基于物聯網技術的智能家居系統設計與實現

翟冠杰

摘要

隨著物聯網技術的發展，相關的應用已逐漸走進千家萬戶，人們的生產生活方式因此發生了明顯的變化，尤其是在計算機技術、網絡通信技術以及自動控制技術的推動下，物聯網技術已經成為傳統家居環境建設的重要發展方向，各種家電和家居設備的智能化程度不斷提高，為智能家居系統的性能提出了更高的要求。本文對基于物聯網的智能家居系統進行了深入探討，并對其進行了整體設計與實現，對于智能家居的發展方向具有重要意義。

【關鍵詞】物聯網 智能家居 系統設計

1 智能家居發展現狀

我國物聯網技術研究起步較晚，智能家居系統出現也較晚，但經過多年的趕超，我國的智能家居技術也有了較大的發展。上世紀90年代末，中科院首先啟動智能技術研究并應用于電力行業。目前我國的智能家居正由自動化和聯網化的現狀朝著智能化方向發展，基于各種真實生活應用情景的智能化服務不斷提升，促使整個智能家居產業由智能單品的研發向智能化家居系統的方向演進。然而，我國在智能家居的建設上并未實現統一標準，各廠商的產品兼容性差，智能化成本偏高，限制了智能家居系統在社會的普及。

2 智能家居系統關鍵技術

智能家居系統的關鍵技術主要是RFID定位技術和智能傳感技術。RFID定位是通過無線射頻信號實現定位的一種技術，具有非接觸、雙向通信、自動識別等特征，對人體和物體均有較好的效果。RFID不但可以感知物體位置，還能感知人體的移動狀態并進行跟蹤，目前己廣泛應用于智能家居室內定位領域。智能家居的物物相連是以智能傳感器為基礎的，目前在智能家居中廣泛應用的傳感器包括溫度傳感器、濕度傳感器、氣體濃度傳感器、火災探測器、圖像傳感器、位置傳感器、速度傳感器等等，為家居設備的智能化運轉提供了豐富的控制參量，進一步提高了家居設備的智能化和自動化程度。

3 基于物聯網的智能家居系統

本文設計的智能家居系統包含了管理層、網絡層和感知層三個層次，其總體結構如圖1所示。其中管理層負責對硬件采集的原始數據進行處理、分析和存儲，最終轉化為智能家庭控制所需要的各項服務;網絡層處于管理層與感知層之間，主要負責將感知層采集的數據傳輸至管理層，同時完成管理層向感知層的指令傳輸任務，是整個智能家居系統的數據中樞;感知層以傳感器為主要硬件設備，由各種不同的傳感器組成傳感網絡，負責對家居設備各狀態參數的采集，并通過網關設備與網絡層相連。

3.1 管理層

管理層主要起到對整個智能家居系統的統一控制與協調作用，因此又稱為管理控制層。管理層可以能對感知層上傳的原始數據進行管理，同時提供軟件系統的重構功能，保證系統處于可靠、經濟、安全、環保的運行狀態。管理層可以完成與各采集終端和用戶終端設備的數據交換、為各硬件和軟件系統提供必要的接口、保證系統各模塊的相互配合與協調工作，維持舒適、智能的家居環境。

3.2 網絡層

網絡層主要完成網絡的接入和數據的傳輸工作，是智能家居系統的通信中樞，使采用不同通信協議的硬件設備之間可以實現數據的匯總和解析。本系統的網絡層支持各種不同形式的通信技術，例如當前應用比較廣泛的PLC、ZigBee、以太網和Wi-Fi等等;傳感網絡接入網絡層之后，由于不同的硬件一般具有不同的通信協議，因此網絡層還可以將其統一為標準的數據格式，向管理層上報。感知網絡具有眾多接口，為方便管理，本文采用了物聯網網關作為接入層，對整個傳感網絡進行統一的管理，并且允許網絡重構，保證系統在故障情況下的可靠運行。網絡層是當前物聯網技術在智能家居領域應用的重點之一。

3.3 感知層

感知層就是對家居環境的各項狀態參數進行感知，實時采集各項有關數據的傳感網絡。本系統以SIMAC6401芯片為通信核心，以ZigBec技術組建通信節點，了所有智能家居設備的硬件集成與數據適配，可以滿足設備的LONWORKS、ZigBee等通信協議要求，實行統一控制與管理。外圍電路依托于數據處理芯片進行工作，并為數據的采集和傳輸提供支持。適配模塊在集成之后具備較強的控制和數據采集能力，其控制能力主要體現在對電力載波通信和ZigBee的兼容性上，對通信的控制比較靈活;其數據采集能力則主要體現在各類傳感器的集成，形成的一傳感網絡，完成對所有智能家居設備運行狀態參數的采集。適配單元可以跟網絡接入層進行自組網，把整個家庭的設備相互連接，形成智能家居物聯網體系。

4 結束語

物聯網技術的發展推動了智能家居的進步，為人們提供了一個更加舒適、安全、環保的家居環境;智能家居系統的進步，進一步豐富了物聯網技術的應用領域，在各種新需求的推動下，又促進了物聯網技術的不斷向前發展。因此物聯網技術與智能家居技術是相互促進、同步發展的。

參考文獻

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