趙鑫洋 周紹華 陳飛躍

（合肥工業(yè)大學(xué)，安徽合肥 230009）

物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)

趙鑫洋 周紹華 陳飛躍

（合肥工業(yè)大學(xué)，安徽合肥 230009）

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，物聯(lián)網(wǎng)因其巨大的應(yīng)用前景，將是智能家居產(chǎn)業(yè)發(fā)展過(guò)程中一個(gè)比較現(xiàn)實(shí)的突破口，對(duì)智能家居產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重大意義。文章分析了目前智能家居發(fā)展現(xiàn)狀，并根據(jù)目前國(guó)內(nèi)存在功能實(shí)用性不強(qiáng)的問(wèn)題提出了一種以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

智能家居 系統(tǒng) 物聯(lián)網(wǎng)

1 智能家居現(xiàn)狀分析

目前因?yàn)榭偛坎季€繁瑣復(fù)雜，安裝施工問(wèn)題較多，系統(tǒng)功能封閉，擴(kuò)展性能差，國(guó)內(nèi)智能家居開(kāi)始在無(wú)線領(lǐng)域?qū)ふ彝黄?。一些?jiǎn)單電器件如照明系統(tǒng)，空調(diào)系統(tǒng)等不需要人為實(shí)時(shí)控制，所以可以不用通過(guò)聯(lián)網(wǎng)手機(jī)控制，而是可以通過(guò)自主控制終端來(lái)進(jìn)行自我調(diào)節(jié)。真正便用的智能家居應(yīng)該是對(duì)家庭設(shè)備的集中統(tǒng)一控制，核心應(yīng)該是有一個(gè)統(tǒng)一的通訊協(xié)議、系統(tǒng)平臺(tái)和解決方案，相當(dāng)于電腦的操作系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)完成的功能

該智能家居系統(tǒng)專門(mén)為普通小區(qū)住戶設(shè)計(jì)，對(duì)家庭內(nèi)部情況有信息感知，信息傳輸，信息處理功能。可以根據(jù)溫度，室內(nèi)亮度等環(huán)境自我調(diào)節(jié)，并且有人為控制終端。對(duì)于電視，電腦，家庭監(jiān)控系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)控制模式。具體完成以下功能：

（1）家庭遠(yuǎn)程監(jiān)控，安全防范：本系統(tǒng)采用嵌入式系統(tǒng)為核心，以專門(mén)設(shè)計(jì)的嵌入式主控制器作為控制平臺(tái)。實(shí)現(xiàn)家居內(nèi)部，外部網(wǎng)絡(luò)的連接以及內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中的信息家電和設(shè)備的連接與處理。當(dāng)業(yè)主通過(guò)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)站點(diǎn)監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，就能容易了解到家居現(xiàn)時(shí)情況，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)家居狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)控。（2）大型家電無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制：對(duì)于電視，家庭影院等設(shè)備目前多采用紅外線控制，這便有需找遙控設(shè)備，電量不足等等不便。采用物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)，將電腦電視等設(shè)備接入家庭主控制器，通過(guò)Internet訪問(wèn)系統(tǒng)中的電視電腦等設(shè)備就可以對(duì)其無(wú)線控制，可以在的屋中控制屋外的電器，既方便又省力。（3）自主控制：照明系統(tǒng)，溫控系統(tǒng)采用自主控制，避免了人為控制的繁瑣。其中智能照明系統(tǒng)具有聲控及紅外線感應(yīng)功能，避免了用電的浪費(fèi)［1］。

3 系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的架構(gòu)為嵌入式，并且適合比較復(fù)雜的應(yīng)用，擴(kuò)展能力較強(qiáng)，功耗低，采用數(shù)字電路設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性強(qiáng)。嵌入式控制器也成為家居控制器的首選，隨著嵌入式技術(shù)更加廣泛的應(yīng)用及成本的降低，基于嵌入式系統(tǒng)的智能家居網(wǎng)控系統(tǒng)將會(huì)有更加廣闊的發(fā)展空間。 在網(wǎng)絡(luò)拓補(bǔ)方面，采用星型結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)是指將家中電器和傳感器以星型方式連接成網(wǎng)。主控制起是網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，其他節(jié)點(diǎn)傳感器，家用電器與主控制器直接相連，這種結(jié)構(gòu)以主控制器為中心，特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于建網(wǎng)，管理和控制方便，網(wǎng)絡(luò)延遲時(shí)間較小，傳輸誤差較低，可靠性較強(qiáng)［2］。

智能家居所需的傳感器必須能夠檢測(cè)到系統(tǒng)所需的所有信息，這樣才能保證系統(tǒng)的正常運(yùn)作。傳感器采集的信息需要經(jīng)過(guò)篩選和綜合處理方能有使用的價(jià)值，所以需要設(shè)計(jì)傳感器信息采集和處理模塊。如圖1所示是信息采集過(guò)程的簡(jiǎn)化示意圖，實(shí)際上，各個(gè)運(yùn)作過(guò)程之間會(huì)相輔相成，這就需要其他輔助模塊和CPU共同配合以保障傳感器模塊工作的穩(wěn)定性和高效性。

（1）根據(jù)目前技術(shù)的成熟度，節(jié)能仍然主要限于使用可替代能源和從技術(shù)上實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的節(jié)省。同樣，以上示意圖僅表示主要措施。隨著技術(shù)的更新和成熟，不排除使用其它方式（諸如風(fēng)能和人體能）來(lái)巧妙實(shí)現(xiàn)更高層次的節(jié)能。（2）使用低功耗產(chǎn)品往往意味著放棄一部分對(duì)產(chǎn)品性能的追求。因此在設(shè)計(jì)時(shí)，需要做到在功耗和性能兩方面的折中。此外，還需要遵循客戶的意愿。同其他系統(tǒng)一樣，智能家居系統(tǒng)也是一個(gè)復(fù)雜的控制系統(tǒng)。其中包括了各種各樣的被控設(shè)備，如家用電器，照明，報(bào)警器等設(shè)備。同時(shí)還要考慮到如何連接這些設(shè)備以及如何做到環(huán)保與節(jié)能。

4 結(jié)語(yǔ)

智能家居作為信息時(shí)代的產(chǎn)物以被越來(lái)越多的人接受，并成為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的重要組成部分。但物聯(lián)網(wǎng)和智能家居面臨的問(wèn)題同樣嚴(yán)峻不容忽視。本文通過(guò)對(duì)現(xiàn)在智能家居存在的弊端，提出了改進(jìn)意見(jiàn)，并分析了智能家居的發(fā)展方向，建立了一種新型的智能家居系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要通過(guò)中央處理系統(tǒng)對(duì)智能家居感知的外部信息進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，另外通過(guò)網(wǎng)絡(luò)利用手機(jī)電腦等終端對(duì)一些必要電器進(jìn)行控制，使智能家居系統(tǒng)更加穩(wěn)定實(shí)用。

［1］劉和平，黃開(kāi)長(zhǎng)，嚴(yán)利平，潘偉峰.PIC16F87X數(shù)據(jù)手冊(cè)［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2001.

［2］寧煥生，徐群玉.全球物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展及中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)若干思考［J］.電子學(xué)報(bào)，2010（11）：2591-2599.

趙鑫洋（1994—），男，河北保定人，本科，現(xiàn)就讀于合肥工業(yè)大學(xué)微電子專業(yè)，研究方向：集成電路與設(shè)計(jì)。

周邵華（1995—），男，江西南昌人，本科，現(xiàn)就讀于合肥工業(yè)大學(xué)微電子專業(yè)，研究方向：集成電路與設(shè)計(jì)。

陳飛躍（1993—），男，安徽安慶人，本科，現(xiàn)就讀于合肥工業(yè)大學(xué)微電子專業(yè)，研究方向：模擬電路與設(shè)計(jì)。