基于物联网的智能家居系统设计

李国豪　陈晓平　翁柏涛　易向东

摘  要：随着科技的发展，人们对家居环境舒适要求越来越高，对应着市场上出现了各种智能家居系统方案。但在实际的应用推广过程中，各种方案实际工作效果不尽理想。该文提出了一套基于物联网的智能家居控制系统设计，该系统集远程检测、控制、智能调节为一体，包括底端数据采集系统、人机交互系统、集中控制系统。并应用物联网接入互联网中，通过云端服务器实现数据的远程交互传输，方便用戶可以通过物联网在何时何地都能方便快捷地调控自己家庭的家居，提高生活质量。

关键词：物联网  智能家居  控制系统

中图分类号：TP273.5    文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）08（a）-0028-02

1  引言

1.1 智能家居的研究背景

早在20世纪的80年代，美国科学家就提出了“Smart Home”的概念，旨在将家庭日常的家居电器通过接入互联网的方式实现远程控制功能，这便是智能家居的雏形[1]。在漫漫的历史长河中，智能家居不断发展，智能家居的功能也越来越丰富。第一代智能家居系统通过电缆接入互联网完成家庭联网，可实现简单的照明、门窗开关控制;随着IP技术和带宽技术的发展，第二代智能家居系统实现了远程视频对讲功能，提高了系统对家庭安防方面的保障;第三代是中控系统，使用集成式中央控制系统对整个家居环境进行整体统一的检测并调控;第四代是基于物联网技术，实现了模块化设计，可根据现场实际的需求进行个性化设计[2]。

1.2 物联网技术

物联网指将万物相连的互联网，这一技术概念的提出稍晚于智能家居，于1999年由Auto-ID公司提出。是互联网基础上的延伸和扩展的网络，将各种信息传感设备与互联网结合起来而形成的一个巨大网络，实现在任何时间、任何地点，人、机、物的互联互通。物联网技术主要由感知层、网络层及应用层3个层面构成[3]，其中，感知层的作用是运用传感器技术采集周围环境的各种信息，将获取的信息通过TCP/IP技术传输到网络层上;网络层承担整个物联网过程中信息的搬运工作，借助互联网技术对感知层采集到的数据进行有效传输，方便下一步的信息处理和返回;应用层实现人机交互功能，常用的表现方式为手机APP应用，交互式触摸屏、电脑端人机界面等，可以实现用户对系统的控制与管理功能。

2  智能家居系统设计方案

智能家居系统整体可分为底端数据采集系统、人机交互系统、集中控制系统，这3个系统都应用物联网接入互联网中，通过云端服务器实现数据的远程交互传输，如图1所示。

2.1 底端数据采集系统

底端数据采集系统使用各类传感器对家居环境进行环境参数的采集，完成系统运作过程中感知层的功能，采集到的数据通过网络模块接入家庭网关发送至云端的服务器，为下一步的数据处理做好铺垫。在底端数据采集系统的设计中，我们可以根据居家环境以及用户的需求来进行个性化的传感器配置方案设计，常用的传感器有温度传感器、湿度传感器、光敏传感器、电参数检测装置和摄像头等。温度传感器、湿度传感器可采集例如客厅、卧室、卫生间等地的温湿度信息，为空调、排气扇等家居提供智能控制过程中的调节参数;光敏传感器可以采集环境中的强度，常应用于窗帘的智能伸缩场景中;电参数检测装置放置于家庭的智能插座中，可以采集家庭的用电器用电参数，生成智能报表，可以让用户实时观察家庭的用电器用电情况，提高用电安全与绿色环保;摄像头可以让用户不论何时何地都能洞悉家庭的现场状况，加强安防保障。

2.2 人机交互系统

人机交互系统实现了用户与系统交互功能，交互系统界面可以根据用户的实际使用需求进行个性化的定制，同时采用多种表现的载体。用户可以通过手机APP、电脑上位机控制软件以及家居系统上的触摸屏完成系统的参数设置、远程控制、远程监控等功能。在系统的工作过程中，用户可以通过人机交互系统输入家庭环境的控制参数，例如温度、湿度、开关灯时间等。然后人机交互系统便可以通过互联网将数据传输至云端服务器，最后送达集中控制系统，便可以实现居家环境的远程调控。同时通过APP软件，用户也可以获取当前家庭用电器用电情况、当月的用电报表等。

2.3 集中控制系统

集中控制系统以单片机为控制核心，使用继电器控制、红外控制、485总线等方式实现对家居的控制。在工作过程中，单片机通过网络模块首先获取人机交互系统上用户设置的环境参数和底端数据采集系统采集到的现场环境参数，对参数进行比较处理，进而控制家电完成家居环境的稳态控制。对于门窗、灯具和通风扇等只具有开闭两种状态的家电，我们可以采用继电器控制的方法控制家电的开启与关闭;对于空调、电视等具有红外遥控的功能的复杂家电，我们可以利用集中控制系统的红外学习功能事先学习家电遥控器的红外遥控码，最后用我们的集中控制系统作为万能遥控代替家电的红外遥控器，这样就能实现系统对家电的红外控制。

3  结语

在政府工作报告中，明确提出了要扩大智能家居的消费，这说明智能家居系统拥有广阔的市场前景。总而言之，随着人们对生活体验品质要求的提高，现如今的家居系统运作模式已经慢慢跟不上需求了，基于物联网的智能家居系统可以实现远近程控制、系统的智能调节，满足现如今人们在快节奏生活下对智能家居的基本要求，同时能够保障家庭的安全保障，指导人们健康绿色生活。整体而言，家居环境智能化的趋势不可阻挡，智能家居控制系统可以给人们带来便捷舒适的生活，同时由于物联网的接入，使得网络安全和隐私保障成为智能家居系统设计新的难题。这证明智能化家居控制系统仍然需要不断更新，与时俱进，才能最终满足当下人们对美好生活的智能化需求。

参考文献

[1] 李倩.基于物联网对智能家居远程控制系统设计[J].电子技术与软件工程，2019（5）：2.

[2] 王篮仪，滕维乾.智能家居控制系统的研究与分析[J].科学技术创新，2019（8）：85-86.

[3] 牟成林.物联网和大数据技术提升安全生产水平的思考与实践[J].农家参谋，2019（9）：238.