以物联网为基础的智能家居设计与实现

朱坚儿广东省技师学院广东省高级技工学校

以物联网为基础的智能家居设计与实现

朱坚儿
广东省技师学院广东省高级技工学校

科学技术的高速发展，推动了社会的快速进步，同样，也促使了人们生活水平的不断提高。在人们生活水平不断提高和物联网发展实现了物物相联的基础上，催生出一种新型家居，即智能家居。对于智能家居来讲，它的整个系统主要是运用Zigbee无线传感器对家居内各种信息的采集来实现的。鉴于此，笔者就针对智能家居系统的核心技术、方案设计、系统实现等进行简要分析，供读者参考，以便在物联网环境下智能家居更好的发展。

物联网；智能家居；Web服务器；Zigbee无线传感器

引言

随着社会的不断发展，科技的不断进步，在以计算机、互联网为基础的信息科技崛起之后，传感器技术、RFID射频技术、嵌入式技术等得到了进一步推进，因此，物联网在人们生活中的应用范围逐渐扩大。在物联网发展实现了物物相联的基础上，催生出了智能家居，对于智能家居来讲，主要是通过感知、计算、无线通信等来实现为用户服务的。

一.以物联网为基础的智能家居系统所运用的核心技术

对于物联网来讲，我们都知道它是实现物与物之间的网络连接，既然是通过网络完成物与物之间的连接，那么，将互联网和其它相关东西进行连接，就会实现信息交换形成一个智能的网络。由此可见，物联网的实现，不是单纯的覆盖在物与物之间的互联，而是集合了计算、通信以及控制等一系列方面合为一体的智能信息系统。一般情况下，自动感知技术和计算机网络技术是智能家居使用较多的物联网技术。对于互联网来讲，计算机网络在其中的应用非常成功，而物联网是以互联网为基础，在不断发展和延伸过程中而所形成的一种形象技术，它依然属于互联网范畴内，只是将互联网的范围拓宽了而已。在智能家居的整个系统中，信息处理中心是其核心组成部分，各个不同家电的互联信息它都可以有效的处理，进而实现居住环境内部网络和外部网络的有效交流，与此同时，有关远程操控命令、采集传感器信息等，信息处理中心都可以进行有效处理。

二.有关智能家居系统方案设计的需求和功能结构

对于智能家居系统来讲，通过视频以及报警器的实时监控，进而掌控居住环境的安全状况。就目前来讲，大部分智能家居都能解决这类问题，但是，它也存在一定的缺陷，例如，灵活性相对来讲比较差，在施工过程中所用时间比较长，在费用上消费比较大等一系列缺陷，以至于很多项目在建成后，用户很难再进行更新升级。以物联网为基础的智能家居系统，在安装的过程中一般来讲都比较简单，使用也比较方便，最大范围的考虑到人们在使用过程中的舒适度和实用性，在不影响正常性能的基础上，尽可能的降低成本，于此同时，还要考虑产品的通用性、安全性以及可移动性等一系列功能。

对于智能家居系统来讲，主要是依托互联网的体系结构，可以将它们分为感知层、应用层以及网络层三大层次结构的功能框架。对于感知层来讲，它的主要作用是感知家具环境，接收上层网络所对应的控制信息，以便于完成各种执行命令。感知层可以为网络层提供统一的接口，进而屏蔽异构网络的差异，与此同时，感知层还可以通过各种各样的家庭通信网络之间的MAC协议数据单元反射，进而可以有效的支持不同网络的互通。对于网络层来讲，它的主要功能为，保障居住环境内网络数据和外部环境网络信息的安全传输，以便实现不同应用协议的相互联通。对于应用层来讲，它主要是实现用户对各种家电的控制以及对居住环境内各种信息的掌控。

三.以物联网为基础的智能家居系统实现

（一）有关智能家居系统中的物联网网关

对于智能家居系统中的物联网网关来讲，它的作用制关重要，是连接各个终端设备以及相应服务器的有效桥梁，它通过Zigbee接口或者是相应的串口与终端设备进行通信，进而获取相应的数据，并通过Wi—Fi或GPRS的各个接口，将获得的各种数据转发大服务器上。由于每一个家庭上网的方式都有所不同，那么在网关的设计上要采用模块化思想，进而设计出与Wi—Fi或GPRS接口相应的产品，以便满足用户的实际需求。一般情况下，这些产品都运用Atmel公司的AT91SAM7X256为相应的处理器，在此基础上，还要外接一片AT86RF230为Zigbee无线传感器的芯片。在整个智能家居系统中，物联网网关所要处理的任务相对来讲比较多，为了确保各个部分都能够有效的正常运行，一般情况下我们会利用嵌入式操作系统μC/OS—Ⅱ作为各个软件的平台，在操作上，各类应用程序的设计在加入μC/OS—Ⅱ后就会变得相对简单。一般情况下，这些应用程序可以分为八个任务，这八个任务主要是依据网关完成任务的功能进行的，即七个用户任务和一个系统任务，对于这八个任务来讲，根据它们的重要程度和实施性来划分它们的优先级别。

（二）有关智能家居系统中的Web服务器

对于智能家居的来讲，居住环境内的各种电器设备都必须要连接到互联网，要不然无法体现智能家居物联网这一显著特性，只是简单的将设备和互联网进行相应的连接通信，是远远达不到智能家居要求的，在以互联网为基础的环境下，必须要通过物联网来实现用户和设备的互动。对于各个设备所采集的数据来讲，都被应用服务器存储在数据库当中。那么，用户如何才能看到这些数据呢？此时Web浏览器的功能得到了有效发挥，将这些数据在现在互联网上，如此以来，用户可以不分时间，不分地点的通过Web浏览器，了解智能家居环境内各种设备的信息和状态，还可以实现远程对智能家居环境内各种设备运行状态的控制，在此基础上，我们以Windows 2003 Server和Internet Information Server（IIS）为平台，并且以Visual Studio.Net为相应的开发工具，利用ASP.NET动态网页技术，进而开发出一个智能家居物联网网站。此站点主要由远程监控、电量管理、故障排查、系统配置等一系列不同网页组成。用户在授权登陆后，只能查看自己居住环境内的事实状况，操作自己居住环境内的各类电气设备。对于远程监控页面来讲，都是以用户各自房间效果图或者是实景图为背景画面，每一个终端设备的工作参数都是以下拉列表的方式显示在该设备的一边。对于电量管理页面来讲，它主要是反应那些家电设备插在具有电量计量功能的插板上，所消耗电量的具体情况，通过日报表的形式来统计各个电气设备在每一天所消耗的电量，通过月报表的形式来统计各个电气设备在每个月所消耗的电量。对于故障排除页面来讲，可以让用户选择特定的故障排查算法，来进行自动检测各种设备的故障原因或者是故障类型，为了方便用户查看，可以在用户查看居住环境的远程监控页面上，对于那些出现故障的设备在一旁画上鲜艳的标注，以便及时提醒用户。

（三）有关智能家居系统中交互原型设计软件

此系统在研发完成后在多个居住区进行了相应的安装使用，试用的居住环境内最少安装一个物联网网关，由于用户的居住户型各不相同，在安装的过程中会根据实际需要安装相应的智能开关和插座，假如用户比较关心各类电气设备的耗电量，那么，就可以安装智能插座，因为智能插座带有相应计量功能，用户可以随时随地进行监控。对于那些红外遥控电气设备来讲，我们可以安装相应的智能红外红外遥控器。在整个系统中所使用的服务器都是浪潮英信NF5225机架式服务器。用户可以从远程监控图上，查看智能居住环境下的环境参数，根据不同的开关按钮来查看不同电气设备的工作参数，在对应的下拉菜单中，还可以改变电气设备的工作参数，进而实现了在互联网环境中，进行远程监控各种电气设备的有效运行。另外，在浏览器上还可以看到各个电气设备的耗电情况，对于耗电功能较大的电气设备系统会进行自动分析，是因为电气设备老化造成的，还是使用不当造成的，以便有效地减少电力资源的浪费。

结束语

家居环境是人们生活的基本环境，随着社会的不断发展，生活水平的不断提高，人们对居住环境的要求越来越高，在此基础上，智能家居开始步入百姓人家，进而，不但实现了居住环境内电气设备的相互联通，还居住系统和互联网的有效连接。在社会不断发展的过程中，智能家居系统的应用会越来越普及，将会给人们带来一种全新的生活。

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