傳感器加速物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能家居中的應(yīng)用

耿啟龍

（青島賽維電子信息服務(wù)股份有限公司淄博分公司 山東 淄博 255000）

1 引言

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)切實(shí)實(shí)現(xiàn)了家居設(shè)備間的信息交互以及共享，通過采集單元能夠提高智能家居對數(shù)據(jù)的獲取、傳遞以及分析的能力，進(jìn)一步滿足了群眾生活對智能家居的需求。從另一個(gè)角度來講，智能家居就是在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)一步擴(kuò)展和深化?，F(xiàn)階段智能家居行業(yè)中，通過應(yīng)用傳感器技術(shù)以及通信技術(shù)能夠在使用者毫無察覺的情況下完成工作，根據(jù)使用者的喜好以及習(xí)慣調(diào)整最適宜的溫度濕度環(huán)境，通過家居的智能化、一體化控制不僅能夠提高家居的價(jià)值體現(xiàn)，還能夠有效避免資源浪費(fèi)。

2 智能家居建設(shè)可行性分析

智能家居系統(tǒng)中的各類電子設(shè)備均實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)信息交互的功能，就現(xiàn)階段發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行分析，智能家居中由一個(gè)核心的系統(tǒng)領(lǐng)導(dǎo)多個(gè)分子系統(tǒng)，各個(gè)子系統(tǒng)又能夠?qū)崿F(xiàn)獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)，且相互之間具有緊密的聯(lián)系。從另一個(gè)角度來講，智能家居系統(tǒng)的核心終端能夠?qū)Ω髯酉到y(tǒng)的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)督，并為每個(gè)子系統(tǒng)提供操作界面[1]。

基于物聯(lián)網(wǎng)下的智能家居系統(tǒng)由傳輸層、互動(dòng)層、應(yīng)用服務(wù)層以及環(huán)境感知層。其中傳感器技術(shù)的應(yīng)用水平不斷提高，例如煙霧傳感器以及可燃?xì)怏w傳感器能夠?qū)κ覂?nèi)的煙霧濃度以及可燃?xì)怏w濃度進(jìn)行檢測，使當(dāng)前環(huán)境始終處于安全和舒適狀態(tài)。光線傳感器以及無線空氣傳感器能夠有效檢測室內(nèi)的空氣質(zhì)量以及光線照明情況，自動(dòng)開啟和關(guān)閉某些設(shè)備，節(jié)能和體驗(yàn)兩不誤。溫度傳感器能夠?qū)κ覂?nèi)溫度進(jìn)行檢測，若室內(nèi)溫度不達(dá)標(biāo)，智能家居終端會(huì)通過加熱降溫增濕的方式，使室內(nèi)環(huán)境始終處于最適宜的水平。磁傳感器能夠?qū)﹂T窗的關(guān)閉情況進(jìn)行檢測，確保室內(nèi)人員生命財(cái)產(chǎn)安全。

智能家居中，系統(tǒng)的運(yùn)行需多種技術(shù)支持。例如數(shù)據(jù)庫技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對室內(nèi)信息情況的監(jiān)控，系統(tǒng)會(huì)對數(shù)據(jù)庫中所收錄的信息進(jìn)行分析。當(dāng)系統(tǒng)受到終端的觸發(fā)信號后，能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)實(shí)問題與數(shù)字信號間的相互轉(zhuǎn)化，并在運(yùn)行引擎中對問題進(jìn)行核實(shí)。

3 傳感器加速物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能家居中的應(yīng)用

智能家居能夠通過用戶的習(xí)慣以及喜好對室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行調(diào)整，為用戶提供更舒適的生活環(huán)境，無需加設(shè)恒溫器或電燈，在一定程度上減少了能源的浪費(fèi)。現(xiàn)階段在很多建筑中，已經(jīng)配備了上述功能，但這些功能大多不具有針對性，只對用戶可見，功能較為獨(dú)立[2]。為了提高物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能家居中的應(yīng)用程度，現(xiàn)就多種傳感器的應(yīng)用進(jìn)行研究。

3.1 在云連接技術(shù)中的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)是數(shù)以千計(jì)云連接服務(wù)，為了進(jìn)一步提高智能家居的個(gè)性化、智能化發(fā)展，通過繁瑣的云端算法組合成多個(gè)數(shù)據(jù)流，現(xiàn)階段該術(shù)語的定義范圍較為寬泛。在有關(guān)于推廣物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的相關(guān)研究中心，如何將節(jié)點(diǎn)與云技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)行連接是一項(xiàng)重要任務(wù)，其具有分析用戶信息以及其他類型大數(shù)據(jù)的功能。云連接能夠有效提高智能家居系統(tǒng)的服務(wù)效率以及服務(wù)質(zhì)量，現(xiàn)階段乃至未來一段時(shí)間內(nèi)的云系統(tǒng)都需依托傳感器進(jìn)行獲取信息，數(shù)據(jù)輸入的效率和準(zhǔn)確性能夠影響云端智能所展現(xiàn)出的性能。智能家居中的傳感器很大程度上扮演者“人類”的角色，與云計(jì)算系統(tǒng)以及無線IC相通，能夠從多維度對事實(shí)存在的實(shí)物進(jìn)行感知。

3.2 在智能照明控制中的應(yīng)用

進(jìn)入20世紀(jì)以來，白熾燈在市場中所占據(jù)的位置不斷提高。但到了21世紀(jì)，多種色彩的智能化點(diǎn)燈提高了人們生活的豐富程度，人們對照明設(shè)備的性能以及健康價(jià)值提出了新的要求。相關(guān)研究結(jié)果表明，人體本身具備調(diào)節(jié)晝夜節(jié)律的功能，光譜含量能夠在一定程度上人體所感受到的幸福感，昏暗的黃色燈光會(huì)使人體進(jìn)入放松的狀態(tài)內(nèi)，強(qiáng)烈的藍(lán)色燈光能在一定程度上激活體內(nèi)的激素進(jìn)行反應(yīng)。在智能家居中，紅外線傳感器以及光線傳感器能夠?qū)θ搜鬯惺艿焦鈴?qiáng)度、顏色進(jìn)行調(diào)整，若建筑內(nèi)存在視覺能力較差的老人或是小孩，智能系統(tǒng)就會(huì)將房屋內(nèi)的光纖調(diào)整至較為溫和的光線[3]。這種模式下的智能家居具具有極高的智能性，能夠根據(jù)實(shí)際需求，對房屋內(nèi)環(huán)境進(jìn)行改善。

除此之外，此類傳感器還被應(yīng)用在多個(gè)微電子元器件基礎(chǔ)的繼承上，通過面部識別為房屋內(nèi)的每個(gè)人生成面部“深度圖”，光發(fā)射器結(jié)構(gòu)能夠通過復(fù)雜的運(yùn)算，對光電探測器收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并結(jié)合“深度圖”來判斷室內(nèi)人員的身份以及其居住習(xí)慣。

3.3 在個(gè)性化室內(nèi)環(huán)境中的應(yīng)用

個(gè)性化室內(nèi)環(huán)境在照明的基礎(chǔ)上，將設(shè)計(jì)愿景向房屋內(nèi)的空氣質(zhì)量進(jìn)行延伸。在智能家居中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的半導(dǎo)體傳感器能夠完美的實(shí)現(xiàn)這一功能。例如最新型的氣體傳感器設(shè)備CMOS能夠精確捕獲并測量由烹飪或是其他因素產(chǎn)生的氣體構(gòu)成，進(jìn)一步保證房屋內(nèi)人員的安全。集成攝像頭以及揚(yáng)聲器設(shè)備能夠在感知到有害氣體危害后，通過廣播的形式提醒屋內(nèi)人員，及時(shí)進(jìn)行疏散。芯片級別的氣體傳感器能夠?yàn)閭鞲衅魈峁￢OC濃度原始的測量，而后將具體算法和標(biāo)準(zhǔn)傳輸?shù)絺鞲衅髦校詈蠊Ψ藕蛽P(yáng)聲器的制造廠家才能將室內(nèi)氣體檢測標(biāo)準(zhǔn)集成到設(shè)備中，進(jìn)而將氣體測量值轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)能夠識別的信息，為室內(nèi)空氣質(zhì)量優(yōu)化提供解決方案[4]。

4 傳感器加速物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能家居中的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)

智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則通常為三層設(shè)計(jì)，其中包括負(fù)責(zé)獲取用戶信息的感知層，傳輸用戶信息數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)層，以及制定和實(shí)施系統(tǒng)命令的應(yīng)用層。目前智能家居系統(tǒng)大多使用的主控板以ESP-12F wifi模組，主控芯片以ESP8266芯片以及Wifi芯片為主，云服務(wù)器以阿里提供的服務(wù)器為最佳選擇，傳感器的種類較為繁多，包括光線傳感器、磁傳感器、氣體傳感器、紅外線傳感器以及溫濕度傳感器等。主控模塊包括APP模塊、家居控制模塊、煙霧報(bào)警控制、防火預(yù)警控制、報(bào)警通知、無線通信模塊、防盜模塊等。通過WIFI等通信技術(shù)建立用戶終端與主控模塊之間的通信，接收用戶在手機(jī)上發(fā)送的指令、上傳模塊的信息狀態(tài)。

4.1 設(shè)計(jì)思路

為提高智能家居的使用價(jià)值與兼容性，在設(shè)計(jì)中可以使用Android系統(tǒng)作為主控程序運(yùn)行載體，具有運(yùn)行速度快、穩(wěn)定等優(yōu)勢。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，需保證各子功能與主控模塊間的信息交互。除此之外還需保證網(wǎng)絡(luò)訪問的速率，以Android為載體的控制程序提供了應(yīng)用程序并行多運(yùn)行的機(jī)制，即使是在程序正在后臺(tái)運(yùn)行中，應(yīng)用程序仍然可以通過通知欄的提示顯示消息。

4.2 實(shí)現(xiàn)方案

智能家居系統(tǒng)中，防火控制模塊主要通過噴淋模塊對火勢進(jìn)行逐步的控制，并向主控模塊發(fā)出警報(bào)信息。防火模塊的核心部分是控制閥門的開關(guān)，因此在設(shè)計(jì)中可以通過減速電機(jī)來作為閥門的控制的動(dòng)作機(jī)關(guān)。主控模塊在接收到消息后通過通信技術(shù)向用戶發(fā)出信息并根據(jù)預(yù)定的控制方式進(jìn)行反向控制。煙霧監(jiān)測模塊以及氣體傳感器通過氣敏電阻傳感器在不同濃度的可燃?xì)怏w下電阻值的變化來監(jiān)測可燃?xì)怏w濃度。并對室內(nèi)空氣環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化和改善。磁傳感器主要用于門窗閉合情況的監(jiān)控，并協(xié)同遠(yuǎn)紅外傳感器以及監(jiān)控設(shè)備對房屋的閉合情況、受入侵情況進(jìn)行監(jiān)控，進(jìn)一步保障房屋安全。除此之外為進(jìn)一步提高智能家居房屋的安全性，還需在房門出設(shè)置人體傳感器，如有人強(qiáng)迫入室會(huì)直接觸發(fā)警報(bào)。所以在日常生活中，還可以根據(jù)實(shí)際效果調(diào)整人體傳感器的角度、方向、距離等條件，以達(dá)到更好的傳感效果。

5 結(jié)論

綜上所述，通過多種傳輸通信方式以及傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)對智能家居的自動(dòng)化控制以及對環(huán)境的監(jiān)控；煙霧傳感器以及火焰識別能夠保證降低房屋火災(zāi)發(fā)生的幾率，減少因火災(zāi)造成的經(jīng)濟(jì)損失；紅外傳感器以及監(jiān)控設(shè)備能夠?qū)Ψ课萸闆r進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，對進(jìn)入者識別和環(huán)境情況監(jiān)控。如發(fā)生不良和意外，傳感器以及監(jiān)控設(shè)備就會(huì)將異常信息傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)中，控制系統(tǒng)對異常信息進(jìn)行分類處理，進(jìn)行初步的甄別并實(shí)施防范措施，同時(shí)將信息發(fā)送到用戶終端上，切實(shí)提高智能家居建筑的安全性。