物联网技术在智能家居照明控制系统中的应用

罗 曦

闽江学院，福建 福州 350001

0 引言

物联网是智慧家居的基础设施，正是因为物联网技术的发展及成熟，促使智慧家居从技术层面逐步转向应用层面[1-2]。中国照明产业经多年发展，已成为全球照明产业链中心，拥有产业集群、完善的产业链布局。中国照明行业随时间推移日益步入高智能、高技术发展未来，家居智能照明系统在数字化时代催生下给予照明行业全新价值[3]。

随着中国经济社会不断发展、城市化建设加速运行、新农村建设步伐加快，我国居民的家居环境得到进一步改善，居民对家居环境的要求也进一步提高，促使家居行业向更舒适、更便捷、更安全、更高效方向发展。智能家居属于人类美好生活愿景的创新性思维技术领域，因其随技术发展逐渐具象化消费者需求，而受到人们的信赖与喜爱。智能家居拥有实用性、功能性、易用性等优势，其市值近年来表现出倍速增长态势[4]。

智能家居照明系统是智能家居的重要组成部分。随着传感器技术、通信技术、自动化技术、互联网技术及人工智能技术的不断发展，智能家居照明系统将具有更为广阔的发展空间。智能家居照明系统将摆脱传统系照明开关便利性差、照明难调节、低环保、高耗能等桎梏，利用ZigBee系统、无线网络等网络通信技术实现灯光的智能控制[5-6]。

1 物联网技术概述

物联网起源于2005年信息社会峰会。国际通信联盟表示该技术可将各种家居日常生活设备进行短距离移动收发器安装，实现智能家居与通信网络的线上信息交流。

物联网技术以射频识别技术、传感器网络技术、M2M技术、Ubiquitous（泛在网络）为基础。其中，射频识别技术的内涵在于控制和管理中带有射频识别系统的所有事物。利用网络通信手段及云端数据拾取技术，统筹联网读写器、无线化可移动式电子标签两部分，创建物联网系统。物联网基于射频识别技术，使用条形码、二维码对事物进行标记并科学识别。传感器网络技术主要控制与管理区域中安置较多的传感节点和Mote，充分整理收集外界数据信息，合作合力处理信息收集范围规模巨大、工作繁杂的监测任务。同时，采用网络关卡式汇集节点建立网络通信连接，并将收集到的数据信息分析检验，促进网络通信—家庭家居设备—网络处理基站—家庭家居设备的四位一体循环交流。M2M技术是实现设备间相互通信交流的重要信息交换、宏观把握网络传输的优化通信技术。其中，信息通道由电信运营企业提供，其附加物联网业务就是M2M业务。M2M在通信企业专业人员持续推动、宣传下受到用户的广泛应用。Ubiquitous（泛在网络）是多维度多空间存在于各处各界的网络应用，最终达到人与物线上实时的数据互通，内含各种应用。Ubiquitous（泛在网络）属于智能化响应、互联网链接、卫星数据通信的宏观结合，是对以往电子化通信手段及思维补充创新的网络结构。Ubiquitous（泛在网络）实现了人与人、人与物、物与物之间的交流与通信。

智能家居设备通过物联网中介技术，将家庭成员生活中使用的电器设备进行链接，家庭成员可在户外通过智能家居实时监控住宅内部情况。智能家居设备及传感器、无线个人终端智能化设备、车辆之间，将通过有线、无线、长短距离通信网络技术产生相互交流及连接。利用云端网络技术，为家庭成员带来以物联网为基础的实时定位、智能化报警机制、可移动性实施家居设备的智能控制等优化服务及管理功能。物联网属于较为完善的网络应用结构，可以实现对所有家居进行安全、节能环保高效的管理与控制，便于提高互联网及感知技术的结合应用。

2 智能家居照明控制系统概述

智能家居指以住宅为单位，加入诸如万维网技术、长效互联互通技术、宏观布设网络技术等智能家居技术，以智能设施设备为载体，对家庭成员的日常生活需要进行综合评估并处理。智能照明控制系统作为智能家居的重要子系统之一，受到广泛研究及关注。智能照明控制系统是将各类照明控制手段、电子信息技术、通信技术、网络科技技术集于一身的控制系统，打破了传统照明控制方式较分散、难以有效管理的管控藩篱，达到传统照明方式未曾触及的高度。

智能家居照明产业并不属于新兴行业，其全球市场生态已初具雏形，各类智能终端已然经历多重迭代。智能家居照明控制系统的优势主要表现在两个方面：一方面是节能，减少电力资源的消耗；另一方面是对家庭成员身体上的调节。利用智能家居照明控制系统可以实现照明的自动开关和亮度调节功能，并实现照明设备的自主调控，达到保护视力的目的。

3 智能家居照明系统中的物联网技术的应用

3.1 智能控制技术

智能控制的常用功能有三个方面，分别是智能化数据信息的分析研究、智能化管理决策、智能化信息互通，均属于智能控制发展理论应用的高级阶段。智能控制以计算机科学、控制理论、人工智能、运筹学等学科为依据，是对智能控制相关理论及技术的拓展。智能控制中应用较多的是神经性网络、模糊化逻辑、遗传式算法等，另外涵盖自身组织管理决策控制、自身配适环境控制、自主吸收经验知识控制等相关技术应用。智能照明利用智能控制技术实现照明灯的开启与关闭、区块化管理、调节光线光色等目的。

3.2 传感器技术

传感器技术是智能设备实现自动化控制、智能化控制的重要途径。传感器技术应用范围广泛，如采集居室温度、湿度、气压、光照、位移、重力等信息，然后将设备收集到的主要信息转化为数据，以网络形式传输到计算机进行二次处理。智能照明系统中主要应用人体红外感应器、雷达声控感应器、重力感应器、照度感应器等传感器技术。

3.3 ZigBee技术

ZigBee指工作速率在20～250 kb/s的低速短距离传输无线网上协议，给予用户设备以250 kb/s、40 kb/s、20 kb/s等3种原始数据吞吐率，满足各层级设备应用，如移动手机、平板电脑、电脑服务器、云中心等。

ZigBee技术的主要优势如下：（1）ZigBee可以低速率传输数据以满足应用需求，其传输范围为10～100 m，增加发射功率后可使传输范围扩大到1～3 km。（2）ZigBee信息数据反应响应速度快，进入工作状态只需要15 ms，连接并进入网络仅需30 ms。（3）ZigBee可采用灵活组网方式，利用多种各异的网络结构，统筹规划、管理调控众多子节点，子节点管理上限可达近260个。另外，级别更高的子节点拥有管辖调节本节点的特别权限，数据网络构成的大网可涵盖近70 000个节点。（4）ZigBee具备三级安全供应保证，可对家庭安全进行设定、设置终端访问数据控制权限、设置对称式高级加密技术标准密码等。三级安全模式保证ZigBee灵活保障自身安全。（5）ZigBee安装成本低，适合用于家庭智慧照明系统。

3.4 Matter技术

Matter是近年来业界聚焦的新型标准，架构于当前所有IP协议之上，再经过IPv6转化为核心应用层。Matter协议以智能家居任一产品拥有全球统一地址为愿景，开发出任意设备在进入家庭后，能够实现物与物之间的有效合作、管理；促进各种软件开发厂商进行发掘研究，以研发出智能家居适配各类应用场景的软件或应用产品。Matter的主要优势在于统一应用层及基于IP全面开源，即在标准开发时间里对开源库内数据进行开发，可使用固定、移动设备进行使用的协议。Matter与ZigBee的主要区别在于不同的底层网络协议，其中ZigBee拥有其独属的网状网络协议；而Matter采用IP作为顶层网络协议。Matter协议定于2022年发布，未来将有更多的智能家居企业陆续对这一新标准进行支持，不断推进全球智能家居领域的崭新生态，建立健全互联互通全屋智能照明生态。

4 结束语

物联网布控下，智能家居照明控制系统将满足更多家庭用户日常生活中对各种场景的需要。未来，物联网智能家居标准将逐渐完善，智能家居系统也将突破传统，对消费者产生良性影响，促进物联网与智能家居照明控制系统协同发展。物联网与智能家居照明控制系统将日趋结合得更为紧密，利用数字智能革命效率及场景，为家居环境营造更加良好的氛围。