基于物联网技术的智能家居系统设计与实现

翟冠杰

摘要

随着物联网技术的发展，相关的应用已逐渐走进千家万户，人们的生产生活方式因此发生了明显的变化，尤其是在计算机技术、网络通信技术以及自动控制技术的推动下，物联网技术已经成为传统家居环境建设的重要发展方向，各种家电和家居设备的智能化程度不断提高，为智能家居系统的性能提出了更高的要求。本文对基于物联网的智能家居系统进行了深入探讨，并对其进行了整体设计与实现，对于智能家居的发展方向具有重要意义。

【关键词】物联网 智能家居 系统设计

1 智能家居发展现状

我国物联网技术研究起步较晚，智能家居系统出现也较晚，但经过多年的赶超，我国的智能家居技术也有了较大的发展。上世纪90年代末，中科院首先启动智能技术研究并应用于电力行业。目前我国的智能家居正由自动化和联网化的现状朝着智能化方向发展，基于各种真实生活应用情景的智能化服务不断提升，促使整个智能家居产业由智能单品的研发向智能化家居系统的方向演进。然而，我国在智能家居的建设上并未实现统一标准，各厂商的产品兼容性差，智能化成本偏高，限制了智能家居系统在社会的普及。

2 智能家居系统关键技术

智能家居系统的关键技术主要是RFID定位技术和智能传感技术。RFID定位是通过无线射频信号实现定位的一种技术，具有非接触、双向通信、自动识别等特征，对人体和物体均有较好的效果。RFID不但可以感知物体位置，还能感知人体的移动状态并进行跟踪，目前己广泛应用于智能家居室内定位领域。智能家居的物物相连是以智能传感器为基础的，目前在智能家居中广泛应用的传感器包括温度传感器、湿度传感器、气体浓度传感器、火灾探测器、图像传感器、位置传感器、速度传感器等等，为家居设备的智能化运转提供了丰富的控制参量，进一步提高了家居设备的智能化和自动化程度。

3 基于物联网的智能家居系统

本文设计的智能家居系统包含了管理层、网络层和感知层三个层次，其总体结构如图1所示。其中管理层负责对硬件采集的原始数据进行处理、分析和存储，最终转化为智能家庭控制所需要的各项服务;网络层处于管理层与感知层之间，主要负责将感知层采集的数据传输至管理层，同时完成管理层向感知层的指令传输任务，是整个智能家居系统的数据中枢;感知层以传感器为主要硬件设备，由各种不同的传感器组成传感网络，负责对家居设备各状态参数的采集，并通过网关设备与网络层相连。

3.1 管理层

管理层主要起到对整个智能家居系统的统一控制与协调作用，因此又称为管理控制层。管理层可以能对感知层上传的原始数据进行管理，同时提供软件系统的重构功能，保证系统处于可靠、经济、安全、环保的运行状态。管理层可以完成与各采集终端和用户终端设备的数据交换、为各硬件和软件系统提供必要的接口、保证系统各模块的相互配合与协调工作，维持舒适、智能的家居环境。

3.2 网络层

网络层主要完成网络的接入和数据的传输工作，是智能家居系统的通信中枢，使采用不同通信协议的硬件设备之间可以实现数据的汇总和解析。本系统的网络层支持各种不同形式的通信技术，例如当前应用比较广泛的PLC、ZigBee、以太网和Wi-Fi等等;传感网络接入网络层之后，由于不同的硬件一般具有不同的通信协议，因此网络层还可以将其统一为标准的数据格式，向管理层上报。感知网络具有众多接口，为方便管理，本文采用了物联网网关作为接入层，对整个传感网络进行统一的管理，并且允许网络重构，保证系统在故障情况下的可靠运行。网络层是当前物联网技术在智能家居领域应用的重点之一。

3.3 感知层

感知层就是对家居环境的各项状态参数进行感知，实时采集各项有关数据的传感网络。本系统以SIMAC6401芯片为通信核心，以ZigBec技术组建通信节点，了所有智能家居设备的硬件集成与数据适配，可以满足设备的LONWORKS、ZigBee等通信协议要求，实行统一控制与管理。外围电路依托于数据处理芯片进行工作，并为数据的采集和传输提供支持。适配模块在集成之后具备较强的控制和数据采集能力，其控制能力主要体现在对电力载波通信和ZigBee的兼容性上，对通信的控制比较灵活;其数据采集能力则主要体现在各类传感器的集成，形成的一传感网络，完成对所有智能家居设备运行状态参数的采集。适配单元可以跟网络接入层进行自组网，把整个家庭的设备相互连接，形成智能家居物联网体系。

4 结束语

物联网技术的发展推动了智能家居的进步，为人们提供了一个更加舒适、安全、环保的家居环境;智能家居系统的进步，进一步丰富了物联网技术的应用领域，在各种新需求的推动下，又促进了物联网技术的不断向前发展。因此物联网技术与智能家居技术是相互促进、同步发展的。

参考文献

[1]劉青.基于物联网的智能家居监控系统设计与实现[J].海南师范大学学报（自然科学版），2016，29（01）：40-43.

[2]廖申雪.基于物联网的智能家居系统设计与实现[J].计算机时代，2016（06）：29-31.