王友順

（鄭州信息科技職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 450046）

引言

智能家居是計(jì)算機(jī)、通信網(wǎng)絡(luò)和遠(yuǎn)程控制技術(shù)發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物，可以實(shí)現(xiàn)照明設(shè)備、空調(diào)、音響等家居的遠(yuǎn)程控制和智能化管理，屬于一種全新的集中管理方式。相對(duì)于國(guó)內(nèi)來說，國(guó)外的智能家居技術(shù)發(fā)展勢(shì)頭十分迅猛[1]。目前，國(guó)內(nèi)智能家居設(shè)計(jì)相對(duì)滯后，市場(chǎng)上多類型的智能設(shè)備無法實(shí)現(xiàn)智能管理，且缺乏相應(yīng)的智能系統(tǒng)，嚴(yán)重限制了智能家居的發(fā)展。在大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)等平臺(tái)的快速發(fā)展下[2]，大眾對(duì)智能家居的需求日益強(qiáng)烈，并促使智能家居項(xiàng)目遠(yuǎn)程化、集成化方向發(fā)展。在此背景下，本文構(gòu)建一種基于大數(shù)據(jù)的智能家居平臺(tái)，旨在促進(jìn)智能家居的發(fā)展，降低智能家居的維護(hù)成本[3]。

1 智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)

1.1 實(shí)現(xiàn)家庭設(shè)備的智能聯(lián)動(dòng)

智能家居系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)平臺(tái)的聯(lián)合，對(duì)已經(jīng)接入網(wǎng)絡(luò)的電器進(jìn)行控制。智能家居系統(tǒng)通過向各網(wǎng)關(guān)、智能電器識(shí)別遠(yuǎn)程命令，并對(duì)自身的狀態(tài)進(jìn)行判斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。

1.2 依據(jù)需求設(shè)置智能情景

智能家居系統(tǒng)通過大數(shù)據(jù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)程信息采集，了解室內(nèi)的環(huán)境參數(shù)，包括：光照、濕度、熱成像信息，以及用戶身份審核、用戶信息。

1.3 享受“傻瓜式”的設(shè)備維護(hù)

燈光、通風(fēng)等設(shè)備需要定期維護(hù)和檢測(cè)，智能家居系統(tǒng)可以依據(jù)服務(wù)器內(nèi)的數(shù)據(jù)，與設(shè)備自身的參數(shù)和額定運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行比較，計(jì)算設(shè)備的故障率。而且，智能家居系統(tǒng)對(duì)設(shè)備定時(shí)關(guān)閉、開啟和休眠，防止設(shè)備超出運(yùn)行時(shí)間，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。

2 智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)功能

智能家居系統(tǒng)主要包括玄關(guān)區(qū)、客廳區(qū)、臥室區(qū)、浴室區(qū)和廚房區(qū)，如圖1 所示。具體內(nèi)容如下：玄關(guān)區(qū)涉及智能鎖、室內(nèi)對(duì)講、人體感應(yīng)、燈光控制和能耗采集；客廳區(qū)涉及智能音響、燈光控制和窗簾控制；臥室區(qū)涉及空調(diào)控制、能耗采集、緊急報(bào)警、窗簾控制；浴室區(qū)涉及客廳、緊急報(bào)警和通風(fēng)[4]；廚房區(qū)涉及煤氣報(bào)警、漏水報(bào)警、家電控制。上述功能均由中央集成系統(tǒng)控制，并進(jìn)行閾值設(shè)置，以及能耗調(diào)節(jié)、空氣質(zhì)量信息，以及煤氣、水電報(bào)警燈等信息采集和記錄。

2.2 數(shù)據(jù)流

智能家居系統(tǒng)采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的DALI 協(xié)議，并利用該協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)關(guān)接入，促使燈光、窗簾等設(shè)備間進(jìn)行信息通信。其中，智能家居系統(tǒng)對(duì)IP 攝像頭采用H.265、H.264 標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)空調(diào)、AV 設(shè)備、家電和安防設(shè)備，采用物聯(lián)網(wǎng)接入?yún)f(xié)議，對(duì)手機(jī)、移動(dòng)終端和平板電腦采用WIFI 接入，或者4G/5G 網(wǎng)絡(luò)接入。其中，具體的數(shù)據(jù)流程圖如圖2 所示。

智能家居系統(tǒng)接收云端數(shù)據(jù)流，用DALI 網(wǎng)關(guān)、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的協(xié)議進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)對(duì)燈、通風(fēng)等設(shè)備間的遠(yuǎn)程控制，并接收?qǐng)?bào)警信息。另外，接收各智能設(shè)備的反饋信息，將相關(guān)信息反饋到云數(shù)據(jù)的服務(wù)器中，形成系統(tǒng)日志。

3 智能家居系統(tǒng)的功能

由圖3 可知，智能系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)過程如下：

第一步，燈光、窗簾的控制。開關(guān)控制是采用開關(guān)驅(qū)動(dòng)模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)、燈光的獨(dú)立控制。亮度調(diào)節(jié)控制是根據(jù)用戶的喜好，對(duì)燈光的亮度、色彩進(jìn)行控制[5]。場(chǎng)景控制是根據(jù)系統(tǒng)中預(yù)設(shè)的內(nèi)容切換到相應(yīng)的場(chǎng)景，如溫馨、明亮、用餐和睡眠等。

第二步，空調(diào)控制。空調(diào)與智能家居接入以后，會(huì)形成三維立體的控制場(chǎng)景，與智能終端、音響和溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)溫度的全面監(jiān)控。

第三步，安防監(jiān)控。智能家居是通過IP 攝像頭、智能門鎖，可視化對(duì)講機(jī)和探測(cè)設(shè)備（煤氣探測(cè)、煙霧預(yù)警、水浸探測(cè)）等，實(shí)現(xiàn)主機(jī)的安防監(jiān)控。

第四步，背景音樂控制。在移動(dòng)終端上，實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)電視節(jié)目的調(diào)節(jié)、音量控制，以及環(huán)境模式的切換，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的多媒體控制[6]。

第五步，能源實(shí)時(shí)管理。利用從設(shè)備的能耗，進(jìn)行分類的管理和受控制，實(shí)現(xiàn)電氣的有效節(jié)能。另外，能源管理可以通過閾值進(jìn)行設(shè)置，實(shí)現(xiàn)能耗的有效利用。

第六步，健康環(huán)境管理。利用PM2.5 監(jiān)測(cè)設(shè)備、空氣有機(jī)化合物檢測(cè)、室內(nèi)溫度和濕度檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)空氣質(zhì)量的遠(yuǎn)程管理和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。

第七步，家電管理。利用互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云平臺(tái)等方式，對(duì)能耗、在線時(shí)間、溫度等進(jìn)行遠(yuǎn)程管理。

4 仿真實(shí)驗(yàn)

4.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

為了保證智能家具系統(tǒng)的普遍性，并在各家居的任意計(jì)算機(jī)中安裝，需要進(jìn)行各模塊的功能校驗(yàn)。系統(tǒng)的測(cè)試環(huán)境為：CPU2.5 Hz，硬盤500 GB，內(nèi)存4GB，顯卡為集成Groforce2.4。燈光、窗簾控制模塊為用戶提供燈光調(diào)節(jié)、窗簾拉開等，并按照外部陽(yáng)光的強(qiáng)度、室內(nèi)敏感度進(jìn)行不同比例的調(diào)節(jié)，控制過程如圖3 所示?？照{(diào)控制模塊為空調(diào)開關(guān)，依據(jù)室內(nèi)溫度進(jìn)行空調(diào)的溫度調(diào)節(jié)。安防監(jiān)控模塊為門鎖、煤氣、電線熱度的監(jiān)控，并將報(bào)警信息傳輸?shù)接脩舻氖謾C(jī)上；背景音樂模塊為客戶的預(yù)設(shè)時(shí)間進(jìn)行音樂播放；能源實(shí)時(shí)管理模塊為煤氣、電燈、水閥進(jìn)行自動(dòng)控制，依據(jù)用戶預(yù)設(shè)值進(jìn)行控制。健康環(huán)境管理模塊是對(duì)室內(nèi)空氣的霧霾量、負(fù)氧離子進(jìn)行檢測(cè)，并向用戶提供空氣質(zhì)量信息；家電管理模塊是對(duì)電燈、電腦、微波爐等電器進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟動(dòng)、關(guān)閉；整體功能模塊為各個(gè)模塊信息的收集，形成信息表傳遞給用戶。

4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

測(cè)試實(shí)驗(yàn)程序從智能居家系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)取信息，并進(jìn)行分析，輸出結(jié)果為：各模塊的響應(yīng)時(shí)間、實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確性。同時(shí)，為了進(jìn)一步研究居家智能系統(tǒng)，不斷增加測(cè)試時(shí)間和各模塊的操作次數(shù)，并與原有管理系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比，測(cè)試結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析如表1 所示。

表1 系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果

由表1 可知，智能系統(tǒng)的整體測(cè)試結(jié)果較好，整體相應(yīng)的平均時(shí)間為2 s，準(zhǔn)確性為92.4%。與原有居家系統(tǒng)相比，本文智能居家系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間、響應(yīng)準(zhǔn)確性得到大幅提高，智能管理的優(yōu)勢(shì)更加明顯。所以，本文智能居家系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)越性較高。

5 結(jié)語(yǔ)

智能家居是在信息系統(tǒng)、通訊設(shè)備快速發(fā)展的情況下，形成了一種新型家居管理模式[7]。智能家居與大數(shù)據(jù)平臺(tái)的融合，可以實(shí)現(xiàn)家居設(shè)備的遠(yuǎn)程管理和調(diào)用。在進(jìn)行智能家居管理過程中，可以租用物聯(lián)網(wǎng)、阿里、騰訊等公司的服務(wù)器，利用其SaaS 層中的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)和管理，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的遠(yuǎn)程管理服務(wù)。本文開發(fā)的智能居家系統(tǒng)可以滿足用戶需求，而且系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間、響應(yīng)準(zhǔn)確性更優(yōu)，未來該系統(tǒng)將增加更多功能。