陶成　梅瑩瑩　錢佳佳

摘要：在網(wǎng)絡(luò)迅速發(fā)展的當(dāng)下，隨著5G網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，物聯(lián)網(wǎng)等相關(guān)技術(shù)得到進(jìn)一步升華，隨之而來的家居系統(tǒng)智能化也成為一種必然趨勢深入千家萬戶，給用戶們帶來便捷。為了消除家中無人，電氣火的安全隱患，和方便用戶無線控制家電，設(shè)計(jì)了一款智能化家居系統(tǒng)，利用了計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信、無線、電力自動化等技術(shù)。以內(nèi)嵌式微處理器為根基，以WIFI為血液以電力布線為芥蒂以App為手段建立起一個集合了家電設(shè)備自動化、防盜安全、娛樂、生活為一體的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：智能家居;傳感器;防電氣;防盜;ARM微處理器

中圖分類號：TP302? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）07-0192-03

在社會快速發(fā)展的狀態(tài)下，人們生活品質(zhì)不斷飛躍，所以人們的需求也不斷升級，我們希望能滿足高層次的生活水平，從而出現(xiàn)了智能家居。

1 智能家居網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

1.1 智能家居整體設(shè)計(jì)

智能家居整體是由多個溫度傳感器，濕度傳感器，光敏電阻，CO濃度傳感器以及小型CPU和中控組成的。

所以我們采用分層思想，對智能家居的整體設(shè)計(jì)分為四大層。

分別是：數(shù)據(jù)采集層，數(shù)據(jù)傳輸層，服務(wù)器層，用戶層。數(shù)據(jù)采集層負(fù)責(zé)收集傳感器發(fā)出的信號，將信號通過TCP/IP協(xié)議傳輸給信號接收器統(tǒng)一管理和打包。數(shù)據(jù)傳輸層將打包好的數(shù)據(jù)包交給中控網(wǎng)關(guān)和路由器發(fā)送給服務(wù)器。服務(wù)器層將數(shù)據(jù)拆包，分析新舊數(shù)據(jù)的變化閾值做出不同的判斷，并向用戶層及時做出響應(yīng)。

1.2智能中控系統(tǒng)

智能中控系統(tǒng)一般是以一種小型服務(wù)器的形式出現(xiàn)的，它的主要任務(wù)是搭載家用電器以及智能設(shè)備的運(yùn)行終端，由高級指揮低級，通過專業(yè)的智能芯片配合App控制低級家電，簡單來說它是智能家居系統(tǒng)的核心組成部分，生產(chǎn)這種系統(tǒng)需要大量的技術(shù)。

涉及的技術(shù)主要有多媒體技術(shù)，是用來和中控系統(tǒng)相互相應(yīng)配合，從而控制各種已經(jīng)上線的電器的全開全關(guān)的場景控制，在居室環(huán)境下，體驗(yàn)不同的氛圍，只需要給智能交互系統(tǒng)發(fā)布語音命令切換模式，再根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)的模式控制家居的開關(guān)。

1.2.1傳感器模塊介紹

我們選用的溫濕度傳感器是DHT系列的11號傳感器，雖然精度非企業(yè)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但是其價格和速度也盡如人意。

App的控件其實(shí)并不復(fù)雜，除了圖片就是按鈕，按鈕有動態(tài)按鈕和靜態(tài)按鈕。動態(tài)按鈕主要是后臺配置XML文件前臺獲取XML文件的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，動態(tài)的部署按鈕內(nèi)容;靜態(tài)的主要控制開關(guān)，（照明、投影、音量、LED等設(shè)備）家居的控制主要是通過點(diǎn)擊App的按鈕或者菜單，App再發(fā)送URL給云端服務(wù)器。

1.3 智能照明系統(tǒng)

（1）功能介紹：

智能照明系統(tǒng)，智能照明就是對住宅內(nèi)的各種燈光進(jìn)行智能管理與控制，跟傳統(tǒng)家居照明相比，它可以實(shí)現(xiàn)對LED燈的調(diào)光、一鍵轉(zhuǎn)換場景、一對一遙控及分區(qū)燈光全開全關(guān)等功能。調(diào)光的細(xì)膩度和使用的穩(wěn)定性就是它的重要特點(diǎn)。它是利用先進(jìn)的電磁調(diào)壓及電子感應(yīng)技術(shù)，對供電進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控并跟蹤自動平滑地調(diào)節(jié)電路電壓與電流幅度，使得照明更加智能化，達(dá)到優(yōu)化供電目的的照明控制系統(tǒng)，舉個例子：

智能照明，用戶可以通過智能手機(jī)或者智能設(shè)備開啟智能模式，這樣智能照明的燈就可以隨著天氣的變化進(jìn)行光線的管理，當(dāng)陰天時，燈光會變得較為亮，天晴時會自動關(guān)閉燈光，晚上當(dāng)你進(jìn)入家門時，燈光會自動打開，當(dāng)你看電視時，燈光自動調(diào)節(jié)到適合看電視的暖光，時刻為您服務(wù)，當(dāng)您晚上睡覺時，燈光自動關(guān)閉。也可以設(shè)置為人工調(diào)節(jié)，這就需要用戶個人自己調(diào)節(jié)燈光，關(guān)閉或者開啟。這就是智能燈光的魅力。

1.4 智能交互系統(tǒng)

智能交互系統(tǒng)主要是人機(jī)交互，智能語音音箱，智能化妝鏡，智能面板等。

智能語音音箱運(yùn)用的技術(shù)主要是語音識別，自然語言處理，ASR，TTS，NLP，AEC。

首先，一般有個全天24小時偵測喚醒詞的麥克風(fēng)，一旦檢測到喚醒詞，就把之后的語音傳到語音識別服務(wù)器上。

語音轉(zhuǎn)文字簡稱ASR，現(xiàn)在這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)成熟了，可以根據(jù)上下文理解和大數(shù)據(jù)匹配，非常準(zhǔn)確。

1.5 智能化安防系統(tǒng)

智能化安防系統(tǒng)主要是其相關(guān)內(nèi)容和服務(wù)的信息化、圖像的傳輸和儲存、數(shù)據(jù)的儲存和處理等一系列的應(yīng)用。就基于該系統(tǒng)而言、一個完整的智能化安防系統(tǒng)主要包括三大部分：門禁系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)。

1） 防盜報(bào)警系統(tǒng)

該系統(tǒng)的前端設(shè)備為各種類別的報(bào)警傳感器或探測器;系統(tǒng)的終端是顯示/控制/通信設(shè)備，它可應(yīng)用獨(dú)立的報(bào)警控制器，也可采用采用報(bào)警中心控制臺控制。用戶在外出時，可能會遇到一些不法分子入室盜竊，這個防盜報(bào)警系統(tǒng)就可以很好的應(yīng)對這個問題，該防盜系統(tǒng)主要是防止有人用非法手段入室，如果非法入室，設(shè)備自動報(bào)警，窗戶自動關(guān)閉，系統(tǒng)通知主人?？梢宰龀隹焖俚膽?yīng)對措施，以便于將其抓獲。

2）防火，防水，防漏氣

通過設(shè)備檢測室內(nèi)煙霧濃度、燃?xì)庑孤诘竭_(dá)一定的濃度時，自動開啟報(bào)警功能并進(jìn)行相應(yīng)措施，外面刮風(fēng)下雨時，智能檢測設(shè)備會根據(jù)檢測的數(shù)據(jù)按照用戶預(yù)先設(shè)計(jì)好的方案實(shí)施動作。比如濕度太大就關(guān)閉窗戶等。

3）門禁系統(tǒng)

該系統(tǒng)由門磁和紅外人體傳感器組成，因?yàn)槿耸呛銣氐?，所以它可以檢測到是否有人，當(dāng)用戶打開系統(tǒng)時，所有入室的人或者動物，都會被感應(yīng)到，并發(fā)出短信提醒用戶，讓用戶采取相應(yīng)措施。涉及的技術(shù)將在第六節(jié)詳細(xì)說明。

1.6 智能窗簾窗戶

智能窗簾是帶有一定自我反映、調(diào)節(jié)、控制功能的電動窗簾。可根據(jù)室內(nèi)環(huán)境狀況以及用戶個人習(xí)慣來自動調(diào)節(jié)光線強(qiáng)度、空氣濕度、平衡室溫等，有智能燈光、智能雨控、智能風(fēng)控三大突出特點(diǎn)。

由用戶自己定制窗簾來實(shí)現(xiàn)，窗戶通過時控和遙控來控制，通過光傳感器和濕度傳感器來接收信號，但由于不同時間的光強(qiáng)和濕度的不一樣，用戶會有不同的要求，在控制上增加了遙控和時控顯得更加人性化，在長時間的工作下，系統(tǒng)通過機(jī)器學(xué)習(xí)，可以自動得到用戶的習(xí)慣，以便于用戶可以更加舒適的休息。

并且溫濕度傳感器DHT11將當(dāng)前捕捉到的環(huán)境數(shù)據(jù)處理反應(yīng)打包發(fā)送給信號接收器，信號接收器將數(shù)據(jù)拆包分析，劃定閾值范圍的數(shù)據(jù)屬性，然后交給微處理器去響應(yīng)中控系統(tǒng)控制窗戶的流量，窗簾的開閉，空調(diào)的模式。

窗簾布的材質(zhì)有多種選擇，要求尺寸要大過窗戶，一般使用側(cè)壁裝，有投影需求的用戶可以選擇更好的材料，需要在后面額外增加一個收縮板，可以滿足晚上的投放設(shè)備使用，投放的效果也不會被窗外的光線所影響，如果不做投影，可以在幕布式窗簾布上制作個性圖案來裝飾空間。

1.7 智能安防系統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)

涉及安防的設(shè)備有智能人體探測器，智能門窗貼，智能攝像頭與紅外幕簾探測儀。

智能人體探測儀在人體感應(yīng)范圍內(nèi)，有人來回走動時，設(shè)備能將人體的移動信號報(bào)給主機(jī)，主機(jī)再將報(bào)警信息推送至手機(jī)App，已達(dá)到實(shí)時報(bào)警的功能，放置在門口、窗臺用來檢測并報(bào)告不請自入的外來人員。

智能門窗貼分為兩個部分，一個紅外發(fā)射管，一個紅外接收管，紅外發(fā)射管采用的是SIR928-6C-F的光遮端器專用的紅外發(fā)射管，由于是M/D封裝，低電壓，峰值波長940nm，可靠性極高，反應(yīng)時間快，也不含鉛等重金屬，符合RoHS特性。紅外接收管我們采用IR294-A，采用原因依然是反應(yīng)速度快靈敏度高。將它們組裝在芯片上還可以連接中控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)，如果接收器未接收到紅外信號，發(fā)射器將實(shí)時信息發(fā)送到中控系統(tǒng)，再有中控系統(tǒng)發(fā)送到手機(jī)App上，用來檢測門窗開啟，保護(hù)財(cái)產(chǎn)安全。

智能攝像頭是智能安防的核心，如果沒有攝像頭，那么那些產(chǎn)品都是空有其表。攝像頭應(yīng)該采用阻燃PC材料，吸頂安裝，內(nèi)置Linux嵌入式系統(tǒng)，可以通過網(wǎng)絡(luò)云臺旋轉(zhuǎn)，添加錄音功能，將家庭的實(shí)時畫面保存發(fā)送給App中該功能模塊界面上，利用OpenCV技術(shù)識別人臉，如果是陌生人進(jìn)入家中被攝像頭探測到，會分析體態(tài)特征，并發(fā)出警告以及通知房主。達(dá)到人不在家卻看到家的目的。該Linux系統(tǒng)類似于一個低配手機(jī)系統(tǒng)，只需要聯(lián)網(wǎng)上傳存儲和機(jī)械控制，所以涉及的硬件不是很多，比如網(wǎng)卡，存儲器。

1.8 智能暖通系統(tǒng)

1.8.1功能介紹

暖通是建筑的一個組成部分。在學(xué)科分類中的全稱為供熱供燃?xì)馔L(fēng)及空調(diào)工程，包括：采暖、通風(fēng)、空氣調(diào)節(jié)這三個方面，從功能上說也是未來家庭必不可缺的一部分。智能暖通系統(tǒng)就是通過智能化管理方法對房間里的采暖，通風(fēng)，空氣調(diào)節(jié)這三個方面采取智能化管理，使得家居生活更加舒適。舉例：通過智能設(shè)備對家中的空調(diào)或者暖氣進(jìn)行管理，把房間溫度保持在舒適的溫度，當(dāng)超過這個溫度時自動斷掉暖氣的輸入或者自動關(guān)閉空調(diào)，當(dāng)?shù)陀谑孢m的溫度時，自動連接上暖氣或者自動開啟空調(diào)，通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)也是一樣，當(dāng)你在廚房燒飯時自動開啟通風(fēng)，將油煙氣處理后輸送到外面，將外面新鮮空氣送到房內(nèi)。從而使室內(nèi)保持良好的空氣質(zhì)量。

1.8.2 技術(shù)要求

智能暖通系統(tǒng)所涉及的技術(shù)比較復(fù)雜，它需要實(shí)現(xiàn)智能溫控閥，散熱器恒溫控制閥，流量調(diào)節(jié)閥。核心是恒溫控制器、溫濕度傳感器、溫包。熱水器、地?zé)?、中央空調(diào)、空氣抽濕器、加濕器以及空氣過濾器都是聯(lián)合使用的，由上文說的溫濕度傳感器捕捉環(huán)境狀態(tài)，再由App設(shè)定模式，互聯(lián)網(wǎng)傳送命令，WIFI控制家電，做到人剛下班，滑動手機(jī)設(shè)置下班模式，到家就能享受熱水浴，以及享受合適的室溫。

2 結(jié)論

總之，智能家居在國內(nèi)市場還算空洞，現(xiàn)在阿里正在努力研發(fā)這項(xiàng)技術(shù)，并且有所成就，在杭州有一家酒店叫作非住不可酒店，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了無人酒店。從開房間到零食售賣，送餐，全都是機(jī)器人和機(jī)械臂。只有后廚是人工。開房間只需要在一個智能交互設(shè)備上按照指示點(diǎn)擊屏幕就可以完成信息注冊合法入住。酒店內(nèi)的電梯都是通過注冊用戶的面部識別開啟電梯門，房間門也是如此，房間內(nèi)的各種家電和設(shè)備都是如論文所述的場景，包括了未提及的智能馬桶。點(diǎn)菜只需要跟語音音箱交互，隨后就會有機(jī)器人乘坐電梯上來送菜，真是科技改變生活！所以智能家居系統(tǒng)必然是未來的大勢所趨。

參考文獻(xiàn)：

[1] 溫超然，李華杰.淺談用電信息采集系統(tǒng)在電力營銷管理中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016（32）：207.

[2] 薛嫻.淺談用電信息采集系統(tǒng)在電力營銷中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代營銷（下旬刊），2018（4）：52.

[3] 王金平.電力營銷中用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)研究[J].中國戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，2017，（44）：204-205.

[4] 王瑩，王曉麗.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能門禁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究[J].吉林建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2017，34（1）：83-86，92.

[5] 張西安.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].大連：大連理工大學(xué)，2014.

[6] 邵康文，向陽，張健民，等.基于人工智能技術(shù)的暖通系統(tǒng)控制[J].智能建筑，2019（9）：71-73.

[7] 陳煥新，周雄輝.智能建筑中暖通空調(diào)系統(tǒng)控制方法初探[J].暖通空調(diào)，2003（3）：30-32.

【通聯(lián)編輯：唐一東】