面向移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)研究

梁家琦

【摘? 要】在未來(lái)家居的發(fā)展中，智能家居無(wú)疑是最為突出的一種家居發(fā)展方向和趨勢(shì)。5G時(shí)代的到來(lái)以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，為智能家居的發(fā)展提供了非常大的便利。論文以此為研究背景，首先對(duì)智能家居的發(fā)展情況和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能家居中的應(yīng)用情況進(jìn)行了分析和討論，之后對(duì)面向移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)進(jìn)行了分析和研究，并提出了面向移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)組網(wǎng)方案，對(duì)方案中一些模塊的實(shí)現(xiàn)方法和技術(shù)進(jìn)行了介紹。

【Abstract】In the future development of home， smart home is undoubtedly the most prominent development direction and trend of the home. The arrival of 5G era and the rapid development of internet technology provide great convenience for the development of smart home. Based on this background， this paper firstly analyzes and discusses the development status of smart home and the application status of internet technology in smart home. Then， this paper analyzes and studies the smart home system for mobile internet， and puts forward a networking scheme of smart home system for mobile internet， and introduces the implementation method and technology of some modules in the scheme.

【關(guān)鍵詞】移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng);智能家居;系統(tǒng)

【Keywords】mobile internet; smart home; system

【中圖分類號(hào)】F426;TP27? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2020）10-0178-02

1 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，社會(huì)信息化的程度越來(lái)越高，三網(wǎng)合一、三屏合一等新理論的出現(xiàn)，為智能家居未來(lái)的發(fā)展方向提供了非常重要的理論支持。隨著新時(shí)代下信息技術(shù)中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)被納入新的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開(kāi)始備受關(guān)注，并受到智能家居業(yè)內(nèi)人士的青睞，智能家居也成為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的第三大應(yīng)用領(lǐng)域。在5G技術(shù)支持下，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展，在移動(dòng)終端的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)介入和家庭寬帶網(wǎng)絡(luò)的連接下，形成一個(gè)遠(yuǎn)程的高速網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程智能家居控制，而這個(gè)高速平臺(tái)為智能家居的遠(yuǎn)程操控創(chuàng)建了很好的條件。

2 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在智能家居中的應(yīng)用

智能家居中的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主要包括了有線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)兩種，家庭有線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主要是指通過(guò)有線網(wǎng)絡(luò)對(duì)家居設(shè)施進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，而這種數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣缺容^快，傳輸?shù)念l率也比較穩(wěn)定，但是會(huì)因?yàn)榫€路布置的局限性而缺乏一定的靈活性。

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是隨著現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展而發(fā)展的一種新型智能傳輸技術(shù)。在智能家居系統(tǒng)的應(yīng)用中，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為其發(fā)展提供了非常便利的條件。無(wú)線智能家居的設(shè)計(jì)理念已經(jīng)被很多廠商所認(rèn)同，并得到了快速的發(fā)展。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的出現(xiàn)，代替了原來(lái)的有線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，避免有線網(wǎng)絡(luò)安裝的煩瑣操作，讓整個(gè)網(wǎng)絡(luò)布局更加簡(jiǎn)潔和方便，尤其是藍(lán)牙技術(shù)、紅外技術(shù)和無(wú)線電射頻技術(shù)等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在智能家居系統(tǒng)中的應(yīng)用，為現(xiàn)代智能家居提供了更加便利和多元化的連接方式，可以說(shuō)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是智能家居未來(lái)發(fā)展最為重要的一種支撐技術(shù)。

3 智能家居系統(tǒng)中的移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)

3.1 Wi-Fi互聯(lián)技術(shù)

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是在無(wú)限局域網(wǎng)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，是實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信技術(shù)的基礎(chǔ)，同時(shí)，也是現(xiàn)階段應(yīng)用最為廣泛的一種基礎(chǔ)性通信技術(shù)。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不僅僅可以應(yīng)用在計(jì)算機(jī)中，同時(shí)，也可以在智能手機(jī)等移動(dòng)終端設(shè)備中應(yīng)用。此外，很多家庭住宅中也使用了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，為人們使用無(wú)線上網(wǎng)提供了便利，也為智能家居系統(tǒng)的應(yīng)用提供了網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。無(wú)線互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，使用者可以把家電設(shè)備和智能終端進(jìn)行連接，之后通過(guò)手中的設(shè)備對(duì)其進(jìn)行遠(yuǎn)程智能操控。例如，通過(guò)移動(dòng)手機(jī)智能終端可以對(duì)家庭中的空調(diào)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，使用者可以在回家的路上通過(guò)手機(jī)對(duì)空調(diào)進(jìn)行控制，將空調(diào)打開(kāi)，并對(duì)空調(diào)的溫度進(jìn)行有效的控制，使用者在回到家之后，可以享受合適的室內(nèi)溫度。可見(jiàn)，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在智能家居系統(tǒng)的作用是非常突出的，幫助智能家居的應(yīng)用效果實(shí)現(xiàn)最大化。5G和Wi-Fi互聯(lián)技術(shù)的結(jié)合，讓網(wǎng)絡(luò)的速度更加快速，解決了4G網(wǎng)絡(luò)中擁堵卡頓的問(wèn)題。在局域網(wǎng)下通過(guò)5G和Wi-Fi的路由器可以讓手機(jī)對(duì)智能家居的傳輸命令在1s內(nèi)傳輸完畢，智能家居設(shè)備可以在3s內(nèi)完成指令，提高了智能家居運(yùn)行速度，和4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相比，智能家居信息數(shù)據(jù)的接受和執(zhí)行速度將提高一倍左右。

3.2 ZigBee互聯(lián)技術(shù)

ZigBee技術(shù)是在無(wú)線傳感器的基礎(chǔ)上進(jìn)行通信的，在安裝的過(guò)程中，不需要準(zhǔn)備大量的設(shè)備和材料，所以需要的成本比較低，并且不需要很大的用電量，還具有一定的安全性和穩(wěn)定性。因?yàn)椴恍枰罅康碾娏Γ栽谑褂脽o(wú)線傳感器的過(guò)程中可以使用電池產(chǎn)生電能，這樣就可以實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)待機(jī)，減少相關(guān)的布線工作，節(jié)約電力，減少成本。要想實(shí)現(xiàn)對(duì)智能家居環(huán)境的有效控制，需要對(duì)家居的具體要素等進(jìn)行多方面的檢測(cè)，而這就需要使用傳感器，例如，在對(duì)家居環(huán)境的溫度進(jìn)行設(shè)定時(shí)，需要對(duì)空氣中的溫度進(jìn)行檢測(cè)，需要通過(guò)傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)。而5G通信網(wǎng)絡(luò)和ZigBee技術(shù)的結(jié)合使用讓ZigBee無(wú)線組網(wǎng)通信技術(shù)的優(yōu)勢(shì)更加突出和明顯，將其應(yīng)用到智能家居上，可以讓居住者在家庭使用過(guò)程中實(shí)現(xiàn)更低的損耗，提高了智能家居信息數(shù)據(jù)的傳輸速度，同時(shí)，也提高了人們使用智能家居的體驗(yàn)感。

3.3 5G互聯(lián)技術(shù)

現(xiàn)階段，在智能家居的發(fā)展中，最大的制約因素就是通信網(wǎng)絡(luò)，智能家居的使用需要在非常短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)大量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和傳輸，而5G網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)完全解決了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和傳輸?shù)膯?wèn)題，讓智能家居的覆蓋范圍更加廣泛。5G網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)更加穩(wěn)定，單位內(nèi)的流量傳輸更快、更多，安防的問(wèn)題也可以得到有效的解決。例如，在智能家居監(jiān)控方面，可以通過(guò)無(wú)線傳輸高清的畫面來(lái)實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控，同時(shí)，也可以進(jìn)行移動(dòng)監(jiān)控，更好地保障了家庭的安全。

4 面向移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的智能家居組網(wǎng)分析

4.1 組網(wǎng)方案

在家庭控制系統(tǒng)的通信平臺(tái)中，面向移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，構(gòu)建起高速的遠(yuǎn)程智能家居系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對(duì)智能家居設(shè)備的控制和服務(wù)，例如，遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控、信息共享以及多媒體應(yīng)用等。在此組網(wǎng)方案中，首先，要以主控單元為核心，構(gòu)建起家庭控制網(wǎng)絡(luò)，主控單元的構(gòu)成包括了ARM、其他處理器以及一些通信模塊，以嵌入式系統(tǒng)和家庭控制軟總線實(shí)現(xiàn)智能家居系統(tǒng)的核心控制單元，直接進(jìn)行觸摸式的控制。此外，從控制單元中的主要通信模塊和傳感控制模塊可以實(shí)現(xiàn)接收命令和上傳狀態(tài)信息的功能，而主控單元和從控單元之間的底層通信方式可以通過(guò)家庭現(xiàn)場(chǎng)的總線系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，一般情況下，在家庭聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中，通常使用的是ZigBee、X-10和無(wú)線射頻等。

其次，家庭控制網(wǎng)絡(luò)中主要是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)接口接入家庭寬帶網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)，之后通過(guò)家庭寬帶網(wǎng)絡(luò)接入互聯(lián)網(wǎng)，或者直接接入互聯(lián)網(wǎng)。多媒體系統(tǒng)和家用小型數(shù)據(jù)庫(kù)一般會(huì)布設(shè)在家庭的寬帶網(wǎng)絡(luò)中。多媒體系統(tǒng)主要是用于一些報(bào)警、語(yǔ)音、視頻信息等;數(shù)據(jù)庫(kù)主要是用于儲(chǔ)備相關(guān)的狀態(tài)數(shù)據(jù)、控制命令和場(chǎng)景定義等。

4.2 主要模塊的實(shí)現(xiàn)

首先，控制單元：主要是智能家居系統(tǒng)中的核心控制器，可以說(shuō)是智能家居系統(tǒng)中的大腦，主要以ARM和CPU作為主要的處理器，對(duì)外連接各種技術(shù)類型的通信接口模塊，并移植一些嵌入式的操作系統(tǒng)，通過(guò)家庭控制軟件的總線和TFT液晶顯示和觸摸屏控制進(jìn)行連接。主控單元通過(guò)軟總線的Net接口和監(jiān)控終端的透明數(shù)據(jù)進(jìn)行連接和傳輸。主控單元主要通過(guò)軟總線平臺(tái)對(duì)各種類型的集成硬件協(xié)議驅(qū)動(dòng)和硬件通信接口模塊進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)從控單元模塊的通信，達(dá)到檢測(cè)和控制的目的。此外，由主控單元中的GSM接口向用戶移動(dòng)終端發(fā)送報(bào)警狀態(tài)的信息。

其次，從控單元：主要是通過(guò)X-10、紅外、無(wú)線射頻以及ZigBee等一些硬件網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行安防、智能家居設(shè)備設(shè)施的控制，例如，對(duì)家居中的溫度檢測(cè)、濕度檢測(cè)、排風(fēng)扇以及智能空調(diào)控制和安防監(jiān)控等。例如，調(diào)整光照的強(qiáng)度、自動(dòng)窗簾的控制、煙霧檢測(cè)和噴水、報(bào)警、自動(dòng)關(guān)閉煤氣閥門，等等，這些功能的實(shí)現(xiàn)需要借助GPS的基準(zhǔn)時(shí)間源和RFID的門禁和燈光控制等。

最后，數(shù)據(jù)庫(kù)接口和AI接口：數(shù)據(jù)庫(kù)的接口是在ODBC和ADO虛擬硬件接口封裝的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，主要應(yīng)用在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)分布式的數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)功能，為實(shí)時(shí)訪問(wèn)提供所需要的數(shù)據(jù)信息。AI接口主要是應(yīng)用在比較成熟的第三方智能預(yù)測(cè)算法、移動(dòng)計(jì)算等系統(tǒng)的相互聯(lián)系上，這樣可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的智能應(yīng)用，并讓智能應(yīng)用具有更高的開(kāi)放性和穩(wěn)定性。

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