物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下智能家居系統(tǒng)的思考

陳偉雄

（深圳市安百納智能實(shí)業(yè)有限公司，廣東 深圳 518000）

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是指借助采集單元使用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與無線傳感技術(shù)，實(shí)現(xiàn)家居設(shè)備之間的信息共享與交換，滿足人們對(duì)智能生活的需求，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)智能系統(tǒng)的集成化管理。可以說，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)上進(jìn)一步深化拓展的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)核心與基礎(chǔ)部分是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。我國物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)呈現(xiàn)出產(chǎn)業(yè)體系與產(chǎn)業(yè)鏈集成發(fā)展，產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展所需的射頻（Radio Frequency，RF）、智能控制、無線傳感等技術(shù)逐漸趨于成熟，在世界上處于領(lǐng)先地位。就目前來說，在智能家居、智能電網(wǎng)、智慧交通等行業(yè)中均能夠發(fā)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的身影。資料顯示，2019年度我國的物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)規(guī)模高達(dá)9 500億元，表明智能家居在我國具有良好的發(fā)展前景。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過各種通信技術(shù)、布線技術(shù)等，幫助民眾實(shí)現(xiàn)對(duì)住宅區(qū)域內(nèi)各種設(shè)備的自動(dòng)化控制，從而構(gòu)建出一個(gè)集合智能管控的家居控制系統(tǒng)，打造出更加令人滿意的居住環(huán)境。

智能家居系統(tǒng)采用軟件與硬件相結(jié)合的形式，例如，傳感器可對(duì)家居內(nèi)的信息（濕度、溫度、光照）進(jìn)行采集，并將采集到的信息及時(shí)地傳輸給計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)對(duì)采集到的信息進(jìn)行整理、分析、挖掘、整合，進(jìn)而掌握用戶的行為習(xí)慣，最終按照用戶生活習(xí)慣構(gòu)造出最宜的生活環(huán)境[1]。

1 智能家居概念

智能家居理念一經(jīng)提出，便掀起了全球家居模式升級(jí)的熱潮，該理念始于美國聯(lián)合科技公司，主要是通過各種通信技術(shù)、傳感技術(shù)等構(gòu)架家居的智能化管理系統(tǒng)，不僅能夠滿足人們對(duì)居住的需求，還能夠?qū)崿F(xiàn)民眾對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信、設(shè)備的智能化管理。

智能家居系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)家居信息數(shù)據(jù)的交互性平臺(tái)，能夠?qū)⒓揖邮褂玫母鞣N電子設(shè)備、系統(tǒng)以及信息進(jìn)行交換與共享，主要有以下特征：（1）系統(tǒng)中的各個(gè)子系統(tǒng)均能夠?qū)崿F(xiàn)獨(dú)立的運(yùn)轉(zhuǎn)，且子系統(tǒng)之間又存在密切的聯(lián)系。（2）智能家居系統(tǒng)所使用的各種不同型號(hào)的設(shè)備、傳輸協(xié)議等均能夠?qū)崿F(xiàn)互相交換與共享。（3）系統(tǒng)的終端能夠?yàn)楦髯酉到y(tǒng)提供操作界面，并可以儲(chǔ)存各子系統(tǒng)的信息數(shù)據(jù)。（4）控制方式更加多元化，比如，用戶可以通過遙控器、手機(jī)、電腦等終端對(duì)各種家居設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程操作[2-3]。

2 智能家居系統(tǒng)技術(shù)要求

2.1 網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)的應(yīng)用使得家居智能控制成為可能，是智能家居系統(tǒng)的基礎(chǔ)部分，主要是為智能家居系統(tǒng)提供各種形式的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)系統(tǒng)，包括控制中心、家庭網(wǎng)關(guān)以及家居設(shè)施等。其中，控制中心部分主要是用于接收用戶發(fā)出的指令要求，實(shí)現(xiàn)對(duì)家居內(nèi)各種電子設(shè)備的集成控制，根據(jù)用戶的指令要求，各種家居設(shè)備在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的幫助下各自獨(dú)立工作，滿足用戶的各種需求。家庭網(wǎng)關(guān)部分主要是將各種家居電子設(shè)備（空調(diào)、電視、冰箱、掃地機(jī)器人等）納入控制網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建一個(gè)能夠滿足用戶需求的遠(yuǎn)程控制平臺(tái)，滿足用戶對(duì)家居設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。

2.2 傳感器技術(shù)

傳感技術(shù)是智能家居系統(tǒng)采集家居設(shè)備信息的重要手段。比如，常見的廚房安全監(jiān)測(cè)就是借助各種類型的傳感器，對(duì)煤氣以及煙霧實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保廚房設(shè)備運(yùn)行的安全性；房間溫度傳感器能夠讓用戶在回到家之前通過系統(tǒng)檢測(cè)室內(nèi)溫度，并按照用戶自身的需求對(duì)室內(nèi)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。智能家居系統(tǒng)中傳感器技術(shù)應(yīng)用的示意如圖1所示。

2.3 信息處理技術(shù)

構(gòu)建智能家居系統(tǒng)的目的是滿足人們對(duì)高品質(zhì)生活的追求，就像現(xiàn)實(shí)公司中的人力資源管理部門一樣，是為人服務(wù)的，無論是其所具有的輔助生活行為功能，還是對(duì)家居的安全防護(hù)等，均是為了滿足用戶的需求，而對(duì)用戶行為的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)以及對(duì)用戶實(shí)時(shí)狀態(tài)的判斷等也是智能家居系統(tǒng)的必備功能，實(shí)質(zhì)是借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的圖像識(shí)別技術(shù)——可視技術(shù)。智能家居系統(tǒng)可以通過圖像識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)家居環(huán)境內(nèi)的各種圖像信息進(jìn)行預(yù)處理與特征提取，信息處理示意如圖2所示。

圖2 信息處理示意

3 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 整體設(shè)計(jì)

文章基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要采用Visual DSP++4.5多線程嵌入式設(shè)計(jì)方法，來構(gòu)建智能家居平臺(tái)，在系統(tǒng)平臺(tái)建設(shè)完成后，即可借助云計(jì)算進(jìn)行系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)。智能家居系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)模型如圖3所示。

組網(wǎng)結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建完成后，進(jìn)行智能家居系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。文章所設(shè)計(jì)的智能家居系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包括控制信號(hào)發(fā)射模塊、供電系統(tǒng)模塊、模擬/數(shù)字（Analog Digital，A/D）電路模塊、TDA8920BTH主控電路模塊等。

3.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

在智能家居總體模型設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)系統(tǒng)的硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)。在以往的設(shè)計(jì)中，最為常用的是ZigBee技術(shù)，但單線驅(qū)成方式極易導(dǎo)致用戶控制指令出現(xiàn)中斷。為確保用戶控制指令下達(dá)的可持續(xù)性，基于云計(jì)算采用模塊設(shè)計(jì)算法對(duì)系統(tǒng)硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)。在對(duì)系統(tǒng)主控制電路進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，經(jīng)過對(duì)比最終確定所使用的主控電為AD620，具有極低的功耗，通信帶寬為120 kHz；為確保系統(tǒng)儲(chǔ)存性能能夠滿足系統(tǒng)各子系統(tǒng)的儲(chǔ)存要求，確定使用兩個(gè)對(duì)稱的600 MHz高性能Blackfin內(nèi)核，負(fù)責(zé)對(duì)各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。

圖3 智能家居系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)模型

3.3 系統(tǒng)測(cè)試與實(shí)驗(yàn)分析

為驗(yàn)證基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居系統(tǒng)是否具有強(qiáng)大的功能，本團(tuán)隊(duì)對(duì)其進(jìn)行仿真測(cè)試。測(cè)試內(nèi)容主要包括：電壓范圍、輸出功率、硬件控制性以及阻抗匹配性能，經(jīng)測(cè)定，系統(tǒng)運(yùn)行效果良好。文章所設(shè)計(jì)的基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居系統(tǒng)具有較好的收斂性，能夠滿足設(shè)計(jì)上Pd=0.995，Pf=0.0001的要求，有效地降低了傳統(tǒng)智能家居控制系統(tǒng)中用戶指令執(zhí)行錯(cuò)誤的概率，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

4 結(jié)語

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，在各行各業(yè)中均有涉及，特別是在智能家居系統(tǒng)中具有最為廣闊的發(fā)展前景。文章基于物聯(lián)網(wǎng)體系提出了一種智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，為后續(xù)類似智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了新思路。