基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居分析

徐行 徐春華

摘要：隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和人們對(duì)物質(zhì)生活水平的要求的不斷提高，人們對(duì)生活的安全、舒適、便捷等方面的要求也越來越高。近年來人們對(duì)家庭住宅觀念發(fā)生了巨大改變，智能家居將成為現(xiàn)代化住宅的發(fā)展趨勢(shì)。本文以物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展為背景，通過學(xué)習(xí)研究物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)技術(shù)，明確物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)包括： RFID標(biāo)識(shí)技術(shù)、傳感網(wǎng)技術(shù)、M2M技術(shù)。在硬件方面，采用了GPRS模塊作為遠(yuǎn)程人機(jī)交互手段，接收和發(fā)送信息。利用器件組成ZigBee網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)短距離的無線網(wǎng)絡(luò)通信，并詳細(xì)闡述了各硬件模塊的功能和實(shí)現(xiàn)方法。GPRS模塊軟件方面，利用AT指令編寫程序，實(shí)現(xiàn)用戶手機(jī)的短信收發(fā)過程，利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了對(duì)家用電器的控制。在智能家居控制系統(tǒng)中應(yīng)用了星型網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，通過ZigBee網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)之間無線通信。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);智能家居;ZigBee;GPRS;遠(yuǎn)程控

1. 前言

智能家居作為家庭信息化的實(shí)現(xiàn)方式，已成為社會(huì)信息化發(fā)展的重要組成部分。21世紀(jì)是信息化的時(shí)代，物聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)推動(dòng)了人類文明的進(jìn)步。隨著人們生活水平的提高以及科技的高速發(fā)展，智能化家居已成為一種必然趨勢(shì)而深入千家萬戶。智能化家居是利用電力自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信、信息、結(jié)構(gòu)化布線、無線等技術(shù)將多種設(shè)備應(yīng)用和綜合功能組成一個(gè)強(qiáng)大的完善的系統(tǒng)。它以住房為平臺(tái)，同時(shí)兼?zhèn)渚W(wǎng)絡(luò)家電、家電設(shè)備自動(dòng)化、建筑、通信、遠(yuǎn)程醫(yī)療、家庭辦公、娛樂等功能，集結(jié)構(gòu)、服務(wù)、系統(tǒng)、管理為一體的舒適、節(jié)能、安全、便利、高效、娛樂、環(huán)保的居住環(huán)境。

2. 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

2.1物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展背景

2009年1月，IBM公司提出了“智慧地球”的理念;2009年8月，溫家寶在中科院無錫高新微納傳感網(wǎng)工程技術(shù)研發(fā)中心考察時(shí)，提出了“感知中國”。物聯(lián)網(wǎng)被預(yù)言為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)通信網(wǎng)之后的世界信息產(chǎn)業(yè)第三次浪潮，一時(shí)間很多人預(yù)見到了一場(chǎng)新的技術(shù)革命。

2.2 智能家居概述

智能家居又稱智能住宅，是指利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、綜合布線技術(shù)，將與家居生活有關(guān)的各種子系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合在一起，通過統(tǒng)籌管理，讓家居生活更加舒適、安全、有效。與普通家居相比，智能家居不僅具有傳統(tǒng)的居住功能，提供舒適安全、高品位且宜人的家庭生活空間;還由原來的被動(dòng)靜止結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂心軇?dòng)智慧的工具，提供全方位的信息交互功能，幫助家庭與外部保持信息交流暢通，優(yōu)化人們的生活方式，幫助人們有效安排時(shí)間，增強(qiáng)家居生活的安全性、舒適性，甚至合理控制各種能源的使用。要完整地理解智能家居，有必要先對(duì)幾個(gè)智能家居發(fā)展過程中有著重大影響的系統(tǒng)進(jìn)行簡單介紹。

2.3 智能家居的發(fā)展

相比于國外，我國對(duì)智能家居系統(tǒng)的相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)起步較晚。從目前中國的國情來看，實(shí)用型與舒適型應(yīng)當(dāng)成為家庭住宅建設(shè)的主流，舒適型面向中等偏上收入者。但是住宅是一項(xiàng)使用壽命較長、次投資較大的特殊商品，因此，建設(shè)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)必須具有一定的前瞻性。

目前在我國，智能家居系統(tǒng)被定義為：利用4C（自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、無線通信、IC卡）技術(shù)，通過有效的傳輸網(wǎng)絡(luò)，將多元信息服務(wù)與管理、安全防護(hù)與物業(yè)管理、住宅智能化系統(tǒng)集成，提供高技術(shù)的智能化住宅小區(qū)的服務(wù)于管理為手段，以期實(shí)現(xiàn)快捷高效的超值服務(wù)與管理，提供安全舒適的家居環(huán)境[12]。

目前智能家居系統(tǒng)一般要求有三大功能單元： 第一，必須要有一個(gè)功能非常強(qiáng)大的智能家庭系統(tǒng)平臺(tái);第二，必須要有一個(gè)完整的綜合性的家居布線系統(tǒng);第三，必須要有家庭內(nèi)部進(jìn)行控制的互聯(lián)網(wǎng)、連接外網(wǎng)的寬帶互聯(lián)網(wǎng)和家庭內(nèi)部各種家電進(jìn)行控制的家庭控制網(wǎng)絡(luò)這三種網(wǎng)絡(luò)支持的系統(tǒng)才能叫做真正的智能家居系統(tǒng)。

3. 智能家居系統(tǒng)工作過程

智能家居的系統(tǒng)主要有GPRS模塊、基于單片機(jī)的主控制模塊、ZigBee無線傳輸模塊、家電端的控制模塊、和傳感信號(hào)采集發(fā)送模塊幾部分組成。其中，GPRS模塊的主要功能是接收用戶手機(jī)所發(fā)送的短消息，并將短消息解析成為一段可以識(shí)別的命令傳輸給主控制器?；趩纹瑱C(jī)的主控制器的作用是將接收到的命令做出響應(yīng)。ZigBee模塊是將主控制器所下達(dá)的命令通過無線的ZigBee網(wǎng)傳輸?shù)郊译姸?。傳感信?hào)采集發(fā)送模塊的作用是通過實(shí)時(shí)的監(jiān)控，不斷確認(rèn)是否達(dá)到預(yù)訂的警報(bào)值，如果達(dá)到了預(yù)定值，就將警報(bào)信號(hào)發(fā)送給主控制器，主控制器通過分析判斷出該警報(bào)信號(hào)是從哪個(gè)家電終端發(fā)送的，在經(jīng)過GPRS模塊發(fā)送給用戶手機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)家庭各個(gè)方面的防護(hù)[1]。

4. 智能家居的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1模塊框架結(jié)構(gòu)

ZigBee實(shí)現(xiàn)對(duì)外連接，完成遠(yuǎn)程和近端的多網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交互。在網(wǎng)絡(luò)接入方面，由于系統(tǒng)提供了GPRS和WIFI兩條數(shù)據(jù)通道，因此，可以實(shí)現(xiàn)通過Internet的訪問和通過智能移動(dòng)終端訪問，比如用戶在家中時(shí)，可以通過手機(jī)上的客戶端進(jìn)行家電控制和家庭溫濕度查詢，當(dāng)用戶在公司上班時(shí)，可以通過訪問服務(wù)器得知家里布置的傳感器的數(shù)據(jù)，了解到家中實(shí)時(shí)狀況。向下可以連接萬能遙控器實(shí)現(xiàn)家電控制，同時(shí)可以連接ZigBee設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，從而構(gòu)成一個(gè)完整的智能家居控制系統(tǒng)[6]。如圖一所示：

4.2系統(tǒng)硬件

（1）復(fù)位電路

復(fù)位電路是一種用來使電路恢復(fù)到起始狀態(tài)的電路設(shè)備，它的操作原理與計(jì)算器有著異曲同工之妙，只是啟動(dòng)原理和手段有所不同。復(fù)位電路，就是利用它把電路恢復(fù)到起始狀態(tài)。就像計(jì)算器的清零按鈕的作用一樣，以便回到原始狀態(tài)，重新進(jìn)行計(jì)算。

（2）單片機(jī)晶振電路

晶振是晶體振蕩器的簡稱，在電氣.上它可以等效成一個(gè)電容和一個(gè)電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個(gè)電容的二端網(wǎng)絡(luò)。電工學(xué)上這個(gè)網(wǎng)絡(luò)有兩個(gè)諧振點(diǎn)，以頻率的高低分，其中較低的頻率是串聯(lián)諧振。

（3）Zigbee無線傳輸電路

CC2530是ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸中的一個(gè)核心芯片，該芯片有四種不同的閃存版本：分別具有32/64/128/256KB的閃存。該電路有兩個(gè)晶振，一個(gè)是系統(tǒng)時(shí)鐘晶振，一個(gè)是實(shí)時(shí)時(shí)鐘晶振。系統(tǒng)時(shí)鐘晶振用于向CC2530芯片和其他電路（RTC電路）提供工作時(shí)鐘。

（4）GPRS無線傳輸電器

GPRS無線傳輸設(shè)備主要針對(duì)工業(yè)級(jí)應(yīng)用，是一款內(nèi)嵌GSM/GPRS核心單元的無線Modem，采用GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)為傳輸媒介，是一款基于移動(dòng)GSM短消息平臺(tái)和GPRS數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的工業(yè)級(jí)通訊終端。

5. 結(jié)語

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)不只包含嵌入式技術(shù)的應(yīng)用，同時(shí)還是一個(gè)復(fù)雜的綜合性工程。在做嵌入式系統(tǒng)的研究的同時(shí)，還不得不從系統(tǒng)的角度考慮諸如網(wǎng)絡(luò)、環(huán)保、生態(tài)等其他問題。智能家居的設(shè)計(jì)必須具有前瞻性，緊密關(guān)注當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展方向，才能夠確保所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)、采用的技術(shù)具有擴(kuò)展性和更長的生命周期。未來科技的發(fā)展速度是人們無法預(yù)料的，在智能家居建設(shè)方面會(huì)出現(xiàn)什么樣的成果，是我們所期待的。但是有一點(diǎn)可以肯定，隨著時(shí)間的推移，我們的生活條件將會(huì)得到進(jìn)一步的改善，我們的生活質(zhì)量會(huì)更上一層樓。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄒蕾，張先鋒.人工智能及其發(fā)展應(yīng)用.信息網(wǎng)絡(luò)安全.2012（02）

[2]陳柯蒙，張寧.人工智能的發(fā)展探析.新西部（理論版）.2012（05）

[3]陳浩磊，鄒湘軍，陳燕，陳燕，劉天湖.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的最新發(fā)展與展望.中國科技論文在線.2011（01）

[4]周立功.ARM嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005.

[5]魏忠編.嵌入式開發(fā)詳解[M].北京：電子工業(yè)

[6]曾宏安.嵌入式Linux c語言開發(fā)[M].北京：

[7]劉慶敏，張曉亮。嵌入式Linux開發(fā)詳解[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社：2010.5室

[8]李芳;多技術(shù)整合物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用案例分析