羅金海

物聯(lián)網(wǎng)智能家居控制系統(tǒng)在運用過程中，主要是以住宅為主體，綜合利用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、人工智能等技術(shù)，使家居設(shè)備具有集中管理、遠程控制、互聯(lián)互通等功能。 利用信息傳感設(shè)備，對信息進行識別、傳遞、判斷、接收以及控制等。通過這一系統(tǒng)，能將家中安全設(shè)備、電器等連接在一起，形成安全防護、家庭通訊以及設(shè)備控制為一體的系統(tǒng)。 系統(tǒng)不僅體現(xiàn)了實時性，能夠?qū)抑性O(shè)備運行進行實時控制；而且體現(xiàn)了及時性，在出現(xiàn)事故的情況下，能夠及時發(fā)現(xiàn)問題，并運用有效方式將其解決；同時，不存在地域性的限制， 在具備管理權(quán)限的情況下，可以不受時空限制，隨時隨地利用系統(tǒng)展開管理[1]。

智能家居控制系統(tǒng)概述

智能家居控制系統(tǒng)于20 世紀80 年代產(chǎn)生，最開始在美國出現(xiàn)，然后加拿大、東南亞、歐洲等經(jīng)濟較為發(fā)達的國家和地區(qū)先后提出各種智能家居方案。這一系統(tǒng)主要是運用網(wǎng)絡通信、互聯(lián)網(wǎng)、智慧云端，根據(jù)人體工程原理將個性需求融入其中，使和居家生活相關(guān)的系統(tǒng)，如燈光控制、安防、煤氣閥控制、窗簾控制、信息家電、健康保健及場景聯(lián)動等有效結(jié)合在一起，通過網(wǎng)絡化實現(xiàn)綜合性智能管理與智能控制，充分將以人為本的家居設(shè)計理念體現(xiàn)了出來[2]。 智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計的目的在于使家庭更加安全、舒適，在社會經(jīng)濟迅速發(fā)展的過程中，人們對于家居智能化的需求也在不斷升級，希望擁有更加便捷和多元化的智能家居。

智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計方案

1. 總體功能結(jié)構(gòu)設(shè)計

無線智能家居控制系統(tǒng)突破了傳統(tǒng)形式上的家居燈光以及電器控制方式，運用新型無線智能控制，通過手機或平板電腦等智能設(shè)備，可以對家居電器進行集中控制，還可以設(shè)置不同的場景模式來完成一鍵場景切換和控制。 除此之外，系統(tǒng)的邏輯控制功能能夠讓用戶設(shè)置各種不同的邏輯來完成指定時間及指定條件下的邏輯控制。 外出時，用戶依然可以利用手機或平板電腦隨時隨地查看和控制家中的燈光、窗簾、空調(diào)等家用電器，讓人輕松享受“家，時刻都在身邊”的感覺，暢享由智能家居系統(tǒng)帶來的舒適、方便以及樂趣。 智能家居系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示。

智能家居系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

智能家居控制系統(tǒng)包括控制室內(nèi)燈光、 機電設(shè)備、家電、窗簾，以及安防防盜和可視對講系統(tǒng)等，針對室內(nèi)外環(huán)境監(jiān)測進行了系統(tǒng)集成。機電設(shè)備、燈光、窗簾及家電等設(shè)備通過專門設(shè)置的控制器，結(jié)合區(qū)域場景設(shè)置采取相應的動作，以達到滿足需求的控制。安防防盜系統(tǒng)、可視對講系統(tǒng)等通過智能家居控制系統(tǒng)在不同區(qū)域設(shè)置的控制終端對該系統(tǒng)進行設(shè)置，大大方便了用戶的操作。室內(nèi)外環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)通過傳感器進行監(jiān)測， 當達到環(huán)境指數(shù)閾值則觸發(fā)相應設(shè)備進行動作， 實現(xiàn)房屋自主管理。

2. 系統(tǒng)硬件設(shè)計組成

本智能家居控制系統(tǒng)基于IEEE802.15.4 基礎(chǔ)協(xié)議， 是IEEE 無線個人區(qū)域網(wǎng)（Personal Area Network，PAN） 工作組的一項標準， 被稱作IEEE802.15.4 ZigBee 技術(shù)標準， 主要適用于自動控制和遠程控制領(lǐng)域，支持地理定位功能。 同時，采用Zigbee 射頻通信技術(shù)構(gòu)建系統(tǒng)網(wǎng)絡，Zigbee技術(shù)是一種新興的、短距離、低功耗、低成本、自組網(wǎng)、低復雜度、安全可靠、高擴展性的雙向無線通信技術(shù)。

智能網(wǎng)關(guān)是智能家居控制系統(tǒng)的核心， 是整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中樞，綜合運用了互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、Zigbee 雙向射頻通信技術(shù)和RS485 總線通信技術(shù)，提供包含安防、居家電器綜合控制的解決方案。通過RJ45 接口實現(xiàn)網(wǎng)關(guān)與互聯(lián)網(wǎng)的連接，借助互聯(lián)網(wǎng)，可實現(xiàn)家居設(shè)備的云端遠程控制；通過Zigbee雙向射頻通信技術(shù)，可靈活組網(wǎng)，構(gòu)建家庭內(nèi)部電器設(shè)備互連網(wǎng)絡， 實現(xiàn)家庭內(nèi)部電器設(shè)備有效控制及狀態(tài)反饋；通過RS485 總線通信技術(shù)，與電器設(shè)備進行對接，實現(xiàn)設(shè)備互聯(lián)，實時檢測設(shè)備狀態(tài)，進行有效控制等。

物聯(lián)網(wǎng)鎖采用低功耗電池供電，實現(xiàn)指紋、密碼開鎖、刷卡開鎖和機械鑰匙備用開鎖。不僅支持本地管理，并且利用互聯(lián)網(wǎng)和Zigbee 技術(shù)，結(jié)合云服務器、家庭智能網(wǎng)關(guān)和Zigbee 終端，可以實現(xiàn)遠程授權(quán)管理， 還可以實現(xiàn)開鎖權(quán)限管理和防盜報警功能， 從而大大提高智能門鎖的可控性和安全性。

本系統(tǒng)根據(jù)家居生活所需， 設(shè)計了多種不同功能面板，包括燈光控制面板、窗簾控制面板、場景控制面板、聯(lián)動控制面板及調(diào)光控制面板等。這些面板均采用零火線方式供電，系統(tǒng)工作穩(wěn)定，通過Zigbee 網(wǎng)絡協(xié)議，可靈活組網(wǎng)。 其中，燈光控制面板連接電燈，以實現(xiàn)家居燈光控制；窗簾面板連接窗簾電機，匹配窗簾導軌，即可實現(xiàn)窗簾的開關(guān)控制。 場景控制面板實現(xiàn)對多個設(shè)備的集中控制，也可對單個設(shè)備進行控制，具有場景狀態(tài)指示同步功能，采用靈活的場景配置方式，用戶可以根據(jù)生活習慣設(shè)置所需要的場景模式， 場景設(shè)置可以通過軟件配置或脫機配置。 聯(lián)動控制面板通過與燈光/窗簾控制面板等互聯(lián)，一一對應，實現(xiàn)燈光、窗簾電機等用電設(shè)備的雙向控制。調(diào)光控制面板連接可調(diào)光燈具， 用戶可以根據(jù)喜好調(diào)節(jié)燈光亮暗，以滿足各種生活所需。上述這些面板都可以通過智能網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)本地實時控制、本地跨區(qū)控制本地預置邏輯控制、本地移動控制，在外網(wǎng)（系統(tǒng)網(wǎng)絡與互聯(lián)網(wǎng)連接）條件具備的情況下，還可實現(xiàn)遠程控制。

除上述系統(tǒng)設(shè)備之外， 智能家居控制系統(tǒng)還包括其它許多系統(tǒng)設(shè)備。如燃氣探測器，可用于探測家中燃氣泄漏情況，同時可以聯(lián)動場景，關(guān)閉燃氣閥，并將信息發(fā)送至手機APP。

智能家居控制系統(tǒng)的運行

1. 環(huán)形網(wǎng)絡分層控制

環(huán)形網(wǎng)絡分為7 層，即應用層、表示層、會話層、傳輸層、網(wǎng)絡層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，但是比較常見的為5 層，即應用層、傳輸層、網(wǎng)絡層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，雖然某些層進行了合并，但是本質(zhì)上一致。在運用環(huán)形網(wǎng)狀展開分層控制設(shè)計時需將網(wǎng)狀網(wǎng)絡作為基礎(chǔ)，建成之后能夠多點接入也能以自行方式實現(xiàn)無線通信功能。 根據(jù)網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)木唧w特點， 設(shè)計時需將協(xié)調(diào)器節(jié)點作為中心，針對各個節(jié)點分層進行規(guī)范，并確定分層具體深度， 運用數(shù)據(jù)路由將傳輸時各個節(jié)點具體層次詳細記錄下來，進而減少資源浪費，也能避免數(shù)據(jù)出現(xiàn)爆炸問題。 分層控制系統(tǒng)能夠運用數(shù)據(jù)匯聚協(xié)調(diào)形式對數(shù)據(jù)進行采集，同時將協(xié)調(diào)器節(jié)點視為中心， 以環(huán)形分層形式構(gòu)成控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)當中一環(huán)為一層，每層之間的間隔會逐層增加，對于協(xié)調(diào)器來講，層次數(shù)量為零。

分層詳細情況如下：首先，建立網(wǎng)絡以后，協(xié)調(diào)器以及別的節(jié)點具體層數(shù)都為零[3]。 其次，系統(tǒng)會由協(xié)調(diào)器節(jié)點運用分層確定幀的發(fā)送方式與網(wǎng)絡接入，通過這種方式，能夠使協(xié)調(diào)器節(jié)點和連接系統(tǒng)中的其他節(jié)點信息保證聯(lián)通。 再次，分層確定幀在送至目標節(jié)點的情況下，如果目標節(jié)點層次為零，系統(tǒng)會直接更新成確定幀的實際轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)，如果層數(shù)不為零，本身層數(shù)和分層確定幀的實際轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)將會由系統(tǒng)對比，然后取兩者之間的最小值。 最后，在目標節(jié)點層數(shù)更新情況下，則需轉(zhuǎn)發(fā)分層確定幀，若不更新，則不需對其進行轉(zhuǎn)發(fā)。 分層確定幀在到達控制系統(tǒng)時，系統(tǒng)可能會存在多次對分層確定幀進行接收的情況。為了防止系統(tǒng)產(chǎn)生過多資源消耗，需將分層確定幀的轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)控制好，運用已更新目標階段層數(shù)對分層確定幀進行轉(zhuǎn)發(fā)處理，進而使系統(tǒng)在工作時能夠處于最佳狀態(tài)。

本智能家居控制系統(tǒng)設(shè)備端子系統(tǒng)構(gòu)建了一個基于Zigbee 的互聯(lián)網(wǎng)絡，結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、數(shù)據(jù)傳輸可靠，并且擁有簡單且靈活的通信網(wǎng)絡協(xié)議。 Zigbee 網(wǎng)絡支持星狀、 樹狀和網(wǎng)狀3種網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)。在Zigbee 網(wǎng)絡中存在3 種邏輯設(shè)備類型：協(xié)調(diào)器、路由器和終端設(shè)備。 Zigbee 網(wǎng)絡由一個協(xié)調(diào)器、多個路由器和多個終端設(shè)備組成，系統(tǒng)中智能網(wǎng)關(guān)充當著協(xié)調(diào)器的角色，其他設(shè)備則為路由器或終端設(shè)備。 協(xié)調(diào)器負責啟動整個Zigbee 網(wǎng)絡， 同時也是網(wǎng)絡的第一個設(shè)備，協(xié)調(diào)器選擇一個信道和一個網(wǎng)絡ID，隨后啟動整個網(wǎng)絡。協(xié)調(diào)器的層次深度為0，其子設(shè)備的深度為1，子設(shè)備的子設(shè)備的深度為2，以此類推。路由器的主要功能是允許其他設(shè)備加入網(wǎng)絡、多跳路由和終端設(shè)備的通信。 終端設(shè)備沒有特定的維持網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的責任，主要實現(xiàn)終端控制功能。

2. 系統(tǒng)遠程控制

在物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上發(fā)展的智能家居遠程控制系統(tǒng)， 設(shè)備端子系統(tǒng)在采集設(shè)備當中的數(shù)據(jù)時，需運用高速傳輸形式與互聯(lián)網(wǎng)進行連接，只有在此情況下，才能使系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)得到保證。 就子系統(tǒng)來講，由于多數(shù)情況下傳輸數(shù)據(jù)較大，因此特殊設(shè)備中獲得的數(shù)據(jù)需運用高速運算方式處理，進而使數(shù)據(jù)在傳輸時的及時性以及準確性得到充分保證，也能確保數(shù)據(jù)在傳輸時的量。 對于系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)體系來講， 由于傳輸效率比較高，并且體系結(jié)構(gòu)有較強抗干擾能力，輸送過程中能夠使大量數(shù)據(jù)以較快速度進行傳輸，保證傳輸時的實時性，因此，可以將其運用在數(shù)據(jù)實時采集、大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)葓鼍爸小?/p>

本智能家居控制系統(tǒng)設(shè)備端子系統(tǒng)通過智能網(wǎng)關(guān)與互聯(lián)網(wǎng)相連，系統(tǒng)中所有的設(shè)備信息都可以通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸、 保存到特定的服務器，強大的數(shù)據(jù)傳輸能力保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。 用戶不僅可以根據(jù)個人的喜好通過手機APP 進行系統(tǒng)的各種場景設(shè)置，同時還可以通過APP 對系統(tǒng)中的各個設(shè)備進行實時控制。 系統(tǒng)中的任何狀態(tài)變化都能迅速被獲取并及時被處理，最終得到有效控制，為用戶提供更加舒適、便捷的居家體驗。

結(jié)語

總之，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計的智能家居遠程控制系統(tǒng)，能夠突破時空限制，對家居信息展開實時監(jiān)控。 通過無線網(wǎng)絡，將控制終端和用戶移動設(shè)備連接在一起，使用戶隨時隨地了解家中信息，并通過控制系統(tǒng)對家中設(shè)備進行操控，從而為用戶構(gòu)建更加安全、智能、高效的生活環(huán)境。