李國豪　陳曉平　翁柏濤　易向東

摘? 要：隨著科技的發(fā)展，人們對家居環(huán)境舒適要求越來越高，對應(yīng)著市場上出現(xiàn)了各種智能家居系統(tǒng)方案。但在實際的應(yīng)用推廣過程中，各種方案實際工作效果不盡理想。該文提出了一套基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計，該系統(tǒng)集遠(yuǎn)程檢測、控制、智能調(diào)節(jié)為一體，包括底端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、人機交互系統(tǒng)、集中控制系統(tǒng)。并應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)接入互聯(lián)網(wǎng)中，通過云端服務(wù)器實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程交互傳輸，方便用戶可以通過物聯(lián)網(wǎng)在何時何地都能方便快捷地調(diào)控自己家庭的家居，提高生活質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)? 智能家居? 控制系統(tǒng)

中圖分類號：TP273.5 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）08（a）-0028-02

1? 引言

1.1 智能家居的研究背景

早在20世紀(jì)的80年代，美國科學(xué)家就提出了“Smart Home”的概念，旨在將家庭日常的家居電器通過接入互聯(lián)網(wǎng)的方式實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制功能，這便是智能家居的雛形[1]。在漫漫的歷史長河中，智能家居不斷發(fā)展，智能家居的功能也越來越豐富。第一代智能家居系統(tǒng)通過電纜接入互聯(lián)網(wǎng)完成家庭聯(lián)網(wǎng)，可實現(xiàn)簡單的照明、門窗開關(guān)控制;隨著IP技術(shù)和帶寬技術(shù)的發(fā)展，第二代智能家居系統(tǒng)實現(xiàn)了遠(yuǎn)程視頻對講功能，提高了系統(tǒng)對家庭安防方面的保障;第三代是中控系統(tǒng)，使用集成式中央控制系統(tǒng)對整個家居環(huán)境進行整體統(tǒng)一的檢測并調(diào)控;第四代是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)了模塊化設(shè)計，可根據(jù)現(xiàn)場實際的需求進行個性化設(shè)計[2]。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)指將萬物相連的互聯(lián)網(wǎng)，這一技術(shù)概念的提出稍晚于智能家居，于1999年由Auto-ID公司提出。是互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴展的網(wǎng)絡(luò)，將各種信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來而形成的一個巨大網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)在任何時間、任何地點，人、機、物的互聯(lián)互通。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要由感知層、網(wǎng)絡(luò)層及應(yīng)用層3個層面構(gòu)成[3]，其中，感知層的作用是運用傳感器技術(shù)采集周圍環(huán)境的各種信息，將獲取的信息通過TCP/IP技術(shù)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)層上;網(wǎng)絡(luò)層承擔(dān)整個物聯(lián)網(wǎng)過程中信息的搬運工作，借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對感知層采集到的數(shù)據(jù)進行有效傳輸，方便下一步的信息處理和返回;應(yīng)用層實現(xiàn)人機交互功能，常用的表現(xiàn)方式為手機APP應(yīng)用，交互式觸摸屏、電腦端人機界面等，可以實現(xiàn)用戶對系統(tǒng)的控制與管理功能。

2? 智能家居系統(tǒng)設(shè)計方案

智能家居系統(tǒng)整體可分為底端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、人機交互系統(tǒng)、集中控制系統(tǒng)，這3個系統(tǒng)都應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)接入互聯(lián)網(wǎng)中，通過云端服務(wù)器實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程交互傳輸，如圖1所示。

2.1 底端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

底端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)使用各類傳感器對家居環(huán)境進行環(huán)境參數(shù)的采集，完成系統(tǒng)運作過程中感知層的功能，采集到的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)模塊接入家庭網(wǎng)關(guān)發(fā)送至云端的服務(wù)器，為下一步的數(shù)據(jù)處理做好鋪墊。在底端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計中，我們可以根據(jù)居家環(huán)境以及用戶的需求來進行個性化的傳感器配置方案設(shè)計，常用的傳感器有溫度傳感器、濕度傳感器、光敏傳感器、電參數(shù)檢測裝置和攝像頭等。溫度傳感器、濕度傳感器可采集例如客廳、臥室、衛(wèi)生間等地的溫濕度信息，為空調(diào)、排氣扇等家居提供智能控制過程中的調(diào)節(jié)參數(shù);光敏傳感器可以采集環(huán)境中的強度，常應(yīng)用于窗簾的智能伸縮場景中;電參數(shù)檢測裝置放置于家庭的智能插座中，可以采集家庭的用電器用電參數(shù)，生成智能報表，可以讓用戶實時觀察家庭的用電器用電情況，提高用電安全與綠色環(huán)保;攝像頭可以讓用戶不論何時何地都能洞悉家庭的現(xiàn)場狀況，加強安防保障。

2.2 人機交互系統(tǒng)

人機交互系統(tǒng)實現(xiàn)了用戶與系統(tǒng)交互功能，交互系統(tǒng)界面可以根據(jù)用戶的實際使用需求進行個性化的定制，同時采用多種表現(xiàn)的載體。用戶可以通過手機APP、電腦上位機控制軟件以及家居系統(tǒng)上的觸摸屏完成系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置、遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能。在系統(tǒng)的工作過程中，用戶可以通過人機交互系統(tǒng)輸入家庭環(huán)境的控制參數(shù)，例如溫度、濕度、開關(guān)燈時間等。然后人機交互系統(tǒng)便可以通過互聯(lián)網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳輸至云端服務(wù)器，最后送達(dá)集中控制系統(tǒng)，便可以實現(xiàn)居家環(huán)境的遠(yuǎn)程調(diào)控。同時通過APP軟件，用戶也可以獲取當(dāng)前家庭用電器用電情況、當(dāng)月的用電報表等。

2.3 集中控制系統(tǒng)

集中控制系統(tǒng)以單片機為控制核心，使用繼電器控制、紅外控制、485總線等方式實現(xiàn)對家居的控制。在工作過程中，單片機通過網(wǎng)絡(luò)模塊首先獲取人機交互系統(tǒng)上用戶設(shè)置的環(huán)境參數(shù)和底端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集到的現(xiàn)場環(huán)境參數(shù)，對參數(shù)進行比較處理，進而控制家電完成家居環(huán)境的穩(wěn)態(tài)控制。對于門窗、燈具和通風(fēng)扇等只具有開閉兩種狀態(tài)的家電，我們可以采用繼電器控制的方法控制家電的開啟與關(guān)閉;對于空調(diào)、電視等具有紅外遙控的功能的復(fù)雜家電，我們可以利用集中控制系統(tǒng)的紅外學(xué)習(xí)功能事先學(xué)習(xí)家電遙控器的紅外遙控碼，最后用我們的集中控制系統(tǒng)作為萬能遙控代替家電的紅外遙控器，這樣就能實現(xiàn)系統(tǒng)對家電的紅外控制。

3? 結(jié)語

在政府工作報告中，明確提出了要擴大智能家居的消費，這說明智能家居系統(tǒng)擁有廣闊的市場前景?？偠灾S著人們對生活體驗品質(zhì)要求的提高，現(xiàn)如今的家居系統(tǒng)運作模式已經(jīng)慢慢跟不上需求了，基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)可以實現(xiàn)遠(yuǎn)近程控制、系統(tǒng)的智能調(diào)節(jié)，滿足現(xiàn)如今人們在快節(jié)奏生活下對智能家居的基本要求，同時能夠保障家庭的安全保障，指導(dǎo)人們健康綠色生活。整體而言，家居環(huán)境智能化的趨勢不可阻擋，智能家居控制系統(tǒng)可以給人們帶來便捷舒適的生活，同時由于物聯(lián)網(wǎng)的接入，使得網(wǎng)絡(luò)安全和隱私保障成為智能家居系統(tǒng)設(shè)計新的難題。這證明智能化家居控制系統(tǒng)仍然需要不斷更新，與時俱進，才能最終滿足當(dāng)下人們對美好生活的智能化需求。

參考文獻(xiàn)

[1] 李倩.基于物聯(lián)網(wǎng)對智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計[J].電子技術(shù)與軟件工程，2019（5）：2.

[2] 王籃儀，滕維乾.智能家居控制系統(tǒng)的研究與分析[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2019（8）：85-86.

[3] 牟成林.物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)提升安全生產(chǎn)水平的思考與實踐[J].農(nóng)家參謀，2019（9）：238.