朱堅兒廣東省技師學(xué)院廣東省高級技工學(xué)校

以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的智能家居設(shè)計與實現(xiàn)

朱堅兒
廣東省技師學(xué)院廣東省高級技工學(xué)校

科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，推動了社會的快速進(jìn)步，同樣，也促使了人們生活水平的不斷提高。在人們生活水平不斷提高和物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展實現(xiàn)了物物相聯(lián)的基礎(chǔ)上，催生出一種新型家居，即智能家居。對于智能家居來講，它的整個系統(tǒng)主要是運(yùn)用Zigbee無線傳感器對家居內(nèi)各種信息的采集來實現(xiàn)的。鑒于此，筆者就針對智能家居系統(tǒng)的核心技術(shù)、方案設(shè)計、系統(tǒng)實現(xiàn)等進(jìn)行簡要分析，供讀者參考，以便在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下智能家居更好的發(fā)展。

物聯(lián)網(wǎng)；智能家居；Web服務(wù)器；Zigbee無線傳感器

引言

隨著社會的不斷發(fā)展，科技的不斷進(jìn)步，在以計算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的信息科技崛起之后，傳感器技術(shù)、RFID射頻技術(shù)、嵌入式技術(shù)等得到了進(jìn)一步推進(jìn)，因此，物聯(lián)網(wǎng)在人們生活中的應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大。在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展實現(xiàn)了物物相聯(lián)的基礎(chǔ)上，催生出了智能家居，對于智能家居來講，主要是通過感知、計算、無線通信等來實現(xiàn)為用戶服務(wù)的。

一.以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的智能家居系統(tǒng)所運(yùn)用的核心技術(shù)

對于物聯(lián)網(wǎng)來講，我們都知道它是實現(xiàn)物與物之間的網(wǎng)絡(luò)連接，既然是通過網(wǎng)絡(luò)完成物與物之間的連接，那么，將互聯(lián)網(wǎng)和其它相關(guān)東西進(jìn)行連接，就會實現(xiàn)信息交換形成一個智能的網(wǎng)絡(luò)。由此可見，物聯(lián)網(wǎng)的實現(xiàn)，不是單純的覆蓋在物與物之間的互聯(lián)，而是集合了計算、通信以及控制等一系列方面合為一體的智能信息系統(tǒng)。一般情況下，自動感知技術(shù)和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是智能家居使用較多的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。對于互聯(lián)網(wǎng)來講，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在其中的應(yīng)用非常成功，而物聯(lián)網(wǎng)是以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，在不斷發(fā)展和延伸過程中而所形成的一種形象技術(shù)，它依然屬于互聯(lián)網(wǎng)范疇內(nèi)，只是將互聯(lián)網(wǎng)的范圍拓寬了而已。在智能家居的整個系統(tǒng)中，信息處理中心是其核心組成部分，各個不同家電的互聯(lián)信息它都可以有效的處理，進(jìn)而實現(xiàn)居住環(huán)境內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和外部網(wǎng)絡(luò)的有效交流，與此同時，有關(guān)遠(yuǎn)程操控命令、采集傳感器信息等，信息處理中心都可以進(jìn)行有效處理。

二.有關(guān)智能家居系統(tǒng)方案設(shè)計的需求和功能結(jié)構(gòu)

對于智能家居系統(tǒng)來講，通過視頻以及報警器的實時監(jiān)控，進(jìn)而掌控居住環(huán)境的安全狀況。就目前來講，大部分智能家居都能解決這類問題，但是，它也存在一定的缺陷，例如，靈活性相對來講比較差，在施工過程中所用時間比較長，在費(fèi)用上消費(fèi)比較大等一系列缺陷，以至于很多項目在建成后，用戶很難再進(jìn)行更新升級。以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的智能家居系統(tǒng)，在安裝的過程中一般來講都比較簡單，使用也比較方便，最大范圍的考慮到人們在使用過程中的舒適度和實用性，在不影響正常性能的基礎(chǔ)上，盡可能的降低成本，于此同時，還要考慮產(chǎn)品的通用性、安全性以及可移動性等一系列功能。

對于智能家居系統(tǒng)來講，主要是依托互聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)，可以將它們分為感知層、應(yīng)用層以及網(wǎng)絡(luò)層三大層次結(jié)構(gòu)的功能框架。對于感知層來講，它的主要作用是感知家具環(huán)境，接收上層網(wǎng)絡(luò)所對應(yīng)的控制信息，以便于完成各種執(zhí)行命令。感知層可以為網(wǎng)絡(luò)層提供統(tǒng)一的接口，進(jìn)而屏蔽異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的差異，與此同時，感知層還可以通過各種各樣的家庭通信網(wǎng)絡(luò)之間的MAC協(xié)議數(shù)據(jù)單元反射，進(jìn)而可以有效的支持不同網(wǎng)絡(luò)的互通。對于網(wǎng)絡(luò)層來講，它的主要功能為，保障居住環(huán)境內(nèi)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和外部環(huán)境網(wǎng)絡(luò)信息的安全傳輸，以便實現(xiàn)不同應(yīng)用協(xié)議的相互聯(lián)通。對于應(yīng)用層來講，它主要是實現(xiàn)用戶對各種家電的控制以及對居住環(huán)境內(nèi)各種信息的掌控。

三.以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的智能家居系統(tǒng)實現(xiàn)

（一）有關(guān)智能家居系統(tǒng)中的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)

對于智能家居系統(tǒng)中的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)來講，它的作用制關(guān)重要，是連接各個終端設(shè)備以及相應(yīng)服務(wù)器的有效橋梁，它通過Zigbee接口或者是相應(yīng)的串口與終端設(shè)備進(jìn)行通信，進(jìn)而獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)，并通過Wi—Fi或GPRS的各個接口，將獲得的各種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)大服務(wù)器上。由于每一個家庭上網(wǎng)的方式都有所不同，那么在網(wǎng)關(guān)的設(shè)計上要采用模塊化思想，進(jìn)而設(shè)計出與Wi—Fi或GPRS接口相應(yīng)的產(chǎn)品，以便滿足用戶的實際需求。一般情況下，這些產(chǎn)品都運(yùn)用Atmel公司的AT91SAM7X256為相應(yīng)的處理器，在此基礎(chǔ)上，還要外接一片AT86RF230為Zigbee無線傳感器的芯片。在整個智能家居系統(tǒng)中，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)所要處理的任務(wù)相對來講比較多，為了確保各個部分都能夠有效的正常運(yùn)行，一般情況下我們會利用嵌入式操作系統(tǒng)μC/OS—Ⅱ作為各個軟件的平臺，在操作上，各類應(yīng)用程序的設(shè)計在加入μC/OS—Ⅱ后就會變得相對簡單。一般情況下，這些應(yīng)用程序可以分為八個任務(wù)，這八個任務(wù)主要是依據(jù)網(wǎng)關(guān)完成任務(wù)的功能進(jìn)行的，即七個用戶任務(wù)和一個系統(tǒng)任務(wù)，對于這八個任務(wù)來講，根據(jù)它們的重要程度和實施性來劃分它們的優(yōu)先級別。

（二）有關(guān)智能家居系統(tǒng)中的Web服務(wù)器

對于智能家居的來講，居住環(huán)境內(nèi)的各種電器設(shè)備都必須要連接到互聯(lián)網(wǎng)，要不然無法體現(xiàn)智能家居物聯(lián)網(wǎng)這一顯著特性，只是簡單的將設(shè)備和互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行相應(yīng)的連接通信，是遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到智能家居要求的，在以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的環(huán)境下，必須要通過物聯(lián)網(wǎng)來實現(xiàn)用戶和設(shè)備的互動。對于各個設(shè)備所采集的數(shù)據(jù)來講，都被應(yīng)用服務(wù)器存儲在數(shù)據(jù)庫當(dāng)中。那么，用戶如何才能看到這些數(shù)據(jù)呢？此時Web瀏覽器的功能得到了有效發(fā)揮，將這些數(shù)據(jù)在現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)上，如此以來，用戶可以不分時間，不分地點(diǎn)的通過Web瀏覽器，了解智能家居環(huán)境內(nèi)各種設(shè)備的信息和狀態(tài)，還可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程對智能家居環(huán)境內(nèi)各種設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的控制，在此基礎(chǔ)上，我們以Windows 2003 Server和Internet Information Server（IIS）為平臺，并且以Visual Studio.Net為相應(yīng)的開發(fā)工具，利用ASP.NET動態(tài)網(wǎng)頁技術(shù)，進(jìn)而開發(fā)出一個智能家居物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)站。此站點(diǎn)主要由遠(yuǎn)程監(jiān)控、電量管理、故障排查、系統(tǒng)配置等一系列不同網(wǎng)頁組成。用戶在授權(quán)登陸后，只能查看自己居住環(huán)境內(nèi)的事實狀況，操作自己居住環(huán)境內(nèi)的各類電氣設(shè)備。對于遠(yuǎn)程監(jiān)控頁面來講，都是以用戶各自房間效果圖或者是實景圖為背景畫面，每一個終端設(shè)備的工作參數(shù)都是以下拉列表的方式顯示在該設(shè)備的一邊。對于電量管理頁面來講，它主要是反應(yīng)那些家電設(shè)備插在具有電量計量功能的插板上，所消耗電量的具體情況，通過日報表的形式來統(tǒng)計各個電氣設(shè)備在每一天所消耗的電量，通過月報表的形式來統(tǒng)計各個電氣設(shè)備在每個月所消耗的電量。對于故障排除頁面來講，可以讓用戶選擇特定的故障排查算法，來進(jìn)行自動檢測各種設(shè)備的故障原因或者是故障類型，為了方便用戶查看，可以在用戶查看居住環(huán)境的遠(yuǎn)程監(jiān)控頁面上，對于那些出現(xiàn)故障的設(shè)備在一旁畫上鮮艷的標(biāo)注，以便及時提醒用戶。

（三）有關(guān)智能家居系統(tǒng)中交互原型設(shè)計軟件

此系統(tǒng)在研發(fā)完成后在多個居住區(qū)進(jìn)行了相應(yīng)的安裝使用，試用的居住環(huán)境內(nèi)最少安裝一個物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，由于用戶的居住戶型各不相同，在安裝的過程中會根據(jù)實際需要安裝相應(yīng)的智能開關(guān)和插座，假如用戶比較關(guān)心各類電氣設(shè)備的耗電量，那么，就可以安裝智能插座，因為智能插座帶有相應(yīng)計量功能，用戶可以隨時隨地進(jìn)行監(jiān)控。對于那些紅外遙控電氣設(shè)備來講，我們可以安裝相應(yīng)的智能紅外紅外遙控器。在整個系統(tǒng)中所使用的服務(wù)器都是浪潮英信NF5225機(jī)架式服務(wù)器。用戶可以從遠(yuǎn)程監(jiān)控圖上，查看智能居住環(huán)境下的環(huán)境參數(shù)，根據(jù)不同的開關(guān)按鈕來查看不同電氣設(shè)備的工作參數(shù)，在對應(yīng)的下拉菜單中，還可以改變電氣設(shè)備的工作參數(shù)，進(jìn)而實現(xiàn)了在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中，進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控各種電氣設(shè)備的有效運(yùn)行。另外，在瀏覽器上還可以看到各個電氣設(shè)備的耗電情況，對于耗電功能較大的電氣設(shè)備系統(tǒng)會進(jìn)行自動分析，是因為電氣設(shè)備老化造成的，還是使用不當(dāng)造成的，以便有效地減少電力資源的浪費(fèi)。

結(jié)束語

家居環(huán)境是人們生活的基本環(huán)境，隨著社會的不斷發(fā)展，生活水平的不斷提高，人們對居住環(huán)境的要求越來越高，在此基礎(chǔ)上，智能家居開始步入百姓人家，進(jìn)而，不但實現(xiàn)了居住環(huán)境內(nèi)電氣設(shè)備的相互聯(lián)通，還居住系統(tǒng)和互聯(lián)網(wǎng)的有效連接。在社會不斷發(fā)展的過程中，智能家居系統(tǒng)的應(yīng)用會越來越普及，將會給人們帶來一種全新的生活。

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