曹科 石學(xué)文

摘要：本文結(jié)合當(dāng)前智能家居發(fā)展情況，在分析了物聯(lián)網(wǎng)特征與智能家居概念的基礎(chǔ)上，從設(shè)計(jì)需求、整體設(shè)計(jì)以及結(jié)構(gòu)體系等多角度分析了物聯(lián)網(wǎng)智能家居網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，并論述了智能家居設(shè)計(jì)中硬件設(shè)計(jì)以及軟件設(shè)計(jì)應(yīng)該注意的問題。通過基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居設(shè)計(jì)系統(tǒng)的探討，智能網(wǎng)的快速發(fā)展必將會(huì)帶來智能家居的革命性進(jìn)步，也會(huì)進(jìn)一步提升人們生活的總體質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);智能家居;家居設(shè)計(jì)

在信息化時(shí)代背景下，人們?cè)絹碓疥P(guān)注到自身的生活品質(zhì)，信息技術(shù)也正在深刻地改變著人們的生活和工作，也能更好地滿足人們對(duì)于美好幸福生活的高層次標(biāo)準(zhǔn)要求，能實(shí)現(xiàn)更加智能化的生活。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，是實(shí)現(xiàn)人們生活品質(zhì)得到全方位提升的重要保障，對(duì)人們?nèi)粘Ｉ顜砹酥T多的便利性。

1 物聯(lián)網(wǎng)與智能家居概述

1.1 物聯(lián)網(wǎng)概念

“物聯(lián)網(wǎng)”概念則是在1985年在美國(guó)率先提出，主要是通過信息技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，能有效獲得相關(guān)設(shè)備的信息，從而緩解人工壓力，提升工作效率，主要是則是通過傳感器技術(shù)能有效獲取相關(guān)信息資料，并能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性、時(shí)效性。相比于互聯(lián)網(wǎng)來說，物聯(lián)網(wǎng)具有相似的特征，但主要是通過紅外線傳感器、溫度傳感器、光照傳感器相關(guān)設(shè)備，來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的嵌入式計(jì)算機(jī)的連接處理，并按照實(shí)際需求來設(shè)定主體設(shè)備的電子化標(biāo)簽，從而滿足上網(wǎng)的要求。從個(gè)人情況來看，能有效實(shí)現(xiàn)相關(guān)的坐標(biāo)、參數(shù)等監(jiān)測(cè)工作。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)特征

1.2.1傳感器技術(shù)

傳感器技術(shù)則是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中最為關(guān)鍵的內(nèi)容，涉及到相應(yīng)的生物量、化學(xué)量、物理量等方面的信息資源的獲取技術(shù)。在應(yīng)用傳感器技術(shù)的過程中，主要體現(xiàn)出數(shù)字化特征，能實(shí)現(xiàn)接受以及轉(zhuǎn)化數(shù)字信號(hào)的要求，從而明確相關(guān)的信息內(nèi)容，保障信息傳輸質(zhì)量及效率的大幅度提升，避免出現(xiàn)信息內(nèi)容不準(zhǔn)確、模糊等情況;其次，具備多功能的特性，能涉及到紅外線、溫度、光照等多種方面的應(yīng)用，符合經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的多元化需求;另外，還具備聯(lián)網(wǎng)型，能有效進(jìn)行采集信息的上傳，實(shí)行動(dòng)態(tài)化的觀測(cè)信息，體現(xiàn)出靈活方便的互動(dòng)性特點(diǎn)。

1.2.2 無線射頻識(shí)別技術(shù)

無線射頻識(shí)別技術(shù)，簡(jiǎn)稱RFID技術(shù)，則是屬于無線通信的范疇，能有效實(shí)現(xiàn)無線電信號(hào)的電子標(biāo)簽?zāi)苡行гO(shè)置在觀測(cè)對(duì)象上，并能有效進(jìn)行相關(guān)的觀測(cè)以及物理定位等操作，能滿足體現(xiàn)出“非接觸識(shí)別”的特點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域、自由化的信號(hào)傳輸活動(dòng)工作，避免在傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)中所涉及到的必須要直接接觸的限制，使得應(yīng)用功能得到全范圍的拓展。另外，還可以結(jié)合實(shí)際需求來反復(fù)國(guó)瓷應(yīng)用無線射頻技術(shù)，能結(jié)合實(shí)際需求來進(jìn)行標(biāo)簽內(nèi)容的修改，實(shí)現(xiàn)技術(shù)成本得到控制，也能滿足高效、便捷化的實(shí)際應(yīng)用需求。

1.2.3 Zigbee技術(shù)

Zigbee技術(shù)則類似于傳統(tǒng)意義上的無線藍(lán)牙技術(shù)，能滿足實(shí)現(xiàn)近場(chǎng)信息接收與傳輸?shù)囊?，但相比而言則具有更低的功耗，在這樣能有效控制應(yīng)用成本，具有更為廣闊的應(yīng)用空間?！暗凸摹眲t是最為顯著的特點(diǎn)，大部分非工作狀態(tài)則是休眠狀態(tài)，并沒有電能的損耗。相應(yīng)的發(fā)射功率比較低，這樣就會(huì)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的比較低的耗電量。另外，Zigbee技術(shù)還體現(xiàn)出“設(shè)備容量大”的特點(diǎn)，能滿足在網(wǎng)絡(luò)條件下接入多臺(tái)設(shè)備的需要，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信的高效工作。所以，其在智能家居系統(tǒng)中具有廣泛而可靠的應(yīng)用空間。

1.3 智能家居特點(diǎn)

智能家居系統(tǒng)則是成為“智能住宅”，美國(guó)在1984年便提出了智能建筑的概念以及應(yīng)用，并在隨后頒布了滿足于個(gè)人家庭的《家庭自動(dòng)化系統(tǒng)與通訊標(biāo)準(zhǔn)》。隨著不斷的發(fā)展，我國(guó)的建筑智能化水平越來越高，在進(jìn)入二十一世紀(jì)后，我們?cè)絹碓街匾暰G色低碳、資源節(jié)約型社會(huì)的發(fā)展，智能家居得到了空前的發(fā)展機(jī)會(huì)，一大批的Zigbee無線網(wǎng)技術(shù)、語音控制技術(shù)、CAN總線技術(shù)、STM32無線網(wǎng)絡(luò)和IntoRotot云平臺(tái)技術(shù)得到了快速發(fā)展，正在不斷推動(dòng)著我國(guó)的智能家居控制系統(tǒng)的快速前進(jìn)，也能更好地滿足于個(gè)性化的家居環(huán)境中的智能控制要求。

總體來看，隨著我國(guó)智能家居控制系統(tǒng)的日趨成熟，盡管存在著一定的個(gè)性化、差異化的實(shí)際需求，但總體表現(xiàn)為如下幾個(gè)方面的特點(diǎn)：一是，符合個(gè)人的家居環(huán)境、應(yīng)用習(xí)慣以及服務(wù)需求則是主要原則，能提出有針對(duì)性的個(gè)性化家居智能控制服務(wù)技術(shù)，這樣也能有效推廣智能家居控制系統(tǒng)的應(yīng)用空間;二是，家居控制系統(tǒng)具有節(jié)能性、安全性以及舒適性等特點(diǎn)，能有助于積極構(gòu)建更好的人居環(huán)境，符合當(dāng)前綠色低碳化社會(huì)的發(fā)展要求;三是，重視網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)、通信技術(shù)以及終端設(shè)備應(yīng)用技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，用技術(shù)的進(jìn)步來推動(dòng)智能家居控制系統(tǒng)的快速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)智能家居控制系統(tǒng)應(yīng)用得到普及。

2 物聯(lián)網(wǎng)智能家居網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)需求

結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)智能家居網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求，一定要滿足物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，更好地服務(wù)于智能家居系統(tǒng)，通過系統(tǒng)優(yōu)化來保障提供具有節(jié)能性、安全性、舒適性的多種家居需求。正是從多種需求的角度出發(fā)，才能保障物聯(lián)網(wǎng)智能家居網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有廣泛的應(yīng)用空間。其中，安防系統(tǒng)功能則是能從中整體來有效檢測(cè)智能系統(tǒng)中設(shè)備情況，如出現(xiàn)異常情況時(shí)，則應(yīng)立即進(jìn)行報(bào)警處理;舒適度自動(dòng)調(diào)節(jié)則是能進(jìn)行動(dòng)態(tài)化的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)室內(nèi)溫度的情況，能結(jié)合用戶的實(shí)際需求來進(jìn)行智能化的調(diào)節(jié)，以滿足用戶的需求。調(diào)控指令則是借助于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，能有效進(jìn)行命令消息傳遞以及反饋。通信功能則是對(duì)于住宅中存在著火災(zāi)等危險(xiǎn)進(jìn)行有效提醒，起到必要的警報(bào)作用。所以，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)智能家居網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的實(shí)際需求，能體現(xiàn)出用戶的不同功能的各個(gè)方面，特別是滿足于人們的舒適性、安全性的要求，同時(shí)，借助于先進(jìn)的信息數(shù)據(jù)處理以及分析功能，還能有效提供智能化的控制方案。

2.2 整體設(shè)計(jì)

總整體設(shè)計(jì)的角度來看，則是能有效控制能耗成本，控制投入成本，借助于先進(jìn)的傳感器技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，并沒有在硬件投入過于的成本。結(jié)合實(shí)用性的角度進(jìn)行分析，這里采用嵌入式的方案，能有效配套嵌入式較為成熟的軟件應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)軟件設(shè)計(jì)開發(fā)成本得到有效控制。

結(jié)合基于物聯(lián)網(wǎng)的調(diào)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，主要是從局域網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)兩個(gè)部分進(jìn)行，并能結(jié)合實(shí)際需求通過無線和有線兩種方式開展連接處理?；ヂ?lián)網(wǎng)單元模塊，則是通過個(gè)人手機(jī)以及遠(yuǎn)程監(jiān)控的方式來進(jìn)行操作。硬件則是選擇符合實(shí)際需求的芯片，能夠快速處理數(shù)據(jù)資料信息。電路設(shè)計(jì)則體現(xiàn)出一定的節(jié)能性;軟件則是則是采用模塊單元化的設(shè)計(jì)方案，能具有簡(jiǎn)潔性、復(fù)用程度高的特點(diǎn)。從通信方式角度分析，系統(tǒng)能滿足實(shí)現(xiàn)家居環(huán)境中所有信息資料的傳遞以及處理的要求，具有一定的可開發(fā)性，能實(shí)現(xiàn)與多個(gè)單元滿足多元化的通信需求，能保障較高的通信質(zhì)量。

2.3 系統(tǒng)軟件體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)體系設(shè)計(jì)則主要體現(xiàn)出節(jié)能性的特點(diǎn)，在模塊化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，則應(yīng)合理化安排各個(gè)單元功能，并能設(shè)計(jì)良好的連接接口，從而有效控制相關(guān)的能耗問題。同時(shí)，在進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)以及管理中，則利用簡(jiǎn)單化的方式，滿足系統(tǒng)能在非工作狀態(tài)下的快速休眠模式，有效避免出現(xiàn)不必要的能耗問題。在通信層面來看，則應(yīng)重視數(shù)據(jù)的完整性應(yīng)用方面。

3 智能家居系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1 通信單元設(shè)計(jì)

在具體通信實(shí)踐過程中，則應(yīng)明確不同節(jié)點(diǎn)和智能網(wǎng)滿足較為緊密的聯(lián)系方式，并能借助于ZigBee系統(tǒng)來滿足，所以，通信單元?jiǎng)t是智能家居系統(tǒng)中最主要的方面，直接關(guān)系到系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性情況。在方案設(shè)計(jì)中，借助于ZigBee技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，能具有較強(qiáng)的抗干擾性，通過健壯的算法能有效避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的問題，以保障實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的合理化存儲(chǔ)的要求，滿足在盡可能短的階段中實(shí)現(xiàn)有效傳輸，具有較強(qiáng)的時(shí)效性。

結(jié)合TC35單元硬件模型的設(shè)計(jì)方案，則是通過GSM單元來進(jìn)行數(shù)據(jù)的智能化分析，有效實(shí)現(xiàn)設(shè)備的連接，并能進(jìn)行傳輸所接受的數(shù)據(jù)信息內(nèi)容至使用者的接收器，使用者能有效通過該接收器來進(jìn)行指令發(fā)出。

在具體的操作環(huán)節(jié)中，由于TC35 GSM模塊具有明顯的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，具有較為廣泛的應(yīng)用，往往能耗較低，并能有效節(jié)省控制，實(shí)現(xiàn)雙頻道的合理利用。

3.2 采集單元設(shè)計(jì)

結(jié)合智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求來看，則應(yīng)有效實(shí)現(xiàn)溫度采集工作，具體的連接環(huán)節(jié)，一定要嚴(yán)格落實(shí)具體的安裝要求和順序，從而保障推動(dòng)模塊的正常化運(yùn)行。

3.2.1溫度傳感器單元

在進(jìn)行溫度傳感器單元的選擇過程中，這里主要采用DS18820的模塊，能滿足55℃以上的測(cè)量，符合智能家居環(huán)境的要求。此模塊小巧耐用，操作簡(jiǎn)便，廣泛適用于房間環(huán)境，通過一根導(dǎo)線連接就可以滿足信息傳輸要求。

3.2.2 濕度傳感器單元

現(xiàn)代人非常重視生活品質(zhì)，而環(huán)境濕度則是居住品質(zhì)中重要內(nèi)容，這里選擇相應(yīng)的采集及監(jiān)測(cè)濕度的傳感器，能有效反映出居住環(huán)境中的濕度動(dòng)態(tài)變化情況。同樣利用一根導(dǎo)線能實(shí)現(xiàn)濕度傳感器的數(shù)據(jù)傳輸，設(shè)計(jì)類似于溫度傳感器，借助于MCU進(jìn)行信號(hào)發(fā)送，在非工作狀態(tài)下而進(jìn)行低消耗模式的運(yùn)行。同時(shí)，還將安全防衛(wèi)系統(tǒng)融入模塊單元中，能有效監(jiān)控危險(xiǎn)事故，當(dāng)出現(xiàn)問題后則應(yīng)進(jìn)行報(bào)警處理。一般來說，家庭都是無人狀態(tài)，這樣能大大降低安全事故隱患。

3.2.3 火警監(jiān)測(cè)單元

在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，火災(zāi)火災(zāi)報(bào)警的主要標(biāo)志則是為C0濃度，這里選擇MQ-7傳感器。此傳感器能有效進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)CO濃度，具有比較好的靈敏性，完全符合智能家居系統(tǒng)的要求，能有效實(shí)現(xiàn)CO濃度檢查，實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)信息的快速收集。同時(shí)，在電壓低的情況下，能夠檢測(cè)，而當(dāng)電壓較高情況下則能夠驅(qū)散收集到的氣體。在盡可能短的時(shí)間內(nèi)，能有效通知用戶，能配置相關(guān)的蜂鳴器來進(jìn)行檢測(cè)火災(zāi)，在火災(zāi)情況下，則會(huì)自動(dòng)觸動(dòng)蜂鳴器報(bào)警裝置。

3.2.4紅外簾幕傳感器

結(jié)合家庭中安裝傳感器來檢測(cè)外界入侵的情況，則應(yīng)合理化選擇傳感器，能安裝在住宅附近，能有效實(shí)現(xiàn)對(duì)于住宅整體環(huán)境的保護(hù)要求。當(dāng)出現(xiàn)緊急入侵的情況時(shí)，則能通過紅外幕簾傳感器的作用來觸發(fā)警報(bào)，從而能滿足住宅以及內(nèi)部人員的生命財(cái)產(chǎn)安全。

4 智能家居系統(tǒng)中的軟件設(shè)計(jì)

結(jié)合智能家居系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)情況，這里選擇具有一定可靠性的IAR Systems的c/c++編譯器環(huán)境，能有效將其推廣應(yīng)用在大范圍的應(yīng)用程序中，具有良好的效果。相比而言，這種環(huán)境能有效利用好當(dāng)前較為先進(jìn)的芯片處理技術(shù)。在進(jìn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)采集之后，能夠借助于預(yù)先設(shè)定好的程序來進(jìn)行處理，能將分析結(jié)果及時(shí)向網(wǎng)關(guān)進(jìn)行必要的反饋。在此之后，節(jié)點(diǎn)則會(huì)停止工作，并能等待著再次使用。

對(duì)于調(diào)控點(diǎn)來看，并沒存在著休眠狀態(tài)，則應(yīng)意味著全天的工作狀態(tài)，這樣能有效進(jìn)行指令的接收以及發(fā)送處理，并能按照不同工作流程來進(jìn)行相關(guān)工作。在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)過程中，則應(yīng)落實(shí)好規(guī)范、科學(xué)的要求，實(shí)現(xiàn)快速連接網(wǎng)絡(luò)，符合數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕疽?，有效控制能耗問題。對(duì)于啟動(dòng)控制節(jié)點(diǎn)的工作流程指令之后，則能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化搜索，有效進(jìn)行本地網(wǎng)絡(luò)的連接。調(diào)控節(jié)能則應(yīng)滿足實(shí)際環(huán)境中的多線程需求，能有效從多角度來開展數(shù)據(jù)的采集以及處理工作。

對(duì)于智能家居系統(tǒng)中網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)來說，能具備發(fā)送指令等多方面的功能，借助于接受信息工作，則能有效通過網(wǎng)關(guān)來進(jìn)行數(shù)據(jù)的深入剖析，從而為后續(xù)工作奠定良好的基礎(chǔ)。從數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性角度出發(fā)，則應(yīng)體現(xiàn)出本設(shè)計(jì)中的多線程特點(diǎn)，能有效實(shí)現(xiàn)快速處理數(shù)據(jù)的要求。借助于手機(jī)終端登錄的方式，能全方位來查閱家居中的環(huán)境，并能借助于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來實(shí)時(shí)操控家居電器，能提供安防、溫度、濕度等多個(gè)操控界面，能很好地體現(xiàn)出家居智能化的服務(wù)要求。

5 結(jié)論

由此可見，在信息化時(shí)代背景下，正是由于計(jì)算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、傳感器技術(shù)等快速發(fā)展，能全方位推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)步，從而能有效實(shí)現(xiàn)人們對(duì)于家居生活智能化的需求。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷成熟和進(jìn)步的背景下，智能技術(shù)必將給家居生活帶來深刻的影響，同時(shí)，也能更好地滿足于人們對(duì)于美好生活的追求，這也是信息時(shí)代發(fā)展的必然要求。

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作者簡(jiǎn)介

曹科（1994-），男，山東省淄博市人。碩士學(xué)位，學(xué)生。研究方向?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)與智能控制。

石學(xué)文（1971-），男，山東省秦安市人。碩士學(xué)位，副教授。研究方向?yàn)橹悄芸刂啤?/p>