郭廣明

摘要：隨著科學技術的進步和居民生活水平的提高，人們對于家居環(huán)境的要求也逐漸提高，并且隨著人們對于智能家居方面的研究深入，關于智能家居的相關產(chǎn)品也越來越多，使人們對于智能家居所具有的優(yōu)越性體會更深，并且隨著“物聯(lián)網(wǎng)”研究越來越火熱，以面向智能家居是物聯(lián)網(wǎng)原型系統(tǒng)設計的重要方向，必然會為居民的生活帶來全新的機遇和挑戰(zhàn)。在本文中，筆者針對傳統(tǒng)的智能家居相關的設計理念做出創(chuàng)新和改善，在此基礎上提出新型的智能家居原型系統(tǒng)，以達到滿足用戶的需求、擁有更好的智能程度，同時節(jié)約資源降低成本的目的。

關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；智能家居；設計和應用

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）03-0286-02

隨著居民對于家居環(huán)境要求的提高，目前智能家居成為了重要的研究課題，智能家居指的是將居民住宅作為平臺，利用網(wǎng)絡技術、安全技術以及自動控制等技術，使多種家居設備之間形成一個系統(tǒng)整體，以便于人們實現(xiàn)對于家居物品的智能控制，更好的構建符合人們舒適度要求的住宅環(huán)境和管理系統(tǒng)，才能更好地達到居民對于家居要求的安全性和舒適性。當前隨著科學技術的快速發(fā)展，為智能家居效果的實現(xiàn)提供了可靠現(xiàn)實的依據(jù)，在本文中筆者結合網(wǎng)絡技術、數(shù)據(jù)管理等等方面的技術，分析面向智能家居的物聯(lián)網(wǎng)原型系統(tǒng)的設計和應用。

1 面向智能家居的物聯(lián)網(wǎng)原型系統(tǒng)的整體設計

根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)構建理念和理念引導下的形成的三層技術構建的框架，在本文中筆者提出基于上述三層框架的適用于當前居民要求的新型智能家居系統(tǒng)的設計方案，在構建新型智能家居設計模型時，其整體框架系統(tǒng)結構可以分為下面三個層面：一是感控層；二是網(wǎng)絡層；三是應用層，這三個不同的層面可以分別負責三個不同的功能：感控層負責信息的采集和執(zhí)行的功能；網(wǎng)絡層負責信息傳遞和信息管理的功能；應用層負責系統(tǒng)應用的功能。三個不同的層面主要負責以下具體功能的實現(xiàn)：其中感控層主要是對于基礎信號進行采集和處理，對于數(shù)據(jù)之間進行傳輸，同時控制命令的執(zhí)行，其主要負責的單元有亮度監(jiān)控單元、溫度監(jiān)控單元、電器狀態(tài)監(jiān)控單元、體感監(jiān)控單元、濕度監(jiān)控單元等等；網(wǎng)絡層主要針對不同的通訊方式所具有的協(xié)議轉換的功能，保證各項數(shù)據(jù)能夠順利地進行傳遞，其中數(shù)據(jù)主要包括WIFI、ZigBee、有線網(wǎng)絡以及串口信息等等；應用層主要負責對于數(shù)據(jù)的存儲功能，并且可以通過智能終端進行系統(tǒng)狀態(tài)的整體查看等多種功能，以上三個層技術構建的體系是智能家居設計和保障其功能實現(xiàn)的重要理論基礎[1]。

2 智能家居系統(tǒng)中對于感控層的設計

智能家居系統(tǒng)中感控層主要可以由數(shù)據(jù)采集和執(zhí)行以及短距離的無線通信兩部分組成。其中數(shù)據(jù)采集功能主要是利用傳感器和身份識別等技術，對于家居系統(tǒng)中的溫度、亮度、火情狀態(tài)等設備的工作狀態(tài)進行數(shù)據(jù)信息的采集功能，執(zhí)行功能主要負責對于上層服務器所發(fā)送的命令進行接收，并且根據(jù)命令執(zhí)行動作，例如根據(jù)命令對于加濕器和燈具的工作狀態(tài)進行控制，在此基礎上為用戶提供更加舒適的生活環(huán)境；短距離無線通信設備的主要功能是對于較小范圍內(nèi)的各個物品之間實現(xiàn)信息的傳輸?shù)裙δ?，它具有自身的靈活性功能，因此其在智能系統(tǒng)中的應用范圍越來越廣泛。

2.1 感控層的整體設計

在智能家居系統(tǒng)中，其感控層主要是以家電設備、通信模塊等作為系統(tǒng)構成的獨立節(jié)點和基本單元，主要具有數(shù)據(jù)采集、傳輸和控制設備的功能，如在具體的工作過程中，感控層對于智能家居環(huán)境中的亮度、溫度等環(huán)境信息和其他各種家具的工作狀態(tài)進行信息數(shù)據(jù)的收集和處理，同時通過無線網(wǎng)絡對于收集的信息進行傳輸，最終實現(xiàn)系統(tǒng)整體中的信息交換功能。

2.2 ZigBee網(wǎng)絡傳感的構建

ZigBee網(wǎng)絡傳感的構建主要通過三個設備進行實現(xiàn)：一是網(wǎng)絡協(xié)調器；二是網(wǎng)絡路由器；三是網(wǎng)絡終端設備。這三個設備在ZigBee網(wǎng)絡傳感中具有不同的功能，其中網(wǎng)絡協(xié)調器和網(wǎng)絡路由器主要負責網(wǎng)絡協(xié)調的功能，它們可以和網(wǎng)絡中存在的任何設備之間進行信息的傳遞功能；網(wǎng)絡終端設備不具備網(wǎng)絡協(xié)調的功能，其只能藝考其他設備進行信息的轉換才能實現(xiàn)通信。在ZigBee網(wǎng)絡傳感的整體中，協(xié)調器是核心的存在，對于整個網(wǎng)絡的建立和維護都具有重要的意義；路由器主要是負責以下兩個功能的實現(xiàn)：一是對于節(jié)點內(nèi)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收；二是為網(wǎng)絡中存在的不能夠進行直接通信的節(jié)點進行數(shù)據(jù)的轉發(fā)功能；終端設備負責網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)的采集和處理功能[2]。

3 針對網(wǎng)絡層和應用層的設計

3.1 網(wǎng)絡層的主要功能和設計理念

在物聯(lián)網(wǎng)的構架系統(tǒng)中，網(wǎng)絡層對于整體系統(tǒng)的建設有著重要的作用，其關聯(lián)著應用層和感控層之間的信息傳輸?shù)墓δ?，對于整個系統(tǒng)的正常運作起著至關重要的作用，如果網(wǎng)絡層不能正常運作，則整個系統(tǒng)都無法實現(xiàn)信息之間的傳輸以及動作的執(zhí)行功能。網(wǎng)絡層功能的實現(xiàn)主要是它可以進行不同信息之間的相互轉換，從而能夠使數(shù)據(jù)能夠進行不同協(xié)議的網(wǎng)絡之間的正常通信和傳遞，如WIFI、串口通信、藍牙等等不同類型的協(xié)議轉換和正常通訊，更為主要的是網(wǎng)絡層不僅可以實現(xiàn)不同協(xié)議之間的相互通信，而且能夠保證通信數(shù)據(jù)的完整性和準確性[3]。

在智能家居的系統(tǒng)中，網(wǎng)絡層的工作主要可以通過以下兩個方面進行體現(xiàn)：一個方面是將感控層中所接受的各種各樣的信息，如溫度值、亮度、煤氣濃度等等信息傳送到系統(tǒng)應用層中，在信息傳輸?shù)倪^程中要保證快速、真實；另一個方面是把系統(tǒng)服務器所發(fā)送的命令傳遞到感應層中，在傳輸?shù)倪^程中快速和安全是信息傳遞的基礎。

網(wǎng)絡層在設計的過程中通訊方面主要依靠互聯(lián)網(wǎng)，即Internet方式進行，其硬件主要利用智能家居網(wǎng)關系統(tǒng)。智能網(wǎng)關與遠程的智能家居之間的聯(lián)系是通過Internet進行網(wǎng)絡連接，因此在進行智能網(wǎng)關的設計時需要其軟件和硬件支持TCP/IP協(xié)議，并且在智能網(wǎng)關的設計過程中應該考慮到關于整個系統(tǒng)整體的可擴展性和適用性的原則。同時把握智能網(wǎng)關是否可以對于服務器所發(fā)生的數(shù)據(jù)進行及時準確接收的基礎是網(wǎng)關的IP和端口，因此這兩者的存在必須在智能家居的系統(tǒng)中具有其唯一性，也就是說只能對應唯一的用戶[4]。

3.2 應用層的主要功能和設計理念

在智能家居的系統(tǒng)整體中，應用層的功能主要是將感控層獲得的信息數(shù)據(jù)進行匯總和分析、決策等等，對于整個系統(tǒng)而言應用層是決策層。應用層主要是由兩部分組成，其中一個是負責系統(tǒng)中數(shù)據(jù)接受、儲存功能以及整個系統(tǒng)的控制決策和命令發(fā)送功能的系統(tǒng)服務器；另一個部分是電腦、手機等可以進行Web瀏覽器搭建的終端設備，此終端設備可以保證用戶對于智能家居系統(tǒng)的正常瀏覽和使用。在下文中，筆者主要針對智能家居系統(tǒng)的服務器開發(fā)和設計[5]。

智能家居系統(tǒng)服務器由主要以下三部分組成：一是Web服務器；二是業(yè)務處理中心；三是數(shù)據(jù)庫服務器，這三個不同的部分分別負責以下各個功能的實現(xiàn)：首先Web服務器，即WWW（WORLD WIDE WEB），其主要的功能是實現(xiàn)網(wǎng)上信息的瀏覽服務，在工作原理上是通過網(wǎng)頁的形式進行用戶使用界面的發(fā)布以及對于用戶的登錄信息進行驗證，在系統(tǒng)整體中其是用戶需求最直接和基本的功能體現(xiàn)；業(yè)務處理中心的主要功能是對于網(wǎng)關所傳送的數(shù)據(jù)和信息進行收集，之后進行數(shù)據(jù)解析的工作，并且通過業(yè)務邏輯處理進行解析后數(shù)據(jù)的二次處理，最后是通過上述處理的最終結果進行控制命令的發(fā)送，以及將處理的結果進行儲存，業(yè)務處理中心在系統(tǒng)整體中的主要作用是對于后臺的數(shù)據(jù)進行處理；數(shù)據(jù)庫服務器的主要功能是對于系統(tǒng)中的各種信息進行存儲和管理，其在系統(tǒng)中的主要作用是保證其他兩個部分能夠對于數(shù)據(jù)的存儲和查詢等工作可以正常順利的進行[6]。

4 結束語

綜上所述，在本文中筆者結合網(wǎng)絡技術、數(shù)據(jù)管理等等方面的技術，分析面向智能家居的物聯(lián)網(wǎng)原型系統(tǒng)的設計和應用。滿足隨著居民對于家居環(huán)境要求的提高的要求，最終實現(xiàn)智能家居的構建，即利用網(wǎng)絡技術、安全技術以及自動控制等技術，使多種家居設備之間形成一個系統(tǒng)整體，以便于人們實現(xiàn)對于家居物品的智能控制，更好的構建符合人們舒適度要求的住宅環(huán)境和管理系統(tǒng)，才能更好地達到居民對于家居要求的安全性和舒適性。

參考文獻：

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[3] 汪濤，謝志軍.基于WSN的智能家居控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].無線電通信技術，2015，41（2）：71-75.

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[5] 周廣，王彬，馮立華，等.基于物聯(lián)網(wǎng)技術的智能家居平臺及協(xié)議的研究和實現(xiàn)[J].信息通信技術，2015（5）：33-39.

[6] 湯雄.無線傳感網(wǎng)路由技術及關鍵軟件的研究與實現(xiàn)[D].北京郵電大學，2012.