基于物联网的智能家居控制系统设计与实践研究

摘要：我国科学技术的发展使物联网技术不断完善，现已成为人们日常生活中不可或缺的重要组成部分。在智能家居控制系统设计中融入物联网技术十分重要，不仅可以提高设计的整体水平，还可将家居环境与人之间形成紧密连接，从而提高家具的智能化水平。现如今人们以舒适生活为主，在此背景下应进一步创新物联网的应用，从而优化智能家居控制系统设计，使其与当前时代接轨。

关键词：物联网;智能家居;控制系统;设计;实践

智能家居现已成为行业发展的必然趋势，其不仅能够为人们的生活提供便利性，且可以提高居住舒适度，这样的改变符合当前时代人们的需求。与普通家居相比，智能家居能够多家中的物品进行控制，通过系统设计使物品智能化，以此提高家居舒适度和安全性。因此，应将物联网有效融入到智能教具控制系统设计中，以此实现远程控制，进而提高当前时代人们的生活水平。本文对物联网的智能家居控制系统进行研究，并提出了具体策略，以供参考。

一、物聯网在智能家居控制中的系统结构

（一）感知控制层

物联网智能家居需要以感知控制层为基础，其在智能家居中不仅承担着感物体的基本功能，还承担着信息记录的责任。在物联网智能家居中，感知控制层通常会利用传感器节点组成传感网络，常见的传感器节点有CC2530等，通过节点采集物体信息，随后通过 Zig Bee 协议完成信息通信，最后送至汇聚端，实现智能家居控制[1]。

（二）接入层

感知控制层的数据会传输至接入层，由接入层发送至终端，在此过程中会集成多种协议，因此需要通过 TCO/IP 协议进行相互通信。智能网关的应用可以使相关数据得到储存，使住宅信息更加方便，但网关的内存有线，因此会定期将老旧数据上传至管理层，有效保存数据。

（三）互联网层

互联网能够将信息传输给外界，通过网络接口或 WIFI 等设备将智能网关与互联网相连接，以此为服务管理层提供数据支持。当前的 WIFI 技术已经较为成熟，因此可以将此技术有效应用在互联网层中，实现网络通信[2]。

（四）服务管理层

服务管理层是核心部分，其存储了大量的中心数据。传统的服务管理层为单台管理服务器，而物联网下的服务管理层则可以将多个单台服务器串联，形成云服务，以此进行数据处理和保存。在服务管理层中，会对所有的数据进行计算，通过虚化技术实现一对一的服务模式。

（五）应用层

应用层是智能家居控制系统应用的主要部分，常见的应用控制设备如 PC 机、手机、APP、客户端等，用户能够随时随地进行访问，如下达命令会将数据传输至服务管理层，由服务管理层解析当前数据，最后发送给网关，以此控制智能家居设施。当前主流的操作系统有安卓、苹果和 win- dows。

二、物联网在智能家居控制系统中的框架设计

（一）总体结构和模块

将物联网应用在智能家居控制系统中需要建立总体的结构和模块，具体方式如下。

（1）       常见的家用电器：智能控制会为家用电器提供接口，并且能够为家中智能化设备配置独立的 ID，从而实现集中控制。

（2）       安防设备：智能控制终端与家中的安全监控设备相互连接，使人们不在家中也可以了解到安防信息，监控当前家里的状态[3]。

（3）       家用医疗设备：家用医疗设备会通过独立端口进行连接，以此实现对病人的远程监控。

（4）       设备接口：RS-485是家中智能设备的重要辅助，去不仅可以为家中智能设备分配独立 ID，还可以集中控制和管理设备。

（5）       远程监控：远程监控能需要利用互联网和 GPRS 技术，其不仅可以通过终端通知用户，还可以利用短信的形式进行通知，使家中信息更加直观。

（6）       人机交互：人机交互是实现智能化体验的基础，该技术是物联网发挥作用的关键。

（二）主要硬件选型

物联网智能家居控制系统的硬件选型十分重要，具体可以从以下几点入手，从而提高智能控制的效率。

（1）       核心处理器：核心处理器可以利用 LPC23783，该处理器中包含仿真的内核结构，不仅端口丰富，且传输效率快，性价比极高。该处理器非常适合协议转换，满足智能家居控制系统的大量接口需求。

（2）       RS-485总线：家居设备必须通过微控制器、检测电路和电流调理电路来接入 RS-485网络，而 SN75176芯片能够将单片机中的串行接口转换成为 RS-485接口，从而将家具电器和嵌入式开发版进行串口通信，不仅不就成本低、传输距离远等特点，还具有高实用性和经济型，满足了大部分智能家居电器的需求。

（3）       远程报警：远程报警主要为了提高智能家居控制系统的安全性，其中 GPRS 模块不仅可以在三频、四频备上工作，且整体结构紧凑，满足智能家居的需求。

（4）       人机交互：人机交互终端硬件主要包括显示屏、状态指示灯和语音提示等，芯片可以应用 DS1302芯片，该芯片的效率高能耗低，极具性价比。液晶屏则可以使用 OCM1264，双语操作方便日常所需;语音提示则可以使用 HMA-TTS 运营合成模块，该模块的音质好且能耗低，可以提高人机交互的质量。

（三）环形网络分层控制

环形网络分层控制系统可以实现多点接入，结构的是由规范各节点之间的分层来确定的，这样可以降低资源的浪费，合理控制爆炸风险。环形网络分层控制系统可以实现采集数据的目的，建立集成控制系统，在结构中每一环都使协调者，且不会随着层数的增多而降低效率。环形网络分层控制系统在智能家具规划中应用范围最广，利用分布技术方式，让用户实现自己控制家具的運行，不仅使用户居住更加方便，而且还大大提高了家长智能物品的控制效率[4]。环形网络分层控制系统不仅应用于日常中，它还可以应用于远程控制等多个方面，为智能化家具控制提供了可靠保障。

具体的分层方式是可从以下几点入手：

（1）       在建立网络之后，所有层数都从零开始其次，从协调者节点出发，确保所有节点的信息都能够实现联通。

（2）       协调者节点输送到目标节点之后，本身层次和分层确定帧可取其小，如果目标节点本身层数是零，需要以分层确定帧的转发次数。

（3）       目标节点自身层数会不断变化，需要分层确定帧之后再转发处理，且系统当中的所有节点都存在接受分布确定帧的可能性，因此要想确保控制系统过多消耗资源，那么就必须加强转发次数的控制。

三、结束语

随着我国科学技术的不断发展，当前时代的物联网技术已经逐渐成熟，现已被广泛应用在智能家居的系统控制中。基于物联网的智能家居控制系统设计需要满足当前时代人们的生活需求，且在应用中需要不断创新，以此推动智能家居的发展，实现智能家居市场的可持续发展。

参考文献：

[1]    孙晓叶，李攀，刘颖.基于物联网的智能家居控制系统设计与实现[J]. 电子技术与软件工程，2019（11）：33.

[2]    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（05）：2.

[3]    郑骏.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，2018（07）：41+61.

[4]    王朝玉，王建卫，王顺勇，周昌鸿，凌恺.基于物联网的智能家居控制系统设计[J].电子制作，2017（01）：37-38.

作者简介：

张立欣（1997—），男，汉，安徽人，本科在读，研究方向：物联网工程.