基于物聯網的家用電器的組網控制系統研究

黃欣欣

傳感器、ZigBee、4G移動通信等物聯網關鍵技術不斷發展，已經在物流運輸、智能家居、安防保險等領域得到了廣泛的應用。家用電器可以通過物聯網技術集成在一起，使用傳感器、攝像頭等采集家用電器運行狀態及環境信息，通過ZigBee無線網絡、TD-LTE移動通信技術發送到控制中心，將其輸出到控制中心電視墻或智能手機終端上，方便用戶實時查看和控制家用電器。

【關鍵詞】物聯網 ZigBee 傳感器 家用電器 智能家居

1 引言

物聯網是一種集成客觀物品、多媒體通信、電子信息采集等多種技術的網絡，與不同的應用環境結合，產生了不同類型的物聯網，比如RFID網絡、無線傳感器網絡等。無線傳感器網絡作為物聯網的一種形式，其利用傳感器節點、無線網絡和移動通信等技術，在工業控制網絡、環境監測、視頻監控、安防保護、智能家居等領域得到了普及和推廣，尤其是隨著智能家居的出現，無線傳感器網絡作為一門新興的技術，其綜合了嵌入式軟件設計、無線通信網絡、分布式信息管理等技術，促進了智能家居的發展，能夠實時地采集和分析家居環境信息，控制家用電器工作狀態，具有重要的作用。

2 家用電器集成通信聯網技術

2.1 ZigBee無線通信技術

ZigBee是一種無線網絡傳輸技術，其基于IEEE802.15.4標準實現，不僅僅定義了一個良好的物理層、訪問控制層路由傳輸協議，并且能夠為網絡通信提供網絡層、應用層協議，實現家用電器數據的采集、傳輸和控制。ZigBee無線通信網絡具有自組織、自愈功能，每一個節點都可以感知其他節點的存在，并且可自行確定網絡拓撲結構，組成一個結構化的網絡，適應性調整網絡結構，穩定性強。ZigBee采用CSMA-CA進行網絡通信碰撞避免檢測，能夠為家用電器信息采集預留專用帶寬資源，避免數據傳輸時帶寬資源競爭和沖突。ZigBee協議通信傳輸耗費的能量較少，可延長傳感器的工作時間，提高傳感器的工作效率。

2.2 4G TD-LTE移動通信技術

4G TD-LTE移動通信技術已經成為當前無線通信的主流技術，該技術使用OFDM的多址接入模式，可以有效地增強無線鏈路通信技術，采用高可靠性的軟件無線電技術和高效的調制解調技術，有效地提高了數據傳輸的速率。

3 家用電器組網控制系統設計

3.1 家用電器組網控制系統功能

隨著電力通信技術的快速發展，人們為家庭購置了多種多樣的家用電器，不僅僅包括電視機、家用電腦、電冰箱、洗衣機、電熱水器和空調等傳統電器，還逐漸添加了榨汁機、室內環境監測儀、無線路由器、平板電腦、視頻監控器、跑步機等多功能小型家電設備，利用ZigBee、傳感器等物聯網技術，可以將這些家用電器集成、連接在一起，實現家用電器信息采集、傳輸和控制等功能，具有重要的作用。

3.1.1 家用電器信息采集

信息采集功能可以通過部署在物聯網中的傳感器節點，有效地采集家用電器運行的狀況和環境信息，分別是家用電器自身工作信息和運行環境的溫度、濕度、氧氣、二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫和甲烷等相關信息，然后再傳遞到系統中，并實現對環境空氣質量信息的感知。

3.1.2 家用電器信息傳輸和控制功能

傳感器節點采集到家用電器信息、環境信息之后，可以使用ZigBee網絡將數據傳輸到匯聚節點，控制系統能夠將信息準確保存數據庫服務器中。家用電器信息傳輸過程詳細描述如下：傳感器節點部署在家用電器上，利用傳感器自帶的溫控、濕控、設備狀態控制功能采集家用電器數據信息，將其傳輸到匯聚節點，匯聚節點可以通過4G TD-LTE移動網絡將其傳輸到服務器中，以便能夠進行邏輯業務處理，并且根據控制結果向家用電器發出控制命令，比如關閉、打開等。

3.2 家用電器組網路由傳輸控制節點設計

家用電器信息采集過程中，ZigBee網絡完成的功能包括數據采集、傳輸、處理和轉發等功能。ZigBee網絡技術在家用電器控制系統應用過程中，網絡節點主要包括兩種，分別是ZigBee終端節點和網關節點，這兩種節點可以集成在一起，構成一個完善的家用電器無線網絡。ZigBee終端節點可以完成家用電器信息采集、數據信息發送、控制命令接收等功能，ZigBee終端節點的硬件部分主要由電源模塊、電源管理模塊、時鐘模塊、射頻天線單元、LED顯示模塊、信號調理模塊和傳感器模塊共同構成，其中電源管理最為關鍵，可以為傳感器提供信息采集、傳輸、接收的工作電壓。ZigBee網關節點又被稱為路由器節點，其可以讀取傳感器采集的數據，將傳感器采集到的環境數據封裝起來，并發送到相關的服務器，同時接收響應指令，并實現轉發路由數據的功能，在無線傳感器網絡中，可以自由靈活放置網關節點，網關節點的主要能量也是來源于電池，因此網關節點的硬件電路結構相對比較簡單，主要由電源模塊、時鐘模塊、CC2350、射頻天線單元、LED顯示模塊共同組成。

4 結束語

家用電器組網控制是智能家居的一個關鍵內容，也是物聯網等技術發展到一定階段的產物，其可以提高人們家居生活的智能化、運城化和數字化水平，進一步提高人們對家用電器的控制能力，確保家庭安全。

參考文獻

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作者單位

四川長虹軟件與服務中心 四川省成都市 610094