论文部分内容阅读
摘 要：随着科技的不断发展，智能生活已缓缓走进大众视野。基于物联网的智能家居系统以个人居家室内环境智能化建设为开发原型，通过合理的强弱电布线、高速信息传输技术、人工智能技术、安全防范技术、多媒体技术的支持，进行远程开锁、情景控制、隐患防护、语音交互等功能的实现。集合日常生活中人们经常使用的家庭设施，构建一套可以高效管理多种家居设施自动化处理和响应人们日常事务的智能化体系结构，使人们的家居体验更加安全、便利、舒适，使节能环保的理念也在智能家居中得以体现。
关键词：物联网;智能家居系统
中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1674-1064（2021）02-062-02
DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.02.027
1 智能家居系统的组成
主流的智能家居系统通常由以下几个子系统组成：中央集成控制系统、室内照明控制系统、电机控制系统、家用电器管理系统、室内环境清洁度检测系统以及安全防护保障系统[1]。
1.1 中央集成控制系统
智能家居系统中的各个子系统，通过家居中安装的无线传感器和无线联动设备对家居设施的工作状态等信息进行收集，并将收集到的信息传输给中央集成控制系统进行处理。因此，中央集成控制系统是智能家居的总控制器，在智能家居系统中占有重要地位。
1.2 室内照明控制系统
基于Zigbee的照明灯具控制器，可将室内若干照明灯具的开关集成到一个总开关中，房屋主人可以在室内任意位置随心所欲地打开客厅、卧室、厨房等室内任意区域安装的室内照明灯具，无需再到开关的固定位置反复打开、关闭灯具开关。除此之外，还可根据室内情景对灯具的光线强弱度进行调解，适应人们居家时在不同工作学习场景或是娱乐场景对于光线亮度的需求。
1.3 电机控制系统
电机是一些家用设施的重要动力装置，如自动窗帘的升降依靠电机来驱动自动窗帘中的卷轴进行卷起或展开操作，诸如此类的电机驱动设施还有很多。电机控制系统就是将事先装有Zigbee节点的电机产品集成到一个系统中，根据收集到各个电机设备的状态，智能控制电机设施的使用。
1.4 家用电器管理系统
伴随着人们对生活品质要求的提升，各种替代家务劳动的家用电器蜂拥进入到人们家中，家用电器的数量可谓是一增再增，众多家用电器的统一管理成为人们需要面对和解决的问题。家用电器管理系统通过对安装Zigbee节点的家用电器进行联网管理，既可以向房屋主人随时显示家用电器的工作状态，也可为房屋主人提供预先服务。比如室内温度较高时，空调会自动打开进行降温处理，家中热水器会根据房屋主人的作息习惯把水加热等。
1.5 室内环境清洁度检测系统
影响室内清洁度的因素众多，如室内温度、湿度、光强、可燃气体浓度、烟雾浓度、灰尘等都会对室内清洁度产生影响。基于ZigBee无线通信技术设计的室内环境清洁度检测系统，能够对室内清洁度实施24h监测，并且可以随时将监测到的室内环境数据传输到移动端App或PC端，在环境监测数据超出报警临界点时自动向房屋主人进行预警，用户通过手机远程即可实现对家中环境的掌握。
1.6 安全防护保障系统
居家安全问题是人们普遍关心的问题，尤其是目前时有发生的室内火灾、天然气泄露、管道漏水等安全问题，时常为人们敲响警钟。智能家居系统中的安全防护保障系统，通常由探测器、数据传输和报警控制器三部分构成。报警探测器是由传感器和信号处理组成的，传感器作为报警探测器的核心元件，主要用于对危险源信息进行采集并传输给报警控制器进行处理。根据传感器类型的不同，可以构成不同种类、不同用途、达到不同探测目的的报警探测装置。
2 智能家居系统工作模式
智能家居系统通过构建Wired mode、Wireless Mode、Mixed mode三种结构，来满足不同用户对智能家居的不同需求。三种模式不同的特点，决定了适用的应用场合也不同。Wired mode适合易于布线、传感/执行器数据量大的场合，其特点在于使用高可靠的TCP/IP協议，通过以太网将所有传感器连接起来。Wireless Mode适合难以布线、传感/执行器数据量小的场合，其特点在于布设简易，一般使用无线Zigbeet协议将所有传感器连接起来。Mixed mode中和了以上两种模式的优缺点，在实现方便布设的同时，也考虑到了数据可靠性传输的要求，非常适合布线难易度和传感/执行器数据量差别巨大的场合[2]。
使用Wired mode的智能家居系统的结构层次，包括用户操作层、中间件层、传感/执行层。使用Wireless Mode和Mixed mode的智能家居系统的结构层次，除了以上三个层次外，还多了一个无线网关层。在用户操作层，用户可通过智能手机（Android系统）、PAD两种方式，手工/自动实现对系统的观察、控制和配置。中间件层针对用户操作层用户做出的各种操作，将其转化为格式化的命令。这些格式化的命令，将根据所处的模式不同而进行后续的处理操作，具体如下：
在Wired mode下，这些格式化的命令将直接传输给传感/执行层，传感/执行层的传感/执行器将进行相应的动作。
在Wireless Mode下，这些格式化的命令先到达无线网关层，通过无线网关层基于无线zigbee协议的无线网关，将命令进一步下发给传感/执行层。
在Mixed mode下，根据命令需要到达的目的地的不同，进行区别处理。先到达无线网关层，再通过无线网关层基于无线zigbee协议的无线网关，将命令进一步下发给传感/执行层对应的无线设备目标;目标为有线设备时，命令将直接传输给传感/执行层，传感/执行层的传感/执行器将进行相应动作。 3 智能家居系统的特点
现代化的智能家居，可帮助用户轻轻松松实现家居生活智能化。不仅可以提供基础的智能设施，还可以根据客户自身需求进行私人定制，打造个性智能家居。智能家居系统在家庭中的应用，使得家庭生活更加安全、节能、智能、环保、便利和舒适。智能家居系统具有以下特点：
Web方式的远程维护：支持Web方式的远程维护，只要有互联网IE，就可实现对系统的访问和控制。
高度的可扩展性：支持数千个传感器/执行器链接的网络IP寻址方法。
高度的布线灵活性：在网关层和传感/执行层间，可选择有线或无线两种方式，布线灵活。
开放的传输层标准：基于TCP/IP协议多采用有线模式，基于Zigbee协议多采用无线模式，支持开放互联。
全方位的家居传感/执行器：分为宜居生活类（万能红外遥控器、智能电表、智能窗帘、彩灯等）、家居安全类（烟雾报警、燃气报警、RFID门控等）、家庭防盗类（对射、玻璃震动、摄像监控等）三大类传感/执行器。
4 智能家居系统的优势
伴随着信息技术的飞速发展，受到人们广泛青睐的移动终端以及无线信息传输技术得到了普及和应用，这使得智能家居控制终端更便于随身携带，使得智能家居从此无需专用遥控器或终端控制器。对相关家居设施和家用电器的管理和控制，通过固定编程或个性化编程，全部设置安装在手机或平板电脑上，用户只需手指轻轻滑动，便可一键完成。
智能家居系统可以根据个人习惯和实际需要，自行定义、个性定制场景控制，进行多种日常家居生活或个人学习模式的设置：早起模式、外出模式、返回模式、休息模式，还有调光模式、温控模式、餐饮模式、娱乐模式、车库模式、实时监控模式、办公模式、会议模式、下班模式、安保布防和撤防模式等。这使得人们的日常生活变得更加轻松和高效[3]。
智能家居系统采用zigbee无线技术，把所有的设备通过传感器等与互联网相连接，实现家庭小网与社会大网络的互联互通，提高了家庭生活品质，提供了安全、便捷、愉悦、舒心的生活服务。与普通家居相比，智能家居系统有以下四大优势：
自动化：根据场景变化及用户的个性化要求，设置符合用户需求的舒适便捷的智能化家具系統。
信息化：依托有线、无线高速网络实现信息与外界的交互，使得家庭与外界的信息交流畅通无阻。
人性化：强调人的主观能动性，重视人与居住环境的协调，使用户能随心所欲地控制室内居住环境。
节能化：家用电器的通电待机模式被彻底抛弃，真正实现人走电断的节能模式。
5 结语
与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，提供舒适安全、高品位且宜人的家庭生活空间;还由原来的被动静止结构转变为具有能动智慧的工具，提供全方位的信息交换功能，使得家庭与外部的信息交流畅通无阻。通过合理规划人们处理日常生活事务的时间排序，优化人们的生活方式，安全保障系统进一步增强了家居生活的安全性，真正实现了节能环保的家居生活。
家居设施的智能化是智能家居的主体所在，实现家电、照明等电气设备的智能化是智能家居系统的功能要求。智能化系统采用集中或者分布式控制，用户通过移动终端设备，可以随时随地对家庭内的电器及其他设备进行远程控制，家居智能化系统是智能家居的主要发展方向。伴随着人们物质生活水平的提高，人们对家居生活舒适度及便捷性的需求越来越高，家庭内部环境、网络虚拟环境等需求也越来越高，人们用在这方面的消费支出也将越来越高，未来的智能化家居也会更多地满足人们这些方面的需求。
参考文献
[1] 李源，成友才，田申.基于物联网技术的智能家居系统设计[J].通信与信息技术，2019（1）：32-34.
[2] 邱宏斌.一种基于ESP8266模块的物联网设计思路[J].电子世界，2017（7）：25-27.
[3] 张力.基于ZigBee无线通信技术的物联网智能家居系统设计[J].数码世界，2019（11）：12-14.
关键词：物联网;智能家居系统
中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1674-1064（2021）02-062-02
DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.02.027
1 智能家居系统的组成
主流的智能家居系统通常由以下几个子系统组成：中央集成控制系统、室内照明控制系统、电机控制系统、家用电器管理系统、室内环境清洁度检测系统以及安全防护保障系统[1]。
1.1 中央集成控制系统
智能家居系统中的各个子系统，通过家居中安装的无线传感器和无线联动设备对家居设施的工作状态等信息进行收集，并将收集到的信息传输给中央集成控制系统进行处理。因此，中央集成控制系统是智能家居的总控制器，在智能家居系统中占有重要地位。
1.2 室内照明控制系统
基于Zigbee的照明灯具控制器，可将室内若干照明灯具的开关集成到一个总开关中，房屋主人可以在室内任意位置随心所欲地打开客厅、卧室、厨房等室内任意区域安装的室内照明灯具，无需再到开关的固定位置反复打开、关闭灯具开关。除此之外，还可根据室内情景对灯具的光线强弱度进行调解，适应人们居家时在不同工作学习场景或是娱乐场景对于光线亮度的需求。
1.3 电机控制系统
电机是一些家用设施的重要动力装置，如自动窗帘的升降依靠电机来驱动自动窗帘中的卷轴进行卷起或展开操作，诸如此类的电机驱动设施还有很多。电机控制系统就是将事先装有Zigbee节点的电机产品集成到一个系统中，根据收集到各个电机设备的状态，智能控制电机设施的使用。
1.4 家用电器管理系统
伴随着人们对生活品质要求的提升，各种替代家务劳动的家用电器蜂拥进入到人们家中，家用电器的数量可谓是一增再增，众多家用电器的统一管理成为人们需要面对和解决的问题。家用电器管理系统通过对安装Zigbee节点的家用电器进行联网管理，既可以向房屋主人随时显示家用电器的工作状态，也可为房屋主人提供预先服务。比如室内温度较高时，空调会自动打开进行降温处理，家中热水器会根据房屋主人的作息习惯把水加热等。
1.5 室内环境清洁度检测系统
影响室内清洁度的因素众多，如室内温度、湿度、光强、可燃气体浓度、烟雾浓度、灰尘等都会对室内清洁度产生影响。基于ZigBee无线通信技术设计的室内环境清洁度检测系统，能够对室内清洁度实施24h监测，并且可以随时将监测到的室内环境数据传输到移动端App或PC端，在环境监测数据超出报警临界点时自动向房屋主人进行预警，用户通过手机远程即可实现对家中环境的掌握。
1.6 安全防护保障系统
居家安全问题是人们普遍关心的问题，尤其是目前时有发生的室内火灾、天然气泄露、管道漏水等安全问题，时常为人们敲响警钟。智能家居系统中的安全防护保障系统，通常由探测器、数据传输和报警控制器三部分构成。报警探测器是由传感器和信号处理组成的，传感器作为报警探测器的核心元件，主要用于对危险源信息进行采集并传输给报警控制器进行处理。根据传感器类型的不同，可以构成不同种类、不同用途、达到不同探测目的的报警探测装置。
2 智能家居系统工作模式
智能家居系统通过构建Wired mode、Wireless Mode、Mixed mode三种结构，来满足不同用户对智能家居的不同需求。三种模式不同的特点，决定了适用的应用场合也不同。Wired mode适合易于布线、传感/执行器数据量大的场合，其特点在于使用高可靠的TCP/IP協议，通过以太网将所有传感器连接起来。Wireless Mode适合难以布线、传感/执行器数据量小的场合，其特点在于布设简易，一般使用无线Zigbeet协议将所有传感器连接起来。Mixed mode中和了以上两种模式的优缺点，在实现方便布设的同时，也考虑到了数据可靠性传输的要求，非常适合布线难易度和传感/执行器数据量差别巨大的场合[2]。
使用Wired mode的智能家居系统的结构层次，包括用户操作层、中间件层、传感/执行层。使用Wireless Mode和Mixed mode的智能家居系统的结构层次，除了以上三个层次外，还多了一个无线网关层。在用户操作层，用户可通过智能手机（Android系统）、PAD两种方式，手工/自动实现对系统的观察、控制和配置。中间件层针对用户操作层用户做出的各种操作，将其转化为格式化的命令。这些格式化的命令，将根据所处的模式不同而进行后续的处理操作，具体如下：
在Wired mode下，这些格式化的命令将直接传输给传感/执行层，传感/执行层的传感/执行器将进行相应的动作。
在Wireless Mode下，这些格式化的命令先到达无线网关层，通过无线网关层基于无线zigbee协议的无线网关，将命令进一步下发给传感/执行层。
在Mixed mode下，根据命令需要到达的目的地的不同，进行区别处理。先到达无线网关层，再通过无线网关层基于无线zigbee协议的无线网关，将命令进一步下发给传感/执行层对应的无线设备目标;目标为有线设备时，命令将直接传输给传感/执行层，传感/执行层的传感/执行器将进行相应动作。 3 智能家居系统的特点
现代化的智能家居，可帮助用户轻轻松松实现家居生活智能化。不仅可以提供基础的智能设施，还可以根据客户自身需求进行私人定制，打造个性智能家居。智能家居系统在家庭中的应用，使得家庭生活更加安全、节能、智能、环保、便利和舒适。智能家居系统具有以下特点：
Web方式的远程维护：支持Web方式的远程维护，只要有互联网IE，就可实现对系统的访问和控制。
高度的可扩展性：支持数千个传感器/执行器链接的网络IP寻址方法。
高度的布线灵活性：在网关层和传感/执行层间，可选择有线或无线两种方式，布线灵活。
开放的传输层标准：基于TCP/IP协议多采用有线模式，基于Zigbee协议多采用无线模式，支持开放互联。
全方位的家居传感/执行器：分为宜居生活类（万能红外遥控器、智能电表、智能窗帘、彩灯等）、家居安全类（烟雾报警、燃气报警、RFID门控等）、家庭防盗类（对射、玻璃震动、摄像监控等）三大类传感/执行器。
4 智能家居系统的优势
伴随着信息技术的飞速发展，受到人们广泛青睐的移动终端以及无线信息传输技术得到了普及和应用，这使得智能家居控制终端更便于随身携带，使得智能家居从此无需专用遥控器或终端控制器。对相关家居设施和家用电器的管理和控制，通过固定编程或个性化编程，全部设置安装在手机或平板电脑上，用户只需手指轻轻滑动，便可一键完成。
智能家居系统可以根据个人习惯和实际需要，自行定义、个性定制场景控制，进行多种日常家居生活或个人学习模式的设置：早起模式、外出模式、返回模式、休息模式，还有调光模式、温控模式、餐饮模式、娱乐模式、车库模式、实时监控模式、办公模式、会议模式、下班模式、安保布防和撤防模式等。这使得人们的日常生活变得更加轻松和高效[3]。
智能家居系统采用zigbee无线技术，把所有的设备通过传感器等与互联网相连接，实现家庭小网与社会大网络的互联互通，提高了家庭生活品质，提供了安全、便捷、愉悦、舒心的生活服务。与普通家居相比，智能家居系统有以下四大优势：
自动化：根据场景变化及用户的个性化要求，设置符合用户需求的舒适便捷的智能化家具系統。
信息化：依托有线、无线高速网络实现信息与外界的交互，使得家庭与外界的信息交流畅通无阻。
人性化：强调人的主观能动性，重视人与居住环境的协调，使用户能随心所欲地控制室内居住环境。
节能化：家用电器的通电待机模式被彻底抛弃，真正实现人走电断的节能模式。
5 结语
与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，提供舒适安全、高品位且宜人的家庭生活空间;还由原来的被动静止结构转变为具有能动智慧的工具，提供全方位的信息交换功能，使得家庭与外部的信息交流畅通无阻。通过合理规划人们处理日常生活事务的时间排序，优化人们的生活方式，安全保障系统进一步增强了家居生活的安全性，真正实现了节能环保的家居生活。
家居设施的智能化是智能家居的主体所在，实现家电、照明等电气设备的智能化是智能家居系统的功能要求。智能化系统采用集中或者分布式控制，用户通过移动终端设备，可以随时随地对家庭内的电器及其他设备进行远程控制，家居智能化系统是智能家居的主要发展方向。伴随着人们物质生活水平的提高，人们对家居生活舒适度及便捷性的需求越来越高，家庭内部环境、网络虚拟环境等需求也越来越高，人们用在这方面的消费支出也将越来越高，未来的智能化家居也会更多地满足人们这些方面的需求。
参考文献
[1] 李源，成友才，田申.基于物联网技术的智能家居系统设计[J].通信与信息技术，2019（1）：32-34.
[2] 邱宏斌.一种基于ESP8266模块的物联网设计思路[J].电子世界，2017（7）：25-27.
[3] 张力.基于ZigBee无线通信技术的物联网智能家居系统设计[J].数码世界，2019（11）：12-14.