物聯網技術支撐下智能家居的有效控制與功能發揮探討

周軼捷

摘要：數字化發展與現代居民對生存環境的影響與需求，推動了智能家居的多樣化技術應用。目前，物聯網技術在智能家居中的應用，在信息收集、設備控制等方面擁有了初步的嘗試。研究深度闡釋了物聯網技術、智能家居等理論，并從控制目標、控制行為上探討了物聯網技術支撐下智能家居的有效控制途徑，最終分析了基于物聯網技術的智能家居的功能發揮，為相關研究提供了研究思路與實踐上的參考。

關鍵詞：物聯網技術;智能家居;通信技術;移動終端

中圖分類號：TP393? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）17-0296-03

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

國家經濟戰略的大調整，是適應現代信息化、數字化發展需求的適應性轉型。國內經濟水平的不斷趨高，讓國民在生活品質與特色方面有了更高的需求。尤其是在追求低碳、智能、環保、安全的生活理念下，國民對于人居環境中智能技術的植入更為期待。“世界上最早的智能建筑是 1984 年在美國誕生的[1]（38）?！逼浜髿W洲、澳洲等經濟發達區域在智能化產品的打造上進行了更多嘗試。被譽為“未來居所”的蓋茨別墅是美國智能家居理念與技術應用的典范，其燈光、娛樂、室內各項環境指數都能夠依照來客的偏好等進行電腦控制。不過國內智能家居的發展情況來看相對滯后，一方面由于國內缺乏在智能家居系統設計等方面的操刀大師，很多智能家居的設計停留在對國外模式的照搬上，其特色化與適用度較低，另一方面則是在具體物聯網技術的研發上尚且處在較為落后的境地，尤其是某些控制技術的應用上沒有形成系統的解決方案，實踐可行性不高。故而，研究物聯網技術的條件下，對智能家居的技術控制及功能發揮進行深入探討與論證，有助于智能家居技術的發展有極為重要的推動價值。

1 相關研究理論基礎

1.1 物聯網技術

本文所談物聯網技術，是指在互聯網條件下可應用的智能技術。在學術界，物聯網被認為是在計算機技術、網絡信息產業之后的又一輪理論革新、技術創新。物聯網在現代生活中的可應用范圍幾乎實現全覆蓋?！拔锫摼W是由感知互動層、網絡傳輸層和應用服務層的層體系[2]（4）?！逼浠诂F代網絡連接，利用傳感器對設定范圍內的生活用具等進行遠程識別，實現了遠程技術的控制與執行。物聯網系統內的每一個生活或生產系統都是智能化、高效化的，其將為固定人群或潛在消費群體提供更為科技化與便捷化的智慧應用服務。

1.2 智能家居

“智能家居是以住宅為平臺，利用先進的計算機技術、網絡通信技術和綜合布線技術，將與家居生活有關的各種子系統有機地結合在一起，并將與家庭生活有關的設備進行集成，以構建高效、舒適、安全的生活環境。[3]（72）”智能家居的設計理念在于，以技術優化控制，以智能便捷生活。從一般智能家居的設計組成來看，其有著相對系統化的系統板塊，現將關鍵性模塊元素簡要陳述。

1.3 家電分置應用

該系統是現代智能電器的集合體。當前各個家電產品在其使用功能上都帶有PC功能。人們購置電視、電腦、空調、冰箱等都可以利用網絡實現串聯控制，是數字化技術應用于家電設計與生產的典型成果。智能家居內部，家電依照其不同的功能分置于不同的居室，如冰箱置于廚房被列入廚衛系統，空調置于客廳等被列入休閑系統。但整個系統由于使用同一個網絡而可在手機或電腦上實現終端控制。

1.4 信息處理系統

不同的家電雖然分置不同生活單元，但是其完全可以通過控制實現信息共享。在現代智能家居系統中，信息處理是較為突出的功能。其對智能居室內所有PC功能家電都能做到實施監控與信息收集，信息收集范圍包括家電的工作情況、功能切換請求等。其后，信息處理模塊會對所收集信息進行分類處置，并實現功能的實施調換與驅動。現代家居中智能電器的技術應用水平在不斷提升，且功能在趨于豐富，應用度也將更廣，這就需要在信息處理上采取分布式模式，實現精準化控制。

1.5 智能通信系統

在智能家居系統中，信息處理僅僅是中樞管理系統，而通信系統則是中樞指令的立體化傳導系統。依照家庭組網需求，通信系統往往依托于已完成布線執行指令，當然更多的家居系統將紅外藍牙或wifi等對信息進行無線傳輸。而由于不同智能電器對于信息傳輸的質量、速度等有所差異，在執行信息傳導時可采用組合混合式傳導模式。

1.6功能驅動系統

功能驅動的主要服務對象就是智能電器。功能驅動是接收家電工作狀態及需求等信息、輸入智能電器接口以完成命令傳導、功能啟動的驅動系統。鑒于智能電器品牌的差異，其在產品性質與功能等層面難以對等。故而要借助于功能驅動將所接收的信息處理指令，轉換為電器相匹配、可驅動的電平信號，最終實現遙控控制與智能電器工作的一體化。

1.7 信息互動系統

信息互動主要是智能家居信息與外部環境或網絡的互通、共享。其不僅能將所有智能家電應用信息實現系統內互通，也能實現區域內共享，是對于互聯網資源的深度融合與信息再分配，也必然會成為智能家居系統的發展趨向。

2 物聯網技術支撐下智能家居的有效控制

2.1 智能家居的技術控制目標

智能家居的控制，主要是為不同社會人群、差異化生活方式提供個性化的應用服務。從某種程度來看，智能家居的服務應用離不開物聯網技術，其可依托信息處理、智能通信、功能驅動等技術實現智能家居的有效控制。其控制目標如下：

1）依托手機等移動智能控制載體，對智能家居系統內的所有家電進行實時監控，并即時對電器開關、家電狀態、家電功能啟動請求等進行有效回應與控制。

2）將智能家居系統內所有家電進行數據分析與功能匹配，設置差異化的生活服務模式，并通過智能終端進行一鍵選擇。

3）根據不同需求，兼用遙控器或無線控制方式，實現智能家居的多元化管理。

4）為智能居所管理需求提供真實、實時的視頻資料信息，實現監控的全程化。

5）高效應急突發情況。智能居室中出現緊急情況或警情，系統即時將警情通過電話或信息方式進行報告，并與物業或管理保安進行通知對接，降低突發情況造成的財產損失。

6）定期、自動修改網關服務器等密碼信息，減少系統漏洞帶來的安全風險。

2.2 智能家居的有效控制

智能家居系統的控制，主要體現在信息處理、智能通信、功能驅動等各個系統板塊上。而實現控制的關鍵技術特色在于智能通信系統上。不同品牌的智能家居產品，其通信組網方式有著很大的差異性。一般地要實現有效控制的全覆蓋，必須要對數據傳輸方式進行深入探討?？偟膩碚f，現代家居產品的數據傳輸與控制，有兩種方式，即有線控制方式、無線控制方式。

1）有線控制方式

有限控制，實則是總線控制，其控制方式類別有EIB、RS-485等。有限控制必須在所控制區域進行線路布控，如果一旦建筑已成，就需要進行破地面或墻面等作業，從而給其造成較大的經濟損失及時間消耗。不可忽視的是，有線控制方式后續所需要的維護較為困難，尤其是在密閉封口的線管內，損壞而修理的難度較大。

2）無線控制方式

無線控制，主要是通過移動通信終端，如手機等，依托射頻、Wi-Fi、ZigBee等方式對智能家居進行一鍵控制，從而實現便捷化與無痕化管理?，F代國內智能家居大多選擇ZigBee組網方式。該技術控制方法，與被控制電器的距離較近，控制操作較為簡單，功能消耗較少，支出成本相對較低，其主要應用于自動控制或遠程控制環境下，對不同設備的適用度較高，能夠嵌入更為廣泛的設備中進行應用。此外，ZigBee還擁有地理定位的技術能力，對消費者的吸引較大。故而，在當前條件下，ZigBee技術在全網的發展優勢較為明顯，而由于其低能耗、低支出、高環保等特點，其在未來的發展前景也較好。

3 基于物聯網技術的智能家居的功能發揮

3.1 智能家居系統功能發揮原理

如上所述，ZigBee技術是未來應用于智能家居系統的重要技術，這種應用系統涵括了終端節點、路由器節點、傳感器網絡用戶終端、遠程監控終端等功能。在整個系統內，終端節點被認為是物聯網整體的核心環節，其主要功能在于完成無線傳感器網絡的激活與對應設置。在成功實現網絡使用后，對路由器節點等其他功能板塊的信息進行實時接收，精準分析優化數據信息，并傳輸于可顯示載體中反饋給用戶。同時在用戶發出新的要求指令后，指令信息會再次借助傳感器功能對應傳輸至設備終端。倘若屬于遠程控制，則還需要將傳感器等與網絡進行連接，并實現信息的收集與指令的傳輸，為控制行為提供直接依據與指向。

3.2 ZigBee技術應用下智能家居各部分系統功能發揮

1）終端節點功能

終端節點的功能發揮需要對其內部構成進行認知分解。終端節點有四個板塊部分，即：傳感板塊、信息處理板塊、無線傳輸板塊及電源控制板塊等。終端節點的功能要求與網絡啟動、建設等關聯不大。終端節點功能的發揮主要體現在兩個方面，一方面依托于傳感板塊的傳感器，對智能家居工作信息等予以收集、轉換，并在信息處理板塊實現信息管理，之后傳輸向無線傳輸板塊，繼而實現網絡傳遞;另一方面則負責實時對用戶新要求、新指令進行收集并引導控制設備完成指令要求。

2）路由器節點功能

路由器節點是整個ZigBee智能家居系統的信息傳輸載體。一方面路由器成為終端設備節點的路由服務設備，完成差異化的路由選擇;另一方面，如果默認新節點參與智能家居系統，那么路由器的功能與網絡路由器相一致。

3）協調器網關功能

其是智能家居應用的控制主體，其前提是有不少于1個的ZigBee網絡FFD參與。首先，協調器網管對智能家居系統內網絡擁有主導管理權限，其管理節點在于智能家居系統啟動、物聯網絡建立、ip地址發現與配置、設備數據實時搜集與處理等。其次，作為居室網關與設備的通信橋梁，其與外部遠程智能終端形成又一層聯系，用戶外出或在單位時均可借助移動終端遠程進入家庭網關，進而實現隨時隨地的智能家居管控。

4）移動終端功能

這里所指為手機等智能終端，這些智能終端設備有使用互聯網的相關功能。在這個應用環境中，用戶在借助遠程控制終端完成相關身份確認后，便能夠在C/S等模式下，對家庭環境中的網絡進行操作與控制。尤其是長時間出差家居環境需要通風換氣、環境監控，移動終端設備都可借助以上流程完成遠程操作。

4 結束語

物聯網技術是基于互聯網基礎上的設備控制終端與設備之間的管理控制技術。在物聯網備受推崇的當下，智能家居理念的深入讓物聯網技術應用有了更廣泛的區域領域。故而，研究選擇物聯網技術支撐下的智能家居作為研究對象，對相關組成板塊及技術控制、功能發揮等進行了深入探討，期為智能家居的科技化、低碳化、便捷化、普及化發展提供必要理念實踐支撐。當然，作為物聯網技術應用的研究者，更應該專注于理論在實踐層面的應用，并適應不同需求提出可持續性的應用方案。

參考文獻：

[1] 包依勤. 基于物聯網技術的智能家居系統的研究與探討[J]. 物聯網技術， 2013， 3（7）： 38-41.

[2] 王志軍. 基于物聯網技術的智能家居系統的實現研究[D].淮南： 安徽理工大學， 2012.

[3] 吳曉， 周建平， 梁楚華， 等. 物聯網技術在智能家居中的應用研究[J]. 物聯網技術， 2012， 2（11）： 71-73.

【通聯編輯：謝媛媛】