基于物聯(lián)網的智能家居系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

袁雅迪

摘 要：隨著科技和經濟的發(fā)展，智能家居逐漸走入人們的生活，它的出現(xiàn)不僅變革了傳統(tǒng)的居家生活方式，還為人們日常生活提供了更多的安全保障和便利。然而與發(fā)達國家相比我國的智能家居還處于發(fā)展初期，在設計和實現(xiàn)上還都存在較多問題，為了有效促進我國智能家居的發(fā)展，文章對基于物聯(lián)網的智能家居設計和實現(xiàn)進行分析，通過研究物聯(lián)網智能家居系統(tǒng)的定義和特點分析，探索物聯(lián)網智能家居系統(tǒng)的構建和工作原理。

關鍵詞：物聯(lián)網；智能家居；設計

中圖分類號：TP311.52 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）32-0008-01

本文將對物聯(lián)網智能家居系統(tǒng)進行設計分析，在構建感應層、中心控制平臺、中間件層、應用層等四層模型的基礎上，利用WIFI、3G技術連接各層進行實現(xiàn)信息的傳遞，并通過對各層應具備功能和系統(tǒng)整體工作原理的介紹，展現(xiàn)物與人、物與物的交互性控制功能和安全方案功能的實現(xiàn)過程。

1 物聯(lián)網概述

物聯(lián)網的本質是“物物相連的互聯(lián)網”，它在具備互聯(lián)網各項功能并實現(xiàn)物體之間通信的基礎上，將虛擬網絡和物理實體有效的連接了起來，讓用戶能夠不受時間和空間的限制對家中的物理實體進行控制。因此，物聯(lián)網在綜合運用激光掃描、全球定位系統(tǒng)、紅外感應器、射頻識別等信息傳感設備的基礎上，依照約定協(xié)議連接互聯(lián)網和任何物體、通訊和交換信息，進而實現(xiàn)智能化管理、監(jiān)控、跟蹤、定位、識別等功能。物聯(lián)網中的物應當滿足一定的要求：其標志應當具有唯一性；能夠實現(xiàn)CPU存儲；由通信模塊構成；滿足物聯(lián)網相關協(xié)議要求；完成控制功能。

2 物聯(lián)網智能家居系統(tǒng)的定義和特點

物聯(lián)網智能家居系統(tǒng)在利用各種信息傳感設備進行信息的接收控制、傳遞、判斷、識別基礎上，將家庭中的安全設備、家用電器通過互聯(lián)網技術連接在一起，進行形成有機統(tǒng)一設備控制、安全防護、家庭通信功能的控制系統(tǒng)。物聯(lián)網智能家居系統(tǒng)具有以下特點：

①實施性。通過該系統(tǒng)能夠對家中各種設備的運行進行實施控制。

②及時性。當家中出現(xiàn)突發(fā)事件時，居民可通過該系統(tǒng)第一時間發(fā)現(xiàn)并采取相應的處理措施，使損失降至最低。

③無地域限制。具有智能家居體系管理者權限者無論身處何地都能夠利用互聯(lián)網進行系統(tǒng)管理。

④靈敏性。隨著身體和環(huán)境的變化，人的觸覺、聽覺、視覺都會發(fā)生變化，進而影響其靈敏度。而構成傳感器的電路具有高精密、集成的特點，進而保證能夠獲得靈敏和準確的檢測結果[1]。

3 物聯(lián)網智能家居系統(tǒng)的構建和工作原理

3.1 四層體系結構的構建

嵌入式智能家居系統(tǒng)通過家庭網關（唯一接口）轉發(fā)、存儲、處理各種家庭設備信息，這就要求每個家庭都應當設置一個集中所有功能家庭的網關，當增加系統(tǒng)功能時需要更改每個家庭設置，這大大增加了系統(tǒng)拓展的難度。本系統(tǒng)以嵌入式智能家居系統(tǒng)為基礎，有效結合中間件技術、物聯(lián)網技術、Wifi、3G網絡、無線傳感網，使得智能家居系統(tǒng)的系統(tǒng)拓展、信息整合、控制功能都得到顯著提升，通過改變傳統(tǒng)信息孤島的局面有效融合功能信息，進而推動智能小區(qū)的構建。站在系統(tǒng)功能角度，智能家居系統(tǒng)包括四層體系結構。

3.1.1 系統(tǒng)監(jiān)控設備和傳感設備

該系統(tǒng)監(jiān)控設備和傳感設備包括攝像頭、化學傳感器、聲敏傳感器、氣敏傳感器、光敏傳感器，對外部環(huán)境、化學組成、物理條件、外界信號進行探測，進而向中心控制平臺傳遞探得信息已達到控制和管理設備的目的[2]。

3.1.2 中心控制平臺

系統(tǒng)功能最重要的層次就是中心控制平臺，主要作用是控制和管理設備，構成部分包括模擬啟動器和中央控制器，與此同時用戶中的控制平臺是專屬的，各種器件的異構性能夠得到有效屏蔽，并更加容易的實現(xiàn)應用程序功能。首先，中央控制器接受從感知層傳遞過來的信息，然后根據(jù)分析結果發(fā)出命令某模擬啟動器執(zhí)行方式的控制信息，進而使連接模擬器的物體執(zhí)行具體操作。同時，該系統(tǒng)在發(fā)生緊急事件時能夠進行自動報警，此時傳感器通過Wifi或3G向中央控制器傳遞信息，判斷模塊判斷突發(fā)情況，對于較為嚴重的情況則開啟自動報警功能，并通過模擬啟動器啟動應急措施；對于較輕的情況模擬啟動器會自行解決。同時，用戶數(shù)據(jù)庫會儲存中央控制器傳輸?shù)母鞣N信息，便于用戶后期查看。

3.1.3 中間件層

中間件層作為智能小區(qū)的關鍵，包含的設備有大型數(shù)據(jù)庫、服務器等。將獨立的存儲空間分配到每個家庭，所有家庭的信息在龐大的數(shù)據(jù)庫和服務器匯總，管理前需要登錄系統(tǒng)。其中，用戶和該用戶的詳細信息在數(shù)據(jù)庫中都進行了相應記錄，并且一個用戶的電氣設備不會干擾另一用戶的電氣設備，能夠通過動態(tài)化添加滿足用戶的不同需求[3]。

3.1.4 應用層

應用層指的是圖形用戶界面接口，它與用戶直接交互，用戶可以據(jù)此獲得個性化、簡便的服務，通過Web登錄或軟件進行各種設備的操作、刪除、添加，達到人機交互的目的。而構成應用程序的基礎構建包括自動報警模塊、家居物品管理模塊、防盜安全管理模塊，它們能夠保證各種功能的實現(xiàn)。同時為了達到刪除、更新、添加未來模塊，連接數(shù)據(jù)庫和服務器的目的，應當將特定的分配空間分配給每個用戶，實現(xiàn)個性化的設置和選擇，進而達到了系統(tǒng)的統(tǒng)一和用戶的獨立[4]。

3.2 環(huán)境安全級別的構建

構建的安全控制信息包括兩個級別：安全和危險。在中央控制器中存儲用戶認為屬于危險級別的事件，表示為二進制數(shù)1，用0表示列為安全級別，安全級別判斷模塊在中央控制器的作用下對是否需要執(zhí)行報警操作進行判斷。

例如，當房內出現(xiàn)大火時為危險狀態(tài)，中央控制器通過傳感器接受房內溫度，判斷模塊將是否需要啟動報警裝置的信息傳遞給中央控制器，并啟動應急方案開啟水龍頭[5]。

3.3 智能家居系統(tǒng)的工作原理

在設計并構建好應用程序和物理設置后，通過Web或應用程序授權用戶進入到智能家居系統(tǒng)，將需要執(zhí)行的命令通過圖形化的界面發(fā)出，中央控制器發(fā)出要求模擬啟動器控制家居設備的停止或運行的控制指令。

在用戶不提供操作指令的情況下，中央控制器會通過無線傳感網、Wifi、3G接收到傳感器發(fā)出的外界環(huán)境信息，進而進行環(huán)境安全級別的判斷，當為危險級別時中央控制器會啟動應急預案、報警、通知用戶；當位安全級別，中央控制器在其超出設定范圍時發(fā)出啟動模擬啟動器的控制信息。

4 結 語

在科技和經濟不斷發(fā)展的過程中，人們對生活的要求和追求都在不斷的提升。這一形勢下智能家居應運而生，它在極大方便人們生活的同時悄然的改變著人們的生活方式。本文對物聯(lián)網智能家居系統(tǒng)的定義和特點進行了分析，并探索了物聯(lián)網智能家居的構建和原理。但本文仍存在一定局限，希望行業(yè)人員能夠加強重視，不斷提升物聯(lián)網智能家居系統(tǒng)的水平。

參考文獻：

[1] 楊堤.基于物聯(lián)網的智能家居控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].電子世界，

2012，（21）.

[2] 袁敏.基于物聯(lián)網的遠程智能家居控制系統(tǒng)的設計[J].制造業(yè)自動 化，2012，（8）.

[3] 臧大進，劉增良，高干，等.基于物聯(lián)網的智能家居系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].

襄樊學院學報，2010，（11）.

[4] 沈彤，朱昊，胡靜，等.物聯(lián)網智能家居系統(tǒng)演示平臺的設計與實現(xiàn)[J].

南京師范大學學報（工程技術版），2013，（1）.

[5] 包依勤.基于物聯(lián)網技術的智能家居系統(tǒng)的研究與探討[J].物聯(lián)網 技術，2013，（8）.