基于物联网技术的智能家居系统设计

苏娜

摘 要：随着经济水平提高和科学技术的不断发展，人们希望生活质量也能得到不断地提高，智能家居应运而生。本文把智能家居技术与物联网技术相结合，对基于物联网的智能家居系统中使用的关键技术进行学习研究，利用现在发展成熟的物联网技术实现住宅中物与物、人与物之间的无线通信和远程控制，提高家居环境的安全性、舒适性和便利性等。

关键词：智能家居；物联网；传感器；通信

1 概述

1.1 智能家居

智能家居以家庭住宅为平台，应用自动控制技术、网络通信技术、音视频技术将家庭中和信息有关的家电、通信设备等装置集成，方便信息传递和用户对家电设备进行有效地控制。除此之外，把智能家居系统与Internet网络相连接，用户通过家庭网关实现对家电设备的远程监测和控制。

1.2 物联网

物联网，通俗地说就是物物相连的网络，是将各种信息传感器设备，如串口无线装置、红外传感器、全球定位系统等装置按照约定的协议与互联网连接起来，进行信息的交换和各装置间的通信，实现智能化的识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。将物联网技术应用于智能家居系统中，物联网可以把家电设备连接到网络中，使设备状态、信息以及环境参数等海量数据的共享成为可能，物联网为智能家居技术的发展提供了新的方法。

2 物联网智能家居系统中的关键技术

2.1 传感器技术

传感器就是能将被测量转换为可用电信号的器件或装置，现在计算机处理的数据绝大部分都是数字信号，而家居环境中的参量是模拟信号，因此就需要传感器将模拟信号转换为数字信号，这样计算机才能对信号作进一步的处理。在智能家居系统中需要实时了解家居生活环境中的参量，从而采取相应的控制，为了实现这一目的，就要在家庭中布置多种传感器来采集家居环境信息，比如温度、湿度、烟雾、煤气泄露、红外等传感器，传感器将家居环境信息转化为可用的电信号，从而进一步对信息处理实现对家具设备进行调整和控制。

2.2 无线通信技术

无线通信技术的主要优点有避免了重新布线，安装简单方便，还可以根据用户的需求随时改装。本系统中主要使用的是WiFi技术，WiFi的传输速度快，有效范围可在数百米范围内，对于大多数家庭来说覆盖范围足够。智能家居系统使用WiFi技术主要是家庭网关和若干无线通信节点的设置，家庭网关中有一个无线发送模块，每个节点有一个无线接收模块，数据就可以在各个节点之间传送，通过一台WiFi手持终端就可以进入家庭网关，实现对家电设备的监测和控制。

2.3 遠程控制技术

远程控制技术就是一台PC远距离控制另一台PC的技术，远程控制可以通过LAN、WAN、拨号方式、互联网方式进行，本文中的控制系统采用互联网方式，拥有强大的网络功能，可以很方便地接入家庭网络中，用户可以在移动终端上查看家电设备的工作情况和家庭中温度、湿度等环境参量，在移动终端上输入控制指令，可以控制家电设备的开关、工作模式等。

3 智能家居构架

3.1 无线通信模块

通信模块是整个智能家居系统的核心，负责家电设备和移动终端、家电设备之间的数据传输和融合。本系统通信模块采用即插即用的串口WiFi模块——SSC-WiFi-171，它是上海迅瞻电子科技有限公司代理的美国RN公司的RN-171模块。RN-171模块具有体积小、功耗低的特点，而且模块内置的固件让用户应用起来很简单。该产品符合IEEE802.11协议栈网络标准，工作于2.4G频段，核心芯片集成了32位处理器，内带TCP/IP协议，能够实现用户串口、以太网、无线网3个接口之间的任意转换，使传统串口设备更好的加入无线网络。具有电池管理和模拟接口，模块可以自动扫描和连接AP.RN-171模块内建的HTML客户端，串口设备不需要更改配置数据就可以自动上传到WEB服务器上去。

3.2 信息处理模块

为了实现家电设备与移动终端间数据的传输，智能家居系统中必须要有信息处理模块。信息处理模块用来处理各个家电设备的工作状态和对家居环境数据处理，将处理后的规范化数据上传到家庭网络中，用户根据移动终端显示的数据来判断家居环境和家庭设备是否是正常工作状态。移动终端做出的指令也要通过信息处理模块处理，信息处理模块对指令处理后发送到功能驱动模块，功能驱动模块根据指令代码控制家电设备的运行状态。

3.3 温度控制模块

本系统采用DS18B20温度传感器，它具有体积小、抗干扰能力强、精度高、价格便宜的优点。虽然绝大多数空调都有测温功能，但是由于其体积的限制，一般测得的只是排风口近距离的温度，所以需要另外安装温度传感器。DB18B20将测得的室内温度上传到家庭网络中，用户可以实时监测家庭温度状况。当开启温度自动控制的时候，只需要将空调设定的温度值上传到家庭网关中与DS18B20测得的实际温度相比较，从而进一步控制空调的制冷制热，保证家居环境保持在适宜温度。

DS18B20数字温度传感器接线简单方便，封装后可以应用于很多场合，有管道式，螺纹式，磁铁吸附式等，也有多种型号，比如LTM8877，LTM8874等，根据应用场所的不同改变其外观。封装后的DS18B20可用于各种非极限温度场合，比如测量锅炉、机房、农业大棚、弹药库等的温度。DS18B20测温范围为-55℃～+125℃，测量误差小，不需要外部元件，无需备用电源，使用方便，耐磨耐碰，体积小，封装形式多样，适用于各种狭小的空间设备数字测温和控制领域。对于本系统来说，DS18B20无疑是很合适的选择。

3.4 安全防护模块

本系统的安全防护模块采用的是红外传感器组成的红外报警器，红外传感器发射的红外光线不影响周围其他电子设备，也不能穿透墙壁，所以可以在家庭的门口、窗口多处安装红外报警器，提高家居安全。红外安全报警模块结构如下图所示：

两只串联的LED发射红外线，两只并联的红外光敏器件D接收红外线，每对管子的距离设定为75mm（小于人体的厚度），光敏器件D接受LED发射的红外光线，当两个光敏器件D1、D2同时没有接收到红外光线时，接收器触发报警，将此信息发送到移动终端设备上，用户进一步查看监控设备查看具体情况。此红外报警设备只有当大于75mm的物体遮挡才会发生报警，可以避免因为蚊虫等发生的误报，大大提高系统的准确性。

3.5 移动终端

智能手机具有强大的功能，而且使用很普遍，已经成为人们日常生活和工作中不可缺少的工具。将智能家居系统终端的某些功能迁移到手机上，改善了高新科技的易用性，用户可以更好的体验智能家居系统所带来的便利性。在智能手机上安装程序软件，用户就可以通过软件连入家庭网络中，可以实时了解家里各个家电工作情况、家居环境数据等，也可以通过手机移动终端控制家电设备的开关，比如用户在到家之前将空调、灯具等打开，回家就能享受舒适的环境。

4 结语

本文研究学习了物联网技术和智能家居系统中使用的技术，特别分析了基于物联网的智能家居系统中使用的关键技术，提出了一套基于传感器技术、无线通信技术和移动终端技术的智能家居系统，此智能家居系统布置结构简单，操作方便，具有较好的安全性和可靠性，能够大大提高人们家居生活的便利性和舒适性。

参考文献

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