基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

廖申雪

摘 要： 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息化技術(shù)的快速發(fā)展改變著人們的工作習(xí)慣和生活方式，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。文章根據(jù)實(shí)際需求構(gòu)建了智能家居系統(tǒng)。該系統(tǒng)在netduino2上進(jìn)行開(kāi)發(fā)，并結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)等關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)家居系統(tǒng)的控制。該系統(tǒng)包括三個(gè)子系統(tǒng)：花園灌溉控制系統(tǒng)、泳池水槍控制系統(tǒng)和寵物娛樂(lè)系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞： 數(shù)字信息化； 物聯(lián)網(wǎng)； 智能家居； netduino2

中圖分類號(hào)：TP274 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-8228（2016）06-29-03

Abstract： The rapid development of network technology and information technology has been changing people's work habits and lifestyle， the smart home based on Internet of Things came into being. According to the actual demand， a smart home system is built in this paper. The system is developed on netduino2 platform， and the key technology of Internet of Things is used to control the entire system. The system includes three subsystems， i.e. the garden irrigation control system， the swimming pool water gun control system and the pet entertainment system.

Key words： informationization； Internet of Things； smart home； netduino2

0 引言

智能家居[1-3]起源于20世紀(jì)80年代初的住宅電子化（HE，Home Electronics），隨著通信與信息技術(shù)的發(fā)展，80年代末出現(xiàn)了智能家居的原型Smart Home。智能家居系統(tǒng)[4-5]主要指通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、綜合布線、音視頻技術(shù)以及安全防范技術(shù)等與家居生活融合為一體，建設(shè)安全性與舒適性并存的家庭日常事務(wù)和住宅設(shè)施管理系統(tǒng)。IBM提出的“智慧地球”被列為美國(guó)國(guó)家戰(zhàn)略以后，“物聯(lián)網(wǎng)”在世界各地蓬勃發(fā)展[6]。其核心就是通過(guò)傳感器和互聯(lián)網(wǎng)銜接以實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的遠(yuǎn)程控制與感知。

本文根據(jù)實(shí)際需求，為某別墅花園構(gòu)建智能家居系統(tǒng)。該系統(tǒng)在netduino2上開(kāi)發(fā)，并結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)等關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)家居系統(tǒng)的控制，該系統(tǒng)包括3個(gè)功能，分別是花園灌溉控制系統(tǒng)、泳池水槍控制系統(tǒng)和寵物娛樂(lè)系統(tǒng)，各個(gè)子系統(tǒng)獨(dú)立設(shè)計(jì)、自主工作。

1 關(guān)鍵技術(shù)

1.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)通過(guò)射頻識(shí)別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理。物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展為智能家居引入了新的概念及發(fā)展空間，智能家居可以被看作是物聯(lián)網(wǎng)的一種重要應(yīng)用。

1.2 中間件技術(shù)

中間件技術(shù)是伴隨網(wǎng)絡(luò)而發(fā)展起來(lái)的一種面向?qū)ο蟮募夹g(shù)。其主要作用是屏蔽網(wǎng)絡(luò)硬件平臺(tái)差異性和操作系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的異構(gòu)性，使應(yīng)用軟件能夠比較平滑地運(yùn)行于不同平臺(tái)上。中間件在負(fù)載平衡、連接管理和調(diào)度方面起了很大的作用，使企業(yè)級(jí)應(yīng)用的性能得到大幅提升，滿足了關(guān)鍵業(yè)務(wù)的需求。

1.3 協(xié)議轉(zhuǎn)化技術(shù)

通信協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊是家庭網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展的必然產(chǎn)物，由于家庭網(wǎng)絡(luò)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)眾多，協(xié)議復(fù)雜，為了實(shí)現(xiàn)家庭網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部不同子網(wǎng)之間的信息轉(zhuǎn)換，諸如：1394-IEEE802.11、USB-1394、RF-485等等。

1.4 netduino2

netduino2是一個(gè)很棒的開(kāi)源平臺(tái)，netduino2的IDE就是Visual Studio，編程語(yǔ)言是C#，netduino2對(duì)仿真和在線調(diào)試（in-circuit debugging）都支持，也就是說(shuō)，可以在代碼里隨意設(shè)置斷點(diǎn)進(jìn)行調(diào)試，代碼易于維護(hù)，對(duì)于復(fù)雜的項(xiàng)目netduino2更具有優(yōu)勢(shì)。

1.5 Microsoft Kinect

Microsoft Kinect是一種3D體感攝影機(jī)，同時(shí)它導(dǎo)入了即時(shí)動(dòng)態(tài)捕捉、影像辨識(shí)、麥克風(fēng)輸入、語(yǔ)音辨識(shí)、社群互動(dòng)等功能。微軟的Kinect不需要使用任何控制器，它依靠相機(jī)捕捉三維空間中的運(yùn)動(dòng)，讓系統(tǒng)更加簡(jiǎn)易操作。Kinect的誕生，無(wú)疑會(huì)讓未來(lái)的生活、娛樂(lè)方式發(fā)生很大的創(chuàng)意性的改變。

2 功能

隨著人類應(yīng)用需求的提高和住宅智能化的不斷發(fā)展，今天的智能家居系統(tǒng)內(nèi)容更加豐富，系統(tǒng)也越來(lái)越復(fù)雜[7]。本文根據(jù)實(shí)際需求構(gòu)建控制系統(tǒng)，不僅費(fèi)用較低，而且能減少傳統(tǒng)智能家居系統(tǒng)中不必要的功能。主要功能有以下。

⑴ 花園灌溉控制系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)溫度和土壤濕度測(cè)控，發(fā)出報(bào)警指令，根據(jù)報(bào)警狀態(tài)對(duì)相應(yīng)區(qū)域進(jìn)行灌溉，警報(bào)可以自動(dòng)清除。

⑵ 泳池水槍控制系統(tǒng)。通過(guò)servo控制水槍模式及水槍被打開(kāi)和關(guān)閉的時(shí)間。

⑶ 寵物娛樂(lè)系統(tǒng)。通過(guò)傳感器測(cè)控寵物和玩具的距離，并根據(jù)距離大小控制玩具移動(dòng)的位置和方向。

3 實(shí)現(xiàn)與代碼簡(jiǎn)述

本文中的智能系統(tǒng)在netduino2上進(jìn)行開(kāi)發(fā)，并通過(guò)手機(jī)來(lái)進(jìn)行整個(gè)智能系統(tǒng)的控制，各個(gè)組件之間的關(guān)系如圖1所示。

[客戶端][IIS 7

WCF][云端＼&][Laptop

Kinect API][netduino2＼&][Microsoft Kinect＼&][花園灌溉

控制系統(tǒng)][寵物娛

樂(lè)系統(tǒng)][泳池水槍

物控制系統(tǒng)]

圖1 組件間的通信

3.1 花園灌溉控制系統(tǒng)

由于出差或其他原因家中長(zhǎng)時(shí)間無(wú)人，而家中花草需澆灌。根據(jù)此需求構(gòu)建自動(dòng)花草澆灌系統(tǒng)。首先通過(guò)傳感器來(lái)感知當(dāng)前的溫度和土壤濕度，根據(jù)這個(gè)數(shù)據(jù)判斷是否發(fā)出灌溉警報(bào)，netduino2內(nèi)的控制器會(huì)根據(jù)警報(bào)指令打開(kāi)灌溉閥門并消除警報(bào)。灌溉系統(tǒng)是如何發(fā)出警報(bào)、開(kāi)啟灌溉系統(tǒng)的指令和對(duì)灌溉時(shí)間的控制，這些部分的關(guān)鍵代碼如下。

3.3 寵物娛樂(lè)系統(tǒng)

家中無(wú)人時(shí)，寵物的照看和娛樂(lè)也是一個(gè)需求。我們想出了通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)給寵物構(gòu)建一個(gè)玩具，這樣就能在任何地方通過(guò)控制這個(gè)玩具和寵物進(jìn)行玩耍。系統(tǒng)的重點(diǎn)和難點(diǎn)是如何讓玩具根據(jù)與寵物的距離，控制移動(dòng)的位置和方向，以下給出關(guān)鍵代碼。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的智能家居系統(tǒng)涉及netduino2、物聯(lián)網(wǎng)和Microsoft Kinect等關(guān)鍵技術(shù)的使用。該系統(tǒng)各個(gè)功能子系統(tǒng)獨(dú)立設(shè)計(jì)、自主工作，發(fā)揮了各種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，為用戶提供一個(gè)舒適、方便和高效率的生活環(huán)境。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們對(duì)生活環(huán)境質(zhì)量要求不斷提高，這對(duì)智能家居系統(tǒng)提出更高要求，今后將在該系統(tǒng)的基礎(chǔ)上繼續(xù)實(shí)現(xiàn)對(duì)車庫(kù)、泳池等的智能控制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)家居的全智能控制。

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