基于物聯網的智能家居控制系統設計與實現分析

焦提鵬

摘 要 智能家居安全問題引發極大的關注，為此，本文重點探討基于物聯網的智能家居控制系統的設計和應用實現，從底層結構和上層結構兩個角度進行智能家居控制系統的設計和研發，使之成為具有通用性、易移植性的可遠程控制智能家電的系統，體現其良好的穩定性和擴展性。

關鍵詞 物聯網 智能家居 控制系統 設計

中圖分類號：TP274文獻標識碼：A

物聯網滲透到智能家居系統之中，通過動態異構體系結構的傳感器和應用程序，進行智能家居的高級服務和家庭設備管理，可以引入ZigBee無線網絡技術，進行基于物聯網技術的智能家居控制系統設計和應用，通過Android客戶端實現終端控制，由社區物業客戶端實現能耗管理和家庭醫療監測，合理設計智能家居控制系統通信網絡、硬件和軟件，實現物物相連、設備集中控制的綠色節能智能家居控制系統。

1基于物聯網的智能家居控制系統架構

可以引入ZigBee技術、Wi-Fi技術進行智能家居控制系統的設計，實現家庭內部組網通信和鏈接，并實現家庭內部數據傳輸與外部服務器的通信鏈接，主要由底層結構和上層結構組成，其中：底層結構由終端節點和家庭網關構成，終端節點涵蓋家庭醫療設備節點、智能家電設備節點、能耗監控設備節點，主要通過內置ZigBee網絡通信模塊實現設備數據采集和傳輸。家庭網關主要通過新增Wi-Fi模塊的ZigBee網絡協調器，實現網絡對外通信。上層結構主要包括有客戶端和控制終端，通過客戶端實現社區能耗管理和集中控制，通過網絡管理模塊、子系統加載器模塊和數據解析器模塊，處理復雜的邏輯關系，實現對智能家居控制系統的管控。并通過Andriod智能手機終端實現系統對外管理，實時查看和獲悉系統運行狀態，進行系統數據查詢。

基于物聯網的智能家居控制系統架構層次主要為：（1）終端設備節點和家庭網關。采用CC2530核心芯片實現ZigBee網絡通信，由家庭網關協調器構建ZigBee無線網絡，進行終端設備節點數據的采集、更新和處理，并對ZigBee網絡中的節點進行管理。（2）通過Internet網絡實現終端設備節點、家庭網關與服務器的鏈接，由服務器進行智能家居控制系統的日常管理和維護，并提供節點管理服務、數據查詢和系統管理等服務。（3）Andriod控制終端通過Internet網絡連接到服務器，經身份驗證之后查看節點信息，并對系統參數進行修改和管理。

2基于物聯網的智能家居控制系統硬件設計與實現

（1）家庭醫療設備節點硬件設計與應用。通過可穿戴的便攜式設備的傳感器節點，檢測心率值、血氧飽和度等健康數據，將其傳送至家庭網關和客戶端。其硬件構成包括ZigBee芯片、電源管理模塊和數據采集模塊，實現對人體心率參數的監測，有效彌補單一閾值監測的缺陷。

（2）智能家電控制節點硬件設計和應用。主要接收家庭網關發送的家電控制報文，采用紅外控制、繼電器控制、電機控制等方式進行反饋。其主要構成包括有無線通信模塊、執行模塊和受控家電終端，其中：無線通信模塊解析底層家電控制終端節點與智能家居網關間的數據，并通過自學習型紅外執行模塊，對智能家居中的家電實現無線控制。受控家電終端則包括有CC2530模塊、繼電器模塊、進步電機等。

（3）家居能耗監控節點硬件設計與應用。主要構成部分為CC2530芯片、能耗測量芯片和電源管理模塊，采集電視、空調、熱水器等數據，將采集的能耗數據經由CC2530無線通信芯片上傳和計算處理。

（4）家庭網關節點硬件設計與應用。各個家庭有各自獨立的家庭網關，由ZigBee網絡中的協調器作為網關節點，可以采用有線連接和無線連接的不同方式，將終端節點的ZigBee上傳到特定的IP地址和網絡端口，并進行服務器命令數據的轉發，實現家庭網關與服務器間的可靠連接。

3智能家居控制系統軟件設計與應用

（1）家庭醫療設備節點程序設計與實現。初始化系統進入算法監測狀態之后，設計可穿戴便攜式設備跌倒監測及健康體征數據監測程序，采用分階段式監測加速度值超過設置范圍的心率異常情況，由此判定人體跌倒的情況，并經由CC2530無線通信模塊傳送報警信息。

（2）家電控制節點程序設計與實現。初始化家電終端節點之后，由CC2530模塊接收數據，并判定報文中的地址信息，丟棄與目的地址不相匹配的報文，解析判斷符合本節點的設備類型，執行相應操作并進行報文的發送和反饋。

（3）能耗設備監控節點程序設計和實現。初始化能耗設備終端節點系統之后，采集能耗數據，由通信模塊CC2530接收家庭網關發出的通斷電、數據存儲、繼電器操作等指令，執行相應操作，進行采集數據的自動發送、解析、存儲。

（4）網絡維護的程序設計與實現。由家庭網關協議轉換器處理各個節點子設備的數據，經由TCP/IP網絡進行數據轉發和上傳、處理。上層服務器則將接收的用戶終端設備控制指令，經由TCP/IP網絡發送至家庭網關，再將自己的IP地址反饋至服務器和家庭網絡移動終端。

4結語

綜上所述，基于物聯網的智能家居控制系統采用模塊化的設計思維，進行系統框架設計和軟硬件設計，實現終端設備節點對用戶指令的響應，進行終端節點信息的采集、傳輸、處理和存儲，具有完整性和可推廣性。

參考文獻

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