傳感器加速物聯網技術在智能家居中的應用

耿啟龍

（青島賽維電子信息服務股份有限公司淄博分公司 山東 淄博 255000）

1 引言

互聯網技術切實實現了家居設備間的信息交互以及共享，通過采集單元能夠提高智能家居對數據的獲取、傳遞以及分析的能力，進一步滿足了群眾生活對智能家居的需求。從另一個角度來講，智能家居就是在物聯網技術的進一步擴展和深化。現階段智能家居行業中，通過應用傳感器技術以及通信技術能夠在使用者毫無察覺的情況下完成工作，根據使用者的喜好以及習慣調整最適宜的溫度濕度環境，通過家居的智能化、一體化控制不僅能夠提高家居的價值體現，還能夠有效避免資源浪費。

2 智能家居建設可行性分析

智能家居系統中的各類電子設備均實現了數據信息交互的功能，就現階段發展現狀進行分析，智能家居中由一個核心的系統領導多個分子系統，各個子系統又能夠實現獨立運轉，且相互之間具有緊密的聯系。從另一個角度來講，智能家居系統的核心終端能夠對各子系統的運行情況進行監督，并為每個子系統提供操作界面[1]。

基于物聯網下的智能家居系統由傳輸層、互動層、應用服務層以及環境感知層。其中傳感器技術的應用水平不斷提高，例如煙霧傳感器以及可燃氣體傳感器能夠對室內的煙霧濃度以及可燃氣體濃度進行檢測，使當前環境始終處于安全和舒適狀態。光線傳感器以及無線空氣傳感器能夠有效檢測室內的空氣質量以及光線照明情況，自動開啟和關閉某些設備，節能和體驗兩不誤。溫度傳感器能夠對室內溫度進行檢測，若室內溫度不達標，智能家居終端會通過加熱降溫增濕的方式，使室內環境始終處于最適宜的水平。磁傳感器能夠對門窗的關閉情況進行檢測，確保室內人員生命財產安全。

智能家居中，系統的運行需多種技術支持。例如數據庫技術能夠實現對室內信息情況的監控，系統會對數據庫中所收錄的信息進行分析。當系統受到終端的觸發信號后，能夠實現現實問題與數字信號間的相互轉化，并在運行引擎中對問題進行核實。

3 傳感器加速物聯網技術在智能家居中的應用

智能家居能夠通過用戶的習慣以及喜好對室內環境進行調整，為用戶提供更舒適的生活環境，無需加設恒溫器或電燈，在一定程度上減少了能源的浪費。現階段在很多建筑中，已經配備了上述功能，但這些功能大多不具有針對性，只對用戶可見，功能較為獨立[2]。為了提高物聯網技術在智能家居中的應用程度，現就多種傳感器的應用進行研究。

3.1 在云連接技術中的應用

物聯網是數以千計云連接服務，為了進一步提高智能家居的個性化、智能化發展，通過繁瑣的云端算法組合成多個數據流，現階段該術語的定義范圍較為寬泛。在有關于推廣物聯網技術的相關研究中心，如何將節點與云技術系統進行連接是一項重要任務，其具有分析用戶信息以及其他類型大數據的功能。云連接能夠有效提高智能家居系統的服務效率以及服務質量，現階段乃至未來一段時間內的云系統都需依托傳感器進行獲取信息，數據輸入的效率和準確性能夠影響云端智能所展現出的性能。智能家居中的傳感器很大程度上扮演者“人類”的角色，與云計算系統以及無線IC相通，能夠從多維度對事實存在的實物進行感知。

3.2 在智能照明控制中的應用

進入20世紀以來，白熾燈在市場中所占據的位置不斷提高。但到了21世紀，多種色彩的智能化點燈提高了人們生活的豐富程度，人們對照明設備的性能以及健康價值提出了新的要求。相關研究結果表明，人體本身具備調節晝夜節律的功能，光譜含量能夠在一定程度上人體所感受到的幸福感，昏暗的黃色燈光會使人體進入放松的狀態內，強烈的藍色燈光能在一定程度上激活體內的激素進行反應。在智能家居中，紅外線傳感器以及光線傳感器能夠對人眼所感受到光強度、顏色進行調整，若建筑內存在視覺能力較差的老人或是小孩，智能系統就會將房屋內的光纖調整至較為溫和的光線[3]。這種模式下的智能家居具具有極高的智能性，能夠根據實際需求，對房屋內環境進行改善。

除此之外，此類傳感器還被應用在多個微電子元器件基礎的繼承上，通過面部識別為房屋內的每個人生成面部“深度圖”，光發射器結構能夠通過復雜的運算，對光電探測器收集的數據進行處理，并結合“深度圖”來判斷室內人員的身份以及其居住習慣。

3.3 在個性化室內環境中的應用

個性化室內環境在照明的基礎上，將設計愿景向房屋內的空氣質量進行延伸。在智能家居中，物聯網技術下的半導體傳感器能夠完美的實現這一功能。例如最新型的氣體傳感器設備CMOS能夠精確捕獲并測量由烹飪或是其他因素產生的氣體構成，進一步保證房屋內人員的安全。集成攝像頭以及揚聲器設備能夠在感知到有害氣體危害后，通過廣播的形式提醒屋內人員，及時進行疏散。芯片級別的氣體傳感器能夠為傳感器提供VOC濃度原始的測量，而后將具體算法和標準傳輸到傳感器中，最后功放和揚聲器的制造廠家才能將室內氣體檢測標準集成到設備中，進而將氣體測量值轉化為系統能夠識別的信息，為室內空氣質量優化提供解決方案[4]。

4 傳感器加速物聯網技術在智能家居中的應用實現

智能家居系統的設計原則通常為三層設計，其中包括負責獲取用戶信息的感知層，傳輸用戶信息數據的網絡層，以及制定和實施系統命令的應用層。目前智能家居系統大多使用的主控板以ESP-12F wifi模組，主控芯片以ESP8266芯片以及Wifi芯片為主，云服務器以阿里提供的服務器為最佳選擇，傳感器的種類較為繁多，包括光線傳感器、磁傳感器、氣體傳感器、紅外線傳感器以及溫濕度傳感器等。主控模塊包括APP模塊、家居控制模塊、煙霧報警控制、防火預警控制、報警通知、無線通信模塊、防盜模塊等。通過WIFI等通信技術建立用戶終端與主控模塊之間的通信，接收用戶在手機上發送的指令、上傳模塊的信息狀態。

4.1 設計思路

為提高智能家居的使用價值與兼容性，在設計中可以使用Android系統作為主控程序運行載體，具有運行速度快、穩定等優勢。在實際設計中，需保證各子功能與主控模塊間的信息交互。除此之外還需保證網絡訪問的速率，以Android為載體的控制程序提供了應用程序并行多運行的機制，即使是在程序正在后臺運行中，應用程序仍然可以通過通知欄的提示顯示消息。

4.2 實現方案

智能家居系統中，防火控制模塊主要通過噴淋模塊對火勢進行逐步的控制，并向主控模塊發出警報信息。防火模塊的核心部分是控制閥門的開關，因此在設計中可以通過減速電機來作為閥門的控制的動作機關。主控模塊在接收到消息后通過通信技術向用戶發出信息并根據預定的控制方式進行反向控制。煙霧監測模塊以及氣體傳感器通過氣敏電阻傳感器在不同濃度的可燃氣體下電阻值的變化來監測可燃氣體濃度。并對室內空氣環境進行優化和改善。磁傳感器主要用于門窗閉合情況的監控，并協同遠紅外傳感器以及監控設備對房屋的閉合情況、受入侵情況進行監控，進一步保障房屋安全。除此之外為進一步提高智能家居房屋的安全性，還需在房門出設置人體傳感器，如有人強迫入室會直接觸發警報。所以在日常生活中，還可以根據實際效果調整人體傳感器的角度、方向、距離等條件，以達到更好的傳感效果。

5 結論

綜上所述，通過多種傳輸通信方式以及傳感器能夠實現對智能家居的自動化控制以及對環境的監控；煙霧傳感器以及火焰識別能夠保證降低房屋火災發生的幾率，減少因火災造成的經濟損失；紅外傳感器以及監控設備能夠對房屋情況進行實時監控，對進入者識別和環境情況監控。如發生不良和意外，傳感器以及監控設備就會將異常信息傳輸到控制系統中，控制系統對異常信息進行分類處理，進行初步的甄別并實施防范措施，同時將信息發送到用戶終端上，切實提高智能家居建筑的安全性。