基于物联网的家用电器的组网控制系统研究

黄欣欣

传感器、ZigBee、4G移动通信等物联网关键技术不断发展，已经在物流运输、智能家居、安防保险等领域得到了广泛的应用。家用电器可以通过物联网技术集成在一起，使用传感器、摄像头等采集家用电器运行状态及环境信息，通过ZigBee无线网络、TD-LTE移动通信技术发送到控制中心，将其输出到控制中心电视墙或智能手机终端上，方便用户实时查看和控制家用电器。

【关键词】物联网 ZigBee 传感器 家用电器 智能家居

1 引言

物联网是一种集成客观物品、多媒体通信、电子信息采集等多种技术的网络，与不同的应用环境结合，产生了不同类型的物联网，比如RFID网络、无线传感器网络等。无线传感器网络作为物联网的一种形式，其利用传感器节点、无线网络和移动通信等技术，在工业控制网络、环境监测、视频监控、安防保护、智能家居等领域得到了普及和推广，尤其是随着智能家居的出现，无线传感器网络作为一门新兴的技术，其综合了嵌入式软件设计、无线通信网络、分布式信息管理等技术，促进了智能家居的发展，能够实时地采集和分析家居环境信息，控制家用电器工作状态，具有重要的作用。

2 家用电器集成通信联网技术

2.1 ZigBee无线通信技术

ZigBee是一种无线网络传输技术，其基于IEEE802.15.4标准实现，不仅仅定义了一个良好的物理层、访问控制层路由传输协议，并且能够为网络通信提供网络层、应用层协议，实现家用电器数据的采集、传输和控制。ZigBee无线通信网络具有自组织、自愈功能，每一个节点都可以感知其他节点的存在，并且可自行确定网络拓扑结构，组成一个结构化的网络，适应性调整网络结构，稳定性强。ZigBee采用CSMA-CA进行网络通信碰撞避免检测，能够为家用电器信息采集预留专用带宽资源，避免数据传输时带宽资源竞争和冲突。ZigBee协议通信传输耗费的能量较少，可延长传感器的工作时间，提高传感器的工作效率。

2.2 4G TD-LTE移动通信技术

4G TD-LTE移动通信技术已经成为当前无线通信的主流技术，该技术使用OFDM的多址接入模式，可以有效地增强无线链路通信技术，采用高可靠性的软件无线电技术和高效的调制解调技术，有效地提高了数据传输的速率。

3 家用电器组网控制系统设计

3.1 家用电器组网控制系统功能

随着电力通信技术的快速发展，人们为家庭购置了多种多样的家用电器，不仅仅包括电视机、家用电脑、电冰箱、洗衣机、电热水器和空调等传统电器，还逐渐添加了榨汁机、室内环境监测仪、无线路由器、平板电脑、视频监控器、跑步机等多功能小型家电设备，利用ZigBee、传感器等物联网技术，可以将这些家用电器集成、连接在一起，实现家用电器信息采集、传输和控制等功能，具有重要的作用。

3.1.1 家用电器信息采集

信息采集功能可以通过部署在物联网中的传感器节点，有效地采集家用电器运行的状况和环境信息，分别是家用电器自身工作信息和运行环境的温度、湿度、氧气、二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫和甲烷等相关信息，然后再传递到系统中，并实现对环境空气质量信息的感知。

3.1.2 家用电器信息传输和控制功能

传感器节点采集到家用电器信息、环境信息之后，可以使用ZigBee网络将数据传输到汇聚节点，控制系统能够将信息准确保存数据库服务器中。家用电器信息传输过程详细描述如下：传感器节点部署在家用电器上，利用传感器自带的温控、湿控、设备状态控制功能采集家用电器数据信息，将其传输到汇聚节点，汇聚节点可以通过4G TD-LTE移动网络将其传输到服务器中，以便能够进行逻辑业务处理，并且根据控制结果向家用电器发出控制命令，比如关闭、打开等。

3.2 家用电器组网路由传输控制节点设计

家用电器信息采集过程中，ZigBee网络完成的功能包括数据采集、传输、处理和转发等功能。ZigBee网络技术在家用电器控制系统应用过程中，网络节点主要包括两种，分别是ZigBee终端节点和网关节点，这两种节点可以集成在一起，构成一个完善的家用电器无线网络。ZigBee终端节点可以完成家用电器信息采集、数据信息发送、控制命令接收等功能，ZigBee终端节点的硬件部分主要由电源模块、电源管理模块、时钟模块、射频天线单元、LED显示模块、信号调理模块和传感器模块共同构成，其中电源管理最为关键，可以为传感器提供信息采集、传输、接收的工作电压。ZigBee网关节点又被称为路由器节点，其可以读取传感器采集的数据，将传感器采集到的环境数据封装起来，并发送到相关的服务器，同时接收响应指令，并实现转发路由数据的功能，在无线传感器网络中，可以自由灵活放置网关节点，网关节点的主要能量也是来源于电池，因此网关节点的硬件电路结构相对比较简单，主要由电源模块、时钟模块、CC2350、射频天线单元、LED显示模块共同组成。

4 结束语

家用电器组网控制是智能家居的一个关键内容，也是物联网等技术发展到一定阶段的产物，其可以提高人们家居生活的智能化、运城化和数字化水平，进一步提高人们对家用电器的控制能力，确保家庭安全。

参考文献

[1]熊海涵.WiFi无线通信定位在物联网家电智能控制系统信息控制端的应用研究[J].通讯世界，2015（5）：63-63.

[2]张瑶，侯远韶.ARM处理器和ZigBee的智能家居解决方案[J].长春大学学报：自然科学版，2015，25（8）：8-12.

[3]宁祥峰，张春业，万伟，等.基于LTE系统的物联网架构的研究与设计[J].计算机应用，2010，30（01）：6-9.

[4]王鑫.基于LTE系统在当今社会物联网架构的研究与分析[J].信息通信，2015（1）：184-184.

作者单位

四川长虹软件与服务中心 四川省成都市 610094