論物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)在智能家居中的應(yīng)用

孟琨泰 張莉 孫瑞 于琦龍 河北機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院

前言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)在智能家居行業(yè)的應(yīng)用具有現(xiàn)實(shí)可能性，相關(guān)領(lǐng)域研究人員應(yīng)認(rèn)識到智能傳感器發(fā)展現(xiàn)狀，注重對先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行分析，通過物理網(wǎng)和數(shù)據(jù)傳感技術(shù)提升智能家居設(shè)計(jì)水平。未來傳感技術(shù)與智能家居的結(jié)合應(yīng)用，是行業(yè)發(fā)展趨勢，需要對傳感器的應(yīng)用形式展開論述。

1 物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)分類

1.1 無線網(wǎng)通信

無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)可增加信息資源的傳播效率，使得人們的網(wǎng)上交流擺脫線纜束縛，相關(guān)技術(shù)在智能家居設(shè)計(jì)中得到推廣和應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)傳感系統(tǒng)以無線網(wǎng)通信為主要技術(shù)形式，具有較多類型。例如，紅外線通信技術(shù)、WIFI 技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)和ZigBee 技術(shù)。紅外線通信技術(shù)具有較高應(yīng)用性能和應(yīng)用價(jià)值，但是由于技術(shù)條件的限制，使得該項(xiàng)技術(shù)只能應(yīng)用在短距離傳輸中。

藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用頻段有一定限制，一般頻段保持在2.45DHz左右，并且數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量和速率不高；而WIFI 技術(shù)可將有限信號轉(zhuǎn)化為無線，然而容易被破解，不適宜應(yīng)用在智能家居系統(tǒng)中，尤其是安全鎖等涉及用戶隱私的設(shè)備。ZigBee 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有低成本、速率高、安全性能良好的物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)，其應(yīng)用條件與智能家居設(shè)計(jì)相符合。

1.2 嵌入式網(wǎng)關(guān)

在物聯(lián)網(wǎng)傳感器裝置的設(shè)計(jì)中，需要重點(diǎn)關(guān)注嵌入式網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)主要涉及軟件和硬件兩個(gè)方面。硬件方面主要是可編輯邏輯器件和微型處理。以微處理器為例，其在智能家居系統(tǒng)的應(yīng)用中，具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢，通過哈佛結(jié)構(gòu)與馮諾依曼結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對不同控件的管理和調(diào)用。軟件方面則主要有Windows CE、谷歌Android 和具有開源性質(zhì)的Linux 操作系統(tǒng)，各種類型系統(tǒng)在智能家居的應(yīng)用具有不同優(yōu)勢，需要結(jié)合實(shí)際情況、具體問題具體分析。

2 智能家居中物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

2.1 ZigBee 智能家居網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

ZigBee 網(wǎng)絡(luò)包含協(xié)調(diào)器、控制節(jié)點(diǎn)、傳感節(jié)點(diǎn)，并且支持用戶對其進(jìn)行開源設(shè)計(jì)的無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，并且其網(wǎng)絡(luò)協(xié)議相對穩(wěn)定可靠。實(shí)際應(yīng)用中，智能家居的電子鎖主要通過控制器、模塊系統(tǒng)中的I/O 接口和繼電保護(hù)裝置，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備開關(guān)的智能化控制。在此過程中，ZigBee 無線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)發(fā)揮著基礎(chǔ)作用。實(shí)際工作中，基于ZigBee 智能家居網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，僅僅需要較低的電壓便可在特點(diǎn)時(shí)間和范圍內(nèi)，形成對智能家居設(shè)備的有效控制。具體實(shí)踐中，可通過ZigBee 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的電子控制節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)家居設(shè)備與I/O 接口的合理連接，并且應(yīng)用ZigBee 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對相關(guān)指令數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，提升智能家居設(shè)備使用安全性。

以智能門鎖為例，通過加密技術(shù)的應(yīng)用，使得用戶的數(shù)據(jù)信息，保護(hù)指紋和數(shù)字密碼獨(dú)立于系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)外運(yùn)行，在ZigBee 智能家居網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，進(jìn)行加密協(xié)議，使得用戶的智能家居設(shè)備安全性能，明顯提升，對用戶的隱私信息也能進(jìn)行保護(hù)，具有顯著的應(yīng)用意義和推廣價(jià)值。智能家居系統(tǒng)中的電子鎖裝置，可通過手機(jī)和其他移動(dòng)客戶端進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，極大增加用戶的體驗(yàn)程度?？傊?，物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，促進(jìn)移動(dòng)智能家居行業(yè)深入發(fā)展。

在智能家居發(fā)展中，對于ZigBee 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的應(yīng)用，不僅能夠?yàn)槿藗兲峁┌踩?、舒適、便捷的居家環(huán)境，而且可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控好管理，極大提升了人們的居住體驗(yàn)程度，享受現(xiàn)代智能化技術(shù)發(fā)展成果。在ZigBee 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器中，各傳感裝置與控制裝置的核心部分均分布在核心射頻電路中，相關(guān)裝置通過對信號資源的收集與整理，實(shí)現(xiàn)對控制系統(tǒng)的合理調(diào)動(dòng)。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器（Network Coordinator）、路由節(jié)點(diǎn)（Network Node）和終端節(jié)點(diǎn)（IEEE Node）是網(wǎng)絡(luò)功能設(shè)計(jì)的主體，通過對相關(guān)結(jié)構(gòu)的智能設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)與任何節(jié)點(diǎn)通信。

2.2 智能溫度采集裝置

利用物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)，對室內(nèi)溫度進(jìn)行采集，并且通過云計(jì)算系統(tǒng)智能調(diào)控室內(nèi)空調(diào)設(shè)備，是智能家居的發(fā)展方向。例如，選擇DHT11 數(shù)字溫度傳感器與ZigBee 技術(shù)相結(jié)合，使得智能家居獲得高質(zhì)量發(fā)展，極大提升了用戶的體驗(yàn)程度。通過相關(guān)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對智能家居系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得相關(guān)設(shè)備應(yīng)用更加具有體驗(yàn)樂趣和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值?；贒HT11 數(shù)字溫度傳感器的應(yīng)用，使得智能溫度采集裝置更加穩(wěn)定協(xié)調(diào)，有利于發(fā)揮相關(guān)裝置的實(shí)際應(yīng)用性能。實(shí)踐應(yīng)用中，傳感器由感濕電阻、NTC 熱敏電阻和8 位單片機(jī)構(gòu)組成，具有抗信號干擾能力強(qiáng)，技術(shù)應(yīng)用穩(wěn)定的特點(diǎn)。

智能溫度采集裝置，是智能家居的重要組成部分，不僅為人們居家生活提供便利，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)智能化技術(shù)的應(yīng)用效果，促使物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與生活實(shí)際產(chǎn)生有機(jī)聯(lián)系。實(shí)際工作中，通過對智能控制技術(shù)的應(yīng)用，促使智能家居設(shè)備的服務(wù)能力提升。相關(guān)設(shè)備可在物理網(wǎng)傳感器技術(shù)的條件下，實(shí)現(xiàn)對室內(nèi)智能設(shè)備的控制與調(diào)動(dòng)，不僅能夠節(jié)省人力，也能應(yīng)對特殊或緊急情況。總而言之，基于物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)的應(yīng)用，使得智能家居服務(wù)更加人性化，滿足人們實(shí)際需求。

2.3 物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)發(fā)展趨勢

根據(jù)目前技術(shù)發(fā)展實(shí)際情況，對物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)的未來發(fā)展趨勢進(jìn)行預(yù)測。首先針對傳感器裝置而言，將更加微型化與環(huán)保化。傳感裝置應(yīng)用的材料是硅，具有體積小、靈敏度高、質(zhì)量輕和成本低廉的優(yōu)勢特點(diǎn)，使得微型傳感器技術(shù)在智能家居設(shè)計(jì)中具有重要應(yīng)用價(jià)值。值得注意的是，微型傳感器裝置的體積趨向于微型化，是輔助設(shè)計(jì)（CAD）技術(shù)和微機(jī)電系統(tǒng)MEMS 發(fā)展的結(jié)果，相關(guān)領(lǐng)域研究人員需要對此加強(qiáng)認(rèn)識深度。

同時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)發(fā)展將更加智能化與功能多樣化。智能化的傳感裝置可進(jìn)行簡單的邏輯思考和判斷，促使相關(guān)技術(shù)在化學(xué)、電磁與核物理等高尖端領(lǐng)域得到實(shí)際應(yīng)用?；谖锫?lián)網(wǎng)傳感技術(shù)的應(yīng)用，智能家居行業(yè)發(fā)展質(zhì)量明顯提升，先進(jìn)的技術(shù)和傳感裝置是家居智能設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容。多功能傳感器的快速發(fā)展，使得傳感器的應(yīng)用范圍更加廣泛，實(shí)現(xiàn)了在農(nóng)業(yè)和工業(yè)領(lǐng)域的實(shí)踐應(yīng)用，促進(jìn)相關(guān)行業(yè)的智能化、現(xiàn)代化發(fā)展。實(shí)際應(yīng)用中，多功能傳感裝置主要依靠不同的感知元件發(fā)揮作用。

無線網(wǎng)絡(luò)化是傳感裝置的重要特征，物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)通過嵌入式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對相關(guān)控制信息的收集，為智能化控制系統(tǒng)提供信息來源。通過對物聯(lián)網(wǎng)信息進(jìn)行技術(shù)處理和控制，使得智能網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)得到實(shí)際應(yīng)用，對分布式處理技術(shù)、傳感技術(shù)和無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等方式實(shí)現(xiàn)對用戶終端的科學(xué)合理控制。技術(shù)應(yīng)用過程中，鑒于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和5G 商用化尚處于初級階段，因此需要關(guān)注技術(shù)應(yīng)用的不成熟和不穩(wěn)定方面問題，致力于在智能家居設(shè)計(jì)中，對相關(guān)技術(shù)進(jìn)行完善與升級，促使先進(jìn)科學(xué)技術(shù)與人們生活實(shí)際聯(lián)系更加緊密。

3 結(jié)論

綜上所述，智能家居是未來發(fā)展方向，通過ZigBee 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、智能溫度采集裝置和物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)的應(yīng)用，提升了智能家居的發(fā)展進(jìn)程，對于物理網(wǎng)傳感技術(shù)發(fā)展產(chǎn)生重要影響。在智能家居行業(yè)的發(fā)展過程中，應(yīng)認(rèn)識到物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重要價(jià)值，通過技術(shù)的升級和完善，為智能家居設(shè)計(jì)奠定良好基礎(chǔ)。