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

衣文娟

(青島酒店管理職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266100)

0 引言

在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中應(yīng)用傳感器，可以更加精準(zhǔn)、及時地完成數(shù)據(jù)的獲取、處理以及傳輸?shù)裙ぷ?，能夠為物?lián)網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用提供良好的數(shù)據(jù)支持。現(xiàn)階段，將物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)與傳感器技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，能夠更好地將兩者的優(yōu)勢發(fā)揮出來，從而廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，并取得良好的效果。在智能家居中應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)，可以對智能家居進(jìn)行全面的監(jiān)控，為人們提供更好的服務(wù)，促進(jìn)智能家居更快、更好發(fā)展。

1 物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)的發(fā)展概述

物聯(lián)網(wǎng)中的傳感器不僅可以有效檢測相應(yīng)的信息，同時能夠?qū)z測到的信息以其他信號形式進(jìn)行對外輸出。應(yīng)用傳感器，可以準(zhǔn)確、快速地獲得需要的信息。傳感器的靈敏程度甚至超過了人的感官[1]。傳感器具有較多類型，如紅外熱釋傳感器、氣敏傳感器以及溫度傳感器等等。智能家居系統(tǒng)一般需要掌握室內(nèi)環(huán)境的氣體濃度以及溫濕度情況等，傳感器能夠檢測到此類信息，將信息轉(zhuǎn)化為電信號，在模數(shù)轉(zhuǎn)換電路作用下，將電信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號傳輸至計算機(jī)中進(jìn)行后續(xù)處理，最終完成對相關(guān)家用設(shè)備的控制。傳感器技術(shù)主要的信息處理流程如圖1所示。

圖1 傳感器技術(shù)處理流程

物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)不斷發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷拓寬。常見的物聯(lián)網(wǎng)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主要有嵌入式網(wǎng)關(guān)技術(shù)以及無線通信技術(shù)。其中，嵌入式網(wǎng)關(guān)技術(shù)的重點部分是軟件與硬件，在軟件方面，可采用Android以及Windows CE等權(quán)威操作系統(tǒng)，具備較高的可靠度。硬件方面主要包括微處理器、微控制器以及可編輯邏輯器件，其中微處理器具備較強(qiáng)的功能，其設(shè)計采用馮諾依曼以及哈佛結(jié)構(gòu)，整體運行效率較高。物聯(lián)網(wǎng)傳感器使用的無線通信技術(shù)主要有紅外通信技術(shù)和藍(lán)牙通信技術(shù)[2]。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

對于系統(tǒng)硬件設(shè)計上，本文選擇S3C2440微處理器芯片，將其作為家庭網(wǎng)關(guān)AMR模塊控制器，其具備較多特點，如高性能、低功耗、低價格等，存在大量寄存器，會以更快的速度執(zhí)行各項指令。并且，在可擴(kuò)展能力、完備性、通用性以及穩(wěn)定性上也存在較大優(yōu)勢。整個物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)中，家庭網(wǎng)關(guān)模塊屬于核心部分，能夠?qū)崿F(xiàn)家庭外部通信網(wǎng)絡(luò)與內(nèi)部控制網(wǎng)絡(luò)的良好銜接。所以，家庭網(wǎng)關(guān)應(yīng)滿足以下要求：首先，可以進(jìn)行Internet遠(yuǎn)程訪問，一方面，家庭網(wǎng)關(guān)需要支持TCP/IP協(xié)議，另一方面，家庭網(wǎng)關(guān)還應(yīng)提供Web服務(wù)。其次，可以通過內(nèi)部控制網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)控并管理物聯(lián)網(wǎng)智能家居中的智能終端設(shè)備，家庭網(wǎng)關(guān)應(yīng)具備家庭外部通信網(wǎng)絡(luò)與內(nèi)部控制網(wǎng)絡(luò)間信息與協(xié)議等的轉(zhuǎn)換功能。家庭內(nèi)部控制網(wǎng)絡(luò)模塊中，通信模塊為ZigBee，ZigBee模塊應(yīng)用CC2430，其具備高靈敏度、低成本、低功耗以及較強(qiáng)的抗干擾能力。ZigBee網(wǎng)絡(luò)中，共包括以下幾種邏輯設(shè)備類型：第一種為協(xié)調(diào)器；第二種為路由器；第三種為終端設(shè)備。物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)中，以太網(wǎng)屬于較為重要的功能模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程登錄，分享并管理系統(tǒng)資源，并且，還具備更新下載等功能。本系統(tǒng)中的以太網(wǎng)模塊，主要是通過DM9000芯片進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)接口連接，存在較為突出的優(yōu)勢，其屬于一款能夠完集成的以太網(wǎng)MAC控制器，成本效益較高，支持8位、16位、32位的接口進(jìn)行內(nèi)部存儲器訪問，從而對不同處理器需求加以滿足。DM9000物理協(xié)議層接口與IEEE802.3u規(guī)格完全符合，同時，還支持IEEE802.3x全雙工流量控制，此外，在GSM模塊上，選擇的是TC35芯片，具備較高的性能，能夠更好地滿足GSM0705以及GSM0707標(biāo)準(zhǔn)要求，可在AT指令下做出具體控制，并且具備RS232接口，會實現(xiàn)雙頻短消息數(shù)據(jù)通信，安全性及穩(wěn)定性較高。TC53芯片的組成部分包括：電源電路、GSM基帶處理器、FLASH存儲部分以及GSM射頻部分。

2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居控制系統(tǒng)工作中，主要會經(jīng)歷以下流程:系統(tǒng)各模塊屬于初始化狀態(tài)，工作時傳感器會采集各種參數(shù)，在數(shù)模轉(zhuǎn)換功能下，數(shù)據(jù)處理模塊會詳細(xì)判斷各種數(shù)據(jù)參數(shù)。如果其不在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，會對故障類型做出判斷，通過ARM控制中心對蜂鳴器進(jìn)行控制，從而發(fā)出報警提示，同時會向戶主發(fā)送警報短信。報警短信發(fā)送給戶主后，戶主可用手機(jī)向GSM模塊發(fā)送控制短信，ARM控制中心會向GSM模塊發(fā)送AT指令，從而讀取收到的短信，對短信指令是否符合標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判斷。如果不符合標(biāo)準(zhǔn)，需要向用戶發(fā)送提醒，要求重新發(fā)送控制短信，如果指令正確，會按照短信內(nèi)容，將控制信息發(fā)送給ZigBee協(xié)調(diào)器。當(dāng)ZigBee協(xié)調(diào)器獲得信息后，向指定的ZigBee節(jié)點傳送，節(jié)點收到指令后，會根據(jù)指示進(jìn)行控制操作，或者獲取傳感器信息，同時，相協(xié)調(diào)器中發(fā)送控制結(jié)果或者傳感器信息，再由協(xié)調(diào)器向ARM控制中心傳送，ARM控制中心會通過GSM模塊，向用戶回復(fù)控制結(jié)果。利用ZigBee節(jié)點進(jìn)行控制的人體以及煤氣感應(yīng)傳感器，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有人入侵或煤氣時，會向協(xié)調(diào)器發(fā)送報警信息，協(xié)調(diào)器會將其傳送至服務(wù)器，最終在GSM模塊控制下，使用戶接收到報警信息。

3 物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)在智能家居中的具體應(yīng)用

3.1 智能家居照明

智能照明系統(tǒng)主要由4個部分構(gòu)成，如表1所示。其中，感知層屬于照明系統(tǒng)的最前端，功能是進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，常用的設(shè)備包括電流電壓傳感器、溫度傳感器以及光敏傳感器等。結(jié)合家居特點，家庭需要照明的區(qū)域包括：車庫、庭院、走廊、客廳以及臥室等，按照不同的用燈習(xí)慣，可以使用相應(yīng)的采集設(shè)備，如走廊與衛(wèi)生間可應(yīng)用人體紅外探測；樓梯可應(yīng)用聲控延時控制；臥室與客廳可應(yīng)用紅外遙控控制等。家居照明控制器包括調(diào)光控制器、成組控制器以及單燈控制器，其功能是按照感知層傳感器傳輸?shù)男盘栠M(jìn)行相應(yīng)的亮燈或者滅燈處理?？梢赃x擇無線控制器，也可以選擇有線控制器，控制器連接對應(yīng)的網(wǎng)關(guān)，接收到控制指令后，對照明燈進(jìn)行控制。網(wǎng)絡(luò)層面主要由網(wǎng)關(guān)節(jié)點構(gòu)成，具備傳遞信息功能。網(wǎng)管節(jié)點接收到傳感器接收到的信息后，會將其傳至服務(wù)中心，并且會在服務(wù)器的控制命令下，將相應(yīng)命令下發(fā)至控制器，對燈進(jìn)行控制。數(shù)據(jù)經(jīng)過感知層與網(wǎng)絡(luò)層后，會到達(dá)控制中心，通過控制中心做出集中的處理，具體包含移動端以及PC端的應(yīng)用。應(yīng)用層的主要功能包括：單燈控制、分組控制、定時控制、單燈狀態(tài)監(jiān)測、單燈調(diào)光以及故障報警[4]。

表1 智能照明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.2 智能家居安防

智能家居安防系統(tǒng)中，報警器會對家居安防系統(tǒng)綜合傳感器采集到的信息進(jìn)行分析與計算，隨后做出報警決策，通過報警器發(fā)出警示。所用到的傳感器有：門禁、煙感、視頻監(jiān)控、玻璃破碎探測、燃?xì)饪刂埔约皽囟忍綔y電能，在家居環(huán)境的各個位置，均可安置傳感器，以實現(xiàn)區(qū)域性的布防，通過傳感器采集相應(yīng)子系統(tǒng)的狀態(tài)數(shù)據(jù)，隨后會由網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備將這些數(shù)據(jù)傳輸給系統(tǒng)平臺，最終統(tǒng)一的分析并處理這些數(shù)據(jù)，以此作為決策的主要依據(jù)，下發(fā)相應(yīng)的指令。物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)用于智能家居安防中，用戶應(yīng)用一部手機(jī)就會完全掌握家中所有電器設(shè)備的狀態(tài)，也可以進(jìn)行相應(yīng)的控制操作，比以往的防盜網(wǎng)更為智能化與人性化。視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用下，用戶可以通過終端設(shè)備，對家居環(huán)境情況進(jìn)行實時監(jiān)控，設(shè)備不但具備遠(yuǎn)程訪問功能、自動錄像功能、圖片視頻保存功能，并且，還具備報警抓拍以及聯(lián)動功能，保障家居安全。

3.3 智能家庭控制

智能家庭控制方面，可以應(yīng)用相應(yīng)的傳感器、ZigBee技術(shù)及芯片進(jìn)行軟硬件設(shè)計，同時構(gòu)建相應(yīng)的管理平臺，監(jiān)督并控制家中的所有電器設(shè)備。具體包括智能遙控技術(shù)、一鍵情景控制技術(shù)以及遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)，用戶即便不在家，也可以通過終端進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，實現(xiàn)對家中水、家電以及外來人員的監(jiān)督，提升家居安全性[5]。實際工作中，是經(jīng)過各類傳感設(shè)備接納各類傳感信號，并觸發(fā)控制命令或許經(jīng)過人的自覺遙控、手動觸發(fā)對應(yīng)的發(fā)射類智能設(shè)備來收回控制命令，例如：溫濕度傳感器會搜集室內(nèi)的溫濕度變化數(shù)據(jù)，根據(jù)實際需求，進(jìn)行溫濕度變化觸發(fā)要求設(shè)定，當(dāng)溫度或濕度到達(dá)預(yù)設(shè)的觸發(fā)要求時，就聯(lián)動收回控制命令;當(dāng)溫度高時，空調(diào)開端制冷；當(dāng)溫度低時，空調(diào)開端制熱。如果裝置了亮度傳感器，則當(dāng)室內(nèi)光照亮度充足時，預(yù)設(shè)的燈光主動封閉，當(dāng)室內(nèi)光照亮度不夠時，預(yù)設(shè)燈光主動打開。如果安防人體感應(yīng)器，當(dāng)設(shè)防時，監(jiān)測到有人在活動時，馬上觸發(fā)電話報警，當(dāng)非設(shè)防形態(tài)時，感應(yīng)到人，主動開啟預(yù)設(shè)的燈光，當(dāng)監(jiān)測到無人時，主動封閉燈光。以上這少許場景的完成，都是經(jīng)過各類傳感器來主動感應(yīng)觸發(fā)完成智能控制，當(dāng)然，也可以間接人為手動觸發(fā)控制命令，例如：通過墻上智能面板、各類智能遙控器等間接觸發(fā)控制命令，如果人不在室內(nèi)，還能夠經(jīng)過電話或Internet長途控制來控制室內(nèi)的全部設(shè)備。

4 結(jié)語

綜上所述，我國社會經(jīng)濟(jì)實力不斷提升下，計算機(jī)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及傳感器技術(shù)得以不斷發(fā)展，進(jìn)一步促使人們的家居生活向著智能化的方向發(fā)展，更好地滿足人們的現(xiàn)代化生活需求?，F(xiàn)階段，物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于智能家居中，在家居照明、家居安防以及家居控制等方面發(fā)揮著較大作用，在未來，物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)勢必還會不斷向著更好的方向發(fā)展。