時間：2023-03-01 16:31:05
序論：在您撰寫物聯(lián)網(wǎng)與智能家居時，參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導(dǎo)您走向新的創(chuàng)作高度。
【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng) 智能家居
1 緒論
1.1 物聯(lián)網(wǎng)智能家居定義
關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)，簡單來說就是通過裝置在各類物體上的SIM卡、傳感器、二維碼等，經(jīng)過接口與無線網(wǎng)絡(luò)相連，給物體賦予智能，可實現(xiàn)人與物體間和物體與物體間的溝通和對話，這種將物體連接起來的網(wǎng)絡(luò)被稱為“物聯(lián)網(wǎng)”。
1.2 物聯(lián)網(wǎng)智能家居背景
智能家居是在互聯(lián)網(wǎng)的影響之下物聯(lián)化體現(xiàn)，物聯(lián)網(wǎng)智能家居的起源是在20世紀80年代初，隨著大量采用電子技術(shù)的家用電器面市，住宅電子化（HE，Homen Electronics）的出現(xiàn)。80年代中期，將家用電器、通信設(shè)備與安保防災(zāi)設(shè)備各自獨立的功能綜合為一體后，形成了住宅自動化概念（HA，Home Automation）。80年代末，由于通信與信息技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了對住宅中各種通信、家電、安保設(shè)備通過總線技術(shù)進行監(jiān)視、控制與管理的商用系統(tǒng)，這在美國稱為Smart Home，也就是現(xiàn)在智能家居的原型。
2 物聯(lián)網(wǎng)智能家居體系結(jié)構(gòu)
2.1 智能家居系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
智能家居通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將家中的各種設(shè)備（如音視頻設(shè)備、照明系統(tǒng)、窗簾控制、空調(diào)控制、安防系統(tǒng)、數(shù)字影院系統(tǒng)、影音服務(wù)器、影柜系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)家電等）連接到一起，提供家電控制、照明控制、電話遠程控制、室內(nèi)外遙控、防盜報警、環(huán)境監(jiān)測、暖通控制、紅外轉(zhuǎn)發(fā)以及可編程定時控制等多種功能和手段。
2.2 智能家居消費結(jié)構(gòu)
智能家居作為一個新生產(chǎn)業(yè)，處于一個導(dǎo)入期與成長期的臨界點，市場消費觀念還未形成，但隨著智能家居市場推廣普及的進一步落實，培育起消費者的使用習(xí)慣，智能家居市場的消費潛力必然是巨大的，產(chǎn)業(yè)前景光明。 正因為如此，國內(nèi)優(yōu)秀的智能家居生產(chǎn)企業(yè)愈來愈重視對行業(yè)市場的研究，特別是對企業(yè)發(fā)展環(huán)境和客戶需求趨勢變化的深入研究，一大批國內(nèi)優(yōu)秀的智能家居品牌迅速崛起，逐漸成為智能家居產(chǎn)業(yè)中的翹楚！ 智能家居至今在中國已經(jīng)歷了近12年的發(fā)展，從人們最初的夢想，到今天真實的走進我們的生活，經(jīng)歷了一個艱難的過程。
3 中國智能家居發(fā)展現(xiàn)狀
3.1 中國智能家居技術(shù)現(xiàn)狀
我國的物聯(lián)網(wǎng)智能家居的發(fā)展與國際上相比是還是有一定差距的， 目前我國流行的433M，315M無線產(chǎn)品采用的技術(shù)都屬于國際淘汰的落后技術(shù)，這些技術(shù)在安全性，可靠性，抗干擾能力，自修復(fù)能力等等方面已經(jīng)完全不能適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)智能家居的發(fā)展。至于藍牙（包括低功耗藍牙）在安全性方面一直存疑，致使除西方發(fā)達國家外的其它國家都不敢大規(guī)模采用。WiFi因其便利性廣受家庭用戶歡迎，作為一種普通的網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)它無可厚非，但作為智能家居無線技術(shù)（WiFi包括低功耗WiFi）還存在安全性差、組網(wǎng)規(guī)模小、無自修復(fù)能力等缺點，尚不能滿足智能家居的需求 。
在2011年11月28日，工業(yè)和信息化部印發(fā)《物聯(lián)網(wǎng)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》中指出，“推進傳輸技術(shù)突破，重點支持適用于物聯(lián)網(wǎng)的新型近距離無線通信技術(shù)和傳感器節(jié)點的研發(fā)，支持自感知、自配置、自修復(fù)、自管理的傳感網(wǎng)組網(wǎng)和管理技術(shù)的研究”協(xié)調(diào)推進產(chǎn)業(yè)發(fā)展，以形成和完善物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈為目標，引入多元化的競爭機制，協(xié)調(diào)發(fā)展與物聯(lián)網(wǎng)緊密相關(guān)的制造業(yè)、通信業(yè)與應(yīng)用服務(wù)業(yè)。
物聯(lián)網(wǎng)的目的是要將各種信息傳感傳動單元與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來從而形成一個巨大的網(wǎng)絡(luò)，在這個巨大網(wǎng)絡(luò)中，傳感傳動單元與通信網(wǎng)絡(luò)之間需要數(shù)據(jù)的傳輸。物聯(lián)傳感技術(shù)是全球第一個利用物聯(lián)網(wǎng)來控制燈飾及電子電器產(chǎn)品（我們通稱為zigbee產(chǎn)品），并將其作為智能家居主流產(chǎn)品走向了商業(yè)化。它在自配置、自修復(fù)、自管理、低功耗，高安全、抗干擾等方面有著非常獨特的優(yōu)勢。
3.2 中國智能家居研究現(xiàn)狀
相較于傳統(tǒng)的智能家居，物聯(lián)網(wǎng)智能家居不僅具有傳統(tǒng)的居住功能，兼?zhèn)浣ㄖ?、網(wǎng)絡(luò)通信、信息家電、設(shè)備自動化，提供全方位的信息交互功能，甚至為各種能源費用節(jié)約資金。物聯(lián)網(wǎng)智能家居與傳統(tǒng)的智能家居在通信方式上有著明顯的差別。傳統(tǒng)智能積極的通信方式是有線，這種方式主要的缺點是前期安裝施工和后期改造比較麻煩，且不易維修。而物聯(lián)網(wǎng)智能家居的通信方式是無線，這種方式的最大優(yōu)點在于給設(shè)備的擴展留有足夠的空間，便于后續(xù)的自由擴展。
物聯(lián)網(wǎng)智能家居能實現(xiàn)用戶家庭的最大智能化，更符合現(xiàn)代家庭的需求。物聯(lián)網(wǎng)智能家居最大限度的將家居設(shè)備連接到一個局域網(wǎng)上，實現(xiàn)了用戶家庭的最大化智能。它可以將家居中的所有物品連接起來，實現(xiàn)家居網(wǎng)絡(luò)中所有物體均可被尋址、所有物體均具有通信能力、所有物體均可作、部分物體具有傳感與信息上傳共享功能。
4 總結(jié)
家居生活邁向智能化是必然趨勢，而隨著物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)相繼進入智能家居行業(yè)，眾廠商也各自形成了自己的特色產(chǎn)品，價格也逐步向平民化的趨勢邁進。從有線到無線、從概念炒作到應(yīng)用實施，智能家居經(jīng)過十幾年的發(fā)展歷程，終于實現(xiàn)了質(zhì)的跨越。未來的智能家居，將會更好的為用戶服務(wù)。而物聯(lián)網(wǎng)則成為智能家居發(fā)展的一道重要分水嶺，將對智能家居的發(fā)展方向、產(chǎn)業(yè)規(guī)模進行拓展和延伸。物聯(lián)網(wǎng)時代下的智能家居將更加具有發(fā)展?jié)摿Α?/p>
參考文獻：
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關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；智能家居；課程建設(shè)；項目式教學(xué)
中圖分類號：g712文獻標識碼：a文章編號：1672-5727（2014）07-0107-03
“智能家居”的概念自20世紀80年代被提出后，進入21世紀才引起社會的廣泛關(guān)注。隨著智能家居技術(shù)的不斷成熟、產(chǎn)品不斷完善、市場不斷發(fā)展，人們對它由陌生變熟悉，逐漸地由“遠觀”到真正應(yīng)用于家庭生活。正是因此，以往對智能家居的定義已經(jīng)不夠準確而詳盡，現(xiàn)在非常有必要重新審視智能家居的定義，以適應(yīng)智能家居行業(yè)的新發(fā)展。特別是“物聯(lián)網(wǎng)”概念提出以后，學(xué)術(shù)界開始大量探討與物聯(lián)網(wǎng)智能家居相關(guān)的概念、技術(shù)及標準，產(chǎn)業(yè)界也開始在多個領(lǐng)域加強對智能家居技術(shù)的應(yīng)用，數(shù)百所高等院校相關(guān)專業(yè)都開設(shè)了“智能家居”課程。
目前物聯(lián)網(wǎng)的現(xiàn)狀與當初的互聯(lián)網(wǎng)非常相似，今天的互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)形成了巨大的產(chǎn)業(yè)規(guī)模并衍生出很多行業(yè)。作為物聯(lián)網(wǎng)最主要、最重要的組成部分，物聯(lián)網(wǎng)智能家居也將經(jīng)歷這樣一次升級。家用電器的數(shù)量遠遠超過電腦、手機的總和，如果再加上各種諸如智能眼鏡和智能手表之類的無線傳感器、控制器，數(shù)量上就會是傳統(tǒng)電腦及手機的幾十倍甚至上百倍，可以說，單單一個物聯(lián)網(wǎng)智能家居的市場可能就是傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)及移動互聯(lián)網(wǎng)總和的幾十倍以上。從某種程度上來講，離開了智能家居，智慧城市或者智慧地球就失去了存在的基礎(chǔ)，可以說智能家居將成為物聯(lián)網(wǎng)最主流的應(yīng)用市場。
課程開發(fā)
為了體現(xiàn)工學(xué)結(jié)合的辦學(xué)特色，我院在開設(shè)“物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)”之初，就堅持以職業(yè)崗位能力為核心的人才培養(yǎng)模式，開發(fā)了體現(xiàn)工學(xué)結(jié)合的課程體系，并根據(jù)技術(shù)領(lǐng)域和職業(yè)崗位的人才需求，突出專業(yè)技能的培養(yǎng)，形成了“理論與實踐相融合，以職業(yè)崗位作業(yè)流程為導(dǎo)向”的模塊化課程體系。通過開設(shè)一體化的專業(yè)實踐技能課程，將理論與實踐相結(jié)合，加強學(xué)生的綜合技能訓(xùn)練；推進課程與企業(yè)崗位技能需求相互融合，與就業(yè)崗位相互銜接，突出培養(yǎng)學(xué)生的實際操作經(jīng)驗；將職業(yè)資格、職業(yè)技能教育與院校日常教學(xué)相結(jié)合，大力推進實務(wù)專題、頂崗實習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)崗位的實踐能力。
物聯(lián)網(wǎng)的行業(yè)應(yīng)用包括智能交通、智能大棚、智能電網(wǎng)、智能家居、智能醫(yī)療等等，對于具有交通行業(yè)背景的院校而言，一般要開設(shè)“智能交通”課程；對于農(nóng)業(yè)類院校而言，一般應(yīng)開設(shè)“智能農(nóng)業(yè)大棚”課程；對于電力行業(yè)院校而言，可能就要開設(shè)“智能電網(wǎng)”課程。而我院是信息類院校，沒有專門的行業(yè)背景，所以根據(jù)福建省產(chǎn)業(yè)發(fā)展特點及我院的實際情況，并征求企業(yè)專家和專業(yè)教師的意見，制定了專業(yè)培養(yǎng)方案和課程體系，其中包括“智能家居”課程。
課程建設(shè)
物聯(lián)網(wǎng)智能家居的內(nèi)涵究竟是什么？哪些技術(shù)是核心技術(shù)？哪些產(chǎn)業(yè)或產(chǎn)值才真正屬于“智能家居”？這些問題看似簡單，但又難以回答。當前，從技術(shù)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)規(guī)模、行業(yè)標準等方面還不能明確回答上述疑問。也正是因此，市場上關(guān)于“智能家居”的技術(shù)及應(yīng)用各不相同，能夠作為高職院校教學(xué)材料的資料、書籍及實驗設(shè)備就更加少之又少。只有從務(wù)實的角度考慮，將智能家居引向以“實際應(yīng)用”為目標的發(fā)展思路上，夯實智能家居的核心技術(shù)，拋開概念，注重應(yīng)用，智能家居才能成為獨立的學(xué)科專業(yè)，具有明確的科研方向，為物聯(lián)網(wǎng)新興產(chǎn)業(yè)服務(wù)。
因此，我院成立了“智能家居”課程建設(shè)小組，明確責任，分工合作，從案例資料收集、企業(yè)調(diào)研、教材編寫、實驗室建設(shè)等多方面推進課程的建設(shè)。截至目前，已完成課程標準（教學(xué)大綱）的制定、校本教材的編寫及實驗室的建設(shè)，圓滿完成了課程建設(shè)任務(wù)。
課程設(shè)計
本課程依據(jù)企業(yè)對物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)工程實施過程中的技能要求，以項目為單位組織教學(xué)，將智能家居各子系統(tǒng)的相關(guān)知識點和技能要素直接融入項目教學(xué)和實驗實訓(xùn)的各個環(huán)節(jié)中，讓學(xué)生在技能訓(xùn)練過程中加深對專業(yè)知識和技能的理解與應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的關(guān)鍵能力，滿足學(xué)生職業(yè)生涯發(fā)展的需要。
學(xué)習(xí)情境設(shè)計根據(jù)智能家居系統(tǒng)的實際工作崗位需求，以培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)能力為重點，引入具有一定代表性的行業(yè)應(yīng)用項目案例，從中分解知識點作為子項目，從簡單到復(fù)雜，將該學(xué)習(xí)領(lǐng)域課程劃分為5個學(xué)習(xí)情境，各學(xué)習(xí)情境的教學(xué)過程以行動為導(dǎo)向，以學(xué)生為主體，基于工作過程加以完成，如表1所示。
教學(xué)設(shè)計以智能家居的相應(yīng)子系統(tǒng)為項目，采用一體化教學(xué)模式，邊學(xué)邊做。以實際工程建設(shè)過程為切入點，選取典型工作情境，分組實施。按照情境導(dǎo)入、項目分析、方案制定、項目實施、小結(jié)評價5個教學(xué)環(huán)節(jié)進行教學(xué)設(shè)計。以視頻監(jiān)控項目為例進行的教學(xué)過程設(shè)計，如圖1所示。當然，項目的選取要根據(jù)各院校的實際情況（包括實驗實訓(xùn)設(shè)備、專業(yè)教師能力以及合作企業(yè)等）而定。
教學(xué)方法與手段“智能家居”課程是一門理論性與實踐性相結(jié)合的課程，有些學(xué)生在此之前可能對“智能家居”知之甚少，因此授課過程中應(yīng)以實際應(yīng)用為主，以理論講授為輔，靈活運用多種教學(xué)模式，充分發(fā)揮傳統(tǒng)教學(xué)與現(xiàn)代教學(xué)的優(yōu)勢。（1）課堂講授。要將原理和概念深入淺出地講清、講透，并引導(dǎo)學(xué)生逐步理解課程的重點和難點，讓學(xué)生掌握基本概念、基本理論和基本技術(shù)，但不能講得太深，夠用即可。（2）實際工程項目參觀。在課程講授過程中，可安排并帶領(lǐng)學(xué)生參觀相關(guān)企業(yè)的建設(shè)項目和樣板演示，目的是使學(xué)生對智能家居有感性認識。（3）實際練習(xí)。充分利用本校實驗環(huán)境，在任務(wù)驅(qū)動課程設(shè)計理念的指導(dǎo)下，根據(jù)實際案例，按照工作過程步驟連貫進行，使理論與實踐的結(jié)合更緊密。（4）相互評估。在學(xué)生完成相關(guān)任務(wù)后，采用小組成員間和小組間相互檢查、測試、評分的方法，讓學(xué)生了解自己的不足，相互學(xué)習(xí)，取長補短，共同進步。（5）課外閱讀指導(dǎo)。目前物聯(lián)網(wǎng)智能家居技術(shù)及應(yīng)用多樣化，但標準不統(tǒng)一，所以要鼓勵學(xué)生查閱相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)資源和輔助文獻，以進一步拓展學(xué)生的知識面。
教學(xué)成效
從理論到實踐，變被動為主動培養(yǎng)高技能應(yīng)用型人才，需要加強學(xué)生實踐操作、團隊合作等關(guān)鍵能力的培養(yǎng)，特別是對于一些課程的學(xué)習(xí)，許多學(xué)生只有在理解課程與未來工作的相關(guān)性之后，才能夠有目的、有意識地積極學(xué)習(xí)。因此，針對“智能家居”課程，應(yīng)采取以實踐教學(xué)為主、以理論教學(xué)為輔的教學(xué)方式，體現(xiàn)“做中學(xué)、學(xué)中做”的思想，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，使學(xué)生從傳統(tǒng)的“要我學(xué)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤拔乙獙W(xué)”，從而變被動教為主動學(xué)。
形式多樣、思想開放結(jié)合每節(jié)課學(xué)習(xí)的實踐和理論知識，課后組織討論，師生座談，積極閱讀物聯(lián)網(wǎng)和智能家居方面的資料書刊，結(jié)合學(xué)生的興趣，在課程組教師的帶領(lǐng)下或自發(fā)地成立智能家居相關(guān)子系統(tǒng)的項目小組，如“視頻監(jiān)控小組”、“門禁系統(tǒng)小組”、“環(huán)境監(jiān)測小組”、“智能窗簾小組”等，對智能家居進行多角度的深入探討。
校企合作、提高能力在“智能家居”課程教學(xué)過程中要加強對學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)，通過到企業(yè)參觀、到工程現(xiàn)場實踐、請企業(yè)管理人員介紹系統(tǒng)建設(shè)經(jīng)驗及存在問題與原因分析等方式，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，其效果主要體現(xiàn)在兩個方面：其一，使學(xué)生明確自己的興趣取向及理論知識的掌握情況，為學(xué)生選擇畢業(yè)論文題目及就業(yè)方向打下良好的基礎(chǔ)；其二，通過參加課外參觀實踐活動，增加學(xué)生關(guān)于智能家居工程項目建設(shè)的經(jīng)驗。
存在問題
第一，本課程采用分組項目教學(xué)，學(xué)生需要通過團隊協(xié)作完成相關(guān)任務(wù)，因此出現(xiàn)一些學(xué)生依賴小組其他成員完成任務(wù)的情況，需要在教學(xué)過程中加強引導(dǎo)。
第二，項目式教學(xué)需要更好的場地和設(shè)備，因此要完善實訓(xùn)教學(xué)條件，加強互動教學(xué)模式建設(shè)，不斷改進校企合作模式。
第三，項目式教學(xué)需要更多的現(xiàn)場指導(dǎo)和手把手的示范，教師的工作量增加，由一個任課教師講授、指導(dǎo)，難免顧此失彼，因此可組織課程教學(xué)團隊，由幾個教師共同完成同一教學(xué)任務(wù)，同時引入企業(yè)人員參與部分教學(xué)，教學(xué)效果更佳。
第四，本課程涉及的知識面廣、技能復(fù)雜，如何協(xié)調(diào)好有限的教學(xué)課時與多而廣的教學(xué)內(nèi)容之間的矛盾，進行適當?shù)膬?nèi)容增減，是今后教學(xué)中需要不斷探討的
問題。
第五，目前關(guān)于智能家居的相關(guān)教材資料很少，能夠適合項目式教學(xué)需要的教材更是少之又少。因此編寫高職院校學(xué)生適用的“智能家居”教材非常必要，任務(wù)緊迫，與智能家居相關(guān)的技術(shù)及國家標準也在不斷改進和完善過程中，所以教材及課程內(nèi)容要實時跟蹤、不斷改進。
“十二五”期間，由于物聯(lián)網(wǎng)起步伊始，智能家居行業(yè)方興未艾，而我國真正從事該行業(yè)的人才極其匱乏，智能家居行業(yè)不僅是我國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，也是未來社會發(fā)展的必然趨勢?？梢詳喽ǎ锫?lián)網(wǎng)技術(shù)必將不斷升級，發(fā)展成為“國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)”，國家對物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的推動及智能家居行業(yè)本身巨大的市場需求和廣闊的發(fā)展空間，必將產(chǎn)生對該行業(yè)人才的巨大需求。
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關(guān)鍵詞 物聯(lián)網(wǎng) 智能家居 Arduino Yeelink
中圖分類號：TP273.5 文獻標識碼：A
0 引言
在互聯(lián)網(wǎng)日趨成熟的信息化時代，人們對未來生活中，將各種產(chǎn)品設(shè)備融入網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)智能化的識別和管理的設(shè)想和憧憬已成為可能。而家居物聯(lián)網(wǎng)因與人們生活密切相關(guān)、技術(shù)實現(xiàn)難度不大、需求量大、具有很廣闊的市場和研究前景而倍受重視，是整個物聯(lián)網(wǎng)的最小集成單位。
隨著物聯(lián)網(wǎng)概念的出現(xiàn)，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運用到智能家居上成為熱門話題。家居物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，將改變?nèi)藗兊纳?，推動人們生活方式的變革?？梢哉f智能家居的是以住宅為平臺，兼?zhèn)浣ㄖ?、網(wǎng)絡(luò)通信、信息家電、設(shè)備自動化，集系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、服務(wù)、管理為一體的高效、舒適、安全、便利、環(huán)保的居住環(huán)境。
目前智能家居的技術(shù)在快速發(fā)展，但是還不是非常成熟，因此需要對智能家居進行深一層的研究，設(shè)計出符合目前家庭應(yīng)用的模型。
1 智能家居物聯(lián)網(wǎng)的概述
1.1 智能家居物聯(lián)網(wǎng)的基本架構(gòu)
通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，智能家居可以將家中的各種設(shè)備連接到一起，提供對家庭電器的控制、電話遠程的控制、安全防盜自動報警、以及可設(shè)定控制等多種功能和手段，為用戶提供高品位、環(huán)境適宜、安全宜人的家庭生活空間。此外、還提供全方位的信息交互功能，與外部保持信息交流暢通，優(yōu)化人們的生活方式，幫助人們有效安排時間，增強家居生活的安全性，甚至為各種能源費用節(jié)約資金。如圖1所示：
在物聯(lián)網(wǎng)的運用中，家居物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)是最小集成單位，同時也是實現(xiàn)統(tǒng)一融合的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的最小系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)架構(gòu)分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。而對應(yīng)家居物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)架構(gòu)相似的可分為4層：（1）家居物聯(lián)網(wǎng)的感知層：傳感器、集成RFID識別等新型技術(shù)的物聯(lián)家電終端、二維碼標簽以及通信模塊等設(shè)備實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集以及信息的。（2）家居物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層：收集家居物聯(lián)網(wǎng)的感知層上終端設(shè)備的數(shù)據(jù)并進行處理，使各個終端設(shè)備互聯(lián)起來，同時實現(xiàn)對不同傳輸類型和協(xié)議兼容，是家居物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸管道。（3）家居物聯(lián)網(wǎng)的控制管理層：通過家居物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層來控制和管理家中的終端設(shè)備，可近似比喻為家居物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的客戶端，實現(xiàn)人與家居物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)各種終端的交互，實現(xiàn)互聯(lián)世界對物理世界的操作，是整個家居物聯(lián)網(wǎng)的核心部分。（4）家居物聯(lián)網(wǎng)的用戶層：是家居物聯(lián)網(wǎng)的使用者，也是家居物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的對象。
1.2 智能家居物聯(lián)網(wǎng)的基本功能
典型的智能家居具有以下功能： 家居安全監(jiān)控、家電控制、家居管理、 家庭教育和娛樂、家居商務(wù)和辦公，如圖2所示。
家居安全監(jiān)控模塊：主要是家庭安防監(jiān)控系統(tǒng)，在傳統(tǒng)的安防系統(tǒng)上與網(wǎng)絡(luò)互連，達到用戶可遠程監(jiān)控的功能。
家電控制模塊：把家電產(chǎn)品的控制集成到PC電腦、智能手機等終端設(shè)備，實現(xiàn)隨時網(wǎng)絡(luò)控制家電的作用。
家居管理模塊：對家庭的家居，通過連接設(shè)備，把傳統(tǒng)的家居互連起來，達到隨時可以網(wǎng)絡(luò)控制家居的作用。
家庭教育和娛樂模塊：與家庭影院、在線視頻點播、電子游戲等功能集成，讓家庭的教育和娛樂也是網(wǎng)絡(luò)中進行。
家居商務(wù)和辦公模塊：可以在家庭辦公，實現(xiàn)商務(wù)談判，節(jié)省人們上下班時間，提供辦事的效率。
2 智能家居物聯(lián)網(wǎng)的簡易模型設(shè)計
2.1 傳統(tǒng)的智能家居物聯(lián)網(wǎng)的不足
傳統(tǒng)的智能家居系統(tǒng)，它的功能基本上可以滿足用戶的需求，但是對于硬件和軟件的要求比較高，導(dǎo)致傳統(tǒng)的家居物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)無法快速地普及的原因之一。
一套能夠滿足家庭應(yīng)用的智能家居系統(tǒng)，一般都需要2萬元以上的費用，而且外加設(shè)備的費用也不少，擴展性也不是很好，因此推廣起來比較難。
2.2 Arduino環(huán)境和Yeelink平臺的簡介
（1）Arduino是一個開源的、擁有簡單輸入/輸出的電路板，它沿用了Processing語言的開發(fā)環(huán)境且IDE（集成開發(fā)環(huán)境）完全免費開源。Arduino集成了許多單片機的底層代碼，無需了解單片機的復(fù)雜底層代碼，它只是通過簡單而實用的函數(shù)就可以調(diào)用到各種功能，例如接受多種傳感器傳來的感知環(huán)境，通過控制馬達、燈光和其它設(shè)備來達到用戶的需求。這便為快速的實現(xiàn)簡易的家居物聯(lián)網(wǎng)提供條件。
（2）Yeelink是目前定位于做一個開放的通用物聯(lián)網(wǎng)平臺，它主要提供傳感器數(shù)據(jù)的接入，存儲和展現(xiàn)服務(wù)，能夠為編程開發(fā)者、軟硬件廠商提供一個開源的物聯(lián)網(wǎng)平臺，使得物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)者無需關(guān)心網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連的細節(jié)，就可以擁有駕馭物聯(lián)網(wǎng)電子產(chǎn)品的基本能力，提高開發(fā)的效率和降低開發(fā)的難度。
2.3 基于Arduino環(huán)境和Yeelink平臺的智能家居物聯(lián)網(wǎng)模型的設(shè)計
2.3.1 硬件要求
（1）Arduino主板一個（Arduino UNO）；（2）與arduino兼容的以太網(wǎng)板一個（以arduino官方開發(fā)的W5100以太網(wǎng)板為例）；（3）若干傳感器（以LED燈為例）；（4）若干連接電線。
2.3.2 設(shè)計原理
本實驗以yeelink為平臺，采用yeelink提供的網(wǎng)頁接口實現(xiàn)通過互聯(lián)網(wǎng)或移動互聯(lián)網(wǎng)對終端的控制。
為了方便實驗的進行和條件限制，本實驗主要實現(xiàn)通過互聯(lián)網(wǎng)或移動互聯(lián)網(wǎng)來管理控制與arduino 開發(fā)板連接的LED燈，從而實現(xiàn)遠程控制。編寫代碼燒錄進Arduino開發(fā)板，設(shè)定Arduino固定每個周期向yeelink服務(wù)器發(fā)出獲取命令來獲得傳感器的當前狀態(tài)，若需要改變arduino上LED燈的狀態(tài)，只需通過yeelink提供的網(wǎng)頁控制界面改變當前傳感器的狀態(tài)，當arduino在下一個周期發(fā)出命令，獲取當前傳感器狀態(tài)，通過判斷傳感器狀態(tài)已變化，則Arduino亦相應(yīng)的改變LED燈的狀態(tài)，從而實現(xiàn)遠程控制。
如本實驗arduino以每3秒為一個周期向yeelink服務(wù)器發(fā)出HTTP的get命令來查詢對應(yīng)LED燈的狀態(tài)，若想點亮LED，則用戶通過yeelink的控制界面發(fā)送HTTP的post命令更新LED燈的狀態(tài)為“開”，當arduino在下一個周期時查詢發(fā)現(xiàn)LED狀態(tài)從0變?yōu)?的時候，則arduino相應(yīng)改變LED的狀態(tài)，LED燈便點亮了。同理，若想熄滅LED，用戶只需在yeelink控制界面更新LED燈的狀態(tài)為“關(guān)”，約3秒后便能熄滅Arduino開發(fā)板上的LED燈，如圖3所示。
3 總結(jié)
以物聯(lián)網(wǎng)為主要技術(shù)手段的新一代智能家居是實現(xiàn)家庭信息化、數(shù)字化社區(qū)的主要方式，已成為社會信息化發(fā)展的一個重要組成部分。雖然目前智能家居在我國的發(fā)展還不是很普及，但是隨著家居物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷成熟和實施智能家居系統(tǒng)成本的不斷下降，以及人們對智能家居概念越來越接受等大環(huán)境下，家居物聯(lián)網(wǎng)在未來的發(fā)展中一定是一個非常有市場前景的行業(yè)。
參考文獻
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關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)，智能家居，控制器，單片機
0.引言
物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)是通過互聯(lián)網(wǎng)，構(gòu)成集家庭通信、設(shè)備自動控制、安全防范等功能于一體的控制系統(tǒng)，即把家庭中各種家用電器、保安裝置和計量設(shè)備連接到一起組成家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，由家庭智能控制器（中央控制器）進行統(tǒng)一管理。使用該系統(tǒng)，用戶可通過短信及互聯(lián)網(wǎng)等方式實現(xiàn)家居智能無線監(jiān)控。
1.物聯(lián)網(wǎng)簡介
物聯(lián)網(wǎng)的英文名稱為'TheInternet of Things” 。由該名稱可見，物聯(lián)網(wǎng)就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。這有兩層意思：第一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)之上的延伸和擴展的一種網(wǎng)絡(luò)；第二，其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間，進行信息交換和通信。論文參考網(wǎng)。因此，物聯(lián)網(wǎng)的定義是通過射頻識別(RFID)裝置、紅外感應(yīng)器、 全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。
這里的“物”要滿足一定條件才能夠被納入“物聯(lián)網(wǎng)”的范圍：本方案可以滿足物聯(lián)網(wǎng)條件。1、有信號接收器，2、利用GSM無線通信技術(shù)。3、CPU自帶存儲功能。4、使用單片機與DSP芯片微控制器。5、操作系統(tǒng)界面是手機或者電腦。6、擁有專門的單片機和DSP應(yīng)用程序。7、數(shù)據(jù)發(fā)送器是模擬啟動器。8、遵守互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議。9、 唯一編碼就是電子標簽上唯一的代碼，也可以是小型遠程控制器的程序編碼序列。
2.物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)的工作原理與功能
物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)有四部分組成，分別是信號接收器、中央控制單元、模擬啟動器和遠程遙控控制器四部分組成，下面分別介紹。
2.1 信號接收器
由單片機控制的軟件程序的單元，用來接收主人發(fā)來的指令。
2.2 模擬啟動器
指令的執(zhí)行者，通過各種智能家居小型遠程遙控器的接口和相關(guān)指令來控制各種智能家居的相應(yīng)功能，類似于電腦中的主板，通過它與各種各樣的智能家居相連。模擬啟動器是執(zhí)行單元，它需要按不同家電的要求，執(zhí)行相應(yīng)的功能。
2.3 小型遠程遙控器
可嵌入手機中的信號收發(fā)芯片，通過它將主人的指令發(fā)送到信號接收器。
2.4 中央控制器
中央控制器是由單片機和DSP芯片以及其他相關(guān)器件組成的控制單元，它內(nèi)部集成了四大系統(tǒng)：室內(nèi)環(huán)境控制系統(tǒng)、安詳生活系統(tǒng)、夢幻燈光系統(tǒng)和安全家居系統(tǒng)，所有對智能家居的操作指令都是由中央控制器發(fā)出的。論文參考網(wǎng)。
具體工作圖原理為：
解釋為：用戶將要所達到的效果以文字的形式發(fā)送出去，信號接收器接收到信息后，轉(zhuǎn)化為可識別的代碼傳送到中央控制器，中央控制器進行必要的處理和分析后，一面將指令傳送到模擬啟動器，一面將指令傳遞到實時顯示模塊進行顯示，模擬啟動器根據(jù)指令，分別啟動相關(guān)的遠程控制器，從而達到對相應(yīng)智能家居的控制與操作。完成相應(yīng)操作后，遠程控制端口會返回一條完成指令，再由中央控制器通過信號接收器反饋給使用者，用戶可根據(jù)反饋信息決定下一步操作。
用戶不操作的情況下，中央控制器會自動接受、監(jiān)控各類傳感器，根據(jù)不同的設(shè)置要求，實時監(jiān)控各類環(huán)境數(shù)據(jù)，一旦變化超出設(shè)定范圍，中央控制器會自動產(chǎn)生指令，模擬啟動器會控制相應(yīng)的智能設(shè)備進行調(diào)節(jié)，從而營造安全舒適的家居條件。
3.具體應(yīng)用
本系統(tǒng)采用的是GSM無線通信技術(shù)，將手機或者電腦信號轉(zhuǎn)換為具體的發(fā)送指令，來遠程控制室內(nèi)的家居，中央控制器則要按照具體的指令來啟動模擬啟動器，讓它在預(yù)定的步驟下，準確、及時地控制各種智能家居的工作。在本系統(tǒng)內(nèi)部集成了四大系統(tǒng)：室內(nèi)環(huán)境控制系統(tǒng)、安詳生活系統(tǒng)、夢幻燈光系統(tǒng)和安全家居系統(tǒng)，以安全居家系統(tǒng)為例說明其應(yīng)用。
安全家居系統(tǒng)組成：
功能特點：
將系統(tǒng)中的防盜裝置裝在門窗上，當盜賊靠近門窗時，傳感器檢測到人體信號,門窗(窗簾)控制器發(fā)出指令,門窗自動關(guān)閉，如果盜賊滯留不走或強行突入，智能主控器會發(fā)出報警聲阻嚇盜賊并自動循環(huán)撥打15組報警電話，通知您和小區(qū)報警中心有盜賊入侵，以便及時采取相應(yīng)措施。
在門上安裝報警器，當主人離家時，在遙控器上啟動設(shè)防狀態(tài)，如遇盜賊強行撬門，智能主控器便會發(fā)出報警聲阻嚇盜賊，同時還會自動循環(huán)撥打多組報警電話，通知保安人員或戶主及時應(yīng)對。
若遭遇壞人入室，可即時發(fā)送報警信號，方便求救,也可用于家中老人、小孩意外事故和急病呼救報警。論文參考網(wǎng)。
當遇到大風(fēng)來臨或雨雪將至，窗門還會自動關(guān)閉。窗戶立即自行關(guān)閉，令您出門無憂無慮。
當燃氣監(jiān)測器檢測到煤氣、液化氣.等有害氣體，智能控制器自動發(fā)出相應(yīng)的指令，將窗戶、排氣扇自動開啟，同時發(fā)出警聲并將警情傳遞給主人手機或者電腦和保衛(wèi)處。
一旦有火災(zāi)發(fā)生，傳感器會第一時間檢測到煙霧信號，智能控制器發(fā)出指令 ，將門窗打開，同時發(fā)出警聲并將警情傳報警中心或給主人手機或者電腦上。
具體執(zhí)行如下：
4.結(jié)束語
當今快速發(fā)展的時代，人們對生活快節(jié)奏的要求越來越迫切，對生活質(zhì)量的要求日益提高，尤其在發(fā)展比較快的大都市里，人們對時間的利用也越來越合理，而科技在迅猛發(fā)展，手機和電腦的普及率又達到了前所未有的水平，這樣就為物聯(lián)網(wǎng)的興起創(chuàng)造了先機。所以基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)，必然會成為現(xiàn)代人生活中不可缺少的一部分。
參考文獻
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【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng) 智能家居 設(shè)計與實現(xiàn)法
智能家居就是以住宅為平臺，兼?zhèn)浣ㄖ?、網(wǎng)絡(luò)通信、信息家電、設(shè)備自動化，集系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、服務(wù)、管理為一體的高效、舒適、安全、便利、環(huán)保的居住環(huán)境。智能家居系統(tǒng)可以為您提供家電控制、照明控制、窗簾控制、電話遠程控制、室內(nèi)外遙控、防盜報警、以及可編程定時控制等多種功能和手段，使您的生活更加舒適、便利和安全。筆者所在的課題組利用當前智能家居技術(shù)的新理念與技術(shù)，開發(fā)技術(shù)先進、性能卓越、實用性強的物聯(lián)網(wǎng)智能家居實現(xiàn)系統(tǒng)，并指導(dǎo)學(xué)生掌握其管理與維護技術(shù)。
1 物聯(lián)網(wǎng)智能家居實訓(xùn)系統(tǒng)組成和內(nèi)涵
物聯(lián)網(wǎng)智能家居實訓(xùn)系統(tǒng)由智能照明、智能安防、人臉識別門禁、智能音響、智能冰箱、能耗監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、智能窗簾等子系統(tǒng)，及物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用上位機管理軟件組成，各子系統(tǒng)通過連接電纜進線連接，采用 ZigBee、wifi、3G 多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)傳輸傳感及控制信息。系統(tǒng)支持智能家居設(shè)計、安裝、調(diào)試以及應(yīng)用編程等多種方式來鍛煉師生的技術(shù)水平，是一套既能展示物聯(lián)網(wǎng)智能家居應(yīng)用，又能掌握相應(yīng)技能和知識的實訓(xùn)系統(tǒng)。
本開發(fā)平臺實現(xiàn)對物聯(lián)網(wǎng)三層（感知層，網(wǎng)絡(luò)層，應(yīng)用層）的全方位技術(shù)運用，比較全面的兼顧了物聯(lián)網(wǎng)所涉及的各類技術(shù)，包括無線傳感器硬件、嵌入式軟件系統(tǒng)、Wifi、Internet 端應(yīng)用軟件開發(fā)教學(xué)，設(shè)計提供了智能家居多個子系統(tǒng)的應(yīng)用實訓(xùn)，該系統(tǒng)所涉及到的技術(shù)主要包括：電子電路、2.4GHz 高頻通訊、ZigBee 無線網(wǎng)絡(luò)、無線傳感器、無線 SoC、嵌入式 ARM、UHF RFID 射頻識別、3G、Ethernet、服務(wù)端軟件開發(fā)。
開發(fā)平臺提供了功能強大的以 ARM 處理器為內(nèi)核的網(wǎng)關(guān)硬件和自主研發(fā)的網(wǎng)關(guān)核心軟件，不僅能完成多種無線網(wǎng)絡(luò)管理，傳感器和射頻識別信息處理，而且可以通過不同無線和有線網(wǎng)絡(luò)路徑，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C管理平臺，并存入數(shù)據(jù)庫，支持遠程訪問，并運用虛擬技術(shù)仿真智能家居場景及設(shè)備解決場地及設(shè)備制約因素。
2 系統(tǒng)功能
針對職院學(xué)生，主要鍛煉的是學(xué)生的動手能力和實際操作的技能。學(xué)生可以根據(jù)自己的設(shè)計想法改變模擬房間內(nèi)環(huán)境，也可以通過一體式計算機通過因特網(wǎng)訪問房間內(nèi)自動化服務(wù)器，對智能設(shè)備、視頻監(jiān)控等遠程控制、訪問。該裝置能進行智能家居系統(tǒng)設(shè)計、線路的設(shè)計與連接、調(diào)試、故障排除、系統(tǒng)配置等實驗和實訓(xùn)。
在打分環(huán)節(jié)考慮到人為因素對比賽結(jié)果的影響，在系統(tǒng)中，特別設(shè)計了自動評分功能，對各個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連通性、電源接線、軟件配置進行自動化檢測，為實訓(xùn)成績提供客觀的依據(jù)。
2.1 智能照明
包括智能照明管理軟件模塊、燈控模塊/調(diào)光模塊、通信模塊、燈具，通過和網(wǎng)關(guān)通信，支持本地控制和管理軟件遠程控制，本地可以設(shè)置感應(yīng)開/關(guān)閉，并和光敏檢測模塊聯(lián)動，實現(xiàn)自動化。
2.2 智能安防
包括智能安防管理軟件模塊、窗磁、煙霧感應(yīng)器、主動紅外入侵探測器、攝像機、雙鑒探測器對非法入侵、火情、煙塵等監(jiān)測，針對突發(fā)事件做出緊急處理，與 GSM/GPRS 短息貓聯(lián)動，當發(fā)現(xiàn)有異常時攝像機自動截取畫面并發(fā)送消息至指定手機或報警。
2.3 人臉識別門禁
人臉識別門禁系統(tǒng)由主人臉識別門禁機、門禁控制器和電鎖組成（聯(lián)網(wǎng)時外加電腦和網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備），使用方式屬非接觸方式，出入人只要在人臉識別門禁機附近（30-80 厘米）晃動一次，人臉識別門禁機就能將識別結(jié)果發(fā)送到門禁控制器上，然后由門禁控制器進行檢查核對合法性，決定是否進行開門動作。整個過程只要在有效的使用范圍內(nèi)均可實現(xiàn)門禁管理功能。人臉識別門禁機安裝門邊墻內(nèi)外，而不影響其工作。
人臉作為每個人身體的一部分、不能復(fù)制、安全可靠。并通過網(wǎng)絡(luò)與電腦進行實時監(jiān)控（可由電腦發(fā)指令開/關(guān)所有門，并可實時查看所有門的狀態(tài)）、數(shù)據(jù)處理、查詢、報表輸出等。
2.4 智能音響
包括智能音響管理軟件模塊、情景音樂系統(tǒng)主機、高保真音箱，通過軟件平臺來控制音樂的播放。
2.5 智能冰箱
包括智能冰箱管理軟件模塊、RFID 讀寫器、食物冷藏柜。通過 RFID 技術(shù)實現(xiàn)食物管理功能，通過 PC管理平臺訪問，配合食品圖示，能看到冰箱內(nèi)的食物信息，食品提醒設(shè)置，一旦冰箱內(nèi)食物短缺或過期，就會發(fā)送短息到指定手機。
2.6 能耗監(jiān)測
包括能耗管理軟件模塊、智能插座、能耗統(tǒng)計模塊。通過智能插座實現(xiàn)所有電器通過數(shù)據(jù)采集終端，無線網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)無線抄表、管理功能。可以定制統(tǒng)計分析功能，并通過監(jiān)控系統(tǒng)控制臺、智能手機實現(xiàn)可視化查看和管理，體現(xiàn)綠色節(jié)能理念。
2.7 環(huán)境監(jiān)測
本系統(tǒng)包括環(huán)境監(jiān)測管理軟件模塊、溫濕度、光敏無線通信模塊。實現(xiàn)溫度、濕度、光敏等監(jiān)測，針對環(huán)境參數(shù)設(shè)備智能開啟相關(guān)設(shè)備自動調(diào)節(jié)環(huán)境溫濕度或與其他系統(tǒng)進行聯(lián)動，對突發(fā)事件做出緊急處理。
2.8 智能窗簾
本系統(tǒng)包括智能窗簾管理軟件模塊、窗簾控制器、電動窗簾，通過和網(wǎng)關(guān)通信，支持本地和管理軟件遠程控制， 本地可以設(shè)置感應(yīng)開/關(guān)閉，并和光敏檢測模塊聯(lián)動，實現(xiàn)自動化。
2.9 上位機管理軟件
系統(tǒng)包括照明、窗簾、能耗、電器、安防、環(huán)境監(jiān)測、實訓(xùn)評估模塊，本實訓(xùn)管理平臺是以上各個系統(tǒng)的一個綜合性、集中管理平臺。內(nèi)容包括：系統(tǒng)的實時狀態(tài)查看、遠程控制、數(shù)據(jù)存儲、統(tǒng)計分析、參數(shù)設(shè)置、預(yù)警。如圖1所示。
3 系統(tǒng)特色
真實的家居環(huán)境需要投入大量的人力物力，從實訓(xùn)的角度來說，需要耗費大量的時間和經(jīng)歷建造樣板房，投入巨大。因此，設(shè)計采用模擬家居環(huán)境的智能家居系統(tǒng)，將涉及到的應(yīng)用及控制模塊和設(shè)備安裝部署在可收縮的網(wǎng)孔板機柜上，減少對空間的占用，并可應(yīng)用于以后的實訓(xùn)教學(xué)中。
智能家居實訓(xùn)系統(tǒng)安裝在一個網(wǎng)孔板機柜上，可以收攏展開，展開后尺寸為 2.4m*0.8m*1.9m（長*寬*高），收攏后尺寸為 0.8m*0.8m*1.9m（長*寬*高），實訓(xùn)設(shè)備可以自由安裝，具有很大的靈活性。
各系統(tǒng)的控制模塊均安裝在 86 盒內(nèi)，可靈活部署在網(wǎng)孔板的任意位置，方便師生根據(jù)自己的設(shè)計完成施工。
4 總結(jié)
本文介紹了一個物聯(lián)網(wǎng)智能家居實訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，系統(tǒng)中模擬了智能家居中的部分場景，并在實驗室環(huán)境中做了大量的模擬測試，程序運行良好?？傊?，進行基于 ZigBee 技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)的設(shè)計分析，有利于提升基于物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)設(shè)計水平，促進在實際中的推廣應(yīng)用，具有積極作用和價值意義。
參考文獻
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作者簡介
江進（1981-），男，江蘇省句容市人。碩士學(xué)位?，F(xiàn)為江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系教師。研究方向為計算機技術(shù)。
關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng) 傳感網(wǎng) 以太網(wǎng) 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)
1 引言
物聯(lián)網(wǎng)是通過射頻識別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按協(xié)議與通信網(wǎng)絡(luò)相連接，進行數(shù)據(jù)信息交換和共享，以實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)采集和測量、智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)[1]。實現(xiàn)自動智能處理物品的信息狀態(tài)，并進行管理和控制，實現(xiàn)信息獲取和物品管理的互聯(lián)互通。F代社會科學(xué)技術(shù)、通信設(shè)備的不斷開發(fā)和應(yīng)用，物聯(lián)網(wǎng)以“全面感知、無縫互聯(lián)、高度智能”的特性被視為第三次信息化浪潮[2]。隨著人們的生活水平不斷提高，居住條件不斷改善，生活品質(zhì)不斷提升，物聯(lián)網(wǎng)智能家居應(yīng)運而生，作為家居智能的核心部分，物聯(lián)網(wǎng)智能家居網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的研究、開發(fā)和建設(shè)必將是國家經(jīng)濟發(fā)展的新趨勢。
物聯(lián)網(wǎng)智能家居是采用計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)布線技術(shù)、計算機接口技術(shù)將與家居生活有關(guān)的各個子系統(tǒng)如燈光、窗簾、煤氣、溫濕度、安防控制、信息家電、場景聯(lián)動等功能有機地融合在一起，應(yīng)用各種通訊網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)互聯(lián)互通，利用必要的安全機制，達到網(wǎng)絡(luò)化綜合智能控制和管理。
現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡(luò)主要用于人與人之間的信息傳遞，感知網(wǎng)則實現(xiàn)了人與物、物與物之間的無線通信[4]。但不足的是，各種感知網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信協(xié)議都沒有形成相對統(tǒng)一的標準，并且傳感網(wǎng)的數(shù)據(jù)信息不能進行遠距離的傳輸，導(dǎo)致傳感網(wǎng)與以太網(wǎng)之間無法進行直接通信。為了解決這一矛盾，一種新型的網(wǎng)元設(shè)備――物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)應(yīng)運而生。
2 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)簡介
在物聯(lián)網(wǎng)智能控制系統(tǒng)中，通信網(wǎng)絡(luò)和傳感網(wǎng)絡(luò)是通過物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)連接和設(shè)備管理的。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)屏蔽了感知網(wǎng)內(nèi)部的異構(gòu)性，并對感知網(wǎng)絡(luò)和終端節(jié)點進行管理。轉(zhuǎn)換和標準是物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)，屏蔽感知網(wǎng)異構(gòu)性必須進行協(xié)議的轉(zhuǎn)換，建立統(tǒng)一的指令及標準是實現(xiàn)網(wǎng)關(guān)管理功能的必要條件[5]。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)是物聯(lián)網(wǎng)智能家居的核心，主要進行數(shù)據(jù)信息協(xié)議轉(zhuǎn)換、運行狀態(tài)控制、數(shù)據(jù)信息匯聚以及尋址認證等，這也是物聯(lián)網(wǎng)智能家居的數(shù)據(jù)信息匯聚中心和控制中心[6]。
3 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)基本功能
（1）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)能力。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)作為互聯(lián)網(wǎng)與傳感網(wǎng)絡(luò)之間的通信橋梁，必須支持傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部數(shù)據(jù)的協(xié)同與匯聚，并以多種方式橋接傳感器網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)是其最基礎(chǔ)的功能，能同時在傳感網(wǎng)終端、互聯(lián)網(wǎng)終端發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。
（2）協(xié)議轉(zhuǎn)換能力。傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息常規(guī)多采用IEEE 802.15.4等通信協(xié)議，以太網(wǎng)多采用TCP/IP協(xié)議通信，網(wǎng)關(guān)必須進行協(xié)議轉(zhuǎn)換。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)向下將下層不同標準格式的數(shù)據(jù)統(tǒng)一封裝，確保不同的感知網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議變成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)和信令，向上將上層下發(fā)的數(shù)據(jù)包信息轉(zhuǎn)換成感知層協(xié)議能夠識別的數(shù)據(jù)信令和控制指令[7]。
（3）管理控制能力。對于任何網(wǎng)絡(luò)來說，管理控制功能是不可缺失的。對網(wǎng)關(guān)進行管理，如注冊、權(quán)限、狀態(tài)監(jiān)管等管理；對傳感器節(jié)點的管理，如器件標識、運行狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)屬性等管理；對智能家居的控制，如遠程監(jiān)測、機械控制、系統(tǒng)診斷、智能維護等。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)接收應(yīng)用數(shù)據(jù)和信令，進行識別后下達給傳感器節(jié)點，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)對下層傳感器節(jié)點的管理與控制。但由于協(xié)議和技術(shù)標準不同，所以網(wǎng)關(guān)的管理能力也不盡相同。
4 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)設(shè)計
中國通信標準化協(xié)會（China Communications Standards Association，CCSA）將物聯(lián)網(wǎng)主要分為三層：第一層為感知層，第二層是傳送層，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)位于本層，第三層是應(yīng)用層。
（1）感知層。感知層的關(guān)鍵技術(shù)主要有檢測技術(shù)、近距離通信技術(shù)，它是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展和應(yīng)用的基礎(chǔ)[8]。感知層主要是由傳感網(wǎng)和采集數(shù)據(jù)信息設(shè)備搭建而成。數(shù)據(jù)采集通常利用各類傳感器、RFID、GPS、視頻攝像頭等設(shè)備來完成。傳感網(wǎng)絡(luò)是由多種數(shù)據(jù)采集設(shè)備和許多傳感器及其節(jié)點組建的。
（2）傳輸層。傳輸層的關(guān)鍵技術(shù)主要有遠程通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以現(xiàn)有以太網(wǎng)為基礎(chǔ)，載入感知層獲取的數(shù)據(jù)信息進行遠程傳輸，實現(xiàn)感知網(wǎng)與以太網(wǎng)的結(jié)合。
（3）應(yīng)用層。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層是以數(shù)據(jù)為中心的物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)，利用經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)信息，為用戶提供遠程或近郊的控制和服務(wù)。各類信息通過各種設(shè)備在這一層進行處理和控制，各層之間通過可控的信息分析和運算為用戶提供各類服務(wù)。
4.1 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的硬件設(shè)計
物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)由嵌入式ARM9架構(gòu)的32位RISC微處理芯片、GPRS/Zigbee通信模塊、FLASH模塊、ARM模塊、接口電路、電源等幾部分組成。感知層主要由MCS80C51處理器和CC2420無線射頻收發(fā)器通信模塊搭建而成，該模塊同時還搭載了嵌Zigbee通信模塊，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)子節(jié)點間的數(shù)據(jù)傳輸[6]。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)硬件實物圖如圖1所示：
4.2 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)軟件系統(tǒng)設(shè)計
物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)位于傳輸層，主要負責管理平臺與感知節(jié)點間的數(shù)據(jù)信息交互[9]。感知節(jié)點屬于系統(tǒng)中的感知層，其上嵌入了數(shù)據(jù)處理模塊，其主要作用是解析命令和上報數(shù)據(jù)，收集傳感數(shù)據(jù)信息，并上報給網(wǎng)關(guān)，同時接收網(wǎng)關(guān)下發(fā)的信令。傳感網(wǎng)內(nèi)部的工作（如數(shù)據(jù)收集和時間同步等）則是通過數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議和基礎(chǔ)服務(wù)模塊共同協(xié)作完成。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示：
感知節(jié)點和管理平臺之間的通信是通過網(wǎng)關(guān)來完成的，網(wǎng)關(guān)在接收到節(jié)點數(shù)據(jù)信息的同時，也向管理平臺接收和報送數(shù)據(jù)信息。管理平臺的信令是通過GPRS模塊和以太網(wǎng)模塊來接收和發(fā)送的。命令映射模塊進行信令解譯，并將信息傳輸給節(jié)點或網(wǎng)關(guān)。協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊實現(xiàn)了傳感網(wǎng)數(shù)據(jù)包解析，并進行統(tǒng)一封裝[10]。日志管理和配置管理是網(wǎng)關(guān)的主要管理方式，用于記載重要事件和網(wǎng)關(guān)的配置信息，并進行數(shù)據(jù)上傳。數(shù)據(jù)信息發(fā)送和傳感網(wǎng)信令分發(fā)是由數(shù)據(jù)上報和命令模塊中sink節(jié)點來實現(xiàn)的。
綜上所述，系統(tǒng)的應(yīng)用管理層是通過管理平臺來控制和管理網(wǎng)關(guān)與傳感網(wǎng)絡(luò)的，管理平臺在數(shù)據(jù)庫中自動保存數(shù)據(jù)信息和維護子系統(tǒng)，并進行數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)統(tǒng)計和數(shù)據(jù)存儲，實現(xiàn)了服務(wù)端和客戶端與網(wǎng)關(guān)之間的數(shù)據(jù)信息傳輸，同時為用戶提供便捷的操作界面[8]。
5 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)計系統(tǒng)實驗測試
5.1 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)信息丟包實驗測試
（1）傳感網(wǎng)節(jié)點之間數(shù)據(jù)信息傳輸過程中丟包。在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)硬件設(shè)計過程中，由于傳感器件的不穩(wěn)定性造成傳感網(wǎng)的不穩(wěn)定性，使得丟包現(xiàn)象時有發(fā)生，本網(wǎng)關(guān)的丟包實驗未對其進行測試。
（2）網(wǎng)關(guān)從串口讀取sink節(jié)點數(shù)據(jù)信息時丟包。從串口讀取sink節(jié)點數(shù)據(jù)信息丟包現(xiàn)象測試相較為簡單，為每一個數(shù)據(jù)包信息設(shè)置序列號，將發(fā)送的數(shù)據(jù)包與接收的數(shù)據(jù)包序列號進行比較。若相同，則說明沒有發(fā)生丟包現(xiàn)象，不相同則有丟包現(xiàn)象。
（3）網(wǎng)關(guān)與以太網(wǎng)等進行數(shù)據(jù)信息傳輸時丟包。測試此種丟包現(xiàn)象是在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)管理平臺程序設(shè)計過程中添加一段測試程序，使其能自動記錄發(fā)送的數(shù)據(jù)信息與未發(fā)送的數(shù)據(jù)信息，并記載與管理日志，在統(tǒng)計中發(fā)現(xiàn)此丟包情況較為少見。
本次實驗測試中，設(shè)置了10個不同的傳感器節(jié)點，發(fā)送數(shù)據(jù)信息周期為6 s。管理平臺每收集到2000個數(shù)據(jù)包信息作為一次丟包記載測試實驗，進行實驗十次的測試結(jié)果如圖3所示：
在圖3中，橫坐標的標值表示實驗次數(shù)，縱坐標的標值代表丟包數(shù)?？梢钥闯?，管理平臺在收集到1～2000個、2001～4000個、6001～8000個、12001～14000個、14001～16000個、16001～18000個數(shù)據(jù)包信息時，測試實驗丟包數(shù)為1個，管理平臺在收集到4001～6000個、8001～10000個、10001～12000個、18001～20000個數(shù)據(jù)包信息時，測試實驗丟包數(shù)為2個。10次實驗測試結(jié)果的平均丟包率為0.6‰，低于CCSA限定的最大丟包率1‰，通過測試實驗可知此設(shè)計符合標準要求。
5.2 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)信息時延實驗測試
物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)信息時延也是測試網(wǎng)關(guān)性能的一項關(guān)鍵指標。網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)信息時延是指讀到一條完整的數(shù)據(jù)信息到完成發(fā)送這條數(shù)據(jù)信息之間的時間間隔[2]。本次實驗測試中，也設(shè)置了10個不同的傳感器節(jié)點，數(shù)據(jù)信息發(fā)送周期為6 s。網(wǎng)關(guān)每接收并發(fā)送1000個數(shù)據(jù)包信息作為一次數(shù)據(jù)包信息的平均時延實驗，進行10次實驗的測試結(jié)果如圖4所示。
在圖4中，橫坐標的標值表示實驗次數(shù)，縱坐標的標值代表平均時延，單位為ms?？梢钥闯觯?0次中管理平臺每接收并發(fā)送1000個數(shù)據(jù)包信息，數(shù)據(jù)包平均轉(zhuǎn)發(fā)時延依次為：8.728060822 ms、9.101037166 ms、8.798108656 ms、9.040832460 ms、8.709430585 ms、9.078904791 ms、8.729397024 ms、8.902405368 ms、8.789098456 ms。遠低于CCSA規(guī)定的平均時延的上限（IPTD）100 ms。
6 結(jié)束語
物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)是物聯(lián)網(wǎng)智能家居的關(guān)鍵技術(shù)部分。本文設(shè)計了一種基于物聯(lián)網(wǎng)智能家居網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，利用現(xiàn)代信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過不同類型感知網(wǎng)之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換和建立統(tǒng)一的指令與標準，實現(xiàn)傳感網(wǎng)與以太網(wǎng)間的數(shù)據(jù)信息接收和發(fā)送以及對感知網(wǎng)絡(luò)的管理與控制。為感知網(wǎng)絡(luò)和以太網(wǎng)之間數(shù)據(jù)信息傳輸建立了空中隧道。此系統(tǒng)經(jīng)過實驗測試，具有良好的穩(wěn)定性和可控性。相信經(jīng)過不斷的改進和創(chuàng)新研究，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)將被廣泛地應(yīng)用于智慧城市、智能電網(wǎng)、遠程監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域。
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關(guān)鍵詞：智能家居；物聯(lián)網(wǎng)；移動智能終端
中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2013）07-0038-04
0 引 言
世界上最早的智能建筑是1984年在美國誕生的，這之后，加拿大、歐洲、澳大利亞和東南亞等經(jīng)濟比較發(fā)達的國家先后開始開發(fā)智能建筑和智能家居產(chǎn)品。智能家居在國外已發(fā)展了20多年，特別在一些發(fā)達國家，智能家居的普及率相當高，智能家居可以為人們提供一種高效、舒適、安全、便利、環(huán)保的家庭居住環(huán)境。在美國，蓋茨的被稱作“未來之屋”的豪宅堪稱當今智能家居的經(jīng)典之作，所有的照明、音樂、溫度、濕度等，都可以根據(jù)客人的需要通過電腦任意調(diào)節(jié)；當你踏入一個房間，藏在壁紙后方的揚聲器就會響起你喜愛的旋律，墻壁上則投射出你熟悉的畫作；廁所里安裝了一套檢查身體的電腦系統(tǒng)，如果發(fā)現(xiàn)異常，電腦會立即發(fā)出警報；地板中的傳感器在感應(yīng)到有人到來時就自動打開照明系統(tǒng)，在客人離去的同時自動關(guān)閉。在國內(nèi)，智能家居經(jīng)歷了10年的起步階段，發(fā)展速度緩慢。這主要是因為開發(fā)技術(shù)短期內(nèi)不成熟，沒有形成完整的、全面的系統(tǒng)解決方案，主要集中在一些分散的智能家庭控制子系統(tǒng)的研究上，所以有必要對智能家居系統(tǒng)做研究和探討。
1 智能家居的架構(gòu)
智能家居作為物聯(lián)網(wǎng)的一部分和人們的生活息息相關(guān)，是人們感受物聯(lián)網(wǎng)最直接的方式。通過智能家居系統(tǒng)，人們將充分感受到物聯(lián)網(wǎng)革命帶給人們的方便、快捷與智能化。圖1所示是智能家居系統(tǒng)的基本框架圖。下面對具有集中式信息處理模塊的智能家居系統(tǒng)作一簡要介紹。
圖1 智能家居系統(tǒng)框架
1.1 信息家電
信息家電應(yīng)該是一種價格低廉、操作簡便、實用性強、帶有PC主要功能的家電產(chǎn)品。利用電腦、電信和電子技術(shù)與傳統(tǒng)家電相結(jié)合的創(chuàng)新產(chǎn)品，是為數(shù)字化與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)更廣泛地深入家庭生活而設(shè)計的新型家用電器。在目前的傳統(tǒng)家電的基礎(chǔ)上，將信息技術(shù)融入傳統(tǒng)的家電當中，使其功能更加強大，使用更加簡單、方便和實用，為家庭生活創(chuàng)造更高品質(zhì)的生活環(huán)境，比如模擬電視發(fā)展成數(shù)字電視，電冰箱、洗衣機、微波爐等也將會變成數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的信息家電。
1.2 信息處理模塊
為了使相互獨立的信息家電可以實現(xiàn)信息共享與協(xié)同工作，智能家居系統(tǒng)中必須具有專門的信息處理模塊。它的功能主要是收集家庭中各個家電的工作狀態(tài)和服務(wù)請求，對各種數(shù)據(jù)進行實時處理，并將結(jié)果送入功能驅(qū)動模塊。隨著家庭中信息家電的數(shù)量不斷增加，采用分布式的控制方式將具有更高的靈活性，這是未來智能家居系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。
1.3 通信模塊
如果說信息處理模塊是智能家居系統(tǒng)的大腦，那么通信模塊就是實現(xiàn)信息傳導(dǎo)的神經(jīng)。根據(jù)家庭組網(wǎng)的特點，通信模塊常利用已有的布線（如電力載波），或者采用無線傳輸（如藍牙、紅外、Wi-Fi、ZigBee）等。出于不同的信息家電對傳輸?shù)膸捯蟛煌瑢嶋H中的通信模塊常采用多種方式混合組網(wǎng)。
1.4 功能驅(qū)動模塊
功能驅(qū)動模塊是信息流入、流出各個信息家電的接口。由于各個電器生產(chǎn)廠商的產(chǎn)品在功能和實現(xiàn)上都有很大的不同，所以必須通過功能驅(qū)動模塊將信息處理模塊的指令翻譯成電器可以執(zhí)行的電平信號，以及將電器的各種狀態(tài)信息轉(zhuǎn)換成信息處理模塊可以理解的二進制信息。
1.5 外界信息接口模塊
該模塊可以看成是一個家庭通向外界（如Internet）的網(wǎng)關(guān)，它在家庭內(nèi)部各種家電信息共享的基礎(chǔ)上，進一步實現(xiàn)了基于Internet的資源共享，從而更進一步實現(xiàn)了共享的深度和廣度，也將是未來智能家居系統(tǒng)發(fā)展的熱點。
2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)
物聯(lián)網(wǎng)被稱為是繼計算機和互聯(lián)網(wǎng)信息產(chǎn)業(yè)后的第三次革命性創(chuàng)新[8]，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用無處不在。物聯(lián)網(wǎng)是讓所有的物品都能夠遠程感知和控制，并與現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)連接在一起，形成一個更加智慧的生產(chǎn)生活體系。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)層次由感知層、傳輸層和應(yīng)用層組成[10]，圖2所示是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的層次結(jié)構(gòu)。
物聯(lián)網(wǎng)以傳感器等傳感技術(shù)為基礎(chǔ)，實現(xiàn)信息采集和“物”的識別，通過傳輸層實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸與計算，經(jīng)過應(yīng)用層，實現(xiàn)所感知信息的應(yīng)用服務(wù)。
3 智能家居的主要技術(shù)
智能能家居系統(tǒng)應(yīng)用的主要技術(shù)包括網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)、通信技術(shù)和移動終端技術(shù)。
圖2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)層次結(jié)構(gòu)
3.1 網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)
3.1.1 通過家庭網(wǎng)關(guān)的互聯(lián)
家庭網(wǎng)關(guān)是智能家庭局域網(wǎng)的核心部分，主要完成家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)各種不同通信協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換和信息共享，以及同外部通信網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)交換功能。同時，網(wǎng)關(guān)一般還負責家庭智能設(shè)備的管理和控制。
3.1.2 通過外部擴展模塊實現(xiàn)與家電的互聯(lián)
為實現(xiàn)家用電器的集中控制和遠程控制功能，家庭智能網(wǎng)關(guān)通過有線或無線的方式，按照特定的通信協(xié)議借助外部擴展模塊控制家電或照明設(shè)備。
3.1.3 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用
以往的智能家居中，絕大多數(shù)是由單片機控制的。隨著新功能的不斷增加和性能的不斷提升，將處理能力大大增強的具有網(wǎng)絡(luò)功能的嵌入式操作系統(tǒng)和單片機的控制程序作相應(yīng)的調(diào)整，使之有機地結(jié)合成為完整的嵌入式系統(tǒng)。
3.2 通信技術(shù)
通信技術(shù)分為有線通信和無線通信技術(shù)，大多已日臻成熟。基于ZigBee技術(shù)的智能家居無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，由于具有低成本、低功耗、較遠的覆蓋范圍及通用性強的特點，將成為智能家居系統(tǒng)中的又一亮點，必將給現(xiàn)代智能家居系統(tǒng)帶來一場新的變革。
3.3 移動終端技術(shù)
移動智能終端以智能手機為代表，另外還包含平板電腦、筆記本、智能電視等。移動智能終端內(nèi)嵌嵌入式操作系統(tǒng)，目前被廣泛推崇和得到迅速發(fā)展的是開放的、自由的Android系統(tǒng)[3]，主要應(yīng)用在移動互聯(lián)網(wǎng)方面。移動互聯(lián)網(wǎng)是將移動通信和互聯(lián)網(wǎng)二者結(jié)合起來的、融為一體的移動通信網(wǎng)絡(luò)，在最近幾年里，移動通信和互聯(lián)網(wǎng)是當今世界發(fā)展最快、市場潛力最大、前景最誘人的兩大業(yè)務(wù)，它們的增長速度是任何預(yù)測家未曾預(yù)料到的。
4 智能家居的主要研究內(nèi)容
智能家居系統(tǒng)可滿足個性化需求?？梢园床煌脩舻男枨?，定制不同的方案。同時，也可模塊化服務(wù)，以滿足不同層次客戶的需求。從客戶需求上分析，智能家居系統(tǒng)的主要研究內(nèi)容如下：
（1） 通過移動智能終端，如智能手機等，隨時隨地控制家中電器的開關(guān)和監(jiān)測信息家電的工作狀態(tài)。
（2） 以“情景模式”一鍵組合控制家電，實現(xiàn)場景設(shè)定。
（3） 支持上述功能的同時，同樣可以使用家電原有的控制方式。
（4） 實時視頻，讓主人對家中的狀況一目了然。
（5） 當家中發(fā)生警情時，可以自動打電話或發(fā)短信通知，并同時通知小區(qū)的物業(yè)，保安可第一時間到達現(xiàn)場。
（6） 網(wǎng)關(guān)服務(wù)器的密碼以及網(wǎng)絡(luò)控制頁面的登錄密碼，可以隨時更改，保證系統(tǒng)安全性。
5 智能家居通信方式比較
智能家居不同廠商產(chǎn)品的區(qū)別主要體現(xiàn)在通信組網(wǎng)方式上。市場上所有的產(chǎn)品無外乎有兩種進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞?，分別是有線方式和無線方式。
有線方式即總線控制方式，如EIB、C-Bus、H-Bus、LonWorks、SCS、RS-485等。有線方式因為需要進行布置復(fù)雜的線路，對原有建筑造成不同程度的破壞，而且維護、擴展也會帶來很多局限性，所以，采用有線通信方式的智能家居產(chǎn)品正在逐漸被淘汰。
無線方式包括射頻、載波、Wi-Fi、ZigBee、藍牙等。本文的智能家居產(chǎn)品采用ZigBee組網(wǎng)方式，而目前國內(nèi)僅有個別廠家采用ZigBee組網(wǎng)方式。表1所列是對各種無線組網(wǎng)方式的智能家居系統(tǒng)進行的比較。
在表1中，ZigBee技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無線通信技術(shù)，主要適合于自動控制和遠程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備中，同時支持地理定位功能。相對于現(xiàn)有的各種無線通信技術(shù)，ZigBee技術(shù)是最低功耗和成本的技術(shù)，這些特點決定了在智能家居中采用ZigBee組網(wǎng)是非常合適的。
6 基于ZigBee和移動終端技術(shù)的智能家居系統(tǒng)
6.1 系統(tǒng)框圖和主要實現(xiàn)原理
基于ZigBee的智能家居系統(tǒng)是未來智能家居系統(tǒng)的主流，該系統(tǒng)包含終端節(jié)點、路由器節(jié)點、傳感器網(wǎng)絡(luò)用戶終端、遠程監(jiān)控終端（如手機移動終端）等。圖3所示就是基于ZigBee和移動終端技術(shù)的智能家居系統(tǒng)圖。
圖3 基于ZigBee和移動終端技術(shù)的智能家居系統(tǒng)
在基于ZigBee和移動終端技術(shù)的智能家居系統(tǒng)中，終端節(jié)點是整個網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵，它的作用是開啟并配置無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)啟動成功后，通過路由器節(jié)點、網(wǎng)絡(luò)用戶終端，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)接收各節(jié)點的信息，并處理這些數(shù)據(jù)，將有用信息通過用戶交互程序顯示給用戶，然后接收用戶指令，再通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將指令傳遞到相應(yīng)的設(shè)備終端節(jié)點。如果要通過互聯(lián)網(wǎng)遠程控制，那么傳感器網(wǎng)絡(luò)用戶終端還要連接到互聯(lián)網(wǎng)，接收來自遠程智能終端的指令，起到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與遠程終端通信橋梁作用。
6.2 系統(tǒng)各部分的功能
6.2.1 終端節(jié)點
終端節(jié)點主要由傳感單元、處理單元、無線通信單元和電源單元四個基本單元組成，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。終端節(jié)點對于網(wǎng)絡(luò)的建立和維護沒有責任。其加入網(wǎng)絡(luò)后主要任務(wù)有兩個：一是通過傳感單元中的傳感器，采集物理信息并進行模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，處理單元負責信息存儲和處理，并送入無線通信單元，后者通過無線網(wǎng)絡(luò)上傳；二是接收用戶終端的指令，控制設(shè)備作出相應(yīng)的動作。
圖4 終端節(jié)點結(jié)構(gòu)圖
6.2.2 路由器節(jié)點
路由器節(jié)點的主要功能有兩個，一是為終端設(shè)備節(jié)點提供多跳路由，二是允許新啟動的節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò)，其作用相當于互聯(lián)網(wǎng)中的路由器。
6.2.3 協(xié)調(diào)器網(wǎng)關(guān)
協(xié)調(diào)器網(wǎng)關(guān)是家庭控制網(wǎng)絡(luò)的主控設(shè)備，要求必須由至少一個ZigBee網(wǎng)絡(luò)的FFD設(shè)備組成。一方面，它主導(dǎo)家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)建立的整個過程，主要包括系統(tǒng)初始化、網(wǎng)絡(luò)的建立、地址的分配和成員的加入、節(jié)點設(shè)備數(shù)據(jù)的更新、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)表、設(shè)備關(guān)聯(lián)表等幾個方面；另一方面，作為家庭網(wǎng)關(guān)和設(shè)備節(jié)點之間的橋梁，完成家庭網(wǎng)關(guān)和家居設(shè)備節(jié)點的通信。家庭網(wǎng)關(guān)對外可以提供各種遠程智能控制接口，操作者可以通過手機移動終端連接到Internet訪問家庭網(wǎng)關(guān)的相關(guān)接口，對家中的家居設(shè)備節(jié)點進行數(shù)據(jù)訪問或者控制。
6.2.4 移動智能終端
移動智能終端可以是任意一臺接入互聯(lián)網(wǎng)的計算機設(shè)備，這時傳感器網(wǎng)絡(luò)用戶終端充當通信橋梁。遠程控制終端通過身份認證后，就可以C/S模式或者B/S模式與傳感器網(wǎng)絡(luò)用戶終端進行通信，遠程控制智能家庭網(wǎng)絡(luò)。比如，我們出差長時間不在家，可通過移動智能終端遠程監(jiān)控家中的環(huán)境，定時打開通風(fēng)設(shè)備改善房間空氣環(huán)境；或者我們下班前可通過移動智能終端遠程控制空調(diào)或地暖設(shè)備工作，回到家就可以享受到我們想要的舒適環(huán)境。
6.3 系統(tǒng)采用ZigBee技術(shù)的主要特點
（1） 功耗低。具備多種休眠模式，在待機模式下，普通電池即可支持長達數(shù)月甚至一到兩年的連續(xù)工作。
（2） 可靠性高。ZigBee采用CSMA-CA碰撞避免機制，避免了數(shù)據(jù)包發(fā)送時信道的競爭和沖突。其MAC層采用完全確認的數(shù)據(jù)傳輸機制，設(shè)備發(fā)送出去的每一個數(shù)據(jù)包，接收設(shè)備在接收之后都必須回傳一個確認信息，發(fā)送方才能開始新的傳輸。
（3） 網(wǎng)絡(luò)容量大。具有星型結(jié)構(gòu)、樹狀結(jié)構(gòu)、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)等拓撲，一個全功能設(shè)備可以管理254個節(jié)點設(shè)備，全功能設(shè)備之間還能組成覆蓋范圍更大的網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)的最大容量可達2542個節(jié)點。
（4） 成本低。ZigBee網(wǎng)絡(luò)的重要特點就是數(shù)據(jù)傳輸速率低，通信協(xié)議簡單，極大地降低了組網(wǎng)的成本。大范圍組網(wǎng)時，每個節(jié)點的成本可以降到3美元以下。
（5） 數(shù)據(jù)安全。ZigBee提供了完整的安全機制，有效防止網(wǎng)絡(luò)被篡改，防止信息的截獲與竊聽，并提供了多種加密方法保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴?/p>
（6） 通用性。由ZigBee技術(shù)聯(lián)盟主導(dǎo)ZigBee標準的制定與修改，并保持了設(shè)備和協(xié)議通用性和完好的開放性。
6.4 系統(tǒng)采用移動終端技術(shù)的主要特點
移動終端應(yīng)用移動互聯(lián)網(wǎng)，而移動互聯(lián)網(wǎng)是將移動通信和互聯(lián)網(wǎng)二者結(jié)合起來的、融為一體的移動通信網(wǎng)絡(luò)。在最近幾年里，移動通信和互聯(lián)網(wǎng)是當今世界發(fā)展最快、市場潛力最大、前景最誘人的兩大業(yè)務(wù)，具有廣闊的應(yīng)用前景。
典型的移動終端平臺是Android 平臺。Android是Google公司針對智能終端開發(fā)的一個平臺，基于linux內(nèi)核，是開放、開源的系統(tǒng)，其大部分應(yīng)用主要是用java開發(fā)，具有很好的跨平臺性。實際上，移動終端就是一個可移動的計算機。
7 結(jié) 語
本文對基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居系統(tǒng)進行了研究與探討，分析了智能家居的架構(gòu)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)層次，提出了一套基于ZigBee和移動終端技術(shù)的智能家居系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用ZigBee技術(shù)和移動終端技術(shù)，具有諸多顯著特點。本文通過對通信方式進行比較后，在家居系統(tǒng)中選擇ZigBee通信技術(shù)，通過分析說明了ZigBee技術(shù)在樓宇自動化領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。系統(tǒng)在應(yīng)用中選擇移動終端技術(shù)，移動終端技術(shù)具有基于移動互聯(lián)網(wǎng)和可靠的嵌入式等特點，使智能家居控制系統(tǒng)具有智能化和可移動性?；赯igBee和移動終端技術(shù)的智能家居系統(tǒng)能將家庭中的家居設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)中，使傳統(tǒng)家居設(shè)備具有自動化、智能化等新特征，是未來智能家居的主流發(fā)展模式。
參 考 文 獻
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