摘要：為了提高智能家居的智能水平，文章提出基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居設(shè)計方案，并以智能家居椅設(shè)計為例，驗證該方案的可行性。該研究對所提智能家居椅進(jìn)行性能測試，結(jié)果顯示，該智能家居椅的機(jī)械輔助試驗成功率為91.58%，優(yōu)于對比的其他智能家居椅，且達(dá)到較高的設(shè)計水準(zhǔn)。該智能家居設(shè)計方案實用性強(qiáng)，能夠為智能家居的設(shè)計和優(yōu)化提供重要參考，推動了家居智能化的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；智能家居；設(shè)計；智能家居椅

中圖分類號：TN929.5；TP391.44；TU855文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0引言

隨著信息化時代的蓬勃發(fā)展，智能家居作為現(xiàn)代生活的新趨勢，正逐漸改變?nèi)藗兊纳罘绞剑?］。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的革新使得家居智能化成為可能，其通過無線網(wǎng)絡(luò)連接家居設(shè)備，為用戶提供了前所未有的舒適體驗［2］。當(dāng)前，由于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，智能家居已從有線連接邁向無線互聯(lián)的新階段。眾多學(xué)者已在智能家居領(lǐng)域取得了顯著研究成果，例如：劉丹丹等［3］為了更好地提高智能家居的識別效果，提出了基于WiFi數(shù)據(jù)幀特征的識別方法，結(jié)果顯示，該方法對智能家居的識別效果較好，實用性較強(qiáng)；曾昭優(yōu)等［4］為了提高家居管理的智能化水平，提出了基于Arduino的智能家居管理系統(tǒng)，能夠有效提升智能家居的管理水平；崔曉龍等［5］為了提高智能家居的應(yīng)用水平，提出了基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有良好的實用效果。

然而，現(xiàn)有研究仍存在一定的不足，如系統(tǒng)穩(wěn)定性、設(shè)備兼容性以及用戶體驗優(yōu)化等方面仍需進(jìn)一步提升。故此次研究創(chuàng)新性地提出一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居設(shè)計方案，以智能家居椅設(shè)計為例，旨在解決上述問題并推動智能家居的持續(xù)發(fā)展。該研究的創(chuàng)新性在于強(qiáng)化了智能家居系統(tǒng)的穩(wěn)定性和兼容性，同時通過該系統(tǒng)實現(xiàn)更加智能化、個性化的家居管理。此次研究不僅提升了生活的便利性，還為智慧社區(qū)、智慧城市的建設(shè)作出了積極貢獻(xiàn)，推動了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能家居領(lǐng)域的應(yīng)用。

1基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)

1.1物聯(lián)網(wǎng)智能家居的技術(shù)支持

射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）技術(shù)是一種以無接觸IC為基礎(chǔ)的自動識別技術(shù)。該技術(shù)利用無線射頻技術(shù)實現(xiàn)了對物體的自動辨識和相應(yīng)的信息采集［6］。智能家居通常采用以MCU為核心的主控系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對收到的指令進(jìn)行處理。此外，智能家居控制系統(tǒng)還擁有ZigBee組件。該組件主要用于對設(shè)備進(jìn)行實時監(jiān)測，確定設(shè)備是否符合預(yù)定的報警數(shù)值。當(dāng)報警信號達(dá)到預(yù)定的報警數(shù)值時，該組件向主機(jī)發(fā)出報警，然后由主機(jī)進(jìn)行分析，確定報警信號的來源，最后由GPRS模塊傳輸至用戶的移動電話，以達(dá)到預(yù)警效果。用戶在收到報警信號后，通過發(fā)送短信的方式進(jìn)行控制。在用戶發(fā)送短信后，GPRS模塊接收并分析用戶短信，然后將短信傳輸至總控制器，并進(jìn)行分析響應(yīng)。此次研究使用的智能家居控制系統(tǒng)采用AT89S52作為主控制器。AT89S52是一種低功耗高性能COMS 8 Bit單片機(jī)，采用8 kB的可編程Flash內(nèi)存。該單片機(jī)采用Atmel公司的高密度非揮發(fā)內(nèi)存技術(shù)生產(chǎn)，與80C51的產(chǎn)品指令和插針完全兼容。智能家居是在物聯(lián)網(wǎng)的影響之下的物聯(lián)化體現(xiàn)，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將家中的各種設(shè)備連接到一起，提供家電控制、照明控制、窗簾控制、電話遠(yuǎn)程控制等多種功能，極大地提升了家居生活的便捷性和舒適性［7］。智能家居主要包括如圖1所示的4個核心部分。

由圖1可得，智能家居主要分為智能照明系統(tǒng)、家庭環(huán)境調(diào)控、家庭娛樂、智能安全4個核心部分。其中，智能照明系統(tǒng)不僅可以實現(xiàn)自動控制，還可以達(dá)到節(jié)能的目的，從而有效防止住宅高能耗的產(chǎn)生。而家庭環(huán)境調(diào)控是指智能化住宅的設(shè)計能夠使室內(nèi)溫度、濕度和空氣隨時處于安全、舒適的環(huán)境中。隨著人們對家庭娛樂需求的不斷提高，人們對各種娛樂產(chǎn)品和器材的需求也在不斷增長，其中娛樂類電子產(chǎn)品已經(jīng)成為智能家居的主要組成部分。智能安全是人們?nèi)粘Ｉ钪凶钪匾陌踩胧?，能夠在緊急情況下以最短的時間內(nèi)向用戶發(fā)出警報，從而保證使用者的人身和財產(chǎn)安全。

1.2物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的智能家居整體設(shè)計分析

運用智能家居的根本目的是讓居住環(huán)境變得更加舒適、安全。只有設(shè)計先進(jìn)的智能家居軟硬件，才能防止因技術(shù)落后而產(chǎn)生的智能家居整體效能低下、提前報廢等問題［8］。同時，在滿足客戶對整體系統(tǒng)要求的前提下，設(shè)計方案還要做到切合實際。在智能家居整體設(shè)計中，網(wǎng)絡(luò)化的目的是使設(shè)備和信息資源能夠相互分享，本文研究設(shè)計了一個網(wǎng)絡(luò)化的標(biāo)準(zhǔn)界面。該界面的使用者可以按自身的需求進(jìn)行系統(tǒng)的更新與升級。GPRS的優(yōu)勢在于可以解決一些因特網(wǎng)使用量偏低的問題，故網(wǎng)絡(luò)化方案利用GPRS技術(shù)來完成短信的無線發(fā)送，同時還能將短信解析并轉(zhuǎn)換成指令代碼，從而實現(xiàn)利用短信控制家電設(shè)施。此外，研究還能利用移動電話實現(xiàn)對家居的實時監(jiān)測，解決了傳統(tǒng)家用控制器操作距離短、地域限制等問題。研究提出的智能家居控制系統(tǒng)采用短信進(jìn)行管理，既能有效減少成本，又能廣泛用于各種無人值守區(qū)域。其具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

由圖2可知，該系統(tǒng)主要包括傳感器、熱水器開關(guān)、燈光開關(guān)、信號接收器以及用戶手機(jī)等模塊。該智能家居控制系統(tǒng)的主要功能為防盜警報、家電遠(yuǎn)程控制、火災(zāi)監(jiān)控。其中，防盜警報功能是指當(dāng)有人闖入家中打破玻璃或撬開門窗時，相關(guān)的感應(yīng)器就會發(fā)現(xiàn)異常，將這些數(shù)據(jù)通過家中的無線網(wǎng)絡(luò)傳輸給家中的控制器。再由家中的控制器進(jìn)行分析，最終由GPRS模塊將報警信息以短信形式傳送給業(yè)主，達(dá)到防盜報警的目的。而家電遠(yuǎn)程控制功能是指在使用遙控設(shè)備時，用戶可以使用移動電話向家電發(fā)出指令，GPRS模塊接收并把短信轉(zhuǎn)換成能夠被用戶辨認(rèn)的指令傳送到家用控制器中，由控制器進(jìn)行處理，將指令通過ZigBee的無線傳輸方式傳送至與家用電器相連的MCU，從而完成對家用設(shè)備的控制?；馂?zāi)監(jiān)控功能是指在室內(nèi)裝配感應(yīng)式溫度檢測器和感應(yīng)式檢測器，可對每個房間的防火情況進(jìn)行實時監(jiān)測。一旦發(fā)現(xiàn)火情，系統(tǒng)就會通過無線ZigBee模塊向家中的控制器傳輸數(shù)據(jù)，再由GPRS模塊向用戶的移動電話進(jìn)行短信傳輸，從而達(dá)到監(jiān)控火災(zāi)的目的。

2基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居椅系統(tǒng)設(shè)計

在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支撐下，智能家居椅系統(tǒng)在輸入和輸出界面上有很大的進(jìn)展，構(gòu)成一個良好的座椅組合結(jié)構(gòu)，其中包含敲擊和智能輔助閱讀結(jié)構(gòu)。此外，通過智能控制與輔助閱讀結(jié)構(gòu)的智能控制，系統(tǒng)確保了STM32智能家居椅的結(jié)構(gòu)完善化。本文提出的智能家居椅系統(tǒng)主要包含測力傳感模塊、稱重傳感模塊、光電傳感模塊、WiFi模塊以及遠(yuǎn)程操控模塊。為了實現(xiàn)捶背的動作，并根據(jù)捶背的力量進(jìn)行有針對性的測量，測力傳感器模塊研究選擇STM32模塊進(jìn)行控制，并增加客戶端的App反饋功能。在測力傳感器模塊中，系統(tǒng)主要是將模擬信號和A/D變換相結(jié)合，以保證STM32GPIO的采集需求，從而調(diào)控?fù)舸蛄Χ龋蕴岣咧悄芗揖右蜗到y(tǒng)的捶背舒適性。而重量傳感器模塊主要用于智能家居座椅組合結(jié)構(gòu)的受力測量。在該模塊的設(shè)計中，本文選擇BS1型傳感器。該傳感器的測量范圍為0～200 kg，可以滿足測量系統(tǒng)的設(shè)計要求。在BS1型重量計中，本文還加入了微分信號的輸出，使其能夠與傳感器的信號處理相結(jié)合，優(yōu)化傳感器的輸出和輸入。通過將2個階段的運放相結(jié)合，可以滿足電壓信號的傳輸，確保電壓信號的準(zhǔn)確傳遞，從而形成一個傳感器技術(shù)系統(tǒng)。

在智能家庭座椅中，光電傳感模塊能夠檢測人體的紅外輻射，從而提高感應(yīng)器的感光強(qiáng)度。此次研究在光電傳感模塊的設(shè)計中采用了熱釋電傳感器。該傳感器的感光電阻會隨著外部光照強(qiáng)度的增大而減小。在高電平的檢測中，本文對電傳感器的啟動狀態(tài)進(jìn)行分析，并將其與熱釋電傳感器的啟動相結(jié)合，使其與使用者的家庭座椅緊密相連，確保探測信號能夠傳輸至STM32模塊中進(jìn)行檢測。在無線網(wǎng)絡(luò)模塊的設(shè)計上，系統(tǒng)主要是通過STM32模塊進(jìn)行微信應(yīng)用程序之間的直接通信聯(lián)系。無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用ESP8266模塊，通過SIM32進(jìn)行AT指令的發(fā)送，以保證傳感器的準(zhǔn)確定位，并將有關(guān)的技術(shù)內(nèi)容與指令的無線傳送相結(jié)合。無線網(wǎng)絡(luò)模塊的主要功能是在5 GHz范圍內(nèi)，與IEEE 802.11a在多方面的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制相結(jié)合，使智能家居椅系統(tǒng)的傳送速率達(dá)到通信標(biāo)準(zhǔn)。智能家居座椅系統(tǒng)的遠(yuǎn)程遙控模塊設(shè)計是以Java為基礎(chǔ)，利用Java軟件開發(fā)出適合的推拿和控制復(fù)合機(jī)械，以實現(xiàn)輔助功能。遠(yuǎn)程遙控模塊可以幫助用戶通過手機(jī)App對智能家居椅進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，從而增強(qiáng)智能家居椅的智能輔助閱讀功能。

3基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居椅性能測試

為了確保研究提出的基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居椅（智能家居椅1）的復(fù)合結(jié)構(gòu)、輔助閱讀結(jié)構(gòu)、插頭結(jié)構(gòu)等安全可靠，本文將其和市面上相類似的奧德朗智能家居椅（智能家居椅2）、榮泰智能家居椅（智能家居椅3）以及好亦佳智能家居椅（智能家居椅4）進(jìn)行性能對比試驗。此次對比試驗的測試在恒溫恒濕的室內(nèi)環(huán)境中進(jìn)行，確保測試條件的一致性。本文通過對比智能家居椅的復(fù)雜機(jī)械輔助實驗結(jié)果、復(fù)合結(jié)構(gòu)測試結(jié)果以及輔助閱讀結(jié)構(gòu)測試結(jié)果，驗證所提智能家居椅的實用性。4種智能家居椅的復(fù)雜機(jī)械輔助實驗結(jié)果以及二次開發(fā)后的控制準(zhǔn)確度對比結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，本文提出的智能家居椅1在500次復(fù)雜機(jī)械輔助試驗中的成功率為91.58%，顯著高于智能家居椅2～4的成功率（分別為89.21%、84.83%、80.98%）。而當(dāng)復(fù)雜的機(jī)械輔助試驗次數(shù)在200次以上，且總成功率在91.50%以上時，說明該智能家居椅的整體性能較好。故由以上結(jié)果可知，本文所提智能家居椅1的整體性能優(yōu)于智能家居椅2～4，且能夠達(dá)到較好的設(shè)計性能。

本文對4種智能家居椅進(jìn)行二次開發(fā)，并對4種智能家居椅的控制準(zhǔn)確度進(jìn)行測試，測試結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，智能家居椅1～4在500次控制準(zhǔn)確度測試中的準(zhǔn)確率分別為91.43%、87.85%、84.16%、82.34%。該結(jié)果說明，本文提出的智能家居椅1的整體控制準(zhǔn)確度優(yōu)于智能家居椅2～4。此外，當(dāng)智能家居椅的控制準(zhǔn)確率在90.0%以上時，控制性能較好。故由以上結(jié)果可得，本文所提智能家居椅1的整體性能較優(yōu)。4種智能家居椅的復(fù)合結(jié)構(gòu)測試結(jié)果和輔助閱讀結(jié)構(gòu)測試結(jié)果如表1所示。

由表1可知，本文所提智能家居椅1在復(fù)合結(jié)構(gòu)承重、穩(wěn)定性、輔助閱讀結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)范圍和舒適度評分上均優(yōu)于其他3款智能家居椅。同時，智能家居椅1的插頭結(jié)構(gòu)也通過了安全性測試，說明其整體設(shè)計性能較為優(yōu)秀。上述結(jié)果進(jìn)一步驗證了智能家居椅1在性能和舒適度方面的優(yōu)越性。綜合上述各個維度的比較，可以發(fā)現(xiàn)，本文所提基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居椅具有較強(qiáng)的實用性，可促進(jìn)智能化家居的發(fā)展。

4結(jié)語

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷進(jìn)步，智能家居設(shè)計正逐漸成為提升現(xiàn)代生活品質(zhì)的關(guān)鍵因素。本文深入探討了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能家居設(shè)計中的應(yīng)用，從系統(tǒng)設(shè)計思想到關(guān)鍵技術(shù)支持，再到具體的硬件設(shè)計，全面分析了智能家居系統(tǒng)的構(gòu)建和工作流程。本文還提出了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居椅系統(tǒng)設(shè)計方案，并通過實際的性能測試驗證了該設(shè)計的可靠性和實用性。

總體而言，智能家居設(shè)計正朝著更加智能化、個性化和集成化的方向發(fā)展。未來的智能家居設(shè)計將更加注重用戶體驗，通過不斷融合新技術(shù)，實現(xiàn)家居生活的全面智能化，為用戶創(chuàng)造一個安全、舒適、便捷的居住環(huán)境。同時，智能家居設(shè)計也將進(jìn)一步推動物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在家庭生活領(lǐng)域的應(yīng)用，為智能家居產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，助力我國物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展。

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（編輯王雪芬編輯）

Smart home design under the Internet of Things technology： taking smart home chair as an example

DOU" Qia

（School of Electronic Information， Wuchang Polytechnic College， Wuhan 430070， China）

Abstract： In order to improve the intelligent level of smart home， this study proposes a smart home design scheme based on the Internet of Things technology， and takes the smart home chair design as an example to verify the feasibility of the scheme. Research on the proposed smart home chair performance test shows that the success rate of the mechanical assistance test of the smart home chair is 91.58%， which is better than the comparison of the other smart home chairs and reaches a higher design level. The results show that the smart home design scheme proposed in this study is practical， and can provide an important reference for the design and optimization of smart home， and promote the intelligent development of smart home.

Key words： Internet of Things technology; smart home; design; smart home chair