基于物聯網的智能家居系統設計與實現

摘要：

隨著社會主義市場經濟的快速發展，人們的物質生活水平不斷提升，對于家居生活也提出了更高的要求，在這樣的環境下，智能家居系統應運而生。本文首先介紹了智能家居系統設計的定義與基本設計內容，其次探討了基于物聯網背景下智能家居系統設計中硬件的相關內容，最后著重闡述了智能家居系統設計中軟件設計的相關內容與實現形式，希望可以進一步滿足智能家居系統設計的客觀需求，提升人們的物質生活質量水平。

關鍵詞：

物聯網;智能家居;設計;實現

中圖分類號：

TP277;TU855

文獻標識碼：

A

文章編號：

1672-9129（2020）15-0090-02

引言：隨著物聯網技術的快速進步與發展，其在各行各業中的應用優勢也逐漸顯現出來。其中物聯網在智能家居系統設計中的應用主要以信息技術、網絡安全防盜技術與通信技術為支點，完成技術和智能家居科學控制融合，不但滿足了家居生活的基本需要，同時也在一定程度上提升了智能家居系統設計的美觀度，解決了節能環保、生活質量提升等方面的問題。其中，智能化是物聯網智能家居系統設計中最為關鍵的部分，通過智能化信息服務系統，賦予智能家居系統設計更多的智能控制功能，但是也對智能家居系統設計提出了更高的標準與設計要求。為了進一步探討智能家居系統設計中軟硬件設計實現模式，現就智能家居系統設計的定義與基本內容分析如下。

1智能家居系統設計概述

1.1主要定義。智能家居系統設計是一種基于物聯網的設計手段，通過多種通信技術來強化家居系統，滿足多樣化的居住者需求。在設計過程中，需要同時考慮到智能系統控制、安全性監測等方面的內容，一旦出現異常情況，就會通過自動報警信息反饋的方式反饋給用戶，引導用戶做出操作與決策。舒適度的控制主要涉及到自動調節系統，通過自動調節模塊來進行室內溫濕度的變化調整，也可以通過用戶自主設定的方式來保持相應的溫濕度需求。調控功能還可以直接經過信息操作的方式來落實相關指令，針對相關指令進行積極反饋。智能家居系統設計本身具有多個功能模塊，這不但滿足了人們對于安全、舒適的居住體驗要求，同時也可以實現系統內部的信息整理與深入分析，為更好的服務于居住者，創造適應居住生活的個性化模式創造條件。

1.2設計內容。智能家居系統設計過程中需要考慮到設計目標以及成本控制的內容，通過科學技術來實現不同內容模塊的性能指標監控與科學技術更新優化。從實用性的角度上來看，整體設計要盡可能選擇嵌入系統內部的模式，這種模式可靠性強、內容穩定，功能良好，同時還具有體積小等優勢，可以顯著降低設計成本。智能家居系統設計系統模塊分別進行設計，隨后借助于互聯網進行連接。其中，互聯網單元的主要功能就是采取先進處理技術來滿足系統構建的客觀需要，要求系統設計電路穩定，簡單易操作。在軟件構建過程中，主要突出設計模塊單元化，通過不同的模塊單元來完成相應功能的梳理。根據通信方式目標要求來看，該系統能夠一定程度滿足家居環境信息的獲取，同時還需要具備良好的可拓展特征與開發性，滿足系統功能拓展要求。為了提升系統的兼容穩定性，需要做好通信模塊管理，通過單獨系統模塊進行設計，避免相互之間的干擾與影響。在進行單元設計時，選擇接口連接的方式，這種模式能耗較低，后期維護使用成本也相對較低。除此之外，為了滿足多樣化的用戶需求，還需要將系統設置處自動休眠模式，以此來進一步控制能耗。在通信管理方面通過家庭網關、社區網關銜接的方式能夠實現全方位、無死角監控。

2基于物聯網的智能家居系統硬件設計

在物聯網技術融入智能家居系統設計的情況下進行硬件設計，需要特別做好通信模塊與信息采集模塊的設計工作。

2.1通信模塊。通信過程中需要涉及到多個通信節點，通過不同的節點與家庭網關進行聯系，從而滿足各種信息控制與操作需求。可以通過ZigBee無線網絡來達到設計共享要求，作為整個智能家居系統設計中的核心單元，該單位的運行效果直接決定智能家居系統設計的整體水平。該技術本身具有不錯的技術優勢，具有很強的抗干擾性能，在設計過程中直接選擇該技術來進行數據傳輸可以滿足智能家居系統設計的宏觀要求。在進行模塊設計時，選擇GPRS單元來對數據進行智能化分析，該模塊要求連接準確，同時能夠接收多種不同類型的信息，滿足使用者的接收要求，也可以借助于接收器發出相關指令。總控制臺的構成則主要包括有GPRS，ARM以及其他傳輸單元，各種單元相互獨立，共同完成通信任務。

2.2信息采集模塊。信息采集模塊是實現智能家居系統自動化控制的關鍵，主要涉及到溫度、濕度以及其他各種信息的采集。在進行采集模塊的連接時，一方面需要嚴格遵從設計要求做好順序連接，另外一方面還需要分類進行管理，如果連接錯誤，不但會影響實際使用效果，同時也可能會由于信息反饋失靈導致設備損壞。一般來說，信息采集模塊主要包括溫度傳感器、濕度傳感器以及煙霧檢測系統，紅外傳感系統，分別介紹如下。

溫度傳感器是一種獨立的傳感控制模塊，該模塊能夠測量不同類型的溫度并且獲取其溫度信息，作為智能家居信息調控以及后期處理的需要。一般來說，溫度傳感器的選擇應該盡可能突出穩定性、實用性，同時也要兼顧一定的操作效率與可拓展功能，能夠盡可能匹配多場景的應用需求，這樣才能夠提升智能家居系統設計的效果，滿足多樣化的用戶需求。

濕度傳感器也是智能家居系統設計中必不可少的控制模塊。隨著現代人生活質量的不斷提升，對于生活品質提出了更高的要求，居住環境濕度不但決定了居住舒適度，同時也與許多其他模塊密切相關。在本次智能家居系統設計中選擇了高度集成的濕度監測模塊，該模塊具有類似于溫度傳感器的設計功能，可以借助于MCU完成信號的輸送，如果沒有發送信號，可以選擇低功耗休眠運行。除此之外，為了體現智能家居系統設計以人為本基本理念，該系統還可以兼顧危險事故的監控，如果空氣濕度超過警戒值，就會自動給居住者報警，以此來確保智能家居系統設計的安全性。

火警煙霧傳感系統主要選擇一氧化碳為檢測標志物，通過MQ7傳感器來完成信息收集處理工作。由于該傳感器模塊能夠完成一氧化碳濃度的隨時檢測，能夠進行靈敏度調整，所以可以很好的解決室內一氧化碳安全問題。除此之外，該傳感器最大的優勢在于穩定可靠，使用壽命較長，同時操作簡單，易于安裝。可以通過芯片來完成一氧化碳濃度檢測工作，同時做好數據的收集整理。如果電壓較低時，該傳感器也會發出警報，引導用戶察覺到火情信息，及時作出反應，避免系統遭受安全影響。

紅外傳感器是基于傳統傳感器衍生出來的新型安全檢測設備，該設備可以對住宅附近的相關信息進行監控，特別是外來人員入侵感應功能具有不錯的應有效果，能夠保護整個住宅環境穩定。在遇到緊急入侵危害時，系統會觸發警報，保護住宅內人員的生命財產安全。在進行紅外傳感器整體設計時，要考慮到居住者的居住習慣以及使用主房時間段，從而進一步進行系統設定，在不需要進行監控時可以隨時進入待機狀態，有效降低能耗，達到節能減排的控制效果。

2.3其他硬件。除去上述提到的兩種硬件外，智能家居系統設計中還需要涉及到一些特殊的功能硬件，包括有智能主機、網絡攝像機、氣體探測器與玻璃探測器等等。這些設備的應用是確保智能家居系統實現其基本功能的條件。其中，視頻監控設備主要完成遠程監控與錄像保存功能，遠程防火報警系統能夠隨時對煙霧濃度進行監控并作出信息反饋。自動關煤氣系統、老人遠程關懷系統能夠隨時對家庭中的安全風險進行檢測，老人也可以通過關懷系統隨時與子女進行視頻溝通交流，系統可以通過短信的方式對相關緊急事件進行通信處理，以此來滿足居住安全的客觀需要。不同類型的設備應對不同的居家安全需要，目前小區的防范措施無法適應家庭安全的客觀需求，所以還需要添加智能安防系統，借助于入侵報警、遠程監控等措施來解決警報管理機制問題，進一步提升家人財產安全問題，確保智能家居系統設計的整體效果。

3基于物聯網的智能家居系統軟件設計

智能家居系統設計中，硬件的設計一旦確定，就可以進入到軟件設計的環節。隨著物聯網信息技術的快速發展，軟件開發與應用領域也取得了卓越的建設成就。根據相關資料分析結果來看，借助于IARSystems編譯器來進行代碼處理，效率更高，同時也具有很好的穩定性特征，不但可以適應大范圍、大規模程序應用，同時其本身使用的成本不高，可以滿足智能家居系統設計的客觀要求。相比于其他類型的開發系統，選擇該類型編譯器能夠借助于最先進的設備與芯片處理功能來完成數據的處理管控，滿足個性化的用戶需求。隨著采集點采集數據工作的陸續開展，可以根據采集數據的信息來進行預先設計程序的匹配控制，通過對比分析的結果來進行網關端對比，從而完成信息的結構化反饋。在反饋節點工作完成后會自動停止，等待下一次指令才會重新啟動。在沒有工作時，調控點會進行待機狀態，但是這種待機狀態并不是休眠狀態，會隨時保持工作狀態，一旦接收到相關指令隨機開始進入工作。在實際軟件設計過程中，要求不同類型的工作流程需要都可以在最短的時間內處理完成，這就要求軟件的設計要盡可能做到科學、技術規范，這樣才能夠滿足網絡控制的節點要求。除此之外，為了盡可能減輕能耗壓力，軟件設計時應該以節點工作指令的反饋為目標，采取合理的數據傳輸手段，也可以在信息獲取后再進行網絡節點搜索和網絡連接，這樣的模式能夠為系統節約大量的能耗。在軟件系統構建過程中，需要做好節能調控功能，協調多種操作功能實現其作用，包括數據采集處理等方面的內容。智能家居系統的網關節點調節主要以發送多種指令為基本條件，通過接收信息、利用網關數據完成深入分析等都可以為下一步工作的順利開展提供必要的數據支持。

為了進一步體現數據處理的優勢與價值，滿足數據處理真實性、準確性的要求，在本設計中應該盡可能選擇多線程處理模式，用戶可以借助于手機終端完成登錄，隨時了解家居內部的相關信息，包括溫度、環境濕度等情況，并且可以通過手機終端對各種環節進行操控設計，滿足居住體驗的各方面需求，這也是智能家居系統設計的宗旨與主要目標。

總結：綜上所述，隨著物聯網技術在智能家居系統設計中應用越來越普遍，智能家居系統設計的整體水平也有了較大幅度的提升。在具體設計過程中，需要將智能家居系統設計拆分為軟件設計與硬件設計分別進行研究，既要滿足行業發展的資源性需求，同時也要做好技術整合，滿足產業互聯網發展需要，進一步提升智能家居系統設計水平，為未來智能化、常態化建設提供必要的技術支持，也希望本文能夠為物聯網背景下智能家居系統設計工作順利開展提供新的思路，為促進我國國民生活水平的全面提升貢獻一份力量。

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作者簡介：錢偉，男（1981.11—），漢族，籍貫浙江淳安，通信與信息系統碩士，講師，研究方向：電子信息、物聯網方向。