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

田志曉

(珠海市技師學(xué)院，廣東 珠海 519000)

0 引言

當(dāng)前，隨著社會經(jīng)濟(jì)、互聯(lián)網(wǎng)科技和無線傳感器技術(shù)的快速發(fā)展，越來越多的居民對智能家居智能化、安全化提出了新的要求。相比較傳統(tǒng)家居，基于物聯(lián)網(wǎng)科技的智能控制傳感器技術(shù)實現(xiàn)了家居設(shè)備與人為行為的協(xié)同共享，通過傳感器信號采集、轉(zhuǎn)化和互聯(lián)網(wǎng)平臺傳輸、分析、預(yù)警等功能將各家居設(shè)施、設(shè)備有機(jī)連接，以構(gòu)建家居設(shè)備智能、信息、安全、環(huán)保的一體化環(huán)境安全管理和遠(yuǎn)程控制平臺，增強(qiáng)了家居的安全性、舒適性和節(jié)能環(huán)保性[1-2]。為此，本文為切實落實互聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)信息的交互和共享，通過采集單元提高智能家居對數(shù)據(jù)的獲取、傳遞以及分析能力，以滿足用戶生活對智能家居的需求[3]。文章探索分析了智能家居的重要作用和總體設(shè)計框架、軟/硬件設(shè)計原則；針對性地分析了傳感器技術(shù)下家居智能化遠(yuǎn)程控制和環(huán)境監(jiān)測中的功能設(shè)計、實現(xiàn)、測試分析和應(yīng)用，以實現(xiàn)傳感器技術(shù)下家居設(shè)施智能化真正運用在家居場所，對家居設(shè)備進(jìn)行智能管理和控制，從而創(chuàng)造健康舒適的家居環(huán)境，降低家居管理經(jīng)濟(jì)成本和資源損耗。

1 智能家居系統(tǒng)和傳感器作用概述

1.1 智能家居系統(tǒng)作用分析

隨著國內(nèi)信息技術(shù)發(fā)展的日漸成熟，智能家居系統(tǒng)在居民日常生活應(yīng)用中越發(fā)重要。本系統(tǒng)主要以互聯(lián)網(wǎng)信息采集、傳輸、控制等特征為主體，構(gòu)建基于點、線、面一體式的遠(yuǎn)程智能控制和環(huán)境監(jiān)測，旨在為用戶提供更為舒適、智能和便捷的家居環(huán)境；智能家居系統(tǒng)是居民家居設(shè)備自動化控制、家庭安全防范的重要組成單元，本系統(tǒng)以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，通過PC端或移動端擴(kuò)展家居系統(tǒng)控制方式，實現(xiàn)家居安全預(yù)防和一體化智能控制。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)作用分析

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具備信息傳遞速度快、精度高等特征；而傳感器技術(shù)則通過目標(biāo)物體檢測中對所產(chǎn)生的特征變化因素進(jìn)行感應(yīng)采集，同時以轉(zhuǎn)化傳輸信號實現(xiàn)對目標(biāo)物體的控制。在此基礎(chǔ)上，本文將物聯(lián)網(wǎng)與傳感器技術(shù)相結(jié)合，以傳感器獲取家居目標(biāo)特征要素數(shù)據(jù)，通過物聯(lián)網(wǎng)傳輸、整理、分析特征要素數(shù)據(jù)，通過機(jī)器學(xué)習(xí)判定家居目標(biāo)狀態(tài)信息，實現(xiàn)家居遠(yuǎn)程監(jiān)控和環(huán)境監(jiān)測的智能化、自動化，保障家居環(huán)境的安全性[4]。

1.3 協(xié)同重要性分析

本文構(gòu)建的智能家居系統(tǒng)主要目標(biāo)是實現(xiàn)家電設(shè)備、燈光設(shè)備等的遠(yuǎn)程控制功能和家居氣、煙、水等環(huán)境因素智能化一體控制。通過物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)將不同家居設(shè)備以無線網(wǎng)絡(luò)相連接，經(jīng)傳感器設(shè)備對家居環(huán)境實時動態(tài)監(jiān)測，推動智能家居向多元化、人工智能化、安全化和便捷化的智能目標(biāo)發(fā)展[5]。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計

2.1 框架設(shè)計原則

為保障智能家居的安全性、節(jié)能性、環(huán)保性、便捷性等特征，本文以物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)優(yōu)勢(監(jiān)測精準(zhǔn)、經(jīng)濟(jì)成本低等)為依據(jù)，構(gòu)建集安全、環(huán)保和經(jīng)濟(jì)于一體的智能家居控制系統(tǒng)。系統(tǒng)總體架構(gòu)單元如圖1所示，基本組成單元為遙控單元、語音提示單元、數(shù)據(jù)通信單元和微控單元(Micro Controller Unit，MCU)。其中，遙控單元一般采取PC端或手機(jī)端進(jìn)行監(jiān)控操作；通信單元以Internet網(wǎng)絡(luò)信息共享和傳輸為主，通過GPRS精準(zhǔn)定位功能實現(xiàn)家居數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確、高效采集；MCU單元實現(xiàn)家居環(huán)境采集、物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)可開發(fā)資源傳輸、存儲、供給等功能。通過各組成單元的協(xié)同工作，實現(xiàn)對家居設(shè)備、家居環(huán)境、家居安全的動態(tài)管理和安全監(jiān)控。

2.2 總體結(jié)構(gòu)與模塊設(shè)計

在智能家居構(gòu)建總體框架基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析智能家居總體結(jié)構(gòu)設(shè)計和功能模塊能加強(qiáng)對互聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)的智能家居整體控制、適應(yīng)性調(diào)整和家居安全管理等。主體控制模塊由語音識別預(yù)警子模塊、主板控制器子模塊、移動終端子模塊構(gòu)成，且3大子模塊間相互協(xié)同，即通過移動終端子模塊實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)傳感器數(shù)據(jù)的采集、分析、顯示管理等，以主板控制器實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析、特征屬性識別等，最終經(jīng)語音模塊實現(xiàn)預(yù)警服務(wù)。其中，3大子模塊以移動終端傳感器采集模塊為主，該模塊通過傳感器串口聯(lián)網(wǎng)集中控制，將設(shè)備接入到唯一的ID位置，完成對智能家居遠(yuǎn)程控制狀態(tài)管理、環(huán)境動態(tài)現(xiàn)狀監(jiān)控查詢等，最終通過子模塊傳感器環(huán)境因子、設(shè)備因子數(shù)據(jù)采集，控制設(shè)備統(tǒng)一分配識別并預(yù)警服務(wù)等，實現(xiàn)對智能家居總體結(jié)構(gòu)和模塊功能的統(tǒng)一調(diào)控和安全管理[6]。

圖1 智能家居系統(tǒng)

2.3 硬件設(shè)計分析

智能家居控制系統(tǒng)整體設(shè)計是基于設(shè)備硬件基礎(chǔ)進(jìn)行的，并以傳感器智能芯片實現(xiàn)設(shè)備硬件監(jiān)測需求，為此，本文通過對物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)下智能家居環(huán)境監(jiān)測和遠(yuǎn)程控制實現(xiàn)的微控制單元(MCU)分析系統(tǒng)硬件設(shè)計，其中傳感器監(jiān)測控制模塊能實現(xiàn)家居環(huán)境、安全和節(jié)能減排動態(tài)監(jiān)管，如屋內(nèi)出現(xiàn)煤氣泄漏，傳感器感應(yīng)設(shè)備第一時間檢測到異常特征值并識別分析后，經(jīng)MCU進(jìn)行采集和整合，傳輸至其他模塊實現(xiàn)預(yù)警服務(wù)。進(jìn)而使該硬件微控制單元不僅能及時、高效、安全地監(jiān)測控制智能家居系統(tǒng)，而且還降低了安全事故概率，保證了居民健康安全和經(jīng)濟(jì)安全。

3 智能家居遠(yuǎn)程控制和環(huán)境監(jiān)測功能實現(xiàn)與測試分析

3.1 物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)的家居遠(yuǎn)程控制和環(huán)境監(jiān)測實現(xiàn)

家居智能遠(yuǎn)程控制和環(huán)境監(jiān)測功能的實現(xiàn)，先通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將PC或Android接收端與智能監(jiān)測傳感器無線連接，實現(xiàn)計算機(jī)下達(dá)指令，自動數(shù)字信息化數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，進(jìn)而控制家居設(shè)備、燈、開關(guān)等。例如當(dāng)室內(nèi)溫度傳感器通過物聯(lián)網(wǎng)傳輸信息并反饋家居溫度信息變化，家居用戶通過端口軟件選擇開啟或依據(jù)系統(tǒng)設(shè)計流程自動啟?？照{(diào)設(shè)備，以保證居家溫度的舒適度；燈光啟停根據(jù)光敏傳感器設(shè)置參數(shù)調(diào)整，若室內(nèi)光照過暗，系統(tǒng)則通過預(yù)警提示自動開啟照明模式，反之則關(guān)閉。總之，用戶可通過遠(yuǎn)程智能控制，實現(xiàn)節(jié)能、便捷、舒服的家居生活模式。

環(huán)境監(jiān)測的實現(xiàn)，PC串口連接智能家居控制系統(tǒng)后，通過處理器對環(huán)境監(jiān)測服務(wù)預(yù)警模塊進(jìn)行信息發(fā)送、接收和提示。如當(dāng)煤煙傳感器檢測發(fā)現(xiàn)特征異常值后，通過無線傳輸模塊主動預(yù)警提示家居用戶，用戶根據(jù)動態(tài)監(jiān)測現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)控，最終實現(xiàn)家居環(huán)境監(jiān)控的智能化、一體化、高效化和安全化，實現(xiàn)人機(jī)協(xié)同，家居生態(tài)安全可控。

3.2 智能家居遠(yuǎn)程控制測試分析

為保障智能家居的安全性，實現(xiàn)家居智能化的及時性，本文測試分析了物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)的智能家居遠(yuǎn)程控制模塊，以評估智能家居的安全監(jiān)測功能。遠(yuǎn)程控制過程中，累計通過3個階段分析判斷，即是否存在網(wǎng)絡(luò)、入網(wǎng)綁定、實現(xiàn)命令類型，在該過程中，若物聯(lián)網(wǎng)與家居傳感器相連接，則存在網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而通過用戶賬號信息加入物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行家居設(shè)備遠(yuǎn)程管理；命令類型選擇分為配置傳感器設(shè)備和配置控制設(shè)備，其中傳感器設(shè)備控制實現(xiàn)了智能家居遠(yuǎn)程動態(tài)監(jiān)測，用戶可根據(jù)傳感器采集的信息資源，及時掌握家居安全；設(shè)備控制實現(xiàn)了智能家居遠(yuǎn)程無人化管理，若需要控制開關(guān)時，通過PC終端下發(fā)指令，實現(xiàn)室內(nèi)任意開關(guān)操控，證明遠(yuǎn)程控制測試能如期完成。智能家居的遠(yuǎn)程管控不僅開發(fā)了智能化管理模式，而且提高了居住用戶的安全感和幸福感。

3.3 環(huán)境監(jiān)測功能測試分析

智能家居環(huán)境監(jiān)測對居民健康安全和財產(chǎn)安全管理極為關(guān)鍵，為此，本文測試分析了環(huán)境監(jiān)測模塊。該模塊以氣溫控制、溫度控制、濕度控制等物聯(lián)網(wǎng)傳感器參數(shù)變化和預(yù)警提示為主測試內(nèi)容，例如進(jìn)行溫度控制測試時，移動設(shè)備Android端對溫度環(huán)境控制界面下發(fā)指令，通過測試分析后發(fā)現(xiàn)溫度控制模塊接受指令后，其室溫調(diào)控靈敏性、時效性等控制指標(biāo)反映效果好，能及時完成指令操作，符合物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)安全、高效的智能管理模式，同時也表明物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測中具備安全屬性，能實現(xiàn)智能家居的安全目標(biāo)。

4 物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)下智能家居系統(tǒng)應(yīng)用

由于物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)能夠?qū)ν饨绛h(huán)境(溫度、濕度、濃度、壓力及光照強(qiáng)度)、影響因素等進(jìn)行精準(zhǔn)感知且能有效分析數(shù)據(jù)結(jié)果的可行性，因此，智能家居系統(tǒng)在安全、智能、效率等方面應(yīng)用極為廣泛。在安全防范方面，智能家居系統(tǒng)具備無線連接、操作便捷等特點，能通過傳感器技術(shù)特征及時分析外界環(huán)境的溫度、濕度、壓力等指標(biāo)，在保障居民生活環(huán)境安全的同時提供了一個舒適、便捷的生活環(huán)境；在效率方面，智能家居環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)實現(xiàn)對環(huán)境信息的大量采集、快速傳輸、合理分析和及時存儲，不僅提高了家居環(huán)境監(jiān)測的工作效率和環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量，還促進(jìn)了環(huán)境管理工作的持續(xù)發(fā)展，做好預(yù)防和控制工作。

5 結(jié)語

遠(yuǎn)程控制和環(huán)境監(jiān)測傳感器設(shè)計的實現(xiàn)，降低了智能家居的經(jīng)濟(jì)損失，提升了基礎(chǔ)安全防護(hù)能力；物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)的實現(xiàn)，使控制系統(tǒng)強(qiáng)化了傳輸信息的識別能力和防范措施，監(jiān)測多類型信息實時獲取，快速地提升了家居建筑安全。