基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家電管理模型設(shè)計(jì)與驗(yàn)證

樊翠玲

（駐馬店職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南駐馬店，463000）

0 引言

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是在互聯(lián)網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基礎(chǔ)上，將相互聯(lián)通的理念深入到人們的日常生活中，通過利用感應(yīng)器的裝備和嵌入，將生活中的實(shí)物連接成網(wǎng)絡(luò)，在促進(jìn)各類物品之間的交流的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)人類社會的統(tǒng)一化和智能化。與此同時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展也為智能家電的開發(fā)與運(yùn)用提供了可靠的技術(shù)支持，物聯(lián)網(wǎng)所包含的計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信以及信息交換等技術(shù)使得家電物品具有了數(shù)據(jù)化的標(biāo)識，實(shí)現(xiàn)了對內(nèi)和對外的流動。智能化的家電不但轉(zhuǎn)變了室內(nèi)開關(guān)遙控的局限性，而且還具備方便、安全、健康等顯著優(yōu)勢。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)分析

1.1 RFID技術(shù)

RFID技術(shù)指的是以無線電波的形式傳輸數(shù)據(jù)的一種不需要接觸的自動識別技術(shù)，其具有抗干擾、識別速度快、自動化等優(yōu)勢。RFID系統(tǒng)組成均包括電子標(biāo)簽、讀寫器和天線三部分，具體組成如圖1所示。RFID系統(tǒng)的工作原理為讀寫器將詢問信號發(fā)出，電子標(biāo)簽在進(jìn)入磁場中便會產(chǎn)生出感應(yīng)電流，在接收詢問信號之后反饋應(yīng)答信號給讀寫器，讀寫器進(jìn)而將數(shù)據(jù)傳送給計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)處理。目前，RFID已被廣泛運(yùn)用在交通、醫(yī)療、生產(chǎn)等多個(gè)領(lǐng)域。

圖1 RFID系統(tǒng)的組成部分

1.2 傳感器技術(shù)

傳感器為一種可感知人類感知不到的信號的裝置，并按照一定的規(guī)律將感知到的信息轉(zhuǎn)換為其他形式的信號。傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件及轉(zhuǎn)換電路組成，具體如圖2所示。傳感器的種類十分繁多，按用途不同可分為溫度傳感器、速度傳感器、濕度傳感器等，按工作原理的不同則可分為生物型、物理型及化學(xué)型等。傳感器由于信息獲得的可靠性和準(zhǔn)確性，因而在工業(yè)控制、農(nóng)業(yè)、科技等多個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。其中，傳感器的擴(kuò)展和運(yùn)用便是無線傳感器。無線傳感器由眾多傳感器以無線通信的方式組成，具有動態(tài)性、規(guī)模性、移動性等特點(diǎn)，因而同樣受到重視和廣泛運(yùn)用。

圖2 傳感器的組成部分

1.3 基于云計(jì)算的數(shù)據(jù)處理技術(shù)

云計(jì)算是一種通利用網(wǎng)絡(luò)從共享資源池便利且按自身所需來獲取存儲、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)等計(jì)算資源的模式，適合大規(guī)模的信息存儲和管理。本文以個(gè)性化數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)為例，對基于云計(jì)算的數(shù)據(jù)處理技術(shù)展開具體分析。

在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的應(yīng)用平臺中，涉及的用戶數(shù)據(jù)眾多，為了提取匹配用戶個(gè)性化需求的信息，進(jìn)行個(gè)性化數(shù)據(jù)挖掘尤為關(guān)鍵。本文以改進(jìn)的SPRINT算法為例。SPRINT算法是一種模型簡單、計(jì)算速度快的決策樹算法。生成決策樹算法的具體如下：

其中，S，S1，S2為集合，代表樹的節(jié)點(diǎn)， S1，S2 代表的是兩個(gè)分枝節(jié)點(diǎn)，運(yùn)算結(jié)果是生成一棵二叉樹來作為決策樹。

屬性表和直方圖為SPRINT算法數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的組成部分，SPRINT剪枝采用的原則為最小描述長度，以Gini指數(shù)的方法將最佳分裂點(diǎn)及分類屬性找出。如果集合S中包含了N個(gè)不用類別的記錄，那么Gini指數(shù)則為，類j出現(xiàn)的頻率為pj，如果集合分成兩部分S1與S2，那么分割的Gini表達(dá)公式則為，其中，分割的標(biāo)準(zhǔn)則為最小。

2 智能家電管理模型的設(shè)計(jì)

隨著科技的發(fā)展，人們對智能家電的需求量也越來越大，因此，家電設(shè)備需具備更為完善的功能和便捷的服務(wù)。

2.1 智能家電管理模型的感知層

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具有的一個(gè)顯著特征便是通過RFID、GPS、攝像頭、二維碼、傳感器等技術(shù)方法，隨時(shí)隨地采集和獲取進(jìn)行感知對象的信息。在智能家電管理模型中，人們的家庭環(huán)境及人本身則為感知對象，其執(zhí)行設(shè)備為傳統(tǒng)智能家電系統(tǒng)中的八大子系統(tǒng)。此外，無線門磁、窗磁，無線溫濕度傳感器以及無線燃?xì)庑孤﹤鞲衅鞯缺姸喔兄夹g(shù)童謠被運(yùn)用在智能家電管理系統(tǒng)中。

2.2 智能家電管理模型的網(wǎng)絡(luò)層

由各種互聯(lián)網(wǎng)及通信網(wǎng)絡(luò)共同形成的融合網(wǎng)絡(luò)為物聯(lián)網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)層，此外，網(wǎng)絡(luò)層還包括家電聯(lián)網(wǎng)管理中心、云計(jì)算平臺、信息中心及專家系統(tǒng)等信息智能處理部分。在智能家電管理模型的網(wǎng)絡(luò)層中，不但需要具備充分的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營能力，同時(shí)還需加強(qiáng)如應(yīng)用數(shù)據(jù)庫等運(yùn)營信息的能力。其中，保證信息傳送的可靠性與信息處理的智能性為智能家電管理模型網(wǎng)絡(luò)層需要重視的兩個(gè)問題。

2.3 智能家電管理模型的應(yīng)用層

所謂的應(yīng)用層便是通過有效結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智能家電專業(yè)技術(shù)，從而滿足家電智能化應(yīng)用的方案集。物聯(lián)網(wǎng)通過應(yīng)用層的作用將傳統(tǒng)的家電與現(xiàn)代化的信息技術(shù)進(jìn)行深入融合，在智能電網(wǎng)，多媒體娛樂，家庭安防、醫(yī)療、控制等方面實(shí)現(xiàn)了智能自動化的應(yīng)用。與此同時(shí)，家庭服務(wù)商通過應(yīng)用層為人們的生活提供了各種優(yōu)質(zhì)服務(wù)。

3 智能家電管理模型的驗(yàn)證

由于冰箱不但在智能家電中較為常見，在食品管理系統(tǒng)中也是一項(xiàng)典型的應(yīng)用，因而本文以智能冰箱的食品管理系統(tǒng)作為研究對象，深入分析智能家電管理模型的實(shí)際運(yùn)用。

3.1 智能冰箱食品管理系統(tǒng)的需求

智能冰箱食品管理系統(tǒng)包括食品的錄入與取出、購物清單的生成、賬戶管理等功能，具體如圖3所示。

圖3 智能冰箱食品管理系統(tǒng)的功能模型圖

3.2 智能冰箱食品管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用的設(shè)計(jì)模式為MVC 模式，且分開數(shù)據(jù)與邏輯的處理，及UI設(shè)計(jì)，這三者之間相互獨(dú)立，互不干擾。此系統(tǒng)軟件層次結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖4 智能家電食品管理系統(tǒng)軟件層次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

智能冰箱首先將食品的信息保存在本地，然后在云平臺上進(jìn)行備份，并根據(jù)備份的信息進(jìn)行挖掘、推送和查詢。智能冰箱食品管理系統(tǒng)的具體主程序如圖5所示。

圖5 智能冰箱食品管理系統(tǒng)主程序圖

3.3 智能冰箱食品管理系統(tǒng)的效果展示

本文以此系統(tǒng)主程序的效果為例。用戶在進(jìn)入應(yīng)用程序后，首先看到的便是列表界面，將冰箱內(nèi)所有的食品信息展示出來，如圖6所示。列表的顯示形式為list，按照過期天數(shù)進(jìn)行降序排列。過期天數(shù)顯示為負(fù)數(shù)說明食品還有多少天就要過期。

當(dāng)用戶點(diǎn)擊了下面的冷藏區(qū)按鈕時(shí)，界面便更改為處于冷藏區(qū)中的食品列表，點(diǎn)擊冷凍區(qū)的作用也是一樣。當(dāng)點(diǎn)擊一鍵清除的按鈕時(shí)，當(dāng)前頁面的食品信息便會全部刪除。

4 結(jié)語

綜上可知，我國目前并沒有完全實(shí)現(xiàn)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家電開發(fā)，也并沒有將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)大規(guī)模地運(yùn)用到各種家電中，這主要與物聯(lián)網(wǎng)缺乏一定的安全性以及智能家電產(chǎn)品的成本過高有關(guān)。不可否認(rèn)的是，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的大力推廣在一定程度上促進(jìn)了智能家信息化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的發(fā)展。各種如RFID技術(shù)、傳感技術(shù)等現(xiàn)代化技術(shù)促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)無線通信技術(shù)發(fā)展的同時(shí)，也有效降低了智能家電的成本。我們只有加大先進(jìn)技術(shù)的運(yùn)用力度，加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全機(jī)制，才能使基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家電真正造福于人類。

圖6