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基于物联网的智能家居系统开发

时间:2017-02-11 来源:科技展望 作者:张保建 本文字数:2676字
  摘要

        1前言

  
  近年来,物联网快速发展,人们的生活水平明显提高,对于自身的家居环境也提出了更高的要求,而智能家居逐渐成为一种流行趋势,智能家居系统的应用,给人们的日常生活带来了极大便利,也改变了传统的家居模式,因此应加大对智能家居系统的分析和研究,充分发挥物联网的应用优势,积极改善人们的家居环境。
  
  2物联网与智能家居的概述
  
  2. 1物联网
  
  物联网除了具备互联网所具有的各项功能之外,还能够真正实现物体之间的通信,物联网能够将物理实体与虚拟网络进行有效的连接,使用户能够突破时间、空间的限制,从而对用户家中的各个物理实体进行有效的控制,最终达到万物互联。
  
  2. 2智能家居
  
  智能家居( 英文:smart home,home automation) 是近几年新兴的一个行业,有时也被称为智能建筑; 它是以家庭住宅为平台,利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成在一起,构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统,提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性,并实现环保节能的居住环境。智能家居正在将人们过去对家居生活的假想逐渐变为现实,随着智能家居行业和互联网技术的进一步发展,万物互联会更加深入,人们的生活会更加便利、安全和舒适。
  
  3智能家居系统设计要求
  
  智能家居系统可以提供定时控制、自动窗帘、室内外遥控、安防报警、远程家电控制、照明控制等功能,为人们提供一个便捷、舒适、安全的生活环境。基于物联网的智能家居系统主要是利用多种信息传感设备来接收、传递、判断和识别信息,将各种安全设备、家用电器通过互联网技术有效连接起来,从而构成集设备控制、安全防护、家庭通信等功能为一体的智能化系统。在具体设计中,智能家居系统应满足以下要求: 其一,智能性,根据外接环境的变化,智能家居系统能够智能地做出响应,并正确进行解决处理,有效控制整个系统; 其二,实时性,智能家居系统应对家居中各种家用电器和设备进行实时控制; 其三,无地域性,根据智能家居系统管理设置权限,随地、随时都能够利用物联网来管理智能家居系统运行使用。
  
  4物联网技术下的智能家居系统设计
  
  4. 1系统结构设计
  
  基于物联网的智能家居系统设计,一般以家庭网关为接口,在家庭网关上转发、存储、处理各种设备信息,然而若在家庭网上集中所有这些功能,就需要增加系统功能,则不得不更改系统设计,这样会导致智能家居系统扩展难度较大; 所以基于智能家居系统的设计,会将中间件技术、互联网技术、无线网络、移动网络等有效结合起来,使智能家居系统有利于系统扩展、信息整合和管理控制。根据智能家居系统应用功能,设计四层体系结构: (1) 中间件层。中间件层是智能家居系统设计的关键,其包括数据库、服务器等设备,通过使用大型数据库和服务器在这层汇总各个家庭信息,为每个家庭分配合理存储空间,数据库存储各种信息,使不同家用电器设备保持独立性,实现动态添加,设计个性化的智能家居系统。(2) 感知层。利用摄像头、温湿度传感器、化学传感器、压力传感器、气敏传感器、光敏传感器等各种传感设备感受外界的湿度、热和光等环境变化,通过监控设备探测外界信号,在智能家居系统中心控制平台集中控制和管理探知的信息。(3) 中心控制平台。中心控制平台对于实现智能家居系统应用功能有着直接影响,其包括模拟启动器和中央控制器,为每户用户提供一个独立中心控制平台,对各种设备异构性进行有效屏蔽,能够更容易地实现应用程序功能。中央控制器接收感知层信息,结合智能家居系统具体情况,中央控制器向模拟启动器发送相关控制信息命令,接着使和模拟器相互连接的设备执行动作。智能家居系统对于紧急事件,可以实现自动报警,通过wifi或者移动网络,中央控制器接收传感器信息,根据判断模块,分析突发事件的严重程度,分级做出处理,若比较严重,会自动报警处理,并立即发送通知到用户,利用模拟启动器快速启动智能家居系统应急方案。(4) 应用层。应用层是用户和智能家居系统直接交互的界面接口,提供个性化、简便的服务,用户可利用Web或者软件登录,删除或者添加某种服务,操作各种设备,实现良好的人机交互,并且屏蔽下层通信。智能家居系统应用程序包括自动报警模块、家居设备管理模块、防盗安全管理模块等基础构件,并且预留接口,可实现智能家居系统功能模块的删除、更新和添加,和数据库、服务器相互连接,对智能家居系统进行个性化设置和选择,提高智能家居系统的整体性和安全性。
  
  4. 2智能控制模块
  
  选择STM32F030XX单片机,采用Wi - Fi通信,传递家居设备信息。智能控制模块包括输出控制电路、单片机系统、处理电路、热释电传感器、光照检测电路、延时选择电路等部分,运行过程中,由热释电红外线传感器和光照检测电路采集室内是否有人、光照强度等信息,利用输出控制电路通过单片机实现照明设备的开关操作,智能化控制照明设备,实现良好节能效果。同时,利用无线通信和APP软件,将用户利用手机就可实时控制照明系统,完成各种控制命令。
  
  4. 3智能安防报警模块
  
  智能安防报警模块主要是利用烟雾传感器和温度传感器实时监测室内气体和温度,一旦发现异常情况,向中央控制器发送相关信息,并且警报信号,发挥安防的作用。烟雾传感器可有效检测室内环境的有毒气体或者可燃气体浓度,温度传感器实时测量室内温度,结合实际情况,准确检测家居安全隐患,避免发生火灾事故。
  
  4. 4红外控制模块
  
  空调、电视等红外控制模块设计通过红外通信方式,利用Wi- Fi通信技术连接到控制器,结合红外转发设备,用户通过手机就能够控制空调主机、电视等红外设备,例如,夏季天气炎热,用户回家之前可用手机对空调系统进行遥控,提前开启空调系统,使室内温度凉爽。当前,考虑到目前家庭红外控制家电中,红外编码不是统一,设计控制模块时,加入了学习功能,不论什么品牌,什么设备,只要在第一次使用时,用配套遥控器学习相关指令,即可实现红外转发控制,同时,设计采用七片红外发射管,并安装在不同角度,使发射时信号成球面,多角度发射,保证了控制的可靠性。
  
  5结语
  
  当然,目前智能家居的设计多是基于单系统的,在单系统中各种设施组成一个整体,很少考虑多系统互联时通讯协议的多样化,同时,智能家居现阶段对手机等手持设备过于依赖,很多功能多是被动的响应; 但是,随着通信协议的不断统一,单个设备自身处理事务的能力不断增强,相信在不久的将来,智能家居会更加智能,更加安全,更加贴心地服务人们的生活。
  
  参考文献:
  
  [1]杨堤。基于物联网的智能家居控制系统设计与实现[J].电子世界,2012(21)。
  [2]袁敏。基于物联网的远程智能家居控制系统的设计[J].制造业自动化,2012(8)。
    张保建.物联网技术下的智能家居系统设计研究[J]. 科技展望, 2017(03).
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