基于物联网的智能家居控制系统设计研究

杨强

摘 要：随着科技的发展和进步，社会生产生活逐渐朝着智能化的方向发展。基于物联网所设计的智能家居控制系统，为住宅居民提供了更加舒适的家居环境，充分满足人们对于生活质量的要求。智能家居控制系统主要应用无线传感网络技术和嵌入式系统设计技术，结合网络通信技术和音视频处理技术，具有信号传输和远程监控的功能，让智能家居控制系统更好的为人们的生活服务。

关键词：物联网；智能家居；控制系统

前言

智能家居是利用信息技术、网络技术及布线技术将家居生活中琐碎、繁杂的内容有序的组织起来，应用智能家居控制系统进行管理。在智能家居控制系统设计当中，应用物联网技术，能够有效解决布线麻烦、安装困难等问题，应用Zigbee技术、GSM/GPRS 及太网技术，实现无线通信，使智能家居控制系统更为完善，促进现代住宅建筑智能化的发展。

一、智能家居控制系统结构及其特点

家居智能控制模块、图像处理单元、ARM中央控制平台、Zigbee无线传输模块及无线通信和互联网通信等组成了智能家居控制系统的基本结构。家居智能控制模块主要具有安防报警、照明控制及空调远程控制等功能，并与Zigbee模块和ARM中央控制平台联接。在家庭智能控制网络当中，利用USB摄像头进行家庭环境的实时监控。与此同时，利用GPRS技术和互联网技术将ARM中央控制平台与外部终端设备相连，使居民出门在外能够了解家居环境的情况，并进行有效的控制。

在智能家居控制系统的设计当中，需要应用到物联网技术，利用视频处理技术和语音识别技术，提升了智能家居系统的人机交互能力，通过网路可以随时进行访问。智能感知传感器可以对光照、温度、湿度和室内空气进行检测检测，并得准确的数据，更加方便快捷的进行传输。智能控制空调、卷帘、电饭煲等电器，利用远程人机交互对家居状态予以反馈。与此同时，在智能家居控制系统中增加用户登录身份验证，进行数据加密，以有效预防非法入侵，提升了智能家居控制系统的安全性[1]。

二、智能家居控制系统硬件设计

（一）家居环境检测

家居环境检测主要利用光传感器（ON9668）、温度传感器和湿度传感器（SHT11），利用Zigbee采集子节点对家居环境当中的光照、温度、湿度进行检测，利用烟雾（MQ-6）和气敏传感器（TGS813）对家居环境内的有害气体进行检测，并进行数据采集，经由ZigBee无线通信模块进行传输，经由手机移动终端进行处理，最终传输至服务器。在家居室内安装红外传感器（LH-912E），能够对非法入侵等异常情况进行报警，在很大程度上保证了家居环境的安全[2]。

（二）智能控制

在家居环境当中存在着灯具、空调、冰箱及门窗等设备，用户能够通过智能家居控制系统进行智能化操作和控制。联接智能家居控制系统和智能移动终端，用户可以利用收集进行控制，更加方便快捷。将光敏电阻、热释电传感器和继电器驱动连接家用电器，与 AT89C52共同组成家居控制系统，有效采集家居电器的信息，利用ZigBee 无线收发模块传输至手机，可以进行灯光、空调、门窗的控制。利用 HBS 总线通信模块MM1192 ，实现远程智能操控，即使出门在外，同样能够对家居环境进行了解和控制，使用户更加满意和放心。

（三）无线通信和GSM/GPRS 通讯

ZigBee 组网通信实现了智能家居控制系统的无线信息传输，基于CC2530 无线微型控制器，利用ZigBee 技术，CC2530连接 STM32 处理器，高效进行信息传输，通信机制更加稳定、快速，保证数据收发的稳定，顺利进行数据交互，提升通信信号强度。结合射频技术、无线传感组网技术和远程通信技术，设计和研发Zigbee技术无线传感网络。 ZigBee 组网通信模块具有网络容量大的特点，组网灵活，5 通道 DMA使无线通信功能更加完善和强大，同时能够降低能耗，操作控制简单便捷，有效保证无线网络信号稳定传输[3]。

GSM/GPRS 双频模块（MC35i，Siemens公司第一代产品）集成了基带处理器和射频电路，异步串行收发器与微处理器之间实现交互，连接外接天线并自带 SIM 接口，与MC35i之间实现硬件连接。

三、智能家居控制系统软件设计

基于物联网的智能家居控制系统设计当中，除了硬件设计之外，软件设计也是十分关键的内容。智能家居控制系统软件的编程设计主要包括主程序、 终端采集子程序、ZigBee 无线通信子程序以及RS232 通信子程序等内容。分析当前状态，判断各部分子程序是否正常执行。当智能家居控制系统发出警报，软件系统自动打开 GSM/GPRS 通讯模块，技术进行报警。模块式智能家居控制系统软件设计特点，这与ARM 嵌入式的开发平台的结构特点有关。利用Zigbee 协调器进行网络启动，根据实际情况选择正确且合适的信息，组建智能家居控制系统网络。ARM中央控制器连接串口，采集和汇聚信息，并及时向下发放用户命令，利用Zigbee 协调器进行调节。Zigbee协调器软件流程包括Zigbee协议栈的初始化、网络PAN ID的设置、网络PAN Co-ordinator短地址、选择射频频率通道等一系列程序，并启动网络，加入其它设备，开始数据传输，充分发挥Zigbee 协调器的功能作用，进而完成智能家居控制系统软件设计[4]。

结论

基于物联网的智能家居控制系统设计，为智能家居控制提供了硬件和软件基础，用户能够实时和控制家居环境，进行照明、温度、湿度的控制，进而保证家居生活环境的舒适、便捷和安全，为人们提供了更加优质的居家服务。随网络技术和信息技术的不断发展和进步，智能化是未来家居生活的必然趋势，随着监测效率高、覆盖范围大、实时性好的智能家居控制系统被设计和研发，对智能化家居的发展有着重要的现实意义。

参考文献：

[1] 邓昀 程小辉.面向物联网的智能家居系统设计[J].桂林理工大学学报，2012（02）：259-264.

[2] 杨堤.基于物联网的智能家居控制系统设计与实现[J].电子世界，2012（21）：16-17.

[3] 张慧颖.基于物联网的智能家居综合系统设计[J].电子测试，2013（21）：25-27.

[4] 吴立华.基于ZIGBEE的物联网的智能家居系统设计[J].硅谷，2013（17）：32+23.