物联网在智能家居中的应用与发展

2020-03-10武卓

辽宁经济职业技术学院辽宁经济管理干部学院学报 2020年1期

武卓

（延安大学西安创新学院，陕西西安 710100）

本文主要研究方向是物联网在智能家居系统中的应用，相对于传统以物联网技术为核心的家居系统，选用嵌入系统，利用计算机技术和传输控制协议（Transmission Control Protocol，缩写为TCP），能够有效应用于对可靠性、体积、功能等方面有严格要求的计算机系统，通过温度、光强度、湿度以及有害气体检验数据收集的全新智能感知传感设备，借助紫蜜蜂短距离低速无线网络协议的全自动构网功能，大幅提升数据传输的便捷性。与此同时，利用网络访问技术、智能语音识别技术以及视频分析处理技术，促使家居系统人机交流能力有效提升，智能化特点更加明显。此系统的远距离人机交流完全打破短信息报警等一系列以GPRS网络技术为基础的通信方式，而是利用互联网通讯，全面综合听、看、说以及远程控制于一身的立体化、动态性交互方式。由于系统能够实现对互联网的高效应用，系统的安全性自然也就成为相关设计工作的最重要环节，因此在设计中融入高等级身份认证机制、S型数据加密技术，以对智能家居系统形成高效防护，避免外界非法侵害对用户造成生命财产损失。

一、基于物联网智能家居系统的基本构架

（一）智能家居系统的组成

智能家居系统利用电磁信号设备和镶嵌式微型处理器形成紧密连接，将数据信息直接传输于MPU微处理器、安全检测设备、感知设备以及远程人际交流环节，结合紫蜜蜂短距离低速网络通信技术，将自动化调控、智能安全防护、远程监控和远程遥控紧密结合为有机整体。

智能化家电的主要任务是为用户提供便捷的使用功能以及相对于传统家用电器更加舒适的居住环境，自行完成一部分耗时较长的生活任务，如自动蒸煮米饭、自动调节室内温度、自动洗衣等。安全防护检测环节与感知设备配合处理家庭的安全防护工作，对可疑现象、移动物体实时进行照片拍摄和远红外感应，如果发现可疑性移动物体将立刻传送报警信号至用户手机端和PC端，是确保家庭安全稳定的重要内容。远程人际交流利用家庭网络和传输控制协议，确保用户更加直接透明地了解家中实时状态。

（二）智能家居系统运行流程

现代智能家居系统利用家庭局域无线网络、互联网使镶嵌式系统和下层各种设备实现有效连接，达到远距离控制、监督下层设备的应用效果。遵循传输控制协议，应用紫蜜蜂自动化短距离低速无线网络，使数据传输过程更加稳定安全。使用更加快捷、智能的传感设备利用数据信息收集、分析、解读处理，实现随时随地对家用电器的控制，实时掌握家用电器运行情况，并且使用人员还能够利用家庭网络服务器控制各种家用电器的ON/OFF。视频收集可以利用移动物体自动抓拍功能，对可疑物体实施快速报警，以文字或语音提示的方式传输于用户的智能移动终端设备或个人计算机设备。

二、基于物联网的智能家居系统硬件构成

（一）物联网智能家居感知部分的硬件构成

基于物联网技术的智能感知部分构成包括智能电气与智能化感知两个环节，该区域是整个系统的最前段设计。由于耗能较低、运行成本较低以及信息传送安全稳定，并且延时极低的优势，紫蜜蜂短距离低速网络技术成为该部分有效运行的核心。系统选择为CC5650处理芯片，确保紫蜜蜂模块组网的有效性，并以CC5650处理芯片为核心节点，建立放射形网络拓展结构，此结构普遍应用于室内传输的短距离小型网络系统。此外，如果家庭范围较大，如别墅、洋楼等涉及多层或三百平方米以上的建筑，建议使用簇形网络结构。系统所选用的放射形网络结构，将处理芯片作为核心节点，每一个感知区域以及各个家用电器作为系统分支，和处理芯片形成密切连接。运用以上形式的连接方法，符合国家可持续发展理念、生态低碳环保理念，电能消耗相对传统智能家居系统更低，并且可以有效降低感知模块、终端家用电器与核心节点的网络延时。放射性结构设计简单便捷，有利于控制和管理工作的完成，全方位满足了物联网数据信息传输过程中用户的安全需求。

（二）物联网智能家居人际交流和安全防护部分硬件构成

安全防护部分和人际交流作为物联网智能家居的重要组成环节，需要具有相应的视频采集功能，以此作为远红外设备功能上的补充，以图像感知技术为基础，融入图像处理技术，对非法入侵人员、可疑性移动物体实施报警监控。系统应用1080*1920高清摄像头进行图像收集，图像经过DA8856解码器实现安全监督防护功能。与此同时，考虑到ARM9TDMI处理器对视频图像处理能力的不足，编码部分选用MPEG5.0（Moving Picture Experts Group5.0，动态图像专家组）作为编码执行标准，支持网络数据信息稳定安全的传输，并且能够确保视频传输效率和质量，一般情况下家庭局域网络不与外部因特网相连，继而使用人员能够随时随地实现对家庭网络的访问、控制，有效掌控家庭内部动态，这也就是我们所说的人际交流功能，具体工作流程如图1所示。

图1 基于物联网智能家居系统的安全防护检测工作流程示意图

三、物联网在智能家居中的具体应用策略以及相关注意事项

（一）传感设备和微处理器的连接机制

现代以物联网技术为支撑的智能家居，需要具备环保绿色低碳的基本属性，在低电能消耗的状态下实现传统家居向智能化家居转化的跨时代革命。物联网智能家居系统每一个传感元件均具有两种状态，即常规运行状态和停止运行状态。进入运行之间或者微型处理器接收到用户方指令时，传感设备节点将被唤醒，进入运行状态，等待协调器节点CC5560进行每一个节点上的数据收集，CC5560将收集到的数据利用无线网络快速传送至微处理器中，继而传感节点的运行周期由微处理器内部时间钟表控制。紫蜜蜂网络的放射形拓展结构，包含网络源代码、无线路由器以及传感节点三个部分，应用紫蜜蜂协议物理层和源代码，能够完成数据信息收集和传输。应用ARM9TDMI处理器实现多任务操作，也就是多线程调控。将编写完成的电路部件程序、运行程序输入于微处理器当中。除此之外，用户计算机访问服务器和微处理器实现数据交流的原理在于，对系统数据库的高效访问，系统方与用户方快速实现数据读写功能，例如异常信号检验完成报警功能等。

（二）网页服务器、移动状态捕捉和语音交流机制

1.系统网页服务器运行机制

完成iis（Internet Information Services）服务器的安全、ASP动态服务器页面（Active Server Pages）配置，继而进行远距离网络控制平台构建研究。此平台融括网站首页的四个组成，即登录界面、影响部分、控制部分和家居情况实时反映部分。

图1当中的四个网页类文件均是以动态服务器页面的形式储存，语言编写应用VB教程（Visual Basic Script），以Access数据管理系统（Microsoft Office Access）作为数据读写载体，数据管理系统当中融括用户信息资料、用户登记资料和家居情况记录资料。用户登录部分需要包括ID填写、密码填写和防介入验证码填写三个环节，用户通过身份验证才能登录并进入后台家居控制部分，同时用户的身份信息需要经过S型算法加密，精准备份于数据管理系统的用户信息资料中，确保用户登录安全和系统的综合安全性能，防止外部不法分子侵入。

2.移动状态捕捉和语音交流机制

在图像处理技术方面，依照移动物体基本属性，在家居监控图像静止时系统将自动判定为安全状态，一旦出现移动物体图像帧数将迅速上升，利用估计算法能够快速捕捉画面中的有效变化，系统依照具体阀值界限判定移动现象的存在与否。如果存在移动现象，微处理器将立刻传出入侵警告，进而完成以图像处理技术为基础的入侵检测，对传感系统存在的不足形成弥补作用。

对于语音交流功能方面，主要是用户对计算机进行语音输入，也就是通过说话来完成控制家居的目的。在智能语音交流方面，该系统选用美国微软公司的语言识别技术SAPI，融括两种识别方式，即命令和文本识别，其主要差异是识别对象上的不同。文本识别利用对象范围，具有全方位覆盖属性，同时对象范围由SDK软件工具开发包（Software Development Kit）产出提供，适用于随机听写情况，但识别效率相对较低；命令识别则需要系统设计人员依照用户具体需求进行编写，用来定义SDK软件工具开发包需要确立的部分关键词和对比词汇。在SDK工具开发包安装方面，调用语音识别函数作为程序接受请求的识别事件传达载体，其中自定义文件格式如下所示：

＜GARMMRA LNAGID="814"＞

＜DFEINE＞

＜IDNAME="CMD"VAL="15"//＞

＜//DEFINE10＞

＜RULENAME="ACCturn on DUIT"ID="CMD"TOPLEVEL0.1.2.3...="ACTIVE"＞

＜L＞

＜P＞空调开启＜/P＞

＜/L＞

＜//RULE.＞

＜/GARMMAR＞

＜GRAMMARLANAID="814"＞

＜//DEFINE10＞