王友順

（鄭州信息科技職業(yè)學院，河南 鄭州 450046）

引言

智能家居是計算機、通信網(wǎng)絡和遠程控制技術發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物，可以實現(xiàn)照明設備、空調(diào)、音響等家居的遠程控制和智能化管理，屬于一種全新的集中管理方式。相對于國內(nèi)來說，國外的智能家居技術發(fā)展勢頭十分迅猛[1]。目前，國內(nèi)智能家居設計相對滯后，市場上多類型的智能設備無法實現(xiàn)智能管理，且缺乏相應的智能系統(tǒng)，嚴重限制了智能家居的發(fā)展。在大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)等平臺的快速發(fā)展下[2]，大眾對智能家居的需求日益強烈，并促使智能家居項目遠程化、集成化方向發(fā)展。在此背景下，本文構建一種基于大數(shù)據(jù)的智能家居平臺，旨在促進智能家居的發(fā)展，降低智能家居的維護成本[3]。

1 智能家居系統(tǒng)的設計目標

1.1 實現(xiàn)家庭設備的智能聯(lián)動

智能家居系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)平臺的聯(lián)合，對已經(jīng)接入網(wǎng)絡的電器進行控制。智能家居系統(tǒng)通過向各網(wǎng)關、智能電器識別遠程命令，并對自身的狀態(tài)進行判斷，實現(xiàn)對設備的遠程控制。

1.2 依據(jù)需求設置智能情景

智能家居系統(tǒng)通過大數(shù)據(jù)平臺，實現(xiàn)對設備的遠程信息采集，了解室內(nèi)的環(huán)境參數(shù)，包括：光照、濕度、熱成像信息，以及用戶身份審核、用戶信息。

1.3 享受“傻瓜式”的設備維護

燈光、通風等設備需要定期維護和檢測，智能家居系統(tǒng)可以依據(jù)服務器內(nèi)的數(shù)據(jù)，與設備自身的參數(shù)和額定運行時間進行比較，計算設備的故障率。而且，智能家居系統(tǒng)對設備定時關閉、開啟和休眠，防止設備超出運行時間，延長設備的使用壽命。

2 智能家居系統(tǒng)設計

2.1 系統(tǒng)功能

智能家居系統(tǒng)主要包括玄關區(qū)、客廳區(qū)、臥室區(qū)、浴室區(qū)和廚房區(qū)，如圖1 所示。具體內(nèi)容如下：玄關區(qū)涉及智能鎖、室內(nèi)對講、人體感應、燈光控制和能耗采集；客廳區(qū)涉及智能音響、燈光控制和窗簾控制；臥室區(qū)涉及空調(diào)控制、能耗采集、緊急報警、窗簾控制；浴室區(qū)涉及客廳、緊急報警和通風[4]；廚房區(qū)涉及煤氣報警、漏水報警、家電控制。上述功能均由中央集成系統(tǒng)控制，并進行閾值設置，以及能耗調(diào)節(jié)、空氣質(zhì)量信息，以及煤氣、水電報警燈等信息采集和記錄。

2.2 數(shù)據(jù)流

智能家居系統(tǒng)采用國際標準的DALI 協(xié)議，并利用該協(xié)議進行網(wǎng)關接入，促使燈光、窗簾等設備間進行信息通信。其中，智能家居系統(tǒng)對IP 攝像頭采用H.265、H.264 標準，對空調(diào)、AV 設備、家電和安防設備，采用物聯(lián)網(wǎng)接入?yún)f(xié)議，對手機、移動終端和平板電腦采用WIFI 接入，或者4G/5G 網(wǎng)絡接入。其中，具體的數(shù)據(jù)流程圖如圖2 所示。

智能家居系統(tǒng)接收云端數(shù)據(jù)流，用DALI 網(wǎng)關、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關的協(xié)議進行通訊，實現(xiàn)對燈、通風等設備間的遠程控制，并接收報警信息。另外，接收各智能設備的反饋信息，將相關信息反饋到云數(shù)據(jù)的服務器中，形成系統(tǒng)日志。

3 智能家居系統(tǒng)的功能

由圖3 可知，智能系統(tǒng)的功能實現(xiàn)過程如下：

第一步，燈光、窗簾的控制。開關控制是采用開關驅(qū)動模塊實現(xiàn)對通風系統(tǒng)、燈光的獨立控制。亮度調(diào)節(jié)控制是根據(jù)用戶的喜好，對燈光的亮度、色彩進行控制[5]。場景控制是根據(jù)系統(tǒng)中預設的內(nèi)容切換到相應的場景，如溫馨、明亮、用餐和睡眠等。

第二步，空調(diào)控制?？照{(diào)與智能家居接入以后，會形成三維立體的控制場景，與智能終端、音響和溫度控制系統(tǒng)進行聯(lián)合，實現(xiàn)對室內(nèi)溫度的全面監(jiān)控。

第三步，安防監(jiān)控。智能家居是通過IP 攝像頭、智能門鎖，可視化對講機和探測設備（煤氣探測、煙霧預警、水浸探測）等，實現(xiàn)主機的安防監(jiān)控。

第四步，背景音樂控制。在移動終端上，實現(xiàn)對室內(nèi)電視節(jié)目的調(diào)節(jié)、音量控制，以及環(huán)境模式的切換，實現(xiàn)遠程的多媒體控制[6]。

第五步，能源實時管理。利用從設備的能耗，進行分類的管理和受控制，實現(xiàn)電氣的有效節(jié)能。另外，能源管理可以通過閾值進行設置，實現(xiàn)能耗的有效利用。

第六步，健康環(huán)境管理。利用PM2.5 監(jiān)測設備、空氣有機化合物檢測、室內(nèi)溫度和濕度檢測，實現(xiàn)對室內(nèi)空氣質(zhì)量的遠程管理和實時數(shù)據(jù)傳輸。

第七步，家電管理。利用互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云平臺等方式，對能耗、在線時間、溫度等進行遠程管理。

4 仿真實驗

4.1 實驗準備

為了保證智能家具系統(tǒng)的普遍性，并在各家居的任意計算機中安裝，需要進行各模塊的功能校驗。系統(tǒng)的測試環(huán)境為：CPU2.5 Hz，硬盤500 GB，內(nèi)存4GB，顯卡為集成Groforce2.4。燈光、窗簾控制模塊為用戶提供燈光調(diào)節(jié)、窗簾拉開等，并按照外部陽光的強度、室內(nèi)敏感度進行不同比例的調(diào)節(jié)，控制過程如圖3 所示。空調(diào)控制模塊為空調(diào)開關，依據(jù)室內(nèi)溫度進行空調(diào)的溫度調(diào)節(jié)。安防監(jiān)控模塊為門鎖、煤氣、電線熱度的監(jiān)控，并將報警信息傳輸?shù)接脩舻氖謾C上；背景音樂模塊為客戶的預設時間進行音樂播放；能源實時管理模塊為煤氣、電燈、水閥進行自動控制，依據(jù)用戶預設值進行控制。健康環(huán)境管理模塊是對室內(nèi)空氣的霧霾量、負氧離子進行檢測，并向用戶提供空氣質(zhì)量信息；家電管理模塊是對電燈、電腦、微波爐等電器進行控制，實現(xiàn)自動啟動、關閉；整體功能模塊為各個模塊信息的收集，形成信息表傳遞給用戶。

4.2 實驗結果

測試實驗程序從智能居家系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中調(diào)取信息，并進行分析，輸出結果為：各模塊的響應時間、實現(xiàn)準確性。同時，為了進一步研究居家智能系統(tǒng)，不斷增加測試時間和各模塊的操作次數(shù)，并與原有管理系統(tǒng)進行對比，測試結果的統(tǒng)計分析如表1 所示。

表1 系統(tǒng)測試結果

由表1 可知，智能系統(tǒng)的整體測試結果較好，整體相應的平均時間為2 s，準確性為92.4%。與原有居家系統(tǒng)相比，本文智能居家系統(tǒng)的響應時間、響應準確性得到大幅提高，智能管理的優(yōu)勢更加明顯。所以，本文智能居家系統(tǒng)設計的優(yōu)越性較高。

5 結語

智能家居是在信息系統(tǒng)、通訊設備快速發(fā)展的情況下，形成了一種新型家居管理模式[7]。智能家居與大數(shù)據(jù)平臺的融合，可以實現(xiàn)家居設備的遠程管理和調(diào)用。在進行智能家居管理過程中，可以租用物聯(lián)網(wǎng)、阿里、騰訊等公司的服務器，利用其SaaS 層中的設備進行遠程維護和管理，實現(xiàn)高質(zhì)量的遠程管理服務。本文開發(fā)的智能居家系統(tǒng)可以滿足用戶需求，而且系統(tǒng)的響應時間、響應準確性更優(yōu)，未來該系統(tǒng)將增加更多功能。