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基于物聯網的智能家居系統開發

時間:2017-02-11 來源:科技展望 作者:張保建 本文字數:2676字
  摘要

        1前言

  
  近年來,物聯網快速發展,人們的生活水平明顯提高,對于自身的家居環境也提出了更高的要求,而智能家居逐漸成為一種流行趨勢,智能家居系統的應用,給人們的日常生活帶來了極大便利,也改變了傳統的家居模式,因此應加大對智能家居系統的分析和研究,充分發揮物聯網的應用優勢,積極改善人們的家居環境。
  
  2物聯網與智能家居的概述
  
  2. 1物聯網
  
  物聯網除了具備互聯網所具有的各項功能之外,還能夠真正實現物體之間的通信,物聯網能夠將物理實體與虛擬網絡進行有效的連接,使用戶能夠突破時間、空間的限制,從而對用戶家中的各個物理實體進行有效的控制,最終達到萬物互聯。
  
  2. 2智能家居
  
  智能家居( 英文:smart home,home automation) 是近幾年新興的一個行業,有時也被稱為智能建筑; 它是以家庭住宅為平臺,利用綜合布線技術、網絡通信技術、安全防范技術、自動控制技術、音視頻技術將家居生活有關的設施集成在一起,構建高效的住宅設施與家庭日程事務的管理系統,提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術性,并實現環保節能的居住環境。智能家居正在將人們過去對家居生活的假想逐漸變為現實,隨著智能家居行業和互聯網技術的進一步發展,萬物互聯會更加深入,人們的生活會更加便利、安全和舒適。
  
  3智能家居系統設計要求
  
  智能家居系統可以提供定時控制、自動窗簾、室內外遙控、安防報警、遠程家電控制、照明控制等功能,為人們提供一個便捷、舒適、安全的生活環境。基于物聯網的智能家居系統主要是利用多種信息傳感設備來接收、傳遞、判斷和識別信息,將各種安全設備、家用電器通過互聯網技術有效連接起來,從而構成集設備控制、安全防護、家庭通信等功能為一體的智能化系統。在具體設計中,智能家居系統應滿足以下要求: 其一,智能性,根據外接環境的變化,智能家居系統能夠智能地做出響應,并正確進行解決處理,有效控制整個系統; 其二,實時性,智能家居系統應對家居中各種家用電器和設備進行實時控制; 其三,無地域性,根據智能家居系統管理設置權限,隨地、隨時都能夠利用物聯網來管理智能家居系統運行使用。
  
  4物聯網技術下的智能家居系統設計
  
  4. 1系統結構設計
  
  基于物聯網的智能家居系統設計,一般以家庭網關為接口,在家庭網關上轉發、存儲、處理各種設備信息,然而若在家庭網上集中所有這些功能,就需要增加系統功能,則不得不更改系統設計,這樣會導致智能家居系統擴展難度較大; 所以基于智能家居系統的設計,會將中間件技術、互聯網技術、無線網絡、移動網絡等有效結合起來,使智能家居系統有利于系統擴展、信息整合和管理控制。根據智能家居系統應用功能,設計四層體系結構: (1) 中間件層。中間件層是智能家居系統設計的關鍵,其包括數據庫、服務器等設備,通過使用大型數據庫和服務器在這層匯總各個家庭信息,為每個家庭分配合理存儲空間,數據庫存儲各種信息,使不同家用電器設備保持獨立性,實現動態添加,設計個性化的智能家居系統。(2) 感知層。利用攝像頭、溫濕度傳感器、化學傳感器、壓力傳感器、氣敏傳感器、光敏傳感器等各種傳感設備感受外界的濕度、熱和光等環境變化,通過監控設備探測外界信號,在智能家居系統中心控制平臺集中控制和管理探知的信息。(3) 中心控制平臺。中心控制平臺對于實現智能家居系統應用功能有著直接影響,其包括模擬啟動器和中央控制器,為每戶用戶提供一個獨立中心控制平臺,對各種設備異構性進行有效屏蔽,能夠更容易地實現應用程序功能。中央控制器接收感知層信息,結合智能家居系統具體情況,中央控制器向模擬啟動器發送相關控制信息命令,接著使和模擬器相互連接的設備執行動作。智能家居系統對于緊急事件,可以實現自動報警,通過wifi或者移動網絡,中央控制器接收傳感器信息,根據判斷模塊,分析突發事件的嚴重程度,分級做出處理,若比較嚴重,會自動報警處理,并立即發送通知到用戶,利用模擬啟動器快速啟動智能家居系統應急方案。(4) 應用層。應用層是用戶和智能家居系統直接交互的界面接口,提供個性化、簡便的服務,用戶可利用Web或者軟件登錄,刪除或者添加某種服務,操作各種設備,實現良好的人機交互,并且屏蔽下層通信。智能家居系統應用程序包括自動報警模塊、家居設備管理模塊、防盜安全管理模塊等基礎構件,并且預留接口,可實現智能家居系統功能模塊的刪除、更新和添加,和數據庫、服務器相互連接,對智能家居系統進行個性化設置和選擇,提高智能家居系統的整體性和安全性。
  
  4. 2智能控制模塊
  
  選擇STM32F030XX單片機,采用Wi - Fi通信,傳遞家居設備信息。智能控制模塊包括輸出控制電路、單片機系統、處理電路、熱釋電傳感器、光照檢測電路、延時選擇電路等部分,運行過程中,由熱釋電紅外線傳感器和光照檢測電路采集室內是否有人、光照強度等信息,利用輸出控制電路通過單片機實現照明設備的開關操作,智能化控制照明設備,實現良好節能效果。同時,利用無線通信和APP軟件,將用戶利用手機就可實時控制照明系統,完成各種控制命令。
  
  4. 3智能安防報警模塊
  
  智能安防報警模塊主要是利用煙霧傳感器和溫度傳感器實時監測室內氣體和溫度,一旦發現異常情況,向中央控制器發送相關信息,并且警報信號,發揮安防的作用。煙霧傳感器可有效檢測室內環境的有毒氣體或者可燃氣體濃度,溫度傳感器實時測量室內溫度,結合實際情況,準確檢測家居安全隱患,避免發生火災事故。
  
  4. 4紅外控制模塊
  
  空調、電視等紅外控制模塊設計通過紅外通信方式,利用Wi- Fi通信技術連接到控制器,結合紅外轉發設備,用戶通過手機就能夠控制空調主機、電視等紅外設備,例如,夏季天氣炎熱,用戶回家之前可用手機對空調系統進行遙控,提前開啟空調系統,使室內溫度涼爽。當前,考慮到目前家庭紅外控制家電中,紅外編碼不是統一,設計控制模塊時,加入了學習功能,不論什么品牌,什么設備,只要在第一次使用時,用配套遙控器學習相關指令,即可實現紅外轉發控制,同時,設計采用七片紅外發射管,并安裝在不同角度,使發射時信號成球面,多角度發射,保證了控制的可靠性。
  
  5結語
  
  當然,目前智能家居的設計多是基于單系統的,在單系統中各種設施組成一個整體,很少考慮多系統互聯時通訊協議的多樣化,同時,智能家居現階段對手機等手持設備過于依賴,很多功能多是被動的響應; 但是,隨著通信協議的不斷統一,單個設備自身處理事務的能力不斷增強,相信在不久的將來,智能家居會更加智能,更加安全,更加貼心地服務人們的生活。
  
  參考文獻:
  
  [1]楊堤。基于物聯網的智能家居控制系統設計與實現[J].電子世界,2012(21)。
  [2]袁敏。基于物聯網的遠程智能家居控制系統的設計[J].制造業自動化,2012(8)。
    張保建.物聯網技術下的智能家居系統設計研究[J]. 科技展望, 2017(03).
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