(jié)點的工作流程指令啟動后，可以自動進行網(wǎng)絡(luò)搜索，選擇合適的網(wǎng)絡(luò)進行連接。有時調(diào)控節(jié)能需要具有多種功能，為此在進行設(shè)計時需要采用多線程進行控制，多方面進行數(shù)據(jù)的采集和處理。

智能家居系統(tǒng)中網(wǎng)關(guān)節(jié)點具有發(fā)送指令等多種功能，通過接收信息，可以利用網(wǎng)關(guān)對數(shù)據(jù)進行深入的分析，從而為下一步工作的開展提供準(zhǔn)確的依據(jù)。為了保證數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性和及時眭，本設(shè)計采用多線程技術(shù)，對數(shù)據(jù)進行針對性的處理。

用戶通過手機登錄終端可以對家居內(nèi)環(huán)境情況進行查閱，對家居電器進行實時的操控，在設(shè)計界面中可以顯示溫度、安防等多個界面，滿足用戶對于智能化的所有需要。

5結(jié)論

綜上所述，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展為人們提供了智能化的家居生活，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，其將會不斷拓寬智能技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，發(fā)揮科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢。