基于物聯網技術的智能家居系統設計

蘇娜

摘 要：隨著經濟水平提高和科學技術的不斷發展，人們希望生活質量也能得到不斷地提高，智能家居應運而生。本文把智能家居技術與物聯網技術相結合，對基于物聯網的智能家居系統中使用的關鍵技術進行學習研究，利用現在發展成熟的物聯網技術實現住宅中物與物、人與物之間的無線通信和遠程控制，提高家居環境的安全性、舒適性和便利性等。

關鍵詞：智能家居；物聯網；傳感器；通信

1 概述

1.1 智能家居

智能家居以家庭住宅為平臺，應用自動控制技術、網絡通信技術、音視頻技術將家庭中和信息有關的家電、通信設備等裝置集成，方便信息傳遞和用戶對家電設備進行有效地控制。除此之外，把智能家居系統與Internet網絡相連接，用戶通過家庭網關實現對家電設備的遠程監測和控制。

1.2 物聯網

物聯網，通俗地說就是物物相連的網絡，是將各種信息傳感器設備，如串口無線裝置、紅外傳感器、全球定位系統等裝置按照約定的協議與互聯網連接起來，進行信息的交換和各裝置間的通信，實現智能化的識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。將物聯網技術應用于智能家居系統中，物聯網可以把家電設備連接到網絡中，使設備狀態、信息以及環境參數等海量數據的共享成為可能，物聯網為智能家居技術的發展提供了新的方法。

2 物聯網智能家居系統中的關鍵技術

2.1 傳感器技術

傳感器就是能將被測量轉換為可用電信號的器件或裝置，現在計算機處理的數據絕大部分都是數字信號，而家居環境中的參量是模擬信號，因此就需要傳感器將模擬信號轉換為數字信號，這樣計算機才能對信號作進一步的處理。在智能家居系統中需要實時了解家居生活環境中的參量，從而采取相應的控制，為了實現這一目的，就要在家庭中布置多種傳感器來采集家居環境信息，比如溫度、濕度、煙霧、煤氣泄露、紅外等傳感器，傳感器將家居環境信息轉化為可用的電信號，從而進一步對信息處理實現對家具設備進行調整和控制。

2.2 無線通信技術

無線通信技術的主要優點有避免了重新布線，安裝簡單方便，還可以根據用戶的需求隨時改裝。本系統中主要使用的是WiFi技術，WiFi的傳輸速度快，有效范圍可在數百米范圍內，對于大多數家庭來說覆蓋范圍足夠。智能家居系統使用WiFi技術主要是家庭網關和若干無線通信節點的設置，家庭網關中有一個無線發送模塊，每個節點有一個無線接收模塊，數據就可以在各個節點之間傳送，通過一臺WiFi手持終端就可以進入家庭網關，實現對家電設備的監測和控制。

2.3 遠程控制技術

遠程控制技術就是一臺PC遠距離控制另一臺PC的技術，遠程控制可以通過LAN、WAN、撥號方式、互聯網方式進行，本文中的控制系統采用互聯網方式，擁有強大的網絡功能，可以很方便地接入家庭網絡中，用戶可以在移動終端上查看家電設備的工作情況和家庭中溫度、濕度等環境參量，在移動終端上輸入控制指令，可以控制家電設備的開關、工作模式等。

3 智能家居構架

3.1 無線通信模塊

通信模塊是整個智能家居系統的核心，負責家電設備和移動終端、家電設備之間的數據傳輸和融合。本系統通信模塊采用即插即用的串口WiFi模塊——SSC-WiFi-171，它是上海迅瞻電子科技有限公司代理的美國RN公司的RN-171模塊。RN-171模塊具有體積小、功耗低的特點，而且模塊內置的固件讓用戶應用起來很簡單。該產品符合IEEE802.11協議棧網絡標準，工作于2.4G頻段，核心芯片集成了32位處理器，內帶TCP/IP協議，能夠實現用戶串口、以太網、無線網3個接口之間的任意轉換，使傳統串口設備更好的加入無線網絡。具有電池管理和模擬接口，模塊可以自動掃描和連接AP.RN-171模塊內建的HTML客戶端，串口設備不需要更改配置數據就可以自動上傳到WEB服務器上去。

3.2 信息處理模塊

為了實現家電設備與移動終端間數據的傳輸，智能家居系統中必須要有信息處理模塊。信息處理模塊用來處理各個家電設備的工作狀態和對家居環境數據處理，將處理后的規范化數據上傳到家庭網絡中，用戶根據移動終端顯示的數據來判斷家居環境和家庭設備是否是正常工作狀態。移動終端做出的指令也要通過信息處理模塊處理，信息處理模塊對指令處理后發送到功能驅動模塊，功能驅動模塊根據指令代碼控制家電設備的運行狀態。

3.3 溫度控制模塊

本系統采用DS18B20溫度傳感器，它具有體積小、抗干擾能力強、精度高、價格便宜的優點。雖然絕大多數空調都有測溫功能，但是由于其體積的限制，一般測得的只是排風口近距離的溫度，所以需要另外安裝溫度傳感器。DB18B20將測得的室內溫度上傳到家庭網絡中，用戶可以實時監測家庭溫度狀況。當開啟溫度自動控制的時候，只需要將空調設定的溫度值上傳到家庭網關中與DS18B20測得的實際溫度相比較，從而進一步控制空調的制冷制熱，保證家居環境保持在適宜溫度。

DS18B20數字溫度傳感器接線簡單方便，封裝后可以應用于很多場合，有管道式，螺紋式，磁鐵吸附式等，也有多種型號，比如LTM8877，LTM8874等，根據應用場所的不同改變其外觀。封裝后的DS18B20可用于各種非極限溫度場合，比如測量鍋爐、機房、農業大棚、彈藥庫等的溫度。DS18B20測溫范圍為-55℃～+125℃，測量誤差小，不需要外部元件，無需備用電源，使用方便，耐磨耐碰，體積小，封裝形式多樣，適用于各種狹小的空間設備數字測溫和控制領域。對于本系統來說，DS18B20無疑是很合適的選擇。

3.4 安全防護模塊

本系統的安全防護模塊采用的是紅外傳感器組成的紅外報警器，紅外傳感器發射的紅外光線不影響周圍其他電子設備，也不能穿透墻壁，所以可以在家庭的門口、窗口多處安裝紅外報警器，提高家居安全。紅外安全報警模塊結構如下圖所示：

兩只串聯的LED發射紅外線，兩只并聯的紅外光敏器件D接收紅外線，每對管子的距離設定為75mm（小于人體的厚度），光敏器件D接受LED發射的紅外光線，當兩個光敏器件D1、D2同時沒有接收到紅外光線時，接收器觸發報警，將此信息發送到移動終端設備上，用戶進一步查看監控設備查看具體情況。此紅外報警設備只有當大于75mm的物體遮擋才會發生報警，可以避免因為蚊蟲等發生的誤報，大大提高系統的準確性。

3.5 移動終端

智能手機具有強大的功能，而且使用很普遍，已經成為人們日常生活和工作中不可缺少的工具。將智能家居系統終端的某些功能遷移到手機上，改善了高新科技的易用性，用戶可以更好的體驗智能家居系統所帶來的便利性。在智能手機上安裝程序軟件，用戶就可以通過軟件連入家庭網絡中，可以實時了解家里各個家電工作情況、家居環境數據等，也可以通過手機移動終端控制家電設備的開關，比如用戶在到家之前將空調、燈具等打開，回家就能享受舒適的環境。

4 結語

本文研究學習了物聯網技術和智能家居系統中使用的技術，特別分析了基于物聯網的智能家居系統中使用的關鍵技術，提出了一套基于傳感器技術、無線通信技術和移動終端技術的智能家居系統，此智能家居系統布置結構簡單，操作方便，具有較好的安全性和可靠性，能夠大大提高人們家居生活的便利性和舒適性。

參考文獻

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