基于物聯(lián)網(wǎng)的智能小區(qū)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

汪 濤

（天津市第一輕工業(yè)學(xué)校，天津 300162）

一、智能小區(qū)和物聯(lián)網(wǎng)的基本概念

（一）智能小區(qū)

智能社區(qū)最早是在20世紀(jì)80年代提出的，提出的時(shí)間較早。然而，因?yàn)榧夹g(shù)與資金成本等環(huán)節(jié)的制約，它的發(fā)展速度比較緩慢，受到的重視與關(guān)注程度就比較少。最近幾年，智能住宅社區(qū)的建設(shè)發(fā)展才獲得了很大的改進(jìn)?，F(xiàn)在，世界上對(duì)智能住宅社區(qū)有兩種代表性的定義[1]。一個(gè)是美國(guó)智能化建筑學(xué)會(huì)的概念，該概念認(rèn)為智能化建筑是優(yōu)化建筑里面的結(jié)構(gòu)、體系、服務(wù)與控制四個(gè)基礎(chǔ)要求及其內(nèi)部聯(lián)系，為建筑提供合理投資、高效、便捷與舒適的環(huán)境。第二個(gè)是日本智能化建筑研究協(xié)會(huì)的理念，該理念認(rèn)為智能化建筑指的是同步擁有網(wǎng)絡(luò)通信、辦公自動(dòng)化和樓宇自動(dòng)化等多種功能，方便智能化活動(dòng)的建筑。這兩個(gè)概念，第一個(gè)從智能化建筑的作用描述上較為抽象，而第二個(gè)從結(jié)構(gòu)方面上較為具體、清晰。

（二）物聯(lián)網(wǎng)

智能住宅小區(qū)近年來(lái)取得相對(duì)較快發(fā)展和進(jìn)步的主要原因是物聯(lián)網(wǎng)工藝正在不斷健全與成熟。物聯(lián)網(wǎng)的定義是全面和綜合性的，它是以移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為核心的許多領(lǐng)域開(kāi)發(fā)成果的集合?，F(xiàn)在，關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)的概念有很多種理論。比如由射頻識(shí)別工作組界定的物聯(lián)網(wǎng)是，由在標(biāo)準(zhǔn)信息協(xié)議的具有唯一地址的互聯(lián)對(duì)象組成的多媒體。除了射頻識(shí)別工作組的界定以外，歐洲項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)還在自己的探討領(lǐng)域中界定了物聯(lián)網(wǎng)，他們以為，物聯(lián)網(wǎng)是社會(huì)活動(dòng)(信息、商業(yè)活動(dòng)等)的參加者，它們可以動(dòng)態(tài)地互相交換各自的信息，在無(wú)人力影響的條件下，生成與供給有關(guān)服務(wù)，并影響真實(shí)的客觀物質(zhì)世界，造成事件的發(fā)生[2]。

物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)組成分為三層，即感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。在物聯(lián)網(wǎng)的組成中，感知層位于最底部，它的重點(diǎn)功能是感知有關(guān)的運(yùn)作與信息，并收集數(shù)據(jù)信息，由于它們可能確定物體的最后反饋，所以收集到的數(shù)據(jù)信息十分重要。傳感層能夠包含許多特定設(shè)備，比如視頻設(shè)施、射頻識(shí)別設(shè)施、傳感設(shè)施等。從技術(shù)方面而言，感知層的重點(diǎn)技術(shù)包含控制器工藝和信息傳送工藝。網(wǎng)絡(luò)層在感知層上面，依賴于現(xiàn)在的整體移動(dòng)信息網(wǎng)絡(luò)?？梢哉f(shuō)它是物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)中最核心、最主要的一個(gè)環(huán)節(jié)。若是離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)層，物聯(lián)網(wǎng)就無(wú)法真正構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，也不能實(shí)現(xiàn)對(duì)它的控制。感知層的重點(diǎn)技術(shù)包含各種已有的多樣信息和通信技術(shù)。它的重點(diǎn)功能原理是把感知層收集的數(shù)據(jù)信息傳送到服務(wù)器中，或者傳遞到應(yīng)用服務(wù)指令中。它的重點(diǎn)任務(wù)是連接物聯(lián)網(wǎng)中每種大小元素點(diǎn)。應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)中的最高層。它的重點(diǎn)功能是采集、研究數(shù)據(jù)信息，并給出有關(guān)對(duì)策，進(jìn)行分配、控制和調(diào)整可控能源，給出相應(yīng)回應(yīng)，并供給實(shí)質(zhì)性服務(wù)。在物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)展響應(yīng)與服務(wù)提供的綜合過(guò)程中，能夠不需要人力參與，完全依賴事先制定的響應(yīng)計(jì)劃與采集的數(shù)據(jù)信息。

二、智能小區(qū)應(yīng)具備的物聯(lián)網(wǎng)功能

（一）安防系統(tǒng)

居民住宅自動(dòng)管理過(guò)程中的一個(gè)主要工作程序即是收集和防止外部人員的進(jìn)入。這一工作程序最重要的功能是運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開(kāi)展檢查居民住宅小區(qū)現(xiàn)場(chǎng)的各種仿真數(shù)據(jù)信息，在檢查過(guò)程中，一旦發(fā)現(xiàn)安全隱患，將及時(shí)開(kāi)展預(yù)防、控制，有利于保護(hù)公民住宅。通常來(lái)說(shuō)，在開(kāi)展采集仿真信號(hào)與控制小區(qū)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的過(guò)程中，還應(yīng)該開(kāi)展測(cè)量電流、功率等方面的因素。測(cè)量中把測(cè)量到的數(shù)據(jù)信息直接進(jìn)行采取屏幕顯示，屏幕上面重點(diǎn)顯示居民住宅小區(qū)工程的全部仿真數(shù)據(jù)量、有關(guān)計(jì)算數(shù)據(jù)量、斷路器數(shù)據(jù)、開(kāi)關(guān)及其他有關(guān)數(shù)據(jù)，一些處于維護(hù)狀態(tài)的電氣部件也會(huì)在屏幕上顯示出來(lái)。

（二）車輛智能識(shí)別

自動(dòng)化體系里的檢測(cè)和報(bào)警作用，可以讓工作人員知道居民小區(qū)住宅中所有設(shè)施的工作信息的實(shí)際情況，例如，在開(kāi)展數(shù)據(jù)監(jiān)控時(shí)，系統(tǒng)的信息可以與屏幕的作用結(jié)合顯示。在居民小區(qū)住宅中，采取智能化車輛的尺寸、型號(hào)與品牌識(shí)別，監(jiān)控作用管理體系將自動(dòng)顯示各種主要數(shù)據(jù)信息，如已越過(guò)邊界的物體的名稱、數(shù)量、時(shí)間和有關(guān)參數(shù)信息，并同時(shí)開(kāi)展打印與傳送這些數(shù)據(jù)，它還可以計(jì)算出進(jìn)、出的次數(shù)，并且按照計(jì)算數(shù)據(jù)信息的積累，開(kāi)展自動(dòng)化的識(shí)別。

（三）住戶家庭控制

為了在住宅區(qū)建筑內(nèi)部實(shí)現(xiàn)智能化，使用Zig Bee模塊與傳感器來(lái)收集數(shù)據(jù)信息，實(shí)時(shí)監(jiān)控屋內(nèi)空間中的可燃性氣體、有害性氣體、溫度和濕度，并收集非法進(jìn)入等數(shù)據(jù)信息。一氧化碳傳感器使用到家用熱水器里面一氧化碳成分的測(cè)量，可燃性氣體傳感器使用到廚房里面可燃性氣體的測(cè)量。如果高于預(yù)設(shè)數(shù)值，警報(bào)將會(huì)啟動(dòng)。人體感應(yīng)器需要用到門口、窗戶。如果有人非法侵入，它們就會(huì)報(bào)警。光敏性傳感器使用到陽(yáng)臺(tái)窗簾的管理、室內(nèi)采光控制、空調(diào)開(kāi)關(guān)結(jié)合溫度傳感器控制?；鹧?zhèn)鞲衅魇褂玫轿輧?nèi)火情報(bào)警，一旦房間里發(fā)生火災(zāi)，啟動(dòng)報(bào)警器并將打開(kāi)自動(dòng)噴水器設(shè)施。手機(jī)客戶可以接受紫蜂傳感器數(shù)據(jù)信息，并對(duì)繼電器開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制，使用WIFI模塊數(shù)據(jù)流程把數(shù)據(jù)信息傳遞到服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)里，并將在小區(qū)物業(yè)管理體系上顯示報(bào)警的具體信息[3]。居民在接到物業(yè)管理人員的通知以后，還能夠?qū)译婇_(kāi)展遠(yuǎn)程控制。為了較好地根除居住空間里的安全隱患因素，營(yíng)造舒適的家庭環(huán)境，需要基于環(huán)境感知建立智能化閉環(huán)控制體系，并按照監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)是不是高于安全標(biāo)準(zhǔn)，來(lái)識(shí)別有關(guān)設(shè)備是不是可以自動(dòng)啟動(dòng)。在室內(nèi)空間環(huán)境調(diào)整到舒適安全的狀態(tài)之前，若是運(yùn)用有線通信來(lái)達(dá)到傳感設(shè)施的聯(lián)網(wǎng)通信，有線通信既困難又昂貴，所以需要運(yùn)用無(wú)線通信模式。因?yàn)槠胀ň用窦依锸褂妹娣e有限，每個(gè)設(shè)施之間的通信距離最大限制不超過(guò)五十米，并且因?yàn)榫用袷覂?nèi)空間更加復(fù)雜，信號(hào)性能衰減，需要通信方式來(lái)達(dá)到多節(jié)點(diǎn)自組織通信。小區(qū)住宅智能化終端設(shè)施是網(wǎng)關(guān)設(shè)備，是可以把無(wú)線傳輸信息傳遞到住宅物業(yè)管理平臺(tái)，是實(shí)現(xiàn)人們之間進(jìn)行信息溝通的有效方式，方便人們運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)了解住宅的情況、控制家中的智能家電。

三、基于物聯(lián)網(wǎng)的智能小區(qū)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（一）系統(tǒng)功能模塊

智能社區(qū)體系包括兩個(gè)板塊，即監(jiān)控體系與控制體系。監(jiān)控體系重點(diǎn)是運(yùn)用電腦端和手機(jī)端進(jìn)行監(jiān)控社區(qū)內(nèi)部環(huán)境，控制體系又分成綠化控制與燈光控制。

（1）社區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)：在開(kāi)發(fā)板上安裝了許多傳感器節(jié)點(diǎn)，包含光強(qiáng)傳感器節(jié)點(diǎn)、溫度傳感器節(jié)點(diǎn)以及煙霧檢測(cè)傳感器節(jié)點(diǎn)，用來(lái)對(duì)社區(qū)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

（2）檢查檢測(cè)到的數(shù)據(jù)信息：居民能夠運(yùn)用計(jì)算機(jī)終端和手機(jī)終端檢查傳感器檢測(cè)到的數(shù)據(jù)信息，并在界面上把傳感器檢測(cè)到的數(shù)據(jù)信息數(shù)字化顯示在居民面前，使居民能夠很方便地了解到家中的實(shí)時(shí)環(huán)境。

（3）電器遠(yuǎn)程開(kāi)展訪問(wèn)控制：居民能夠使用電腦或手機(jī)終端，控制適當(dāng)范圍里查看的數(shù)據(jù)信息，開(kāi)展控制連接電器的運(yùn)行模式，如更換路燈、噴泉等。在住宅區(qū)達(dá)到智能控制。安裝仿真智能化住宅小區(qū)模型的體系板塊圖，預(yù)期實(shí)現(xiàn)的功能有下面幾點(diǎn):實(shí)時(shí)進(jìn)行采集社區(qū)環(huán)境的溫度、光強(qiáng)和煙霧狀況，并在電腦和手機(jī)終端開(kāi)展實(shí)時(shí)監(jiān)控。采取終端檢查實(shí)驗(yàn)設(shè)備連接路燈的情況，控制路燈的開(kāi)/關(guān)和紅、綠指示燈的工作情況，采取終端檢查與實(shí)驗(yàn)設(shè)備相連的水泵的情況，控制水泵的運(yùn)行情況[4]。

（二）系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

1.電腦服務(wù)器端

智能住宅小區(qū)的PC機(jī)服務(wù)器端口，是整套設(shè)備的關(guān)鍵設(shè)備，擁有服務(wù)器打開(kāi)或關(guān)閉、傳感器接收數(shù)據(jù)信息顯示以及遠(yuǎn)程安卓數(shù)據(jù)信息傳送的作用，能夠按照不同傳感器監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)信息形成每個(gè)數(shù)據(jù)信息的折線圖，并在計(jì)算機(jī)接口上顯示出來(lái)。

2.手機(jī)端

居民可以運(yùn)用安裝在平板計(jì)算機(jī)平臺(tái)上的“智能社區(qū)”手機(jī)軟件APP，檢查傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)信息與電器的運(yùn)行狀態(tài)，并且能夠按照電器的運(yùn)行情況作調(diào)整。它還能夠開(kāi)展控制連接到節(jié)點(diǎn)的電器，比如控制路燈、控制紅綠指示燈和控制噴泉。當(dāng)居民啟動(dòng)“打開(kāi)燈”按鈕時(shí)，會(huì)提示“您啟動(dòng)了燈開(kāi)關(guān)，燈已開(kāi)啟了”！這時(shí)，開(kāi)關(guān)上的文本會(huì)改變?yōu)椤瓣P(guān)閉燈”。當(dāng)居民啟動(dòng)“關(guān)閉燈”按鈕時(shí)，連接到節(jié)點(diǎn)的燈將被關(guān)閉。并且屏幕底部會(huì)出現(xiàn)“您啟動(dòng)了燈開(kāi)關(guān)，燈已關(guān)閉！”另外的電器運(yùn)用也是同樣的原理。

四、結(jié)語(yǔ)

總而言之，物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目在居民小區(qū)住宅中的運(yùn)用，會(huì)讓無(wú)處不有的終端設(shè)備與設(shè)施結(jié)合起來(lái)，使內(nèi)部智能傳感器與終端移動(dòng)設(shè)施、安全控制體系、住宅智能識(shí)別體系以及智能監(jiān)控設(shè)施相互連接，具有一整套有關(guān)的外部作用。居民能夠不離開(kāi)家就達(dá)到對(duì)事物的控制與監(jiān)督，遠(yuǎn)程做到原來(lái)完不成的任務(wù)，給大家的生活帶來(lái)了很多便利。