基于物联网的智能家居控制系统的设计研究

摘要：近年来，随着科技的发展，“物联网”这一名词持续升温，成为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。物联网的不断发展，其应用的范围也越来越广，并随着人们对生活质量要求的越来越高逐渐应用到了住宅家居领域。本文以此为背景，首先就智能家居系统的体系结构进行了分析，并对其控制系统设计应用做出了详细的阐述，寄希望通过研究，能为人们的工作和生活带来更多便利，创造更多的经济效益。

关键词：物联网 智能家居控制系统 应用 分析 控制程序

中图分类号：TP273.5 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2012）12-0105-02

物联网智能家居的设计和应用，可以说主要采用的途径就是通过互联网的方式，来对其进行连接，通过互相连接的形式，在家居设计的过程中，将生活家居中需要的一些家庭通信设备以及日常的电器设备进行自动的控制和管理，让在家居生活中需要的多种家用电器以及通信设施通过连接的方式，形成一种在家庭内部的网络环境，主要是通过一个系统的形式，来对其进行统一的管理和控制。

1、物联网概述

物联网，即“The Internet of Things”，简称IOT。通常来说，物联网就是通过采用某种物体信息采集技术（含本体信息以及控制信息采集），实现物体与互联网的相连，从而达到对物体进行监测、监管和监控的一种网络。目前，对于物联网及其相关应用的研究和方向很多，学者对其的定义也各有不同，但无论无论怎么样定义，物联网均显示出其虽源于互联网、但其内涵高于、广于互联网的态势。具体可以从以下两个方面看出：一是物联网延伸和扩展的范围更广，其不仅仅是计算机之间通过网络进行互连，更延伸和扩展到了任何物体与物体之间的信息流通，更具有广泛性；二是感知及控制的升华，从原来的人与人之间的链接扩展为物与物、物与人的泛在链接，进而可实现对物甚至是人的感知及控制。

就目前大多数的物联网而言，其主要由RFID系统、中间件Savant系统和Internet系统这三大部分组成，如图1所示：

在图1所示的物联网系统中，阅读器接收到来自电子标签的载波信息，并对接收信号进行调节和解码后，会将信息送至计算机中的Savant 系统进行处理，处理后传送到Internet，然后在Internet上利用ONS找到该物品信息所存储的位置，由ONS给Savant 系统指明存储该物品有关信息的服务器，并将文件中关于该物品的信息进行传送。

通常来说，物联网分为五个层次，传感器层、网络信息汇聚层、信息分析层、数据传输层和应用层。具体来说，传感器层是物联网的皮肤和五官，主要用于识别物体，采集信息；网络信息汇聚层是物联网的神经中枢和大脑，负责信息数据的收集；信息分析层是将网络信息收集的信息数据加以分析；数据传输层将网络信息汇聚层获取的信息进行传递；应用层是物联网的“社会分工”——与行业需求结合，实现广泛智能化。

2、物联网技术在智能家居设计中应用的可行性和意义

在物联网智能家居环境中，无论你是否在家都可以利用远程设备来对家中的电器、灯光，以及门窗轻松做出相关的控制。若是出门在外，还能够通过电话、手机或者互联网连线家中的智能终端，及时了解到家中家电的使用状态、状况，并且随时监控到家中的一切状况。家中的电器能够识别电压的波峰和波谷，并在用电高峰自动做出回避。各个电器间同时也可以按预定模式，达到协作运行的目的。如果是家中来了访客，则可以通过可视对讲系统留言留影，或者可以通过远程控制门打开。如果家中出现煤气泄漏或者是小偷潜入，安防设备会自动报警和抓拍小偷的图像信息，并同时向你及小区物业保安发出通知。

总而言之，智能家居是一个多功能、综合性的系统，起到主要作用的物联网技术包括有：传感器技术、RFID射频技术、多维码设别技术、GPS技术，互联和组网技术以及与之相适应的各种应用开发技术等。

3、基于物联网的智能家居系统总体设计

智能家居的发展大致经历了电子化、自动化和网络化的三个阶段，目前，随着物联网的不断发展，智能家居集电子、计算机、通信、自动控制、建筑装饰等于一身，具有较大的发展空间和前景，但也存在着系统复杂、价格昂贵、实用性差等弊端。因此，在物联网的基础上，对智能家居控制系统的设计首先需要考虑到系统的功能需求及可行性。一是要实现多类型家居设备互联控制，开发具有多电器接口、能够将家中所有电气化设备统一联网，实现设备集中控制具有重要的意义，这就要把常用家电、安防、医疗等设备的设计考虑其中，保证家居设备的实用性、方便性和可行性；二是要实现多样化的系统远程监控，近年来，随着科技的发展，系统监控是目前智能家居控制系统的重要需求，多种监控方式可提高用户对系统的需求和满意度。系统监控可以从手持监控、Internet监控和GPRS监控这三个方向来发展。

通过对系统功能需求的分析，可以设计出基于物联网的智能家居总体设计图，如图2所示。

4、智能家居系统的具体设计应用

在物联网智能家具设计和应用过程中，我们可以将物联网智能家居家具系统设计为以下四个部分：

4.1 GPS接收器

在物联网智能家居的设计过程中，可以说GPS接收器发挥着重要的作用，主要是帮助主人来接受和发送相应的指令。

4.2 中间控制环节

中间的控制环节在物联网智能家居设计过程中，占据着不可或缺的重要位置，其组成部分主要是由单片机和DSP芯片以及其他相应的部件组成的中间控制主要环节，在其内部也有主要的四大控制系统；第一是室内环境控制环节；第二是安逸生活环节；第三是灯光环节；第四是安全家居环节，这四大控制系统可以说在整个物联网智能家居设计过程中都是非常重要的，在进行智能家居设计和应用过程中所有的操作指令，全都通过这四大控制系统发出，在发送指令过程中通过中介的中央控制器，统一将信息进行传输和分配。

4.3 模拟启动器

模拟启动器是整个智能家居设计和应用中的指令执行者，它主要的功能就是通过识别和接收相应的指令和口令，然后根据相应的指令来进行控制和操作各个不同的智能家居连接的电器，然后通过相应的指令，来引导其常规的运作，可以说模拟启动器的作用和地位，就是相当于我们计算机中的主板功能，主要就是一个执行的环节，根据不同的指令来执行相对应的职能。

4.4 远程控制器

远程控制器主要就是携带和应用方便，可以将其控制器的芯片放在包含手机信号的芯片中，通过无线的形式对其进行操作管理。主要就是将主人的指令及时的传输到信号接收器当中，然后及时的执行相应的指令，进行智能化的操作。

5、基于物联网的智能家居设计的部分应用描述

我们在进行物联网只能家居的应用过程中，目前运用的是GSM无线通信的技术手段，在形式的表现上，主要仍是通过手机信号的形式或电脑操作的形式，然后将输入的数据变换成相应的口令或者指令，对其进行管理和控制，如果在操作过程中，要想采用远程控制的手段来进行室内家居的控制，就需要我们采用中央控制器的形式，然后按照相应的要求启动模拟控制器，之后再按照我们在上述过程中预定的流程对其进行操作，那么就会非常简单和及时的对其智能家居系统做出管理与操作，下面我们在对其安装的基本结构上做出简要分析（如图3所示）。

在上述的安全家居系统图构中，主要演示出了其安装和执行指令的基本方式和结构，在图表中我们将防盗装置置于门窗内，若遇盗贼入室行窃，临近窗口的摄像头和感应器就会自动拍摄下影像，感应就会检出相应的人体信号，如果没有相对应的指令，那么门窗中的窗帘就会自动进行封闭，如果说盗贼还继续滞留于屋内，那么系统就会及时的拨打报警电话，通知相应的管理部门和公安部门，次系统在应用过程中，另外具备的功能就是当主人离开居室之后，可以采用提前设防的相关指令，对家中实施有效的保护措施，如果在离家之后发生了严重的天气变化，次系统还能对门窗实现自身自动将其关闭的功能，如果出现煤气以及天然气泄漏的情况，系统会发出相应的警示信号，如果一旦有火灾发生，系统若是感应到了相应的信号，就会及时的自行做出警报得到提醒，然后将信息传输到相应的控制设备当中，下为物联网智能家居设计的结构功能图（如图4所示）。

6、结语

综上所述，在现阶段人们工作压力十分紧张的情况之下，物联网智能家居系统的出现，可以说能够起到非常好的缓解作用与功效，这样大大提高了人们的生活质量和水平。但是与此同时，因其费用较高，此项系统的应用和实施还不是特别的普及，希望相关设计人员能够不断的对其做出完善和创新，将物联网智能的家居设计尽快的普及和应用，为我们提供智能舒适的家居生活。相信不久的将来，物联网智能家居系统必然会成为我们家居生活必不可少的一部分。

参考文献

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