導(dǎo)言：作為寫作愛好者，不可錯過為您精心挑選的10篇物聯(lián)網(wǎng)與智能家居，它們將為您的寫作提供全新的視角，我們衷心期待您的閱讀，并希望這些內(nèi)容能為您提供靈感和參考。

篇1

中圖分類號：g712文獻標(biāo)識碼：a文章編號：1672-5727（2014）07-0107-03

“智能家居”的概念自20世紀(jì)80年代被提出后，進入21世紀(jì)才引起社會的廣泛關(guān)注。隨著智能家居技術(shù)的不斷成熟、產(chǎn)品不斷完善、市場不斷發(fā)展，人們對它由陌生變熟悉，逐漸地由“遠觀”到真正應(yīng)用于家庭生活。正是因此，以往對智能家居的定義已經(jīng)不夠準(zhǔn)確而詳盡，現(xiàn)在非常有必要重新審視智能家居的定義，以適應(yīng)智能家居行業(yè)的新發(fā)展。特別是“物聯(lián)網(wǎng)”概念提出以后，學(xué)術(shù)界開始大量探討與物聯(lián)網(wǎng)智能家居相關(guān)的概念、技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)業(yè)界也開始在多個領(lǐng)域加強對智能家居技術(shù)的應(yīng)用，數(shù)百所高等院校相關(guān)專業(yè)都開設(shè)了“智能家居”課程。

目前物聯(lián)網(wǎng)的現(xiàn)狀與當(dāng)初的互聯(lián)網(wǎng)非常相似，今天的互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)形成了巨大的產(chǎn)業(yè)規(guī)模并衍生出很多行業(yè)。作為物聯(lián)網(wǎng)最主要、最重要的組成部分，物聯(lián)網(wǎng)智能家居也將經(jīng)歷這樣一次升級。家用電器的數(shù)量遠遠超過電腦、手機的總和，如果再加上各種諸如智能眼鏡和智能手表之類的無線傳感器、控制器，數(shù)量上就會是傳統(tǒng)電腦及手機的幾十倍甚至上百倍，可以說，單單一個物聯(lián)網(wǎng)智能家居的市場可能就是傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)及移動互聯(lián)網(wǎng)總和的幾十倍以上。從某種程度上來講，離開了智能家居，智慧城市或者智慧地球就失去了存在的基礎(chǔ)，可以說智能家居將成為物聯(lián)網(wǎng)最主流的應(yīng)用市場。

課程開發(fā)

為了體現(xiàn)工學(xué)結(jié)合的辦學(xué)特色，我院在開設(shè)“物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)”之初，就堅持以職業(yè)崗位能力為核心的人才培養(yǎng)模式，開發(fā)了體現(xiàn)工學(xué)結(jié)合的課程體系，并根據(jù)技術(shù)領(lǐng)域和職業(yè)崗位的人才需求，突出專業(yè)技能的培養(yǎng)，形成了“理論與實踐相融合，以職業(yè)崗位作業(yè)流程為導(dǎo)向”的模塊化課程體系。通過開設(shè)一體化的專業(yè)實踐技能課程，將理論與實踐相結(jié)合，加強學(xué)生的綜合技能訓(xùn)練；推進課程與企業(yè)崗位技能需求相互融合，與就業(yè)崗位相互銜接，突出培養(yǎng)學(xué)生的實際操作經(jīng)驗；將職業(yè)資格、職業(yè)技能教育與院校日常教學(xué)相結(jié)合，大力推進實務(wù)專題、頂崗實習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)崗位的實踐能力。

物聯(lián)網(wǎng)的行業(yè)應(yīng)用包括智能交通、智能大棚、智能電網(wǎng)、智能家居、智能醫(yī)療等等，對于具有交通行業(yè)背景的院校而言，一般要開設(shè)“智能交通”課程；對于農(nóng)業(yè)類院校而言，一般應(yīng)開設(shè)“智能農(nóng)業(yè)大棚”課程；對于電力行業(yè)院校而言，可能就要開設(shè)“智能電網(wǎng)”課程。而我院是信息類院校，沒有專門的行業(yè)背景，所以根據(jù)福建省產(chǎn)業(yè)發(fā)展特點及我院的實際情況，并征求企業(yè)專家和專業(yè)教師的意見，制定了專業(yè)培養(yǎng)方案和課程體系，其中包括“智能家居”課程。

課程建設(shè)

物聯(lián)網(wǎng)智能家居的內(nèi)涵究竟是什么？哪些技術(shù)是核心技術(shù)？哪些產(chǎn)業(yè)或產(chǎn)值才真正屬于“智能家居”？這些問題看似簡單，但又難以回答。當(dāng)前，從技術(shù)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)規(guī)模、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等方面還不能明確回答上述疑問。也正是因此，市場上關(guān)于“智能家居”的技術(shù)及應(yīng)用各不相同，能夠作為高職院校教學(xué)材料的資料、書籍及實驗設(shè)備就更加少之又少。只有從務(wù)實的角度考慮，將智能家居引向以“實際應(yīng)用”為目標(biāo)的發(fā)展思路上，夯實智能家居的核心技術(shù)，拋開概念，注重應(yīng)用，智能家居才能成為獨立的學(xué)科專業(yè)，具有明確的科研方向，為物聯(lián)網(wǎng)新興產(chǎn)業(yè)服務(wù)。

因此，我院成立了“智能家居”課程建設(shè)小組，明確責(zé)任，分工合作，從案例資料收集、企業(yè)調(diào)研、教材編寫、實驗室建設(shè)等多方面推進課程的建設(shè)。截至目前，已完成課程標(biāo)準(zhǔn)（教學(xué)大綱）的制定、校本教材的編寫及實驗室的建設(shè)，圓滿完成了課程建設(shè)任務(wù)。

課程設(shè)計

本課程依據(jù)企業(yè)對物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)工程實施過程中的技能要求，以項目為單位組織教學(xué)，將智能家居各子系統(tǒng)的相關(guān)知識點和技能要素直接融入項目教學(xué)和實驗實訓(xùn)的各個環(huán)節(jié)中，讓學(xué)生在技能訓(xùn)練過程中加深對專業(yè)知識和技能的理解與應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的關(guān)鍵能力，滿足學(xué)生職業(yè)生涯發(fā)展的需要。

學(xué)習(xí)情境設(shè)計根據(jù)智能家居系統(tǒng)的實際工作崗位需求，以培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)能力為重點，引入具有一定代表性的行業(yè)應(yīng)用項目案例，從中分解知識點作為子項目，從簡單到復(fù)雜，將該學(xué)習(xí)領(lǐng)域課程劃分為5個學(xué)習(xí)情境，各學(xué)習(xí)情境的教學(xué)過程以行動為導(dǎo)向，以學(xué)生為主體，基于工作過程加以完成，如表1所示。

教學(xué)設(shè)計以智能家居的相應(yīng)子系統(tǒng)為項目，采用一體化教學(xué)模式，邊學(xué)邊做。以實際工程建設(shè)過程為切入點，選取典型工作情境，分組實施。按照情境導(dǎo)入、項目分析、方案制定、項目實施、小結(jié)評價5個教學(xué)環(huán)節(jié)進行教學(xué)設(shè)計。以視頻監(jiān)控項目為例進行的教學(xué)過程設(shè)計，如圖1所示。當(dāng)然，項目的選取要根據(jù)各院校的實際情況（包括實驗實訓(xùn)設(shè)備、專業(yè)教師能力以及合作企業(yè)等）而定。

教學(xué)方法與手段“智能家居”課程是一門理論性與實踐性相結(jié)合的課程，有些學(xué)生在此之前可能對“智能家居”知之甚少，因此授課過程中應(yīng)以實際應(yīng)用為主，以理論講授為輔，靈活運用多種教學(xué)模式，充分發(fā)揮傳統(tǒng)教學(xué)與現(xiàn)代教學(xué)的優(yōu)勢。（1）課堂講授。要將原理和概念深入淺出地講清、講透，并引導(dǎo)學(xué)生逐步理解課程的重點和難點，讓學(xué)生掌握基本概念、基本理論和基本技術(shù)，但不能講得太深，夠用即可。（2）實際工程項目參觀。在課程講授過程中，可安排并帶領(lǐng)學(xué)生參觀相關(guān)企業(yè)的建設(shè)項目和樣板演示，目的是使學(xué)生對智能家居有感性認識。（3）實際練習(xí)。充分利用本校實驗環(huán)境，在任務(wù)驅(qū)動課程設(shè)計理念的指導(dǎo)下，根據(jù)實際案例，按照工作過程步驟連貫進行，使理論與實踐的結(jié)合更緊密。（4）相互評估。在學(xué)生完成相關(guān)任務(wù)后，采用小組成員間和小組間相互檢查、測試、評分的方法，讓學(xué)生了解自己的不足，相互學(xué)習(xí)，取長補短，共同進步。（5）課外閱讀指導(dǎo)。目前物聯(lián)網(wǎng)智能家居技術(shù)及應(yīng)用多樣化，但標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，所以要鼓勵學(xué)生查閱相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)資源和輔助文獻，以進一步拓展學(xué)生的知識面。

教學(xué)成效

從理論到實踐，變被動為主動培養(yǎng)高技能應(yīng)用型人才，需要加強學(xué)生實踐操作、團隊合作等關(guān)鍵能力的培養(yǎng)，特別是對于一些課程的學(xué)習(xí)，許多學(xué)生只有在理解課程與未來工作的相關(guān)性之后，才能夠有目的、有意識地積極學(xué)習(xí)。因此，針對“智能家居”課程，應(yīng)采取以實踐教學(xué)為主、以理論教學(xué)為輔的教學(xué)方式，體現(xiàn)“做中學(xué)、學(xué)中做”的思想，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，使學(xué)生從傳統(tǒng)的“要我學(xué)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤拔乙獙W(xué)”，從而變被動教為主動學(xué)。

形式多樣、思想開放結(jié)合每節(jié)課學(xué)習(xí)的實踐和理論知識，課后組織討論，師生座談，積極閱讀物聯(lián)網(wǎng)和智能家居方面的資料書刊，結(jié)合學(xué)生的興趣，在課程組教師的帶領(lǐng)下或自發(fā)地成立智能家居相關(guān)子系統(tǒng)的項目小組，如“視頻監(jiān)控小組”、“門禁系統(tǒng)小組”、“環(huán)境監(jiān)測小組”、“智能窗簾小組”等，對智能家居進行多角度的深入探討。

校企合作、提高能力在“智能家居”課程教學(xué)過程中要加強對學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)，通過到企業(yè)參觀、到工程現(xiàn)場實踐、請企業(yè)管理人員介紹系統(tǒng)建設(shè)經(jīng)驗及存在問題與原因分析等方式，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，其效果主要體現(xiàn)在兩個方面：其一，使學(xué)生明確自己的興趣取向及理論知識的掌握情況，為學(xué)生選擇畢業(yè)論文題目及就業(yè)方向打下良好的基礎(chǔ)；其二，通過參加課外參觀實踐活動，增加學(xué)生關(guān)于智能家居工程項目建設(shè)的經(jīng)驗。

存在問題

第一，本課程采用分組項目教學(xué)，學(xué)生需要通過團隊協(xié)作完成相關(guān)任務(wù)，因此出現(xiàn)一些學(xué)生依賴小組其他成員完成任務(wù)的情況，需要在教學(xué)過程中加強引導(dǎo)。

第二，項目式教學(xué)需要更好的場地和設(shè)備，因此要完善實訓(xùn)教學(xué)條件，加強互動教學(xué)模式建設(shè)，不斷改進校企合作模式。

第三，項目式教學(xué)需要更多的現(xiàn)場指導(dǎo)和手把手的示范，教師的工作量增加，由一個任課教師講授、指導(dǎo)，難免顧此失彼，因此可組織課程教學(xué)團隊，由幾個教師共同完成同一教學(xué)任務(wù)，同時引入企業(yè)人員參與部分教學(xué)，教學(xué)效果更佳。

第四，本課程涉及的知識面廣、技能復(fù)雜，如何協(xié)調(diào)好有限的教學(xué)課時與多而廣的教學(xué)內(nèi)容之間的矛盾，進行適當(dāng)?shù)膬?nèi)容增減，是今后教學(xué)中需要不斷探討的

問題。

第五，目前關(guān)于智能家居的相關(guān)教材資料很少，能夠適合項目式教學(xué)需要的教材更是少之又少。因此編寫高職院校學(xué)生適用的“智能家居”教材非常必要，任務(wù)緊迫，與智能家居相關(guān)的技術(shù)及國家標(biāo)準(zhǔn)也在不斷改進和完善過程中，所以教材及課程內(nèi)容要實時跟蹤、不斷改進。

“十二五”期間，由于物聯(lián)網(wǎng)起步伊始，智能家居行業(yè)方興未艾，而我國真正從事該行業(yè)的人才極其匱乏，智能家居行業(yè)不僅是我國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，也是未來社會發(fā)展的必然趨勢?？梢詳喽?，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)必將不斷升級，發(fā)展成為“國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)”，國家對物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的推動及智能家居行業(yè)本身巨大的市場需求和廣闊的發(fā)展空間，必將產(chǎn)生對該行業(yè)人才的巨大需求。

參考文獻：

[1]于軍琪，孫繼武，等.智能建筑課程設(shè)計與項目實例[m].北京：中國電力出版社，2010.

[2]張家群.視頻監(jiān)控技術(shù)在家庭中的應(yīng)用[j].科技咨詢導(dǎo)報，2007（2）.

[3]黎連業(yè)，王超成，蘇暢.智能建筑弱電工程設(shè)計與實施[m].北京：中國電力出版社，2006.

[4]吳秀華.遠程智能化家庭安防系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[d].廈門：廈門大學(xué)，2006.

[5]朱金秀，韓光潔，，吳迪.物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程體系的研究與探索[j].中國電力教育，2012（16）.

[6]崔艷榮，陳勇.物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程體系設(shè)置探究[j].長江大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2010，7（2）.

篇2

中圖分類號：TP393 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2013）07-0038-04

0 引 言

世界上最早的智能建筑是1984年在美國誕生的，這之后，加拿大、歐洲、澳大利亞和東南亞等經(jīng)濟比較發(fā)達的國家先后開始開發(fā)智能建筑和智能家居產(chǎn)品。智能家居在國外已發(fā)展了20多年，特別在一些發(fā)達國家，智能家居的普及率相當(dāng)高，智能家居可以為人們提供一種高效、舒適、安全、便利、環(huán)保的家庭居住環(huán)境。在美國，蓋茨的被稱作“未來之屋”的豪宅堪稱當(dāng)今智能家居的經(jīng)典之作，所有的照明、音樂、溫度、濕度等，都可以根據(jù)客人的需要通過電腦任意調(diào)節(jié)；當(dāng)你踏入一個房間，藏在壁紙后方的揚聲器就會響起你喜愛的旋律，墻壁上則投射出你熟悉的畫作；廁所里安裝了一套檢查身體的電腦系統(tǒng)，如果發(fā)現(xiàn)異常，電腦會立即發(fā)出警報；地板中的傳感器在感應(yīng)到有人到來時就自動打開照明系統(tǒng)，在客人離去的同時自動關(guān)閉。在國內(nèi)，智能家居經(jīng)歷了10年的起步階段，發(fā)展速度緩慢。這主要是因為開發(fā)技術(shù)短期內(nèi)不成熟，沒有形成完整的、全面的系統(tǒng)解決方案，主要集中在一些分散的智能家庭控制子系統(tǒng)的研究上，所以有必要對智能家居系統(tǒng)做研究和探討。

1 智能家居的架構(gòu)

智能家居作為物聯(lián)網(wǎng)的一部分和人們的生活息息相關(guān)，是人們感受物聯(lián)網(wǎng)最直接的方式。通過智能家居系統(tǒng)，人們將充分感受到物聯(lián)網(wǎng)革命帶給人們的方便、快捷與智能化。圖1所示是智能家居系統(tǒng)的基本框架圖。下面對具有集中式信息處理模塊的智能家居系統(tǒng)作一簡要介紹。

圖1 智能家居系統(tǒng)框架

1.1 信息家電

信息家電應(yīng)該是一種價格低廉、操作簡便、實用性強、帶有PC主要功能的家電產(chǎn)品。利用電腦、電信和電子技術(shù)與傳統(tǒng)家電相結(jié)合的創(chuàng)新產(chǎn)品，是為數(shù)字化與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)更廣泛地深入家庭生活而設(shè)計的新型家用電器。在目前的傳統(tǒng)家電的基礎(chǔ)上，將信息技術(shù)融入傳統(tǒng)的家電當(dāng)中，使其功能更加強大，使用更加簡單、方便和實用，為家庭生活創(chuàng)造更高品質(zhì)的生活環(huán)境，比如模擬電視發(fā)展成數(shù)字電視，電冰箱、洗衣機、微波爐等也將會變成數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的信息家電。

1.2 信息處理模塊

為了使相互獨立的信息家電可以實現(xiàn)信息共享與協(xié)同工作，智能家居系統(tǒng)中必須具有專門的信息處理模塊。它的功能主要是收集家庭中各個家電的工作狀態(tài)和服務(wù)請求，對各種數(shù)據(jù)進行實時處理，并將結(jié)果送入功能驅(qū)動模塊。隨著家庭中信息家電的數(shù)量不斷增加，采用分布式的控制方式將具有更高的靈活性，這是未來智能家居系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。

1.3 通信模塊

如果說信息處理模塊是智能家居系統(tǒng)的大腦，那么通信模塊就是實現(xiàn)信息傳導(dǎo)的神經(jīng)。根據(jù)家庭組網(wǎng)的特點，通信模塊常利用已有的布線（如電力載波），或者采用無線傳輸（如藍牙、紅外、Wi-Fi、ZigBee）等。出于不同的信息家電對傳輸?shù)膸捯蟛煌?，實際中的通信模塊常采用多種方式混合組網(wǎng)。

1.4 功能驅(qū)動模塊

功能驅(qū)動模塊是信息流入、流出各個信息家電的接口。由于各個電器生產(chǎn)廠商的產(chǎn)品在功能和實現(xiàn)上都有很大的不同，所以必須通過功能驅(qū)動模塊將信息處理模塊的指令翻譯成電器可以執(zhí)行的電平信號，以及將電器的各種狀態(tài)信息轉(zhuǎn)換成信息處理模塊可以理解的二進制信息。

1.5 外界信息接口模塊

該模塊可以看成是一個家庭通向外界（如Internet）的網(wǎng)關(guān)，它在家庭內(nèi)部各種家電信息共享的基礎(chǔ)上，進一步實現(xiàn)了基于Internet的資源共享，從而更進一步實現(xiàn)了共享的深度和廣度，也將是未來智能家居系統(tǒng)發(fā)展的熱點。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)被稱為是繼計算機和互聯(lián)網(wǎng)信息產(chǎn)業(yè)后的第三次革命性創(chuàng)新[8]，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用無處不在。物聯(lián)網(wǎng)是讓所有的物品都能夠遠程感知和控制，并與現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)連接在一起，形成一個更加智慧的生產(chǎn)生活體系。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)層次由感知層、傳輸層和應(yīng)用層組成[10]，圖2所示是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的層次結(jié)構(gòu)。

物聯(lián)網(wǎng)以傳感器等傳感技術(shù)為基礎(chǔ)，實現(xiàn)信息采集和“物”的識別，通過傳輸層實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸與計算，經(jīng)過應(yīng)用層，實現(xiàn)所感知信息的應(yīng)用服務(wù)。

3 智能家居的主要技術(shù)

智能能家居系統(tǒng)應(yīng)用的主要技術(shù)包括網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)、通信技術(shù)和移動終端技術(shù)。

圖2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)層次結(jié)構(gòu)

3.1 網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)

3.1.1 通過家庭網(wǎng)關(guān)的互聯(lián)

家庭網(wǎng)關(guān)是智能家庭局域網(wǎng)的核心部分，主要完成家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)各種不同通信協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換和信息共享，以及同外部通信網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)交換功能。同時，網(wǎng)關(guān)一般還負責(zé)家庭智能設(shè)備的管理和控制。

3.1.2 通過外部擴展模塊實現(xiàn)與家電的互聯(lián)

為實現(xiàn)家用電器的集中控制和遠程控制功能，家庭智能網(wǎng)關(guān)通過有線或無線的方式，按照特定的通信協(xié)議借助外部擴展模塊控制家電或照明設(shè)備。

3.1.3 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用

以往的智能家居中，絕大多數(shù)是由單片機控制的。隨著新功能的不斷增加和性能的不斷提升，將處理能力大大增強的具有網(wǎng)絡(luò)功能的嵌入式操作系統(tǒng)和單片機的控制程序作相應(yīng)的調(diào)整，使之有機地結(jié)合成為完整的嵌入式系統(tǒng)。

3.2 通信技術(shù)

通信技術(shù)分為有線通信和無線通信技術(shù)，大多已日臻成熟?；赯igBee技術(shù)的智能家居無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，由于具有低成本、低功耗、較遠的覆蓋范圍及通用性強的特點，將成為智能家居系統(tǒng)中的又一亮點，必將給現(xiàn)代智能家居系統(tǒng)帶來一場新的變革。

3.3 移動終端技術(shù)

移動智能終端以智能手機為代表，另外還包含平板電腦、筆記本、智能電視等。移動智能終端內(nèi)嵌嵌入式操作系統(tǒng)，目前被廣泛推崇和得到迅速發(fā)展的是開放的、自由的Android系統(tǒng)[3]，主要應(yīng)用在移動互聯(lián)網(wǎng)方面。移動互聯(lián)網(wǎng)是將移動通信和互聯(lián)網(wǎng)二者結(jié)合起來的、融為一體的移動通信網(wǎng)絡(luò)，在最近幾年里，移動通信和互聯(lián)網(wǎng)是當(dāng)今世界發(fā)展最快、市場潛力最大、前景最誘人的兩大業(yè)務(wù)，它們的增長速度是任何預(yù)測家未曾預(yù)料到的。

4 智能家居的主要研究內(nèi)容

智能家居系統(tǒng)可滿足個性化需求。可以按不同用戶的需求，定制不同的方案。同時，也可模塊化服務(wù)，以滿足不同層次客戶的需求。從客戶需求上分析，智能家居系統(tǒng)的主要研究內(nèi)容如下：

（1） 通過移動智能終端，如智能手機等，隨時隨地控制家中電器的開關(guān)和監(jiān)測信息家電的工作狀態(tài)。

（2） 以“情景模式”一鍵組合控制家電，實現(xiàn)場景設(shè)定。

（3） 支持上述功能的同時，同樣可以使用家電原有的控制方式。

（4） 實時視頻，讓主人對家中的狀況一目了然。

（5） 當(dāng)家中發(fā)生警情時，可以自動打電話或發(fā)短信通知，并同時通知小區(qū)的物業(yè)，保安可第一時間到達現(xiàn)場。

（6） 網(wǎng)關(guān)服務(wù)器的密碼以及網(wǎng)絡(luò)控制頁面的登錄密碼，可以隨時更改，保證系統(tǒng)安全性。

5 智能家居通信方式比較

智能家居不同廠商產(chǎn)品的區(qū)別主要體現(xiàn)在通信組網(wǎng)方式上。市場上所有的產(chǎn)品無外乎有兩種進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞?，分別是有線方式和無線方式。

有線方式即總線控制方式，如EIB、C-Bus、H-Bus、LonWorks、SCS、RS-485等。有線方式因為需要進行布置復(fù)雜的線路，對原有建筑造成不同程度的破壞，而且維護、擴展也會帶來很多局限性，所以，采用有線通信方式的智能家居產(chǎn)品正在逐漸被淘汰。

無線方式包括射頻、載波、Wi-Fi、ZigBee、藍牙等。本文的智能家居產(chǎn)品采用ZigBee組網(wǎng)方式，而目前國內(nèi)僅有個別廠家采用ZigBee組網(wǎng)方式。表1所列是對各種無線組網(wǎng)方式的智能家居系統(tǒng)進行的比較。

在表1中，ZigBee技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無線通信技術(shù)，主要適合于自動控制和遠程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備中，同時支持地理定位功能。相對于現(xiàn)有的各種無線通信技術(shù)，ZigBee技術(shù)是最低功耗和成本的技術(shù)，這些特點決定了在智能家居中采用ZigBee組網(wǎng)是非常合適的。

6 基于ZigBee和移動終端技術(shù)的智能家居系統(tǒng)

6.1 系統(tǒng)框圖和主要實現(xiàn)原理

基于ZigBee的智能家居系統(tǒng)是未來智能家居系統(tǒng)的主流，該系統(tǒng)包含終端節(jié)點、路由器節(jié)點、傳感器網(wǎng)絡(luò)用戶終端、遠程監(jiān)控終端（如手機移動終端）等。圖3所示就是基于ZigBee和移動終端技術(shù)的智能家居系統(tǒng)圖。

圖3 基于ZigBee和移動終端技術(shù)的智能家居系統(tǒng)

在基于ZigBee和移動終端技術(shù)的智能家居系統(tǒng)中，終端節(jié)點是整個網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵，它的作用是開啟并配置無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)啟動成功后，通過路由器節(jié)點、網(wǎng)絡(luò)用戶終端，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)接收各節(jié)點的信息，并處理這些數(shù)據(jù)，將有用信息通過用戶交互程序顯示給用戶，然后接收用戶指令，再通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將指令傳遞到相應(yīng)的設(shè)備終端節(jié)點。如果要通過互聯(lián)網(wǎng)遠程控制，那么傳感器網(wǎng)絡(luò)用戶終端還要連接到互聯(lián)網(wǎng)，接收來自遠程智能終端的指令，起到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與遠程終端通信橋梁作用。

6.2 系統(tǒng)各部分的功能

6.2.1 終端節(jié)點

終端節(jié)點主要由傳感單元、處理單元、無線通信單元和電源單元四個基本單元組成，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。終端節(jié)點對于網(wǎng)絡(luò)的建立和維護沒有責(zé)任。其加入網(wǎng)絡(luò)后主要任務(wù)有兩個：一是通過傳感單元中的傳感器，采集物理信息并進行模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，處理單元負責(zé)信息存儲和處理，并送入無線通信單元，后者通過無線網(wǎng)絡(luò)上傳；二是接收用戶終端的指令，控制設(shè)備作出相應(yīng)的動作。

圖4 終端節(jié)點結(jié)構(gòu)圖

6.2.2 路由器節(jié)點

路由器節(jié)點的主要功能有兩個，一是為終端設(shè)備節(jié)點提供多跳路由，二是允許新啟動的節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò)，其作用相當(dāng)于互聯(lián)網(wǎng)中的路由器。

6.2.3 協(xié)調(diào)器網(wǎng)關(guān)

協(xié)調(diào)器網(wǎng)關(guān)是家庭控制網(wǎng)絡(luò)的主控設(shè)備，要求必須由至少一個ZigBee網(wǎng)絡(luò)的FFD設(shè)備組成。一方面，它主導(dǎo)家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)建立的整個過程，主要包括系統(tǒng)初始化、網(wǎng)絡(luò)的建立、地址的分配和成員的加入、節(jié)點設(shè)備數(shù)據(jù)的更新、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)表、設(shè)備關(guān)聯(lián)表等幾個方面；另一方面，作為家庭網(wǎng)關(guān)和設(shè)備節(jié)點之間的橋梁，完成家庭網(wǎng)關(guān)和家居設(shè)備節(jié)點的通信。家庭網(wǎng)關(guān)對外可以提供各種遠程智能控制接口，操作者可以通過手機移動終端連接到Internet訪問家庭網(wǎng)關(guān)的相關(guān)接口，對家中的家居設(shè)備節(jié)點進行數(shù)據(jù)訪問或者控制。

6.2.4 移動智能終端

移動智能終端可以是任意一臺接入互聯(lián)網(wǎng)的計算機設(shè)備，這時傳感器網(wǎng)絡(luò)用戶終端充當(dāng)通信橋梁。遠程控制終端通過身份認證后，就可以C/S模式或者B/S模式與傳感器網(wǎng)絡(luò)用戶終端進行通信，遠程控制智能家庭網(wǎng)絡(luò)。比如，我們出差長時間不在家，可通過移動智能終端遠程監(jiān)控家中的環(huán)境，定時打開通風(fēng)設(shè)備改善房間空氣環(huán)境；或者我們下班前可通過移動智能終端遠程控制空調(diào)或地暖設(shè)備工作，回到家就可以享受到我們想要的舒適環(huán)境。

6.3 系統(tǒng)采用ZigBee技術(shù)的主要特點

（1） 功耗低。具備多種休眠模式，在待機模式下，普通電池即可支持長達數(shù)月甚至一到兩年的連續(xù)工作。

（2） 可靠性高。ZigBee采用CSMA-CA碰撞避免機制，避免了數(shù)據(jù)包發(fā)送時信道的競爭和沖突。其MAC層采用完全確認的數(shù)據(jù)傳輸機制，設(shè)備發(fā)送出去的每一個數(shù)據(jù)包，接收設(shè)備在接收之后都必須回傳一個確認信息，發(fā)送方才能開始新的傳輸。

（3） 網(wǎng)絡(luò)容量大。具有星型結(jié)構(gòu)、樹狀結(jié)構(gòu)、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)等拓撲，一個全功能設(shè)備可以管理254個節(jié)點設(shè)備，全功能設(shè)備之間還能組成覆蓋范圍更大的網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)的最大容量可達2542個節(jié)點。

（4） 成本低。ZigBee網(wǎng)絡(luò)的重要特點就是數(shù)據(jù)傳輸速率低，通信協(xié)議簡單，極大地降低了組網(wǎng)的成本。大范圍組網(wǎng)時，每個節(jié)點的成本可以降到3美元以下。

（5） 數(shù)據(jù)安全。ZigBee提供了完整的安全機制，有效防止網(wǎng)絡(luò)被篡改，防止信息的截獲與竊聽，并提供了多種加密方法保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴?/p>

（6） 通用性。由ZigBee技術(shù)聯(lián)盟主導(dǎo)ZigBee標(biāo)準(zhǔn)的制定與修改，并保持了設(shè)備和協(xié)議通用性和完好的開放性。

6.4 系統(tǒng)采用移動終端技術(shù)的主要特點

移動終端應(yīng)用移動互聯(lián)網(wǎng)，而移動互聯(lián)網(wǎng)是將移動通信和互聯(lián)網(wǎng)二者結(jié)合起來的、融為一體的移動通信網(wǎng)絡(luò)。在最近幾年里，移動通信和互聯(lián)網(wǎng)是當(dāng)今世界發(fā)展最快、市場潛力最大、前景最誘人的兩大業(yè)務(wù)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

典型的移動終端平臺是Android 平臺。Android是Google公司針對智能終端開發(fā)的一個平臺，基于linux內(nèi)核，是開放、開源的系統(tǒng)，其大部分應(yīng)用主要是用java開發(fā)，具有很好的跨平臺性。實際上，移動終端就是一個可移動的計算機。

7 結(jié) 語

本文對基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居系統(tǒng)進行了研究與探討，分析了智能家居的架構(gòu)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)層次，提出了一套基于ZigBee和移動終端技術(shù)的智能家居系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用ZigBee技術(shù)和移動終端技術(shù)，具有諸多顯著特點。本文通過對通信方式進行比較后，在家居系統(tǒng)中選擇ZigBee通信技術(shù)，通過分析說明了ZigBee技術(shù)在樓宇自動化領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。系統(tǒng)在應(yīng)用中選擇移動終端技術(shù)，移動終端技術(shù)具有基于移動互聯(lián)網(wǎng)和可靠的嵌入式等特點，使智能家居控制系統(tǒng)具有智能化和可移動性?；赯igBee和移動終端技術(shù)的智能家居系統(tǒng)能將家庭中的家居設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)中，使傳統(tǒng)家居設(shè)備具有自動化、智能化等新特征，是未來智能家居的主流發(fā)展模式。

參 考 文 獻

[1] The EPCglobal Network?. Overview of Design Benefits and Security [EB/OL].[2004-09-24]. http：///documents/TheEPCglobalNetworkfromepcglobalinc_001.pdf.

[2] RUIZ L B， NOGUEIRA J M， LOUREIRO A A F. A management architecture for wireless sensor networks[J]. IEEE Communication Magazine， 2003， 41（2）： 116-125.

[3] 田森，李大和.用Android開發(fā)手機應(yīng)用[J].程序員，2008（1）：25-27.

[4] 原羿，蘇鴻根.基于ZigBee技術(shù)的無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用研究[J].計算機應(yīng)用與軟件，2004，21（6）：89-91.

[5] 金純，羅祖秋，羅風(fēng)，等.ZigBee技術(shù)基礎(chǔ)及案例分析[M].北京：國防工業(yè)出版社，2008.

[6] 王權(quán)平，王莉.ZigBee技術(shù)及其應(yīng)用[J].現(xiàn)代電信科技，2004（1）：33-37.

[7] 宋杰，黨李成，郭振朝，等.Android OS手機平臺的安全機制分析和應(yīng)用研究[J].計算機技術(shù)與發(fā)展，2010（6）：152-155.

篇3

[中圖分類號]TP

[文獻標(biāo)識碼]A

[文章編號]1671-5918（2015）13-0098-02

隨著人計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及通信技術(shù)的快速發(fā)展，人們對工作、生活的品質(zhì)要求愈來愈高，其中對家居的智能控制成為人們的必然需求。智能家居系統(tǒng)的控制，就是按照我們的實際生活要求，結(jié)合個性化服務(wù)，通過無線網(wǎng)絡(luò)及傳感技術(shù)應(yīng)用到與智能家居系統(tǒng)中，如安全防盜、音響控制、煤氣水電控制、空調(diào)控制等，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進行管理，從而實現(xiàn)智能化的家居生活環(huán)境。

一、物聯(lián)網(wǎng)家居概念

物聯(lián)網(wǎng)家居又稱物聯(lián)網(wǎng)智能家居、智能家居物聯(lián)網(wǎng)，是一個居住環(huán)境，是以住宅為平臺安裝有智能家居系統(tǒng)的居住環(huán)境，實施智能家居系統(tǒng)的過程就稱為物聯(lián)網(wǎng)智能家居集成。

物聯(lián)網(wǎng)家居集成是利用綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、安全防范技術(shù)、自動控制技術(shù)、音視頻技術(shù)將家居生活有關(guān)的設(shè)備集成。由于物聯(lián)網(wǎng)智能家居采用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議的不同，大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)都采用綜合布線方式，但少數(shù)系統(tǒng)可能并不采用綜合布線技術(shù)，如電力載波，不論哪一種情況，都一定有對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)來完成所需的信號傳輸任務(wù)，因此網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)家居集成中關(guān)鍵的技術(shù)之一。

安全防范技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)家居系統(tǒng)中必不可少的技術(shù)，在小區(qū)及戶內(nèi)可視對講、家庭監(jiān)控、家庭防盜報警、與家庭有關(guān)的小區(qū)一卡通等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。自動控制技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)家居系統(tǒng)中必不可少的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在物聯(lián)網(wǎng)家居控制中心、物聯(lián)網(wǎng)家居設(shè)備自動控制模塊中，對于家庭能源的科學(xué)管理、家庭設(shè)備的日程管理都有十分重要的作用。音視頻技術(shù)是實現(xiàn)家庭環(huán)境舒適性、藝術(shù)性的重要技術(shù)，體現(xiàn)在音視頻集中分配、背景音樂、家庭影院等方面。

又稱智能住宅。通俗地說，它是融合了自動化控制系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)于一體的網(wǎng)絡(luò)化智能化的家居控制系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)智能家居將讓用戶有更方便的手段來管理家庭設(shè)備，比如，通過家觸摸屏、無線遙控器、電話、互聯(lián)網(wǎng)或者語音識別控制家用設(shè)備，更可以執(zhí)行場景操作，使多個設(shè)備形成聯(lián)動；另一方面，物聯(lián)網(wǎng)智能家居內(nèi)的各種設(shè)備相互間可以通訊，不需要用戶指揮也能根據(jù)不同的狀態(tài)互動運行，從而給用戶帶來最大程度的高效、便利、舒適與安全。

二、物聯(lián)網(wǎng)家居與傳統(tǒng)智能家居的區(qū)別

提到傳統(tǒng)智能家居與物聯(lián)網(wǎng)家居的對比，大家第一個想到的便是是否采用了布線技術(shù)。當(dāng)前，是否采用綜合布線已經(jīng)成為區(qū)別物聯(lián)網(wǎng)智能家居與傳統(tǒng)智能家居的一個重要標(biāo)準(zhǔn)。

傳統(tǒng)的智能家居均采用有線的方式，不僅需要專業(yè)人員來施工、維護，而且施工周期長，費用也比較高，系統(tǒng)靈活性差、維護維修難、擴展能力低，很多項目建成后用戶根本無法更新升級，讓消費者苦不堪言，整個有線智能家居發(fā)展史甚至成了爛尾現(xiàn)象延續(xù)史。

而物聯(lián)網(wǎng)時代下的智能家居，則擺脫了這些束縛。物聯(lián)網(wǎng)的一個基本特征就是無處不在、無所不知。目標(biāo)是發(fā)展綠色全無線技術(shù)，包括感知、通訊等等不僅要求極低功耗，而且要求全無線覆蓋、高可靠連接、強安全通訊、大組網(wǎng)規(guī)模、能自我修復(fù)。具體到家庭應(yīng)用就是要求安裝非常簡單，使用非常方便，維護不用操心，擴展隨心所欲。簡單地說，就是一個普通消費者看著簡單的說明書就能夠自己迅速組裝完成整套智能家居系統(tǒng)，而且不需要專業(yè)人員的參與，這是物聯(lián)網(wǎng)型智能家居產(chǎn)品的一個重要特點。

三、家居控制系統(tǒng)的設(shè)計

由于技術(shù)及成本等條件限制，我國目前大多數(shù)生活小區(qū)中的安全監(jiān)控、小區(qū)管理等系統(tǒng)大多是獨立的管理模式。這種環(huán)境下，會造成人員和設(shè)備的浪費，增加了維護、維修的成本。所以，本系統(tǒng)在設(shè)計中著重注意了以下四個原則。

第一，設(shè)計要考慮到兼容性及殘存性。即盡量利用現(xiàn)有的軟硬件資源，盡量少增加軟硬件設(shè)備投資。

第二，設(shè)計要考慮到可擴展性。這就是說要采用成熟的技術(shù)，防止重復(fù)建設(shè)，少走彎路。

第三，設(shè)計要充分考慮安全性。以便有效地監(jiān)控人們生活安全，如住戶的水電氣及其它家用設(shè)施的安全，

（一）系統(tǒng)的整體設(shè)計

系統(tǒng)主要由三層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，在底層設(shè)計使用CAN現(xiàn)場總線，將電器設(shè)備連接到節(jié)點上；各節(jié)點通過以太網(wǎng)模塊或GPRS模塊連接到物聯(lián)網(wǎng)或移動網(wǎng)上。這樣就可以通過利用現(xiàn)有的電腦或手機控制的住戶的家電設(shè)備，如，空調(diào)開關(guān)及溫度的調(diào)節(jié)，調(diào)閱水電氣表的讀數(shù)等。

（二）各子系統(tǒng)設(shè)計

1.多媒體系統(tǒng)

考慮到用戶對多媒體的享受需求，我們可以對用戶配置一個多媒體接線箱，用于電話、有線電視及控制信息等信息插座鏈接。數(shù)量可以根據(jù)用戶個性化進行設(shè)計。

2.可視對講子系統(tǒng)設(shè)計

在每幢樓宇單元入口處門禁上設(shè)置編碼式的可視對講機系統(tǒng)，物業(yè)管理中心配置對講管理主機。系統(tǒng)具有感應(yīng)卡開起電控鎖功能。

3.安全監(jiān)控子系統(tǒng)

在生活住戶內(nèi)安裝天然氣泄露、火災(zāi)、非法入侵等報警功能設(shè)備。比如：可在廚房安裝天然氣報警裝置，在客廳安裝煙霧探測器及紅外探測器，窗戶及陽臺加裝紅外柵欄。監(jiān)控系統(tǒng)可以通過多種方式報警。如，電話語音報警或向小區(qū)管理中心報警等

4.控制子系統(tǒng)設(shè)計

家電智能控制系統(tǒng)提供兩種控制方式：1）本地控制。通過智能鍵盤電話設(shè)備，對被控家電進行操作。2）電話控制。實現(xiàn)通過電話或手機撥打家里電話，控制系統(tǒng)能自動接聽或并通過語音提示用戶完成相關(guān)操作。

5.信息處理子系統(tǒng)的設(shè)計

此子系統(tǒng)可以將小區(qū)管理中心與用戶的信息進行互聯(lián)，系統(tǒng)可以向每個家庭的信息，如停水電通知等。住戶也可以向管理中心主機發(fā)送相關(guān)求助信息，如服務(wù)請求等。

6.表具數(shù)據(jù)抄送功能

本子系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)將住戶的水、電、氣等表具數(shù)據(jù)抄送至管理中心，當(dāng)然用戶可以隨時查看相關(guān)表具數(shù)據(jù)，及時了解相關(guān)設(shè)備息的使用狀況等。

四、系統(tǒng)實現(xiàn)方法

（一）硬件部分設(shè)計

主處理器采用ARM13，網(wǎng)絡(luò)科利用家里現(xiàn)有的WiFI設(shè)備。GRPS模塊采用SiRFStar ⅢGSC3F/LP.7979，捕獲時為144dBm.I/fVGA接口：集成256M內(nèi)存，采用液晶顯示器，可播放高清視頻。4個USB接口，能夠?qū)崿F(xiàn)平臺擴展的功能；支持全速12Mbps）傳輸。使用10/100M以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)接口，底板上安裝500萬像素攝像機，CAN總線一個，支持CAN2.0A或CAN2.0B協(xié)議。

（二）軟件部分設(shè)計

操作系統(tǒng)可采用Windows CE版；考慮到使用成本，網(wǎng)口驅(qū)動為10M/100M自適應(yīng)模式；Wi-FI設(shè)備驅(qū)動采用支持802.11b/g；GPS驅(qū)動支持全球定位；視頻驅(qū)動為支持JPEG CODEC等標(biāo)準(zhǔn)；TvOUT驅(qū)動為NTSC制式，3D驅(qū)動為Graphics；智能鍵盤驅(qū)動設(shè)計等，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計支持多種應(yīng)用，如HTTP等。

（三）系統(tǒng)流程設(shè)計

篇4

中圖分類號：TP311 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）03-0286-02

隨著居民對于家居環(huán)境要求的提高，目前智能家居成為了重要的研究課題，智能家居指的是將居民住宅作為平臺，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、安全技術(shù)以及自動控制等技術(shù)，使多種家居設(shè)備之間形成一個系統(tǒng)整體，以便于人們實現(xiàn)對于家居物品的智能控制，更好的構(gòu)建符合人們舒適度要求的住宅環(huán)境和管理系統(tǒng)，才能更好地達到居民對于家居要求的安全性和舒適性。當(dāng)前隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，為智能家居效果的實現(xiàn)提供了可靠現(xiàn)實的依據(jù)，在本文中筆者結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)管理等等方面的技術(shù)，分析面向智能家居的物聯(lián)網(wǎng)原型系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用。

1 面向智能家居的物聯(lián)網(wǎng)原型系統(tǒng)的整體設(shè)計

根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建理念和理念引導(dǎo)下的形成的三層技術(shù)構(gòu)建的框架，在本文中筆者提出基于上述三層框架的適用于當(dāng)前居民要求的新型智能家居系統(tǒng)的設(shè)計方案，在構(gòu)建新型智能家居設(shè)計模型時，其整體框架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以分為下面三個層面：一是感控層；二是網(wǎng)絡(luò)層；三是應(yīng)用層，這三個不同的層面可以分別負責(zé)三個不同的功能：感控層負責(zé)信息的采集和執(zhí)行的功能；網(wǎng)絡(luò)層負責(zé)信息傳遞和信息管理的功能；應(yīng)用層負責(zé)系統(tǒng)應(yīng)用的功能。三個不同的層面主要負責(zé)以下具體功能的實現(xiàn)：其中感控層主要是對于基礎(chǔ)信號進行采集和處理，對于數(shù)據(jù)之間進行傳輸，同時控制命令的執(zhí)行，其主要負責(zé)的單元有亮度監(jiān)控單元、溫度監(jiān)控單元、電器狀態(tài)監(jiān)控單元、體感監(jiān)控單元、濕度監(jiān)控單元等等；網(wǎng)絡(luò)層主要針對不同的通訊方式所具有的協(xié)議轉(zhuǎn)換的功能，保證各項數(shù)據(jù)能夠順利地進行傳遞，其中數(shù)據(jù)主要包括WIFI、ZigBee、有線網(wǎng)絡(luò)以及串口信息等等；應(yīng)用層主要負責(zé)對于數(shù)據(jù)的存儲功能，并且可以通過智能終端進行系統(tǒng)狀態(tài)的整體查看等多種功能，以上三個層技術(shù)構(gòu)建的體系是智能家居設(shè)計和保障其功能實現(xiàn)的重要理論基礎(chǔ)[1]。

2 智能家居系統(tǒng)中對于感控層的設(shè)計

智能家居系統(tǒng)中感控層主要可以由數(shù)據(jù)采集和執(zhí)行以及短距離的無線通信兩部分組成。其中數(shù)據(jù)采集功能主要是利用傳感器和身份識別等技術(shù)，對于家居系統(tǒng)中的溫度、亮度、火情狀態(tài)等設(shè)備的工作狀態(tài)進行數(shù)據(jù)信息的采集功能，執(zhí)行功能主要負責(zé)對于上層服務(wù)器所發(fā)送的命令進行接收，并且根據(jù)命令執(zhí)行動作，例如根據(jù)命令對于加濕器和燈具的工作狀態(tài)進行控制，在此基礎(chǔ)上為用戶提供更加舒適的生活環(huán)境；短距離無線通信設(shè)備的主要功能是對于較小范圍內(nèi)的各個物品之間實現(xiàn)信息的傳輸?shù)裙δ?，它具有自身的靈活，因此其在智能系統(tǒng)中的應(yīng)用范圍越來越廣泛。

2.1 感控層的整體設(shè)計

在智能家居系統(tǒng)中，其感控層主要是以家電設(shè)備、通信模塊等作為系統(tǒng)構(gòu)成的獨立節(jié)點和基本單元，主要具有數(shù)據(jù)采集、傳輸和控制設(shè)備的功能，如在具體的工作過程中，感控層對于智能家居環(huán)境中的亮度、溫度等環(huán)境信息和其他各種家具的工作狀態(tài)進行信息數(shù)據(jù)的收集和處理，同時通過無線網(wǎng)絡(luò)對于收集的信息進行傳輸，最終實現(xiàn)系統(tǒng)整體中的信息交換功能。

2.2 ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳感的構(gòu)建

ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳感的構(gòu)建主要通過三個設(shè)備進行實現(xiàn)：一是網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器；二是網(wǎng)絡(luò)路由器；三是網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備。這三個設(shè)備在ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳感中具有不同的功能，其中網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器和網(wǎng)絡(luò)路由器主要負責(zé)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)的功能，它們可以和網(wǎng)絡(luò)中存在的任何設(shè)備之間進行信息的傳遞功能；網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備不具備網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)的功能，其只能藝考其他設(shè)備進行信息的轉(zhuǎn)換才能實現(xiàn)通信。在ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳感的整體中，協(xié)調(diào)器是核心的存在，對于整個網(wǎng)絡(luò)的建立和維護都具有重要的意義；路由器主要是負責(zé)以下兩個功能的實現(xiàn)：一是對于節(jié)點內(nèi)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收；二是為網(wǎng)絡(luò)中存在的不能夠進行直接通信的節(jié)點進行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)功能；終端設(shè)備負責(zé)網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的采集和處理功能[2]。

3 針對網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層的設(shè)計

3.1 網(wǎng)絡(luò)層的主要功能和設(shè)計理念

在物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)架系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)層對于整體系統(tǒng)的建設(shè)有著重要的作用，其關(guān)聯(lián)著應(yīng)用層和感控層之間的信息傳輸?shù)墓δ?，對于整個系統(tǒng)的正常運作起著至關(guān)重要的作用，如果網(wǎng)絡(luò)層不能正常運作，則整個系統(tǒng)都無法實現(xiàn)信息之間的傳輸以及動作的執(zhí)行功能。網(wǎng)絡(luò)層功能的實現(xiàn)主要是它可以進行不同信息之間的相互轉(zhuǎn)換，從而能夠使數(shù)據(jù)能夠進行不同協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)之間的正常通信和傳遞，如WIFI、串口通信、藍牙等等不同類型的協(xié)議轉(zhuǎn)換和正常通訊，更為主要的是網(wǎng)絡(luò)層不僅可以實現(xiàn)不同協(xié)議之間的相互通信，而且能夠保證通信數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性[3]。

在智能家居的系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)層的工作主要可以通過以下兩個方面進行體現(xiàn)：一個方面是將感控層中所接受的各種各樣的信息，如溫度值、亮度、煤氣濃度等等信息傳送到系統(tǒng)應(yīng)用層中，在信息傳輸?shù)倪^程中要保證快速、真實；另一個方面是把系統(tǒng)服務(wù)器所發(fā)送的命令傳遞到感應(yīng)層中，在傳輸?shù)倪^程中快速和安全是信息傳遞的基礎(chǔ)。

網(wǎng)絡(luò)層在設(shè)計的過程中通訊方面主要依靠互聯(lián)網(wǎng)，即Internet方式進行，其硬件主要利用智能家居網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)。智能網(wǎng)關(guān)與遠程的智能家居之間的聯(lián)系是通過Internet進行網(wǎng)絡(luò)連接，因此在進行智能網(wǎng)關(guān)的設(shè)計時需要其軟件和硬件支持TCP/IP協(xié)議，并且在智能網(wǎng)關(guān)的設(shè)計過程中應(yīng)該考慮到關(guān)于整個系統(tǒng)整體的可擴展性和適用性的原則。同時把握智能網(wǎng)關(guān)是否可以對于服務(wù)器所發(fā)生的數(shù)據(jù)進行及時準(zhǔn)確接收的基礎(chǔ)是網(wǎng)關(guān)的IP和端口，因此這兩者的存在必須在智能家居的系統(tǒng)中具有其唯一性，也就是說只能對應(yīng)唯一的用戶[4]。

3.2 應(yīng)用層的主要功能和設(shè)計理念

在智能家居的系統(tǒng)整體中，應(yīng)用層的功能主要是將感控層獲得的信息數(shù)據(jù)進行匯總和分析、決策等等，對于整個系統(tǒng)而言應(yīng)用層是決策層。應(yīng)用層主要是由兩部分組成，其中一個是負責(zé)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)接受、儲存功能以及整個系統(tǒng)的控制決策和命令發(fā)送功能的系統(tǒng)服務(wù)器；另一個部分是電腦、手機等可以進行Web瀏覽器搭建的終端設(shè)備，此終端設(shè)備可以保證用戶對于智能家居系統(tǒng)的正常瀏覽和使用。在下文中，筆者主要針對智能家居系統(tǒng)的服務(wù)器開發(fā)和設(shè)計[5]。

智能家居系統(tǒng)服務(wù)器由主要以下三部分組成：一是Web服務(wù)器；二是業(yè)務(wù)處理中心；三是數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，這三個不同的部分分別負責(zé)以下各個功能的實現(xiàn)：首先Web服務(wù)器，即WWW（WORLD WIDE WEB），其主要的功能是實現(xiàn)網(wǎng)上信息的瀏覽服務(wù)，在工作原理上是通過網(wǎng)頁的形式進行用戶使用界面的以及對于用戶的登錄信息進行驗證，在系統(tǒng)整體中其是用戶需求最直接和基本的功能體現(xiàn)；業(yè)務(wù)處理中心的主要功能是對于網(wǎng)關(guān)所傳送的數(shù)據(jù)和信息進行收集，之后進行數(shù)據(jù)解析的工作，并且通過業(yè)務(wù)邏輯處理進行解析后數(shù)據(jù)的二次處理，最后是通過上述處理的最終結(jié)果進行控制命令的發(fā)送，以及將處理的結(jié)果進行儲存，業(yè)務(wù)處理中心在系統(tǒng)整體中的主要作用是對于后臺的數(shù)據(jù)進行處理；數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的主要功能是對于系統(tǒng)中的各種信息進行存儲和管理，其在系統(tǒng)中的主要作用是保證其他兩個部分能夠?qū)τ跀?shù)據(jù)的存儲和查詢等工作可以正常順利的進行[6]。

4 結(jié)束語

綜上所述，在本文中筆者結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)管理等等方面的技術(shù)，分析面向智能家居的物聯(lián)網(wǎng)原型系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用。滿足隨著居民對于家居環(huán)境要求的提高的要求，最終實現(xiàn)智能家居的構(gòu)建，即利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、安全技術(shù)以及自動控制等技術(shù)，使多種家居設(shè)備之間形成一個系統(tǒng)整體，以便于人們實現(xiàn)對于家居物品的智能控制，更好的構(gòu)建符合人們舒適度要求的住宅環(huán)境和管理系統(tǒng)，才能更好地達到居民對于家居要求的安全性和舒適性。

參考文獻：

[1] 程洋，王偉，謝廣明，等.面向物聯(lián)網(wǎng)的智能家居原型系統(tǒng)[J].兵工自動化 ，2013（11）：93-96.

[2] 趙偉棟.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計[D].西安科技大學(xué)，2012.

[3] 汪濤，謝志軍.基于WSN的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].無線電通信技術(shù)，2015，41（2）：71-75.

篇5

物聯(lián)網(wǎng)作為一項新興技術(shù)，它的發(fā)展和應(yīng)用吸引了眾多學(xué)者的注意。在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下人們的生活水平將得到大幅度提高，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到智能家居環(huán)境中能使人們的生活更舒適、高效，基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居研究具有重要意義。

一、物聯(lián)網(wǎng)和智能家居的概念

1.物聯(lián)網(wǎng)的概念

物聯(lián)網(wǎng)源于研究人員在多領(lǐng)域的研究成果的集成，由Kevin Ashton在研究供應(yīng)鏈管理時提出，研究人員對于普適計算的研究是物聯(lián)網(wǎng)出現(xiàn)的重要原因。不同學(xué)者對物聯(lián)網(wǎng)的定義各有不同，歐洲項目組將物聯(lián)網(wǎng)定義為商業(yè)、信息交流的參與者，能推動社會發(fā)展，是一種能夠互動，并相互間、與外部環(huán)境能產(chǎn)生交換得到的信息和數(shù)據(jù)，不經(jīng)人為干預(yù)，便可以自發(fā)做出相應(yīng)行為和提供服務(wù)，能夠反映并影響真實生活的事件。而RFID項目組把物聯(lián)網(wǎng)視為在標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議的基礎(chǔ)上，由擁有唯一地址的互聯(lián)網(wǎng)物體所構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)可以分為位于最底層的感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)包括射頻識別技術(shù)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、Internet技術(shù)、納米技術(shù)和信息安全技術(shù)等。[1]

2.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居的概念

美國最早產(chǎn)生智能家居的概念，它是以住宅為基礎(chǔ)，建筑設(shè)備自動化、網(wǎng)絡(luò)通信、信息家電為具體表現(xiàn)，兼具系統(tǒng)性、結(jié)構(gòu)性、服務(wù)功能和管理功能為一體的家居環(huán)境。智能家居可以通過計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和綜合布線技術(shù)等將住宅環(huán)境中的各系統(tǒng)聯(lián)系在一起，幫助人們更合理有效地安排時間，使生活更高效、井然有序，并提高住宅環(huán)境的安全性，還能實現(xiàn)節(jié)能減排的功能。

二、國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀

美國的智能家居研究最為先進，已經(jīng)出現(xiàn)了以ACHE系統(tǒng)為核心的智能房屋，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理來控制溫度、照明等因素，并且不需要人為的事先編程。此系統(tǒng)可以通過連續(xù)監(jiān)視環(huán)境，并記錄居民對于燈光、溫度等的使用情況，再對得出的數(shù)據(jù)進行匯總分析，從而推測居民的生活習(xí)慣，生成與居民行為習(xí)慣相對應(yīng)的規(guī)劃策略，為居民安排舒適的居住環(huán)境并預(yù)測未來的行為。

中國的智能家居發(fā)展較晚，海爾推出的U-home智能家居產(chǎn)品將電信網(wǎng)、廣電網(wǎng)、電力網(wǎng)等通過有線和無線方式進行結(jié)合，實現(xiàn)消費者的居住環(huán)境如樓宇、室內(nèi)、社區(qū)等的結(jié)合，使居住環(huán)境更加高效、舒適。

三、基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居設(shè)計與實現(xiàn)

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)主要包括居住環(huán)境感知及互動、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸和應(yīng)用服務(wù)層。居住環(huán)境感知及互動是指將各種配備無線或有線功能的傳感器進行連接，使它們能夠提供獲取居住環(huán)境的物理信息、居民生活狀態(tài)和訪客信息的錄入等服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸能夠保證居住環(huán)境信息和居民信息的傳輸。應(yīng)用服務(wù)層能根據(jù)收集的相關(guān)數(shù)據(jù)最終實現(xiàn)支配家居設(shè)備工作的目的。[2]

（一）基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居總體設(shè)計與實現(xiàn)

1.家庭智能網(wǎng)關(guān)的設(shè)計

家庭智能網(wǎng)關(guān)是基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)中最重要的中心設(shè)計，能夠采集并匯總不同網(wǎng)段的信息數(shù)據(jù)。在內(nèi)部的家居網(wǎng)絡(luò)中，它與ZigBee協(xié)調(diào)器相連，是住宅信息的唯一出口，在外部網(wǎng)絡(luò)中，家庭智能網(wǎng)關(guān)與Internet網(wǎng)連接，是遠程操作指令接入家庭內(nèi)部網(wǎng)的最后一道工序。由于內(nèi)部和外部信息都經(jīng)過家庭智能網(wǎng)關(guān)的傳輸，所以這樣的總設(shè)計能保證智能家居的安全性。

2.感知層的設(shè)計與實現(xiàn)

由ZigBee節(jié)點組成的ZigBee網(wǎng)絡(luò)位于感知層，各種傳感器、音視頻采集設(shè)備和安防門禁系統(tǒng)執(zhí)行器也位于感知層上。感知層上的各種傳感器能通過ZigBee節(jié)點將居住環(huán)境信息傳輸?shù)郊彝ブ悄芫W(wǎng)關(guān)，并且應(yīng)用層的指令信息也能通過ZigBee節(jié)點傳輸給執(zhí)行設(shè)備以實現(xiàn)預(yù)定的用戶操作。通過這一系列傳輸，實現(xiàn)底層ZigBee節(jié)點的互相連通問題。

3.網(wǎng)絡(luò)層的設(shè)計

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居中的網(wǎng)絡(luò)傳輸是用于管理各種住宅設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)信息傳輸，已提供住戶遠程控制的平臺的系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)層的設(shè)計包括家庭智能網(wǎng)關(guān)、控制中心、住宅設(shè)備等內(nèi)容，傳輸?shù)男畔⒁钥刂菩畔⒑蛿?shù)據(jù)信息為主。包括有線傳輸和無線傳輸兩種形式。無線傳輸與有線傳輸相比更加便于管理和應(yīng)用，所以在基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居的未來設(shè)計中更加廣泛。

4.應(yīng)用層的設(shè)計

應(yīng)用層的設(shè)計是基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居設(shè)計中最重要的部分，目前的智能家居中，家居安防監(jiān)控、家庭信息管理、家庭環(huán)境監(jiān)測是應(yīng)用層設(shè)計的主要方向。

（二）基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居硬件設(shè)計方案與實現(xiàn)

如圖1所示，基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居硬件設(shè)計主要以節(jié)能為重點進行分析。局域網(wǎng)內(nèi)部的微型處理元件與通信設(shè)備的選擇對于整個智能家居系統(tǒng)的功耗和網(wǎng)絡(luò)傳輸效率影響巨大，其中末端節(jié)點的穩(wěn)定性和工作效率對于整個系統(tǒng)的可持續(xù)工作時間和穩(wěn)定性起著重要作用。所以在基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居硬件設(shè)計中應(yīng)特別注意對微小處理元件和通信方式的節(jié)能設(shè)計。[3]

四、結(jié)束語

中國的智能家居發(fā)展較晚，但是由于人們生活水平提高，對家居環(huán)境的要求隨之增加，在近幾年國家政策的扶持下，智能家居的研究也如火如荼地展開。如海爾、長城等大企業(yè)紛紛推出了智能家居產(chǎn)品，國內(nèi)的通信商也將物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)作為未來的發(fā)展方向之一，對于基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居的研究和實現(xiàn)提供了良好契機。

參考文獻

篇6

概 述

近幾年，物聯(lián)網(wǎng)被認為是繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后，世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮。圍繞物聯(lián)網(wǎng)的話題也是層出不窮。顧名思義，物聯(lián)網(wǎng)就是“物物相連的網(wǎng)絡(luò)”，即通過射頻識別（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，把任何物體與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。[1]它比現(xiàn)行的互聯(lián)網(wǎng)更為龐大，其應(yīng)用覆蓋電網(wǎng)、醫(yī)療、交通、RFID等多個領(lǐng)域。

智能家居行業(yè)是一種新興行業(yè)，也是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。它是以住宅為平臺，利用綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、安全防范技術(shù)、自動控制技術(shù)、音視頻技術(shù)將家居生活有關(guān)的設(shè)施集成，構(gòu)建高效的住宅設(shè)施與家庭日程事務(wù)的管理系統(tǒng)，旨在實現(xiàn)人與人、人與家中物品、家中物品與物品間的智能關(guān)聯(lián)。這一特點與物聯(lián)網(wǎng)的特質(zhì)不謀而合，并且3G技術(shù)的推廣、普及和三網(wǎng)融合的試點運行都為智能家居的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)，使得智能家居成為物聯(lián)網(wǎng)廣泛應(yīng)用的突破口。

1、基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居發(fā)展現(xiàn)狀

智能家居的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下三個階段：電子化、自動化和網(wǎng)絡(luò)化。[2]自世界上第一幢智能建筑1984年在美國出現(xiàn)后，美國、加拿大、澳大利亞和東南亞等經(jīng)濟比較發(fā)達的國家先后提出了各種智能家居的方案。在我國，自2000年提出智能家居的概念后，經(jīng)過近15年的發(fā)展，我國智能化住宅的建筑面積目前已達到400億平方米，預(yù)計到2020年還將新增300億平方米。全國智能化住宅小區(qū)的建設(shè)數(shù)量，未來十年將達到上萬個。而且，智能化家居的概念也不僅僅局限于家電設(shè)備聯(lián)網(wǎng)、具備安防措施等初級智能化，隨著3G技術(shù)的推廣、和三網(wǎng)融合的試點運行，國內(nèi)電信三大巨頭，國家電網(wǎng)和地方有線公司紛紛推出自己的基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居方案。如：國家電網(wǎng)公司在北京城區(qū)部分范圍內(nèi)推出電力“智能家庭計劃”的試點。國家電網(wǎng)公司通過在電纜上鋪設(shè)信息傳送的光纜，再在試點家庭安裝一個可雙向互動的終端機，即可讓這些家庭達到節(jié)電，最終節(jié)省電費支出的目的；[3]中國移動的“宜居通”此前已經(jīng)在重慶和廣東部分城市進行了試點，近期試點范圍將擴大到北京市朝陽區(qū)；中國電信的“5A數(shù)字家庭”在廣東東莞、江蘇等地規(guī)模試點之后，即將在北京開始試點；中國聯(lián)通的智能家居方案進入了江蘇南京、無錫等地的部分中高檔樓盤，并且得到了當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)部門的支持；江蘇有線也和當(dāng)?shù)夭糠謽潜P開發(fā)商達成了合作協(xié)議，將方案推廣到了部分小區(qū)；國家電網(wǎng)目前也在北京的蓮香園和廣華軒兩個小區(qū)進行了試點。

與物聯(lián)網(wǎng)智能家居相關(guān)的家電產(chǎn)品發(fā)展也較為迅猛。2010年1月，海爾了世界上首臺“物聯(lián)網(wǎng)冰箱”，讓消費者親眼感受到了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在家電領(lǐng)域的應(yīng)用；短短3個月后，海爾又研制出全球首臺無氟變頻物聯(lián)網(wǎng)空調(diào)，并通過報紙、雜志、電視、網(wǎng)絡(luò)等各種傳播渠道不斷強化海爾在家電物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的“橋頭堡”地位。而美的旗下品牌小天鵝生產(chǎn)的首臺物聯(lián)網(wǎng)洗衣機也于去年在美國上市。

2、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能家居中的應(yīng)用

以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為核心的智能家居是利用網(wǎng)絡(luò)通訊、計算機、家電控制、綜合布線等技術(shù)將家電智能控制、信息交流、消費服務(wù)、小區(qū)安防等家居生活有效地結(jié)合起來。物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)拓撲圖如圖1所示。

圖1.物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)拓撲圖

在物聯(lián)網(wǎng)智能家居環(huán)境中，不論你是否在家都能夠通過遠程設(shè)備對家中的電器、燈光、以及門、窗進行控制。如果是出門在外，能夠通過電話、手機或者互聯(lián)網(wǎng)連線家中的智能終端，了解家中家電的使用情況，并隨時監(jiān)控家中狀況。家中的電器可以識別電壓的波峰和波谷，自動避開用電高峰。各電器間也可以實現(xiàn)按預(yù)定模式協(xié)作運行。如果家中來了訪客，則可以通過可視對講系統(tǒng)留言留影，也可以通過遠程控制門打開。如果家中出現(xiàn)煤氣泄漏或者小偷潛入，安防設(shè)備會自動報警和抓拍小偷圖像信息，同時通知你和小區(qū)物業(yè)保安。當(dāng)你在回家的途中，也可以通過手機提前開啟家中的空調(diào)和熱水系統(tǒng)，讓你一到家就能享受愜意、舒適的智能化生活。[4]

總之，智能家居是一個多功能、綜合性的系統(tǒng)，起支撐作用的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)包括：傳感器技術(shù)、RFID射頻技術(shù)、多維碼設(shè)別技術(shù)、GPS技術(shù)，互聯(lián)和組網(wǎng)技術(shù)、以及與之相適應(yīng)的各種應(yīng)用開發(fā)技術(shù)等。

2. 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居發(fā)展所面臨的問題

作為物聯(lián)網(wǎng)重要的應(yīng)用，智能家居涉及電子、計算機、通信、自動控制、建筑裝飾等多個領(lǐng)域，相對于其它的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用來說，擁有更廣大的用戶群和更大的市場空間。通過十幾年的探索和發(fā)展，智能家居在中國的應(yīng)用雖然取得了一定的進展，但是離大規(guī)模普及還有一大段距離。從當(dāng)前的情況和市場反應(yīng)來看，智能家居在我國現(xiàn)階段的發(fā)展遇到了三大問題：系統(tǒng)復(fù)雜、價格昂貴、實用性差。[3]對于這三個問題，我們從技術(shù)和商業(yè)運作兩個方面加以分析。

從技術(shù)方面來講，首先，智能家居行業(yè)內(nèi)缺乏統(tǒng)一的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。目前有不少企業(yè)加入物聯(lián)網(wǎng)研究的陣營中，造成物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)產(chǎn)品較多，甚至是魚目混雜。然而，由于沒有統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，大量的產(chǎn)品間互不兼容，這直接影響到產(chǎn)品間的相互識別和感應(yīng)，給消費者造成較差的使用體驗。同時也給一些廠商在生產(chǎn)、推銷自己的產(chǎn)品時帶來了很大的障礙。

其次，智能家居技術(shù)中的信息安全技術(shù)還有待提高。目前，物聯(lián)網(wǎng)中非常重要的技術(shù)——RFID，其對數(shù)據(jù)保護能力比較脆弱。[4]如果攻擊者截獲標(biāo)簽信息并且對信息進行破解，就可以通過偽造等方式對RFID 系統(tǒng)進行非授權(quán)使用，從而給使用者帶來安全威脅。

再者，智能家居產(chǎn)品雖然技術(shù)先進，但操作復(fù)雜，完全不像宣傳時所說的那樣“一鍵控制”，不符合廣大普通消費者的使用習(xí)慣，

從商業(yè)運作方面來講，由于智能家居的試點多是在經(jīng)濟較為發(fā)達的地區(qū)、城區(qū)或較為高檔的小區(qū)，對廣大普通消費者而言成本昂貴，令人望而卻步。其次，智能化家居在中國現(xiàn)階段的人民生活中還屬于附加消費，如果產(chǎn)品價格、集成價格難以降低的話，規(guī)?；€需要時間。

3、物聯(lián)網(wǎng)智能家居發(fā)展建議

基于以上的分析，可見我國智能家居乃至物聯(lián)網(wǎng)要想實現(xiàn)規(guī)?；?，產(chǎn)業(yè)化，還有很長的路要走。

首先，迫在眉睫的是解決技術(shù)問題。由政府牽頭，抓緊制定行業(yè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，加強不同產(chǎn)品間的互聯(lián)互通。尤其是要加快關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)的制定、實施和應(yīng)用。同時也積極參與國際標(biāo)準(zhǔn)制定，整合國內(nèi)研究力量形成合力，推動國內(nèi)自主創(chuàng)新研究成果走向國際市場，為大規(guī)模普及應(yīng)用掃清障礙。另外，要加緊研究以物聯(lián)網(wǎng)信息安全為主的相關(guān)技術(shù)，以技術(shù)為消費者筑起安全屏障，確保消費者的使用安全。

其次，從商業(yè)角度考慮，參與物聯(lián)網(wǎng)、智能家居產(chǎn)品研發(fā)的各企業(yè)應(yīng)積極尋找新的應(yīng)用模式，改變單一的推廣模式。政府可以參與推廣物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用試點，大力發(fā)展公共物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，為智能家居及物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提供有力保障。各企業(yè)則應(yīng)該以開放的姿態(tài)積極尋求合作，提高產(chǎn)品集成度、降低產(chǎn)品價格，真正實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的集成化、規(guī)?；⒅悄芑推矫窕?。

4、結(jié)束語

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和生活水平的提升，使的越來越多的人堅定不移地追求更高品質(zhì)的生活，智能家居作為高品質(zhì)、信息化生活的代表得到越來越多的矚目。從2000年首屆峰會上提出智能家居的概念，到2011年第十二屆中國國際建筑智能化峰會上提出發(fā)展實用型的智能化建筑，雖然中國房產(chǎn)智能化道路幾經(jīng)周折，但是建筑、家居智能化這一進程卻不可阻擋地前進著。目前，雖然在利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)推進家居智能化的過程中面臨許多問題，要在設(shè)備兼容性以及降低成本和設(shè)備安全性等方面做很多工作。[5]但是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的先天優(yōu)勢還是很有利的，與以往的智能家居標(biāo)準(zhǔn)相比，具有無需布線、網(wǎng)絡(luò)容量大、能耗低等優(yōu)點使得物聯(lián)網(wǎng)智能家居技術(shù)擁有光明的應(yīng)用前景。■

參考文獻

[1]陳任、余征、梁金瑤.物聯(lián)網(wǎng)時代的智能家居發(fā)展機遇和挑戰(zhàn)[J].智能建筑與城市信息，2010，第5期：21-23；

[2]童曉渝、房秉毅、張云勇.物聯(lián)網(wǎng)智能家居發(fā)展分析[J].移動通信，2010，第9期：16-20；

篇7

1.前言

在當(dāng)今如此快速發(fā)展的時代，人類對快節(jié)奏生活的要求極度迫切，對生活品質(zhì)的要求顯著提高，計算機和手機的廣泛普及應(yīng)用和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)現(xiàn)創(chuàng)造了新的市場和機遇，基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居體系，在即將到來的未來一定會成為當(dāng)代人們生活中不可缺少的一部分。

2.智能家居體系結(jié)構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)智能家居體系有多個組成部分，具體是中央控制器、信號接收器、遠程遙控控制器和模擬啟動器。信號接收器可以接受使用者發(fā)來的指令信息，然后轉(zhuǎn)化為可以識別的代碼再傳送到中央控制器里面，中央控制器進行處理和分析后，一方面將指令傳送到模擬啟動器中，另一方面將指令傳遞到實時顯示模塊進行顯示，模擬啟動器根據(jù)指令內(nèi)容，各自啟動相關(guān)遠程控制器，從而實現(xiàn)對智能家居的控制，一切操作完成后，遠程控制端口就會回饋一條完成指令信息給中央控制器，然后通過信號接收器反饋給使用者，使用者就可以根據(jù)反饋得來的消息來判斷接下來的操作。

圖1 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居體系

當(dāng)處于用戶不操作的情況下，中央控制器會自動接收信息以及監(jiān)控各類傳感器工作狀況，根據(jù)不同設(shè)置要求，實時監(jiān)控各類環(huán)境數(shù)據(jù)，旦變化超出設(shè)定范圍，中央控制器$自，生增令， 模擬啟動器會控制相應(yīng)的智能設(shè)備進行調(diào)節(jié)，從而營造安全舒適的家居條件，如圖1所示。

3.智能家居體系中的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

3.1 無線傳感器技術(shù)

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，能夠?qū)⒂嬎?、通信、傳感等功能都集成于一個設(shè)備上變成可能，這些技術(shù)的緊密結(jié)合正是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。

無線傳感器在運行時是由電池或者發(fā)電機提供能源，形成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，由集成有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信模塊的各個微型節(jié)點，通過自由無組織方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由傳感器節(jié)點構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)崟r地監(jiān)測、感知和采集節(jié)點部署區(qū)的環(huán)境或觀察者感興趣的感知對象的各種信息，并對這些信息進行處理后以無線的方式發(fā)送出去，同時還可以實時傳輸采集的整個時間歷程信號。數(shù)據(jù)采集處理模塊將傳感器輸出的微弱信號經(jīng)過放大，濾波等過程，再送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)變成為數(shù)字信號，最后送到主處理器進行數(shù)字信號處理，計算出傳感器各種參數(shù)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)使普通物體具有了感知能力和通信能力，在智能家居領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

3.2 （RFID）射頻識別技術(shù)

射頻識別技術(shù)在智能家居體系中扮有自動識別、門禁管理系統(tǒng)的強大功能。

無線電頻率識別的簡稱是射頻識別，可通過無線電訊號識別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而無需識別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機械或光學(xué)接觸新的模式。在RFID體系中，識別信息存放在電子數(shù)據(jù)載體中，電子數(shù)據(jù)載體叫做應(yīng)答器。應(yīng)答器中存放的信息由解讀器識別。閱讀器不僅可以讀出存放在里面的信息，并且可以對其進行寫入，讀寫操作過程，這些功能是通過雙方之間的無線通信來實現(xiàn)的。

3.3 通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

各種各樣的無線技術(shù)、感知技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)儀器組成了以物聯(lián)網(wǎng)為核心的充滿智慧的網(wǎng)絡(luò)，而通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是支撐物聯(lián)網(wǎng)運轉(zhuǎn)的核心部分，是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用發(fā)展的重中之重。通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)包括通信網(wǎng)與IPV6技術(shù)、3G與4G技術(shù)、WIFI技術(shù)、無線寬帶接入技術(shù)、NFC近場通信技術(shù)和ZigBee技術(shù)等。

4.智能家居前景展望

根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究的展開，智能家居成為其主要的展現(xiàn)平臺。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能家居上的應(yīng)用，為智能小區(qū)的物業(yè)管理部門提供了科學(xué)、高效的管理手段和方法，將無線傳感網(wǎng)、圖像識別、射頻識別、定位等主流技術(shù)結(jié)合現(xiàn)有的視頻監(jiān)控體系，可以全方位地提升智能小區(qū)管理的自動化程度，提高效率，節(jié)省人力。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用為小區(qū)住戶提供了更宏全、舒適的現(xiàn)代化生活空間和環(huán)境，其優(yōu)點和便捷不勝枚舉。如果能夠?qū)⑦@樣的智慧小區(qū)體系全部串接起來，共享更多的各種資源，互通互聯(lián)，就能為建立智能化城市體系創(chuàng)造良好的開端。

智能家居體系的家庭集成信息化實現(xiàn)方式已成為社會高度智慧化發(fā)展的重要構(gòu)成因子，物聯(lián)網(wǎng)也因為它擁有的巨大的應(yīng)用前景，對智能家居產(chǎn)業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生深遠影響。

5.結(jié)束語

智能家居體系的發(fā)展道路上需要有一套高度整合的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，隨著網(wǎng)絡(luò)科技和電子通信技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)行業(yè)里面的建筑產(chǎn)業(yè)與IT業(yè)會有更深度的融合與互惠，同時又推動了智能家居的高度發(fā)展。因此，智能家居行業(yè)的進步需要家電產(chǎn)業(yè)鏈、IT技術(shù)和各行各業(yè)體系集成商的共同合作，當(dāng)然，這不僅需要國家的大力支持，也需要各個企業(yè)的積極融入，只有這樣我國的智能家居產(chǎn)業(yè)才能以迅雷不及掩耳之勢的好勢頭發(fā)展起來。

篇8

中圖分類號：TN92 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8228（2012）04-04-02

Design of an intelligent home gateway based on net of things

Wuyimin, Qian weixing

（Department of Communication and Electron, Hangzhou Vocational & Technical College, Hangzhou, Zhejiang 310018， China）

Abstract： The Internet of things is a web ecosystem combined by things and internet through RFID, senor, wireless data communication devices. This article aimed at realizing a smart-digital-home gateway system which is based on the technology of Internet of things. It has characteristics such as low cost, mutual connection, multi-platform, self-organizing and scalability.

Key words： Internet of things； RFID； intelligent home； security

0 引言

二十世紀(jì)80年代開始，能夠初步實現(xiàn)監(jiān)管、控制功能的智能家居系統(tǒng)已經(jīng)開始得到實際應(yīng)用。目前，此項技術(shù)在韓國普及的程度排在全球前列，美國已經(jīng)為智能家居系統(tǒng)制定了相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，智能家居的基礎(chǔ)產(chǎn)品已通過美國FCC或歐盟等行業(yè)組織機構(gòu)的質(zhì)量安全認證，全球家居智能技術(shù)的發(fā)展已進入白熱化階段。

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的社區(qū)數(shù)字智能網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，即基于小區(qū)的家庭智能家居解決方案，通過小區(qū)服務(wù)器和小區(qū)應(yīng)用軟件把小區(qū)內(nèi)的多個家庭智能網(wǎng)關(guān)結(jié)合起來，進行集中管理和資源共享，利用先進的計算機技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、家電技術(shù)、無線控制技術(shù)[2]，將家居生活有關(guān)的子系統(tǒng)有機地結(jié)合，通過統(tǒng)籌管理，不僅可實現(xiàn)小區(qū)安防監(jiān)控，更能將家庭智能控制、信息及消費服務(wù)等家居生活有效地結(jié)合在一起，讓家居生活更加舒適、安全、有效。

1 智能家居數(shù)字網(wǎng)關(guān)的功能需求

⑴室內(nèi)主機軟件：實現(xiàn)可視門鈴、記錄查看、系統(tǒng)設(shè)置、呼叫管理中心機四個主功能的相關(guān)部分；能在小區(qū)內(nèi)實現(xiàn)可視對講、電話/短信報警；實現(xiàn)視頻監(jiān)控，并能將報警信息從小區(qū)的服務(wù)器上通過ECP以電話、短信、彩信的形式報警。

⑵單元門口機軟件：無GUI，實現(xiàn)可視門鈴、呼叫管理中心機、系統(tǒng)設(shè)置三個主要功能。

⑶小區(qū)管理中心機軟件：實現(xiàn)與單元門口機的音頻雙向、視頻單向?qū)χv；實現(xiàn)與業(yè)主室內(nèi)機的雙向音頻對講；實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)置的相關(guān)功能；實現(xiàn)可視對講、業(yè)主報警記錄管理。

⑷小區(qū)服務(wù)器軟件：搭建SIP服務(wù)器；小區(qū)服務(wù)器軟件收到室內(nèi)主機發(fā)過來的報警信息包后能通過串口電話撥號器/GPRS 模塊撥打主人電話、發(fā)送短信的管理軟件；采用ECP軟件，以使小區(qū)服務(wù)器軟件能夠在收到室內(nèi)主機發(fā)過來的報警消息包后，通過電信的ECP服務(wù)平臺自動撥打主人電話，發(fā)送短信/彩信給主人手機。

2 智能家居數(shù)字網(wǎng)關(guān)設(shè)計

2.1 單元門口機設(shè)計

圖1 單元門口機硬件需求示意圖

單元門口機的硬件采用V512的主板，通過UART/SPI/IIC來連接RFID讀卡器，通過MX27的12個GPIO或者IIC擴展的12個GPIO來連接按鍵。CMOS 攝像頭要裝有LED燈或紅外燈，各單元樓安放以太網(wǎng)交換機，交換出口接入小區(qū)局域網(wǎng)，硬件設(shè)計框架如圖1所示。

2.2 單元門口機軟件系統(tǒng)設(shè)計

單元門口機的網(wǎng)絡(luò)設(shè)置、密碼更新、RFID[3]權(quán)限管理通過USB導(dǎo)入。單元門口機讀到合法的RFID卡/IC卡的ID或/和密碼后自動打開電動門（可用密碼/RFID/密碼+RFID）,響應(yīng)“*”按鍵呼叫小區(qū)管理中心機；根據(jù)按鍵輸入的物業(yè)編號（1803）呼叫業(yè)主；接收本單元內(nèi)室內(nèi)機或小區(qū)中心機呼叫并自動接通，并通過室內(nèi)機查看狀態(tài)。

2.3 室內(nèi)主機/室內(nèi)分機/管理中心機設(shè)計

室內(nèi)主機硬件采用V509硬件和模具。通過室內(nèi)主機可查看單元門口機；查看來訪紀(jì)錄，也可通過USB 接口導(dǎo)出。室內(nèi)主機內(nèi)置SD Socket和 CMOS Sensor，315/433M 內(nèi)置無線模塊可連接到業(yè)主家庭內(nèi)的315/433M無線網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)室內(nèi)主機與本小區(qū)業(yè)主的室內(nèi)主機的可視對講，報警。室內(nèi)主機內(nèi)置一個USB的WiFi模塊，可加入家庭局域網(wǎng)，它能實現(xiàn)家庭局域網(wǎng)上的 IPCAM/室內(nèi)分機和小區(qū)局域網(wǎng)相關(guān)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)路由。硬件設(shè)計框架[4]如圖2所示。

圖2 室內(nèi)主機/室內(nèi)分機/管理中心機硬件設(shè)計框架

2.4 室內(nèi)主機軟件系統(tǒng)設(shè)計

室內(nèi)主機主界面（GUI）采用Android 實現(xiàn)（如圖3所示）。如果連續(xù)5分鐘沒有任何操作，系統(tǒng)會自動進入屏保模式。屏保模式下，觸摸屏或者按鍵有任何操作，則室內(nèi)主機返回主界面。在主菜單下點擊呼叫按鈕圖標(biāo)，系統(tǒng)進入呼叫小區(qū)管理中心機狀態(tài)，用戶可與小區(qū)管理中心機進行音頻對講或者可視對講（如圖4所示）。

圖3 室內(nèi)機主界面

圖4 室內(nèi)機呼叫界面

門鈴在查看狀態(tài)下，用戶可以查看、監(jiān)聽單元門口機，但是單元門口機聽不到室內(nèi)主機的聲音，直到按下室內(nèi)主機對講按鈕，方可開始單向視頻、雙向音頻的對講；開門按鈕，僅在室內(nèi)主機處于門鈴查看狀態(tài)下或者對講狀態(tài)才能被有效操作（打開電控門）；室內(nèi)主機返回鍵被按下即從門鈴狀態(tài)下返回，如果此時室內(nèi)主機處于門鈴查看、對講狀態(tài)，則自動掛斷； 室內(nèi)主機在門鈴查看、對講狀態(tài)下，如果單元門口機對其他室內(nèi)主機發(fā)起了新的呼叫請求，則單元門口機會自動掛斷與原來室內(nèi)主機的連接，室內(nèi)主機則會自動返回主界面；此外，室內(nèi)主機在門鈴查看、對講狀態(tài)下，如果連續(xù)5分鐘無任何觸摸屏操作，則室內(nèi)主機會先以O(shè)SD提示信息來告訴用戶需要點擊一個屏幕，如果用戶在10秒內(nèi)還是沒有任何操作，室內(nèi)主機即自動掛斷，返回到主界面的屏保模式。

在主界面下點擊室內(nèi)主機記錄查看圖標(biāo)，室內(nèi)主機即進入記錄查看狀態(tài)。用戶可以按照時間逆訪紀(jì)錄和安防報警記錄（如圖5所示）。

圖5 視頻查看界面

2.5 室內(nèi)分機系統(tǒng)設(shè)計

圖6 室內(nèi)分機主界面

室內(nèi)分機GUI的絕大部分和室內(nèi)主機一樣，只是需要設(shè)置室內(nèi)主機在家庭局域網(wǎng)中的IP地址，這樣，市內(nèi)分機可以通過室內(nèi)主機的路由功能來實現(xiàn)可視對講/門禁管理/安防報警/視頻監(jiān)控的功能。室內(nèi)分機在作為分機工作時，不需要在本機上安防報警的功能，視頻監(jiān)控功能也僅僅限于查看IPCAM的實時視頻（如圖6所示）。

3 結(jié)束語

物聯(lián)網(wǎng)作為新一代信息技術(shù)的重要組成部分，具有廣闊的發(fā)展前景。本文針對目前國內(nèi)小區(qū)管理的實際情況，設(shè)計并實現(xiàn)了一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居[5]數(shù)字網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，已在相關(guān)房地產(chǎn)和物業(yè)企業(yè)中推廣試用，并獲得了客戶的肯定。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與實際生活相結(jié)合的產(chǎn)品具有強有力的生命力和市場發(fā)展?jié)摿Γ瑢性絹碓蕉嗟男^(qū)在建設(shè)過程中采用智能家居系統(tǒng)，并實現(xiàn)整個小區(qū)的智能化。預(yù)計在未來幾年，智能家居的應(yīng)用將越來越廣泛，并帶動智能化裝修、智能化小區(qū)服務(wù)、智能化家電等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

參考文獻：

[1] 喬彥友,李廣文.基于GIS和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)設(shè)施管理信息系統(tǒng)[J].地理信息世界.2010.5:17

[2] 王永紅,肖碩.高密度物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)簽防止沖突的研究[J].安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2010.5:14

篇9

中圖分類號：TU855 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）11-0074-01

信息社會在改變?nèi)藗兊纳罘绞胶凸ぷ髁?xí)慣的同時，也對傳統(tǒng)的建筑住宅、社會、技術(shù)和經(jīng)濟的進步提出了挑戰(zhàn)，使人們的觀念變了。人們對家的要求不僅僅是物理空間，更關(guān)心的是一個安全、方便、舒適的家居環(huán)境。智能家居技術(shù)起源于美國，它被設(shè)計成一個平臺，用于家庭。

智能家居控制系統(tǒng)由HFC、現(xiàn)場總線、以太網(wǎng)、公共電話網(wǎng)和無線網(wǎng)的傳輸網(wǎng)絡(luò)為物理平臺，計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為技術(shù)平臺，作為應(yīng)用現(xiàn)場總線的操作平臺，形成了一套完整的家庭通信和家庭設(shè)備自動控制以及提高控制系統(tǒng)的家庭安全防范功能。

1 系統(tǒng)需求分析

1.1 監(jiān)控功能

（1）監(jiān)控室內(nèi)溫度；通過對室內(nèi)溫度的溫度傳感器DS18B20采樣時間，如果室內(nèi)溫度超過設(shè)定的溫度閾值，對室內(nèi)溫度異常自動處理系統(tǒng)（報警蜂鳴器、LED燈閃爍）；（2）監(jiān)測紅外傳感器；通過按鍵模擬紅外傳感器，阻止或異步通知的紅外線傳感器監(jiān)測，如果紅外傳感器檢測到非法進入，系統(tǒng)自動處理異常（報警蜂鳴器，導(dǎo)致燈閃爍）；（3）監(jiān)控室內(nèi)煙霧濃度；通過測量電壓值來模擬煙霧傳感器，室內(nèi)煙霧濃度的時間進行采樣，如果室內(nèi)煙霧濃度超過設(shè)定的煙霧濃度閾值，該系統(tǒng)將自動對室內(nèi)處理異常（報警蜂鳴器，導(dǎo)致燈閃爍）。

1.2 智能服務(wù)器

（1）獲取室內(nèi)參數(shù)；通過獲取各個芯片的參數(shù)，來動態(tài)顯示室內(nèi)相關(guān)信息，比如當(dāng)前室內(nèi)溫度，濕度，煙霧濃度，場景狀態(tài)等；（2）配置管理；通過智能服務(wù)器終端界面進行參數(shù)配置。

1.3 智能客戶端

（1）故障報警；由該系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生各種故障可以上報至操作維護終端，軟件支持告警過濾、告警復(fù)位等功能，重要告警，存儲到FLASH，以備查閱；（2）性能管理；系統(tǒng)內(nèi)部相關(guān)工作參數(shù)上報至操作維護終端；（3）配置管理；系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)支持設(shè)置和查詢；（4）軟件版本管理；系統(tǒng)支持軟件版本的查詢和軟件的在線升級；（5）系統(tǒng)自檢；系統(tǒng)支持自檢，故障定位到模塊級。

1.4 軟件性能需求

（1）支持3G網(wǎng)；支持3G網(wǎng)絡(luò)之后，能通過3G網(wǎng)絡(luò)進行通信，使得通信變得更加快捷和方便；（2）支持視頻傳輸；支持視頻輸出之后，能用攝像頭，通過網(wǎng)絡(luò)來傳輸視頻信號，使得通信變成可視化。

2 硬件結(jié)構(gòu)

2.1 系統(tǒng)硬框圖

智能家居系統(tǒng)是由TPad，3gmodem，ZigBee，電腦三臺，硬件框架如圖1所示，每一個單元中，除了3gmodem在運行相應(yīng)的軟件。每個單元的電源電流板是一個獨立的電源，而不進行有效管理的PMIC的使用。TPAD是家居系統(tǒng)的控制中心和一個處理單元，主要對溫度、煙霧、紅外采集和分析，并通過視頻捕捉的CMOS或CCD攝像頭，可以和ZigBee，3gmodem 溝通。3gmodem主要是能夠語音通話、網(wǎng)絡(luò)傳輸；ZigBee無線通信模塊的控制命令的處理。

2.2 硬件接口描述

（1）運行維護計劃；包括系統(tǒng)信息監(jiān)控、設(shè)備控制操作和維護，通過上位機軟件升級和其他配置和控制，硬件接口。在系統(tǒng)上電時，處理硬件的初始化工作，讀取相應(yīng)的信息，并在LCD上顯示，通過上 啟動機器的配置、控制命令都有處理統(tǒng)一的分析和處理，然后通過處理來3gmodem，ZigBee配置。（2）控制平面；系統(tǒng)開機后，開始監(jiān)控軟件，監(jiān)控溫度傳感器、煙霧傳感器、紅外傳感器等信息，針對不同情況，進行相應(yīng)的處理。同時，監(jiān)控和處理主機的請求和服務(wù)器智能終端，并做出相應(yīng)的處理。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

3.1 初始化流程

（1）系統(tǒng)加電；（2）啟動引導(dǎo)程序，實現(xiàn)硬件的初始化，加載標(biāo)識，初始化組合鍵，通過啟動參數(shù)內(nèi)核加載到內(nèi)存中，啟動內(nèi)核，內(nèi)核參數(shù)和傳輸；（3）啟動內(nèi)核，主要完成驅(qū)動初始化的根文件系統(tǒng)；（4）把根文件系統(tǒng)，進行相關(guān)的初始配置，創(chuàng)建設(shè)備節(jié)點鉸接文件系統(tǒng)（sysfs，TMPFS ramfs，等等），配置網(wǎng)絡(luò)環(huán)境；（5）鉸接用戶分區(qū)，智能終端服務(wù)器和主要初始化、打開設(shè)備，創(chuàng)造監(jiān)控任務(wù)，等待數(shù)據(jù)交互。

3.2 業(yè)務(wù)流程

篇10

關(guān)鍵詞：智能家居；FPGA；ZigBee；無線傳感器節(jié)點

Key words： smart home；FPGA；ZigBee；wireless sensor node

中圖分類號：TP273 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）18-0068-02

0 引言

智能家居系統(tǒng)的概念起源于上世紀(jì)70年代的美國，隨后，傳播到歐洲、日本等國并且得到了很好的發(fā)展。在我國，智能家居這一概念推廣較晚，約在90年代末家居智能化系統(tǒng)才得以進入國內(nèi)，但發(fā)展速度驚人。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，根據(jù)人們需求而開發(fā)設(shè)計的智能家居系統(tǒng)擁有更加優(yōu)越及復(fù)雜的配置，可以將家庭中各種通信設(shè)備、家用電器以及家庭保安裝置通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)連接起來，實現(xiàn)環(huán)境控制、養(yǎng)魚養(yǎng)花、燒水煮飯、多媒體控制及安全報警等功能，并可以異地監(jiān)控、管理、報警，為住戶提供安全舒適、高效便利的學(xué)習(xí)生活及工作環(huán)境。

由于智能家居系統(tǒng)還缺乏統(tǒng)一明確的國際標(biāo)準(zhǔn)，許多公司開發(fā)出的產(chǎn)品都是基于自己組網(wǎng)和信息交換協(xié)議，很多產(chǎn)品是針對特定的組網(wǎng)環(huán)境開發(fā)的，部分核心技術(shù)沒有對外公布，技術(shù)復(fù)雜，直接導(dǎo)致了使用范圍的局限性。再者，缺乏對應(yīng)的第三方產(chǎn)品，各個接入設(shè)備之間不能兼容，互操作性差，不利于產(chǎn)品的擴充，因而進一步局限了產(chǎn)品的發(fā)展。再加上有的系統(tǒng)成本過高，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品的普及。本文通過FPGA構(gòu)建了一個嵌入式控制處理平臺，利用FPGA技術(shù)低功耗、定制性高、擴展性強、接口靈活等優(yōu)點，實現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)智能家居控制部分的設(shè)計，能夠滿足家居需要。

1 FPGA在物聯(lián)網(wǎng)智能家居中的應(yīng)用

目前常見的智能家居系統(tǒng)大多基于ARM的嵌入式系統(tǒng)，這類系統(tǒng)并不能同時支持多種無線通信協(xié)議。通過整合多種無線通信控制方式，來實現(xiàn)基于FPGA的物聯(lián)網(wǎng)智能家居控制器，為智能家居的控制領(lǐng)域探索了一種新可行性的方法。利用FPGA芯片可自由定制以及接口靈活性的特點，設(shè)計智能家居控制器各個模塊，相比ARM單片機支持串口少的短板，可以使系統(tǒng)在同一時刻支持多種通信方式，從而使系統(tǒng)具有更高的適應(yīng)性和可擴展性，能夠同時控制多達31個家用電器，基本滿足日常家居需要。基于FPGA的物聯(lián)網(wǎng)智能家居在設(shè)計實現(xiàn)的過程中，使用了Quartus II等集成開發(fā)環(huán)境，以及ModelSim專業(yè)仿真工具，利用Verilog HDL硬件描述語言，在Altera公司的DE2開發(fā)板上進行開發(fā)設(shè)計。

2 基于FPGA的物聯(lián)網(wǎng)智能家居設(shè)計

2.1 系統(tǒng)功能

基于FPGA的物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)能夠最大限度地使家居更加智能化，其三大關(guān)鍵功能是通過網(wǎng)絡(luò)信息終端進行信息的獲取、處理以及，進行信息的及時反饋；對相應(yīng)的單元以及一些機構(gòu)進行控制，實現(xiàn)實時監(jiān)測；兼容性一定要足夠強大。該系統(tǒng)特色功能具體如下：

①環(huán)境控制系統(tǒng)：對室內(nèi)溫度、濕度、亮度進行實時測量，通過人設(shè)模式控制空調(diào)、加濕器、窗簾、燈光等設(shè)備達到宜居的室內(nèi)環(huán)境；②智能養(yǎng)花系統(tǒng)：通過測量相關(guān)參數(shù)，提供澆水、施肥、遮蓋陽光等功能，可以遠程監(jiān)控養(yǎng)花，或者自動養(yǎng)花；③智能養(yǎng)魚系統(tǒng)：通過測量相關(guān)參數(shù)，提供補氧、喂食、控溫、換水等功能，可以遠程監(jiān)控養(yǎng)魚，或者自動養(yǎng)魚；④智能餐飲系統(tǒng)：通過控制燒水壺、微波爐、電飯鍋等設(shè)備電源及煤氣開關(guān)，完成燒水、蒸煮、烹飪等功能，可以遠程監(jiān)控完成或自動完成；⑤多媒體系統(tǒng)：通過開關(guān)控制，可以遠程操控電視、音響、電腦等設(shè)備；⑥完全報警系統(tǒng)：通過測量相關(guān)水電氣參數(shù)或者紅外感知參數(shù)，對室內(nèi)實時監(jiān)控，如有危險提示則報警。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)

該系統(tǒng)是以單個家庭為單位進行安裝，智能家居控制臺采用大唐移動公司研制的智能家居控制試驗箱，ZigBee中心節(jié)點采集環(huán)境信息。FPGA相當(dāng)于智能家居系統(tǒng)中的管理中心，其核心是采用Altera公司推出的32位高性能軟處理器nios2與每個子節(jié)點連接。管理中心通過串口可根據(jù)接收到的ZigBee中心節(jié)點數(shù)據(jù)進行處理，并通過家庭總線系統(tǒng)與其他節(jié)點設(shè)備進行關(guān)聯(lián)操作，實現(xiàn)家庭環(huán)境的監(jiān)測與管理，從而為用戶提供安全、舒適的生活或工作環(huán)境。智能家居控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2.3 硬件結(jié)構(gòu)

2.3.1 FPGA部分

系統(tǒng)的核心控制部分由FPGA實現(xiàn)，其設(shè)計思路是：采用Altera公司DE2-70開發(fā)平臺來完成系統(tǒng)設(shè)計，從ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳輸過來的數(shù)據(jù)經(jīng)過串口后存儲到DE2-70開發(fā)板上的SDRAM中，在FPGA控制平臺上，由Altera的IP核構(gòu)成Nios II軟核，并植入FPGA芯片中，然后通過軟件編寫來實現(xiàn)FPGA控制平臺的功能，然后系統(tǒng)從SDRAM中讀取數(shù)據(jù)后將溫度、濕度等信息顯示在LCD液晶屏上。FPGA系統(tǒng)的Nios II軟核結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.3.2 無線傳感器節(jié)點

無線傳感器模塊由ATMEGA128和CC2420組成，CC2420通過SPI總線連接到ATMEGA128。CC2420是Chipcon As公司推出的首款符合2.4GHz IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的射頻收發(fā)器，該器件包括眾多額外功能，是第一款適用于ZigBee產(chǎn)品的RF器件。該模塊能夠在低電壓低頻率模式下開始工作，同時能夠進行低功耗操作，還能夠支持許多種不同的低功耗模式，例如睡眠模式以及深度睡眠模式等，都是可以實現(xiàn)的，從而達到系統(tǒng)更加智能化的目的。無線傳感器模塊如圖3所示。

2.3.3 ZigBee中心節(jié)點

ZigBee中心節(jié)點使用大唐移動公司研制的智能家居控制試驗箱配套產(chǎn)品，模塊內(nèi)嵌工作頻率2.4GHz基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的ZigBee通信協(xié)議，支持最新的RS232串行模式，在此標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議下，經(jīng)測試，ZigBee中心節(jié)點每次接力通信都能在75m范圍內(nèi)提供250kbps的速率，能在網(wǎng)狀或多次跳接無線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)支持串行數(shù)據(jù)路由，速率最高可達38.4kbps，能夠達到目前國內(nèi)產(chǎn)品的最好性能，完整體現(xiàn)了最新ZigBee網(wǎng)絡(luò)層的強大功能。

3 結(jié)論

本系統(tǒng)通過FPGA構(gòu)建了一個嵌入式控制處理平臺， 利用FPGA技術(shù)低功耗、定制性高、擴展性強、接口靈活等優(yōu)點，實現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)智能家居控制部分的設(shè)計。最終通過Altera公司的DE2開發(fā)板驗證，本控制系統(tǒng)在板載50MHz的時鐘頻率下穩(wěn)定運行，實驗結(jié)果達到了預(yù)期目標(biāo)。該系統(tǒng)中的部分模塊已在我學(xué)院SMT實訓(xùn)基地自主開發(fā)研制并生產(chǎn)。另外以該系統(tǒng)項目為例，通過翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式激發(fā)了學(xué)生的實踐操作能力、創(chuàng)新能力，對在研課題具有較好的理論價值和實際意義。

參考文獻：

[1]韓德強.嵌入式家庭控制器系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2008（3）：23-25.