簡易智能家居物聯網的研究與設計

摘 要 智能家居越來越受到人們的重視，智能家居其實就是物聯網的技術在家庭中的應用。本文介紹基于Arduino環境和Yeelink平臺，實現家居物聯網的模型設計，并分析家居物聯網的未來前景。

關鍵詞 物聯網 智能家居 Arduino Yeelink

中圖分類號：TP273.5 文獻標識碼：A

0 引言

在互聯網日趨成熟的信息化時代，人們對未來生活中，將各種產品設備融入網絡，實現智能化的識別和管理的設想和憧憬已成為可能。而家居物聯網因與人們生活密切相關、技術實現難度不大、需求量大、具有很廣闊的市場和研究前景而倍受重視，是整個物聯網的最小集成單位。

隨著物聯網概念的出現，將物聯網技術運用到智能家居上成為熱門話題。家居物聯網的發展，將改變人們的生活，推動人們生活方式的變革。可以說智能家居的是以住宅為平臺，兼備建筑、網絡通信、信息家電、設備自動化，集系統、結構、服務、管理為一體的高效、舒適、安全、便利、環保的居住環境。

目前智能家居的技術在快速發展，但是還不是非常成熟，因此需要對智能家居進行深一層的研究，設計出符合目前家庭應用的模型。

1 智能家居物聯網的概述

1.1 智能家居物聯網的基本架構

通過物聯網技術，智能家居可以將家中的各種設備連接到一起，提供對家庭電器的控制、電話遠程的控制、安全防盜自動報警、以及可設定控制等多種功能和手段，為用戶提供高品位、環境適宜、安全宜人的家庭生活空間。此外、還提供全方位的信息交互功能，與外部保持信息交流暢通，優化人們的生活方式，幫助人們有效安排時間，增強家居生活的安全性，甚至為各種能源費用節約資金。如圖1所示：

在物聯網的運用中，家居物聯網系統是最小集成單位，同時也是實現統一融合的物聯網網絡的最小系統。物聯網的技術架構分為感知層、網絡層和應用層。而對應家居物聯網的技術架構相似的可分為4層：（1）家居物聯網的感知層：傳感器、集成RFID識別等新型技術的物聯家電終端、二維碼標簽以及通信模塊等設備實現數據的采集以及信息的發布。（2）家居物聯網的網絡層：收集家居物聯網的感知層上終端設備的數據并進行處理，使各個終端設備互聯起來，同時實現對不同傳輸類型和協議兼容，是家居物聯網的數據傳輸管道。（3）家居物聯網的控制管理層：通過家居物聯網的網絡層來控制和管理家中的終端設備，可近似比喻為家居物聯網系統中的客戶端，實現人與家居物聯網絡各種終端的交互，實現互聯世界對物理世界的操作，是整個家居物聯網的核心部分。（4）家居物聯網的用戶層：是家居物聯網的使用者，也是家居物聯網服務的對象。

1.2 智能家居物聯網的基本功能

典型的智能家居具有以下功能： 家居安全監控、家電控制、家居管理、 家庭教育和娛樂、家居商務和辦公，如圖2所示。

家居安全監控模塊：主要是家庭安防監控系統，在傳統的安防系統上與網絡互連，達到用戶可遠程監控的功能。

家電控制模塊：把家電產品的控制集成到PC電腦、智能手機等終端設備，實現隨時網絡控制家電的作用。

家居管理模塊：對家庭的家居，通過連接設備，把傳統的家居互連起來，達到隨時可以網絡控制家居的作用。

家庭教育和娛樂模塊：與家庭影院、在線視頻點播、電子游戲等功能集成，讓家庭的教育和娛樂也是網絡中進行。

家居商務和辦公模塊：可以在家庭辦公，實現商務談判，節省人們上下班時間，提供辦事的效率。

2 智能家居物聯網的簡易模型設計

2.1 傳統的智能家居物聯網的不足

傳統的智能家居系統，它的功能基本上可以滿足用戶的需求，但是對于硬件和軟件的要求比較高，導致傳統的家居物聯網系統無法快速地普及的原因之一。

一套能夠滿足家庭應用的智能家居系統，一般都需要2萬元以上的費用，而且外加設備的費用也不少，擴展性也不是很好，因此推廣起來比較難。

2.2 Arduino環境和Yeelink平臺的簡介

（1）Arduino是一個開源的、擁有簡單輸入/輸出的電路板，它沿用了Processing語言的開發環境且IDE（集成開發環境）完全免費開源。Arduino集成了許多單片機的底層代碼，無需了解單片機的復雜底層代碼，它只是通過簡單而實用的函數就可以調用到各種功能，例如接受多種傳感器傳來的感知環境，通過控制馬達、燈光和其它設備來達到用戶的需求。這便為快速的實現簡易的家居物聯網提供條件。

（2）Yeelink是目前定位于做一個開放的通用物聯網平臺，它主要提供傳感器數據的接入，存儲和展現服務，能夠為編程開發者、軟硬件廠商提供一個開源的物聯網平臺，使得物聯網開發者無需關心網絡服務器實現網絡互連的細節，就可以擁有駕馭物聯網電子產品的基本能力，提高開發的效率和降低開發的難度。

2.3 基于Arduino環境和Yeelink平臺的智能家居物聯網模型的設計

2.3.1 硬件要求

（1）Arduino主板一個（Arduino UNO）；（2）與arduino兼容的以太網板一個（以arduino官方開發的W5100以太網板為例）；（3）若干傳感器（以LED燈為例）；（4）若干連接電線。

2.3.2 設計原理

本實驗以yeelink為平臺，采用yeelink提供的網頁接口實現通過互聯網或移動互聯網對終端的控制。

為了方便實驗的進行和條件限制，本實驗主要實現通過互聯網或移動互聯網來管理控制與arduino 開發板連接的LED燈，從而實現遠程控制。編寫代碼燒錄進Arduino開發板，設定Arduino固定每個周期向yeelink服務器發出獲取命令來獲得傳感器的當前狀態，若需要改變arduino上LED燈的狀態，只需通過yeelink提供的網頁控制界面改變當前傳感器的狀態，當arduino在下一個周期發出命令，獲取當前傳感器狀態，通過判斷傳感器狀態已變化，則Arduino亦相應的改變LED燈的狀態，從而實現遠程控制。

如本實驗arduino以每3秒為一個周期向yeelink服務器發出HTTP的get命令來查詢對應LED燈的狀態，若想點亮LED，則用戶通過yeelink的控制界面發送HTTP的post命令更新LED燈的狀態為“開”，當arduino在下一個周期時查詢發現LED狀態從0變為1的時候，則arduino相應改變LED的狀態，LED燈便點亮了。同理，若想熄滅LED，用戶只需在yeelink控制界面更新LED燈的狀態為“關”，約3秒后便能熄滅Arduino開發板上的LED燈，如圖3所示。

3 總結

以物聯網為主要技術手段的新一代智能家居是實現家庭信息化、數字化社區的主要方式，已成為社會信息化發展的一個重要組成部分。雖然目前智能家居在我國的發展還不是很普及，但是隨著家居物聯網技術的不斷成熟和實施智能家居系統成本的不斷下降，以及人們對智能家居概念越來越接受等大環境下，家居物聯網在未來的發展中一定是一個非常有市場前景的行業。

參考文獻

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