基于Linux的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

林書句

摘? 要：文章設(shè)計(jì)了基于Linux的智能家居系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括智能家居集中控制系統(tǒng)、智能預(yù)警系統(tǒng)、智能燈光系統(tǒng)、智能電器系統(tǒng)、媒體娛樂系統(tǒng)和環(huán)境探測(cè)系統(tǒng)等六大方面，并能根據(jù)用戶需求進(jìn)行個(gè)性化定制。該系統(tǒng)已在某洋樓套房中應(yīng)用，而且界面直觀，使用簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，功能齊全，實(shí)用價(jià)值高。

關(guān)鍵詞：Linux;智能家居;集中控制;控制主機(jī)

中圖分類號(hào)：TP277? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）16-0037-04

Abstract： This paper designs a smart home system based on Linux， which includes six aspects： smart home centralized control system， smart early warning system， smart lighting system， smart electrical system， media entertainment system and environment detection system， and can be customized according to the needs of users. The system has been applied in a foreign building suite， and the interface is intuitive， the use is simple， the performance is stable， the function is complete， the practical value is high.

Keywords： Linux; smart home; centralized control; control host

引言

什么是智能家居？每個(gè)人對(duì)家的理解和規(guī)劃不盡相同，但是應(yīng)該都有共同的夢(mèng)想，那就是讓家變得更加溫馨和簡(jiǎn)單，更加舒適和自在。人們眼中的智能家居折射的就是熱愛生活的態(tài)度，熱愛生活，就應(yīng)該讓生活變得更加多姿多彩，而智能家居，就是讓生活變得更加多姿多彩。

智能家居給用戶帶來安全、便利、高效與舒適的生活。但是，不同的智能家居設(shè)計(jì)方案，其實(shí)現(xiàn)功能、系統(tǒng)配置和組網(wǎng)方式有所不同，因此，根據(jù)用戶需求進(jìn)行個(gè)性化設(shè)計(jì)，顯得尤為重要。本文以某洋樓套房為例，介紹智能家居的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)情況。

1 Linux釋義

Linux，是創(chuàng)始人林納斯·托瓦茲于1991年正式發(fā)布的操作系統(tǒng)， 可以支持32位和64位硬件，是一套具有免費(fèi)、可靠、安全、穩(wěn)定、多用戶、多任務(wù)、多平臺(tái)等功能的系統(tǒng)。

Linux因?yàn)殪`活性好，深受市場(chǎng)喜愛，現(xiàn)在使用最廣泛的領(lǐng)域有服務(wù)器操作系統(tǒng)、桌面系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)、電子政務(wù)等。

2 總體方案設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)理念

如何讓千家萬戶感受智能，讓智能服務(wù)于千家萬戶，是接下來要思索的問題。擁有智能家居的家庭，所有的家用電器都是智能的，他們會(huì)根據(jù)家庭每一位成員的習(xí)慣，來盡職盡責(zé)的完成自己的本職工作;同時(shí)，他們會(huì)在不影響每一位家庭成員生活習(xí)慣的前提下，按照主人的心愿把家布置和管理得盡善盡美。因此根據(jù)家庭需求，適合用戶的生活習(xí)慣、性格、職業(yè)及家庭成員組成等，讓用戶日常家居生活更為舒適、安全、高效和節(jié)能。

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文智能家居系統(tǒng)是基于Linux開發(fā)出來的一款軟硬件結(jié)合的系統(tǒng)，智能家居集中控制系統(tǒng)是智能家居的“大腦”，主要分為遠(yuǎn)程控制和本地控制，首先遠(yuǎn)程控制需基于DNS服務(wù)器架構(gòu)上，通過交換機(jī)連接互聯(lián)網(wǎng)，對(duì)家里的設(shè)備進(jìn)行控制;而本地控制主要基于家里的局域網(wǎng)，主要控制智能預(yù)警系統(tǒng)、智能燈光系統(tǒng)、智能電器系統(tǒng)、媒體娛樂系統(tǒng)和環(huán)境探測(cè)系統(tǒng)等。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示：

3 主要功能子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由于篇幅有限，僅就主要功能子系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹，包括智能預(yù)警系統(tǒng)、智能燈光系統(tǒng)、智能電器系統(tǒng)、媒體娛樂系統(tǒng)和環(huán)境探測(cè)系統(tǒng)等。

3.1 智能家居集中控制系統(tǒng)

智能家居集中控制系統(tǒng)作為智能家居的“大腦”，主要控制智能預(yù)警系統(tǒng)、智能燈光系統(tǒng)、智能電器系統(tǒng)、媒體娛樂系統(tǒng)和環(huán)境探測(cè)系統(tǒng)等。

3.2 智能預(yù)警系統(tǒng)

3.2.1 室外安全預(yù)警

（1）視頻監(jiān)控預(yù)警

在房子門口和家中合適位置安裝監(jiān)控?cái)z像機(jī)，所有監(jiān)控?cái)z像機(jī)與智能主機(jī)連接，監(jiān)控?cái)z像機(jī)24小時(shí)運(yùn)行，將一切都記錄下來，當(dāng)主人不在家時(shí)，可通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程隨時(shí)查看，也可逐一回放;當(dāng)家中發(fā)生異常，監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送報(bào)警提醒。

（2）門窗管理預(yù)警

門口配置智能門禁系統(tǒng)，門禁系統(tǒng)與智能主機(jī)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)對(duì)家里大門的實(shí)時(shí)監(jiān)管。窗戶安裝接觸式感應(yīng)器與智能主機(jī)對(duì)接，當(dāng)主人離家忘記關(guān)門或窗時(shí)，當(dāng)發(fā)生破壞闖入時(shí)，系統(tǒng)均會(huì)報(bào)警提醒。

3.2.2 室內(nèi)安全預(yù)警

智能家居對(duì)廚房?jī)?nèi)的煤氣、用水、用電、油煙都配置了智能預(yù)警系統(tǒng)，在有害氣體超標(biāo)、空氣質(zhì)量過差、發(fā)生水浸的時(shí)候，智能預(yù)警系統(tǒng)發(fā)送報(bào)警提醒，預(yù)警信息會(huì)同時(shí)顯示在家里所有接入系統(tǒng)的智能家居人機(jī)交互界面上或主人的手機(jī)上，同時(shí)，結(jié)合背景音樂系統(tǒng)及智能燈光系統(tǒng)，發(fā)出聲光預(yù)警提示，而且會(huì)根據(jù)安全隱患的實(shí)際情況，在保證安全的前提下，啟動(dòng)相應(yīng)的設(shè)備管理功能。當(dāng)然，前提是需在系統(tǒng)上設(shè)定預(yù)定值。見圖2智能預(yù)警系統(tǒng)設(shè)備連接圖：

圖2 智能預(yù)警系統(tǒng)設(shè)備連接圖

3.3 智能燈光系統(tǒng)

根據(jù)家庭布局，照明區(qū)域一般分為入戶玄關(guān)、餐廳、客廳、廚房、衛(wèi)生間、臥室等，按照主人生活習(xí)慣方式，智能家居系統(tǒng)可設(shè)定一鍵開啟回家模式、就餐模式、影音模式、會(huì)客模式、睡覺模式、起床模式、離家模式等等，根據(jù)不同的模式開啟或關(guān)閉不同的燈光。同時(shí)結(jié)合人體紅外感應(yīng)器，接入智能家居集中控制系統(tǒng)，對(duì)家庭的燈光進(jìn)行控制，既不改變主人生活習(xí)慣，又提高了對(duì)能耗的管理，從而達(dá)到合理用電、節(jié)約能源和綠色環(huán)保的效果。

3.4 智能電器系統(tǒng)

智能家居通過系統(tǒng)檢測(cè)及系統(tǒng)控制功能，可以實(shí)現(xiàn)全屋智能家電的用電量檢測(cè)及預(yù)警管理功能。人機(jī)交互界面實(shí)時(shí)顯示區(qū)域設(shè)備的使用情況及用電量，系統(tǒng)通過設(shè)定，當(dāng)全屋用電量即將達(dá)到用電量預(yù)警值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)提醒預(yù)警，并可以實(shí)現(xiàn)不予以開啟更多設(shè)備的自判斷功能，保證了全屋用電安全，可避免跳閘，過載的情況發(fā)生。

當(dāng)外出時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉不必要的家電電器，當(dāng)回家時(shí)系統(tǒng)又能重新啟動(dòng)所須用到的家電電器。如圖3智能電器系統(tǒng)設(shè)備連接圖所示：

圖3 智能電器系統(tǒng)設(shè)備連接圖

3.5 媒體娛樂系統(tǒng)

配合媒體娛樂設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)在餐廳、客廳的媒體娛樂功能，無論是電視節(jié)目、家庭K歌、家庭影院、視頻聊天、網(wǎng)頁瀏覽、文件處理甚至是門禁監(jiān)控畫面都可以通過智能家居媒體娛樂系統(tǒng)自由選擇。讓家人在就餐、接待朋友、一家團(tuán)聚的時(shí)候，自由選擇媒體娛樂，讓客廳變成高檔的私人會(huì)所。

智能家居媒體娛樂系統(tǒng)，配合智能家居人機(jī)交互面板實(shí)現(xiàn)各種娛樂模式功能，在主人選擇相應(yīng)的模式后，智能家居系統(tǒng)會(huì)根據(jù)模式對(duì)電器設(shè)備、環(huán)境設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一模式控制，實(shí)現(xiàn)一鍵無憂娛樂（如影院模式下，系統(tǒng)自動(dòng)將窗簾關(guān)閉、燈光調(diào)整至影院模式，電視機(jī)、播放機(jī)自動(dòng)開啟，電動(dòng)沙發(fā)調(diào)整至最舒適的位置）。

3.6 環(huán)境探測(cè)系統(tǒng)

3.6.1 背景音樂控制

背景音樂系統(tǒng)，將音樂輸送至每一個(gè)臥室及家里任何需要背景音樂的區(qū)域，讓家里每個(gè)區(qū)域都能聽到美妙的背景音樂。當(dāng)然，如果某個(gè)區(qū)域不想收聽時(shí)，也完全可以獨(dú)立控制該區(qū)域。

3.6.2 窗簾控制

通過智能家居系統(tǒng)，可以設(shè)定各種模式實(shí)現(xiàn)電動(dòng)窗簾的自動(dòng)啟閉，例如當(dāng)早上起床鬧鐘響起時(shí)窗簾會(huì)自動(dòng)打開，當(dāng)晚上設(shè)定時(shí)間到時(shí)窗簾也會(huì)自動(dòng)關(guān)閉;當(dāng)主人回家窗簾會(huì)自動(dòng)打開，主人外出窗簾又會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。當(dāng)然我們上面提到的家庭K歌、家庭影院時(shí)，一鍵啟動(dòng)模式窗簾自動(dòng)關(guān)閉，解脫雙手摒棄各種遙控器，無需每天為啟閉窗簾而費(fèi)心，達(dá)到智能效果。

3.6.3 其他環(huán)境控制

智能家居系統(tǒng)為家中老人、小孩提供貼心服務(wù)，智能家居系統(tǒng)通過環(huán)境監(jiān)測(cè)器可以監(jiān)測(cè)家里環(huán)境，例如溫濕度探測(cè)器、一氧化碳探測(cè)器、二氧化碳探測(cè)器、甲醛探測(cè)器、煤氣探測(cè)器等。

智能家居系統(tǒng)通過這些環(huán)境監(jiān)測(cè)器可以實(shí)時(shí)檢測(cè)家中空氣質(zhì)量，當(dāng)家中有害氣體超標(biāo)達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)開啟排氣扇、智能門窗等;當(dāng)媒氣發(fā)生泄漏時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉智能安全閥并通知戶主，保護(hù)家人的安全。如圖4環(huán)境探測(cè)系統(tǒng)設(shè)備連接圖所示：

4 智能家居控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

本設(shè)計(jì)適合于單身公寓、洋樓套房和高檔別墅，以下以某洋樓套房為例，進(jìn)行實(shí)施。圖5為智能家居系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)效果圖：

該洋樓套房劃分為入戶玄關(guān)、餐廳、客廳、廚房、臥室、衛(wèi)生間共六個(gè)區(qū)域。通過智能家居系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)以下實(shí)際功能。

4.1 入戶玄關(guān)

入戶玄關(guān)設(shè)定回家模式。當(dāng)主人回家時(shí)，通過人臉或指紋識(shí)別方式進(jìn)入，自動(dòng)播報(bào)“歡迎回家”及其他溫馨提示語等，同時(shí)迎賓燈光自動(dòng)打開，客廳窗簾自動(dòng)打開。當(dāng)然這一系列動(dòng)作可以根據(jù)用戶的喜好，配合背景音樂系統(tǒng)，更換不同的迎賓語及燈光窗簾模式;而且，當(dāng)出現(xiàn)非法入侵（如暴力破門）時(shí)，系統(tǒng)設(shè)定播放震懾語音，并開啟警示模式的燈光，達(dá)到震懾入侵者的效果，如系統(tǒng)與智能預(yù)警系統(tǒng)對(duì)接，也可發(fā)送報(bào)警信息給主人。

入戶玄關(guān)設(shè)定離家模式。當(dāng)主人外出時(shí)，家里的燈光、窗簾、空調(diào)、智能插座等自動(dòng)關(guān)閉，當(dāng)然這一系列動(dòng)作可以根據(jù)用戶的喜好設(shè)定。

4.2 餐廳

在餐廳相應(yīng)位置安裝人機(jī)交互面板，可通過智能家居系統(tǒng)設(shè)定備餐模式、用餐模式、燭光晚餐模式等等，場(chǎng)景模式可根據(jù)主人的喜好和習(xí)慣設(shè)定，用戶在不同場(chǎng)合，只需選擇相應(yīng)模式，燈光即可完美轉(zhuǎn)換，同時(shí)背景音樂響起。

4.3 客廳

客廳可設(shè)置多個(gè)模式，如：“會(huì)客模式”、“電視模式”、“K歌模式”等。當(dāng)有客人來訪時(shí)，只需在人機(jī)交互界面上切換至“會(huì)客模式”，室內(nèi)燈光、窗簾自動(dòng)打開;當(dāng)想要看電視或K歌的時(shí)，切換至“電視模式”或“K歌模式”，室內(nèi)燈光自動(dòng)調(diào)節(jié)至合適的效果，窗簾自動(dòng)關(guān)閉。

客廳空調(diào)根據(jù)室內(nèi)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)溫度高于設(shè)定值時(shí)，智能家居系統(tǒng)判斷有人在的時(shí)候可自動(dòng)打開空調(diào)，當(dāng)溫度低于設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉空調(diào)，當(dāng)然，可以人為自行調(diào)節(jié)溫度。

另外在客廳和餐廳安裝一個(gè)或多個(gè)二氧化碳傳感器，用于檢測(cè)客廳和餐廳的室內(nèi)空氣質(zhì)量，系統(tǒng)設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)值，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)自動(dòng)開啟新風(fēng)系統(tǒng)或排氣扇，保證讓室內(nèi)的空氣優(yōu)良，有利于家人身體健康。

系統(tǒng)也可以通過設(shè)置“度假模式”、“出差模式”等，系統(tǒng)自動(dòng)模仿家中有人居住的情景，定時(shí)開關(guān)客廳的燈光及窗簾，提高住宅的安全性。

4.4 廚房

廚房門口位置安裝人體交互面板，可通過智能家居系統(tǒng)設(shè)置智能照明，系統(tǒng)也可配合感應(yīng)器，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)照明功能，試想當(dāng)雙手端滿東西沒有辦法開燈的時(shí)候，自動(dòng)照明系統(tǒng)就會(huì)變得非常實(shí)用。

烹飪時(shí)，廚房是長(zhǎng)待的地方，枯燥乏味，但是通過系統(tǒng)設(shè)置背景音樂，伴著美妙動(dòng)聽的音樂進(jìn)行烹飪是一件多么美好的事情呀。

另外，廚房如果智能家電比較多，智能家居系統(tǒng)通過系統(tǒng)檢測(cè)及控制功能，可以實(shí)現(xiàn)全屋智能家電的檢測(cè)、用電量控制及預(yù)警管理功能。煤氣、用水、用電、油煙都配置了安全預(yù)警功能后，當(dāng)有害氣體超標(biāo)、空氣質(zhì)量過差、發(fā)生水浸的時(shí)候，系統(tǒng)會(huì)發(fā)送報(bào)警提醒。

4.5 衛(wèi)生間

衛(wèi)生間門口安裝人機(jī)交互面板，對(duì)照明、通風(fēng)進(jìn)行控制，人體感應(yīng)器可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)入開燈、離開關(guān)燈的無憂功能，系統(tǒng)自動(dòng)感應(yīng)不會(huì)出現(xiàn)人還在，燈關(guān)掉的情況。

同時(shí)系統(tǒng)通過環(huán)境判斷，在衛(wèi)生間內(nèi)的空氣質(zhì)量、空氣濕度超標(biāo)時(shí)，會(huì)自動(dòng)開啟排氣扇，以保證衛(wèi)生間干燥以免滋生細(xì)菌。

4.6 臥室

臥室門口和床頭安裝人機(jī)交互面板，室內(nèi)燈光設(shè)置多個(gè)模式：“起床模式”、“影院模式”、“就寢模式”和“夜起模式”等。

“起床模式”，系統(tǒng)控制智能燈光、窗簾、背景音樂，系統(tǒng)設(shè)定起床時(shí)間，窗簾緩慢打開，柔和的燈光亮起，美妙的音樂響起，這樣溫馨叫醒方式才是美好一天的開始。當(dāng)然周末的清晨，當(dāng)一個(gè)人起床，還有人在休息的時(shí)候，系統(tǒng)并不會(huì)直接將窗簾和照明全部開啟，而是開啟“夜起模式”，直至所有人都起床或用戶自行執(zhí)行開窗簾開燈指令。

“影院模式”與客廳“電視模式”類似，這里不多描述。

“就寢模式”，用戶只需輕觸人機(jī)交互面板，室內(nèi)燈光和窗簾即可關(guān)閉，空調(diào)調(diào)節(jié)至睡眠溫度，當(dāng)然可根據(jù)用戶的生活習(xí)慣定制。

“夜起模式”，用戶夜起時(shí)，當(dāng)下床時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)開啟起夜燈，無需再伸手去觸控開燈。

5 結(jié)束語

歐美智能家居普及度較高，而國(guó)內(nèi)目前還比較滯后，但是，隨著人們生活水平的不斷提高，智能家居已是大勢(shì)所趨，本文從設(shè)計(jì)到實(shí)施，技術(shù)先進(jìn)，系統(tǒng)穩(wěn)定，具有較高的參考價(jià)值。

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