物联网智能家居范文

导语：如何才能写好一篇物联网智能家居，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：物联网；智能家居

中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）08-0228-01

如今随着人们生活水平的提高和生活需求的扩大，越来越多的家电设备进入了人们的生活中，做饭用的电饭煲、微波炉、烤箱、电磁炉，饮水用的电热水器，抽油烟机、自动抽湿机等清洁用具以及电视、空调、洗衣机等等。这些家电设备在一定程度上改善了人们的生活，给人们的生活带来了便利。但是这些家电设备每个都独立工作，人们可能会顾及不过来，给人们的生活也带来了一些不必要的困扰。但是有了物联网之后，人们可以通过物联网技术可以实现对家居的远程控制，还可以让所有的家具一起协同工作，提高他们的智能化水平，这样在节约能源的同时还可以减少意外事故的发生。

1智能家居和物联网的基本概念

如今，随着社会的进步和人们生活条件的改善，人们对生活质量有了更好的要求。人们在日常生活中用到的家用电器都逐步转向智能化产品。智能家居指的是以用户的住宅为使用平台，利用综合布线技术、网络与通信技术、智能家居综合设计和安全防范技术、自动控制以及音l、视频技术等等将与人们日常生活有关的家用设备集成，构建高效的家庭日常事务处理的管理系统。智能家居不仅可以让家居更加安全、舒适、方便地为人们使用，还可以使人们的居住环境更加的节能和环保。智能家居在当今的社会引起了人们的广泛关注，它最重要的特点是智能化和远程控制。

物联网是在互联网的基础上发展起来的网络，它采用同乐无线数据通信等技术，这个网络不用人的操作，只是物品之间的自动识别和信息的共享，在物联网的世界里，所有的物品都成为了人的同类，他们可以彼此交流信息。如今物联网在我们的社会生活中已经应用的很广泛了，其中，最重要的应用就是智能家居的应用。在智能家居中，许多家庭用具和设备都可以不用人们专门操作管理，比如，窗帘可以通过自己对光的感知度而自动拉开和关闭；空调也可以通过自己对温度的感知而调控到人们所需要的温度；热水器可以把水加热后自己恢复到待机状态；自动抽湿机也可以在家里没人的时候自己灭掉。这些不仅可以实现节能的目的，还可以减少安全隐患。

2物联网满足了智能家居系统的技术需求

2.1传感器技术

在智能家居的设计和使用过程中，一个很重要的设备就是传感器，这些传感器包括门磁传感器、可燃气体的探测器、水浸传感器以及红外线、压力、光线等的传感器。传感器最重要的就是感知功能，比如，门磁传感器主要是感知门窗的关闭情况，窗帘可以通过自己对光的感知度而自动拉开和关闭；空调通过自己对温度的感知而调控到人们所需要的温度；热水器可以把水加热后自己恢复到待机状态；自动抽湿机也可以在家里没人的时候自己灭掉。这些传感器一般都是利用磁场的作用来决定按钮的接通和关闭，他们主要通过自动识别的无线电波实现各种功能。

2.2网络传输技术

智能家居覆盖整个家庭，为人们提供全方位的智能服务。智能家居网络系统需要输各种网络信息，传输方式可以是有线传输也可以是无线传输。其中有线传输的功率消耗低而且设计方便可靠，根据传输范围的不同适用于不同的应用场合。无线传输在部署和控制方面比较容易，是最方便的也是最有效的。智能安防系统就用到了无线传输数据，智能安防系统包括门禁、报警和监控。它主要通过传输数据和图像，能及时地让人们知道发生的一切事情，比传统的安防系统省时省力还有效。

2.3信息处理技术

智能家居是一个非常人性化的设计。它的设计理念是以人为核心，给人以舒适的满足感。智能家居系统的能力最通用的是人脸识别技术和指纹识别技术。人脸识别技术主要是图像摄取、人脸定位以及图像预处理和人脸设别。它输入的信息是要识别的人脸图像以及图像库中预存的已知身份的人脸的图像和相应的编码，输出来的则是要识别的身份和已知身份二者信息的相似度。指纹识别技术是智能家居中最通用的信息处理技术，它的特征是手指按印的方向和着力点的位置不一样，都会导致指纹图案的模糊和变形从而导致无法识别的结果，因此指纹获取方式一直在改进，从利用光学识别系统到利用电容传感器再到利用生物射频信号来获取指纹信息，使得指纹识别技术的精确度越来越高。

篇2

当今随着互联网技术的飞速发展，物联网技术也在逐步兴起，并且在全球已经开始普遍使用了。本文主要针对物联网在智能家居中的应用及其智能家居系统做了进一步的探讨与研究，从而进一步推动物联网技术在智能家居中的具体适应与需要。

关键词：

互联网；技术产物；快速发展

目前物联网技术在我国从概念的被接受到现在，只有短暂的十多年时间，在这一时间内物联网技术的快速发展，也改变了人类的生活方式。物联网顾名思义，物与物之间链接起来的互联网，它也是互联网应用的一个技术产物，同时也是奠定在互联网的基础之上的，最终通过各种技术的链接以及管控，才得以实现的。目前，智能家居在全球都被认为相当重要。

一、目前智能家居不能普遍使用的原因

目前人类对生活品质的要求越来越高，这也是智能家居系统快速发展的重大因素。它的出现可以让人类享受更高品质的生活，也可以找到做家务劳动的替代者，从而为人类提供方便舒服的生活环境。除此之外，为人类的住宅安全也提供了更大的保障。在我国从智能家居刚开始的引进到现在的稳定发展，中间随着智能家居行业内部的逐渐探索与研究，现在距离快速发展阶段已经不远了。受我国经济发展水平的原因，目前我国的智能家居发展的不是很普遍，因为它的系统相对于普通的家居价格来说比较高；然而另一个原因就是智能家居本身的问题。具体原因如下：

1、实际效果不佳

由于智能家居子系统之间的信息联系与之间的操作性能比较差，所以当投入实际生活中运用的时候一般没有设想的效果佳，所以目前众多使用智能家居的家庭，只能使用其简单的功能。

2、感应设备与技术不够完善

由于目前智能家居的应用子系统众多为执行器，它的执行完全依附于对家庭的全面感知，但是智能家居的全面感知设备与技术又不是很完善，这也是导致智能家居系统功能不能完全实现的原因。

3、在感知数据方面不够完善

由于智能家居的感应设备与技术不够完善，所以其自动执行功能的感知动作就不是很理想，其次就是无法对感知的数据做出进一步的梳理，这也是导致智能家居不能普遍所有家庭的重大原因。

二、智能家居市场营销中物联网技术所具备的功能

1、具备探测室内、外温度及湿度功能的无线温湿度传感器

无线温湿度传感器的主要功能是探测室内、外的温度以及湿度。目前空调在千家万户已经很普遍，很多空调都带有温度探测功能，但是众多的消费者都感觉探测的温度不准确，这主要原因是空调的体积限制，所以温度探测功能仅仅只能探测到出风口空调附近的温度。但是无线温湿度探测器呢，它就完全能够确切地探测出室内的准确温湿度。它的重大作用主要表现在当室内温度过高或者过低时，可以提前启动空调调节温度。无线温湿度传感器的另一个重大作用就是，在墙壁外安装的温湿度传感器可以准确地将户外的实际温度告诉给将要出门的人，然后根据温度来安排自己今天的穿着或者活动。2、具备防止入侵功能的无线门磁、窗磁无线门磁、窗磁具备的功能主要是防止入侵。如今社会，保险柜在大多家庭已经很普遍了，无线门磁、窗磁的传感器所具备的功能就可以侦测出并详细记录下保险柜被打开、关闭的具体次数与详细时间而且会第一时间通知授权手机。除此之外，无线门磁、窗磁还具备自动功能，比如当房主在家的时候它会自动处于撤防状况，此时不会触动引发出任何报警。但是当房主离家后，门、窗磁又会自动进入设防状况，此时有人突然开门或者开窗，它就会立马通知授权手机并且发出报警的信号。无线门磁、窗磁与传统的门磁、窗磁最大的区别就在于，安装方便，其安装过程正常情况下在2分钟内，直接安装电池就可以开始工作了。

3、具备防非法入侵功能的无线红外防闯入探测器

无线红外防闯入探测器，它所具备的主要功能就防非法入侵。譬如，晚上房主休息后，按下床头的无线睡眠按钮后，它不单单是将床头的灯光给关闭了，与此同时它将无线红外闯入探测器的自动设防也给开启了，这个时候，如果有人突然入侵就会发出报警信号，同时房主可以按设定的自动开启入侵区域的灯光将入侵者吓走。无线红外防闯入探测器还具备一个自动设防的功能，当房主不在家的时候，有人闯入家中，它就可以通过无线网关将这一消息自动提醒到房主的手机上并且还会根据房主手机发出的处理警情的命令进一步处理。

4、对大型房、别墅来说安全系数较高的无线门铃

如今在我国，我们生活中出现的大型房子、别墅越来越多。很多房主在睡觉或外出的时候都会将房门紧闭，这个时候如果有人前来拜访，按普通的门铃，在房间内或者在外，房主听不到门铃声或不知道家里的情况。但是，如果安装了这种无线门铃，因为它具备的功能可以将按门铃的信号传递到床头开关，从而告知房主有人上门拜访。当房主外出，家里没有人的时候，有人按门铃，也会将这个动作通过网关传达到房主的手机上，从而达到随时随刻都能了解家中的详细情况的效果。这中门铃对大型房子和别墅具有较高的安全性系数。

总体来说，因为科技的飞速发展，由于物联网的出现，智能家居的生产，走进了各家各户，为他们的生活带来了希望。如今我国的部分小区内已经建立了“云社区”，居民们已经开始对物联网能否在智能家居中发挥重大作用做了最初的试行。这个开始阶段的使用，给将来物联网的发展道路奠定了基础。因为物联网具有比较强大的感知技能，能够使智能家居变得更加“智能”，在某种程度上甚至能够达到我们人类思维功能，这些不仅能给人类的生活带来实用性的，贴近人类生活的服务，为智能家居的未来发展也有很大的帮助。

作者：胡玉娟 单位：南阳理工学院师范学院

参考文献

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关键词：广电物联网；智能家居；结构体系；数据业务

中图分类号：TN943 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2012）11-0060-03

0 引 言

目前，随着信息技术的迅猛发展，特别是传感网技术的迅速普及，物联网业务在国内外呈现蓬勃发展的态势。现在，物联网已经成为新一代信息技术的主要发展方向。在国外，物联网技术已经逐步进入了成熟发展期，而我国的物联网产业在中央一系列政策扶植下也迅速发展。其中，运营商由于掌握了大量的网络和客户资源，在物联网这场新信息革命中处于领跑地位。作为广电领域的运营商，广播电视由于拥有大量的家庭用户资源和成熟的传输网络，在发展物联网智能家居业务时，具有得天独厚的优势。而作为物联网智能家居业务的基础，物联网智能家居体系的设计是业务成败的关键。

1 目前物联网智能家居平台的存在问题

目前市场上已经出现了一些智能家居的产品和服务平台，但在实现各项业务的反馈时，所遇到的一个主要问题是在一个异构环境下，如何用一种统一的方式组织和处理来自不同业务的数据，并实现不同业务的精确反馈。具体来说，广电物联网智能家居体系架构通常需要解决下面一些问题。

1.1 传输标准不统一

目前，市场上的物联网产品通信标准繁杂，例如Wi-Fi、Bluetooth、ZigBee以及各大厂家基于这些标准衍生出的私有标准，市面上的物联网产品使用的通信技术竟有数十种之多。而国内物联网标准化组织山头林立的特点，又加剧了传输标准统一的难度。仅智能家居方面就存在以信息产业部为首的“闪联”和海尔牵头的“E佳家”等数个标准化组织。物联网传输标准在短时间无法统一是统一平台面对的第一个难点。

1.2 单一平台无法处理多业务

目前市场上的物联网产品和其后端业务支撑平台大多采用的是单对单模式，即一个业务应用对应一个后端平台，这大大地简化了物联网产品的开发难度，但却加剧了部署和整合的难度。当大规模部署物联网智能家居业务的时候，分散的业务和平台大大提高了系统的复杂性，也带来了部署和维护方面的问题，同时也极大地影响了用户的体验。

1.3 数据库环境不一致

数据库环境不一致的主要原因是由于各项业务应用不同所造成的。每项物联网智能家居业务都有其单独的数据库设计，除了数据库设计的问题外，还包括数据结构设计各异、支持数据类型不同等问题，譬如每项业务应用单独运行，都会产生大量的数据，这些数据无法有效地共享。所以就需要一种方法来解决这个问题。

1.4 业务与业务之间如何进行信息共享

作为智能家居的组成部分，业务之间的信息共享是急需解决的问题，这涉及到公有信息的共享和关联业务的实现，同时又与信息安全息息相关。

1.5 平台和业务无法有效维护

目前的物联网产品和后端平台都普遍存在维护升级困难的问题。如果平台需要增加或者删除业务，就需要专业的平台技术商提供专业的技术支持，这几乎无法在普通平台管理员的管理下完成；而对于终端节点的任何改动，例如软件升级，节点的增加或者删除，业务逻辑的改动，都需要专门的技术人员上门进行服务，既费时也费力，同时还对业务的长期开展和平台的长期运行不利。

2 整体结构设计

图1所示是广电物联网智能家居系统的整体逻辑架构。整个广电物联网智能家居体系可以分为两部分，即以机顶盒为核心的底层部分和建筑在底层之上的以智能家居平台为核心的后端服务结构。这两者的关系密不可分，底层设计对物联网平台的构建具有重大影响，反之，上层的设计也在很大程度上对底层业务的开展产生着影响。

2.1 底层基础设计

2.1.1 终端节点的设计

作为广电运营商，终端节点不是主要的业务方向，因此终端节点以集成为主。目前市场上的智能家居终端产品种类繁多，标准不统一，因此，这是目前智能家居业务终端节点设计管理的主要障碍。标准化是广电智能家居业务的长期目标之一，但在现阶段，该目标存在一定难度，因此，设计时应暂时容忍终端节点产品的标准问题，而考虑用其他设计途径回避该问题。

2.1.2 网关的设计

网关是智能家居产品的重要组成部分，目前的网关产品解决方案很多，各种通信标准的网关产品层出不穷。从系统集成化和广电特色的角度出发，智能网关应与机顶盒结合，进行一体化设计，但这种设计存在的问题：一是目前市场上机顶盒与网关一体化设计的产品较少，市场对于这种设计支持力度还存在不足；二是目前终端厂商的解决方案中，大多包括有智能网关产品，若机顶盒与网关做强制捆绑，又会涉及到厂家利益分配问题；第三，如果采用一体化设计，大量旧型号的机顶盒将无法开展广电智能家居业务；第四，目前许多物联网智能家居终端产品采用了无线通讯技术，由于机顶盒位置的固定性，如果网关与机顶盒一体化设计，则可能会出现信号无法最优化的情况。因此，在现阶段，网关还是与机顶盒分离，一体化产品只能作为远期目标。智能网关的具体功能：一是协议的转换，即将不同传输标准的底层节点业务数据通过统一的方式转换为统一的传输格式；二是业务的识别，由于业务将通过统一的通道进行上传，多业务对单一平台的模式就要求必须对业务加以区别，每个智能网关联结单项业务的所有节点，然后通过软件对业务数据加上业务识别码帧头后才能进行上传。

2.1.3 机顶盒的设计与底层管理

机顶盒的具体功能如下：

（1） 数据的上下行通道中的所有节点的业务数据都通过机顶盒上传，而反馈信号也通过机顶盒这个通道返回。

（2） 机顶盒是数据反馈结果的展现平台。

（3） 机顶盒是底层管理的中心，负责对底层网关和节点的管理，包括节点、网关的添加与删除，网关及机顶盒的软件升级，以及对某些终端节点的操作等。

（4） 对于部分简单应用的操作，机顶盒还应有一个小应用层，并有其对应的界面，能完成对一些简单业务的操作。

2.2 上层结构设计

2.2.1 支撑平台的设计

支撑平台是整体结构的上层核心，所有通过网络上传的数据都需要通过平台这个关键节点才能进行下一步处理，因此，它需要完成一系列复杂的功能。主要有：

（1） 用户身份的识别。由于从机顶盒和智能终端上传的数据带有身份信息识别码，所以，支撑平台首先要对其发起数据请求，并对数据库中存储的用户信息进行比对，符合要求才能进行下一步操作。

（2） 业务逻辑的分解。所有业务逻辑在平台根据业务逻辑识别码被分解为单一业务，然后经过比对，再送入上层应用中进行进一步的处理。

（3） 平台是上层结构管理的核心，拥有独立的管理界面，管理员可以通过平台对上层应用进行改动维护，对数据进行删除、添加、更新等一系列操作，同时管理员也可以通过平台对机顶盒的管理模块进行远程支持（例如向机顶盒进行软件更新支持等）。

（4） 平台同样是BOSS（服务支持）系统的门户，用户管理数据可通过平台与BOSS系统进行通讯，负责业务的开启、关闭和计费等。

2.2.2 应用结构的设计

应用是广电网智能家居业务的服务关键，负责对业务数据进行相应的处理，并对处理结果进行反馈。其主要的功能有：

（1） 业务数据经过平台的逻辑分解后，被送入相对应的应用进行处理。

（2） 处理结果生成历史记录后，被送入数据库保存。

（3） 通过外联方式对业务数据的处理结果进行反馈，如派专业人员上门服务等，同时通过自上而下的模式把反馈结果返回机顶盒和手机等设备进行呈现。涉及到对终端操作的，则通过机顶盒对终端发出控制指令，如触发报警等。

（4） 关联业务应用之间不进行通讯（如老人看护与健康医疗相关业务等），可共用部分数据，但不进行直接通讯，涉及到的共有数据都可通过接口与数据模块通讯获得，故可避免应用之间的影响，降低系统复杂性，提高体系的模块化程度。

2.2.3 数据业务环境的搭建

数据业务环境是体系结构搭建的难点之一，涉及到平台之间的相互融合和数据安全等一系列问题，因此，它需要完成以下功能：一是数据的请求业务，即当平台请求用户身份识别或者应用请求数据时，向平台或者应用发送数据；二是数据的维护、更新和操作。

2.2.4 BOSS系统的连接

平台作为身份识别的门户，还承担着与BOSS系统连接的业务。当用户通过平台经过身份验证登陆后，BOSS系统便可进行管理数据的操作，这主要有用户的计费和用户业务的开通与关闭等。

3 业务流程

本系统的典型业务流程场景包括以机顶盒为核心的简单流程、经过远程终端登陆平台的业务流程和业务数据经过平台的复杂流程。其中，以机顶盒为核心的不经过平台的简单业务流程图如图2所示。

在图2中，当传感器节点发现数据异常时，业务数据被上传至网关，加上网关代码（同时也是业务代码），网关将业务数据转发至机顶盒应用层。机顶盒应用层对业务数据进行处理，并根据处理结果或者用户判断的方式决定是否进行操作。如果操作，即发送操作信号，将数据根据网关/业务代码发送至相应网关，网关再通过操作信号中的设备码将操作信号发送至终端节点。该业务流程适用于较为简单的不需要平台上传处理的业务。

经过远程终端登陆平台的业务流程图如图3所示。与以机顶盒为核心但不经过平台的简单业务相比，图3所示的经过远程终端登陆平台的业务流程的主要区别是通过远程终端对平台进行身份验证和登陆，然后以远程方式访问机顶盒，并对相应的业务数据进行处理，然后进行相应的操作。

图4所示是业务数据经过平台的复杂流程图。图4中，业务数据上传至相应业务网关，加上网关代码以区别业务，再通过机顶盒这个上传通道上传至平台；平台经过身份认证识别后，将业务数据根据业务号进行逻辑区分，并上传至相应的应用进行处理，同时生成历史记录存储。若需要对业务数据进行反馈，则通过自上而下的方式将带有设备码及网关业务码的操作指令发至平台；平台根据机顶盒将操作码发送至机顶盒，机顶盒再根据业务码转发至业务网关，业务网关再根据设备码将操作数据发送至终端进行操作，同时，机顶盒显示反馈操作结果。

4 结 语

作为一个蓬勃发展的朝阳行业，物联网受到了人们的广泛关注，而其整体架构的构建一直是实际应用的最大障碍。作为广电行业开始物联网业务的关键，其整体体系架构的构建应从实际出发，采取循序渐进的方式逐步整合，在此基础上求新求变，而不应一步登天。另外，用户体验是重中之重，体系的构建应将用户体验作为基本的考虑视角；同时还应兼顾各分系统厂商的利益，以此带动整个产业链的和谐发展。

参考文献

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[2] 何丰如.物联网体系结构的分析与研究[J].广东广播电视大学学报，2010（4）：95-100.

[3] 诸瑾文，王艺.从电信运营商角度看物联网的总体架构和发展[J].电信科学，2010（4）：1-5.

[4] 赵多.构建基于云计算的物联网运营平台[J].电信科学，2010（6）：48-52.

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关键词： 智能家居； 家庭物联网； 智能插座； ZigBee

中图分类号： TN302.1?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）10?0056?03

0 引 言

智能家居系统是一个开放的、使用了多项高新技术的智能化、人本化的集成型家居系统，它把宽带互联网、家电设备、家居自动化和家庭安全防护防盗有机地结合到一起。家庭智能控制器是家庭网络的枢纽，通过家庭智能控制器可以对家庭网络中的信息家电进行中央监控和远程控制。

现阶段家庭系统接入互联网的方式主要为有线接入，目前最流行的有线宽带接入技术是ADSL（非对称数字用户线）和HFC（同轴光纤混合网）。然而，现有的无线通信网络也具备了为数据通信业务提供一定传输速率的能力，如ZigBee网络理论上能够提供高达 250 Kb/s的传输速率，完全满足信息家电控制信息传输的要求，所以说，家庭网络无线通信方式具有广阔的发展前景[1?2]。

智能家居系统由家庭物联网、家庭无线局域网及外部网3个网络组成。家庭物联网通过可靠的全覆盖的无线网络（ZigBee、小无线、电力线载波等）组建的家庭物联网；物联网络有网络节点和管理中心组成。家庭无线局域网的通信模块通过WiFi组建的家庭高速局域网，网络采用TCP/IP标准协议。外部网可以是小区局域网、有线电视网、电话网和Internet等，大多采用比较成熟的技术。

本文使用ZigBee 技术来设计家庭物联网，通过智能插座控制各种家电设备及照明系统，将智能用电业务的网络计量、有序用电管理与智能控制结合的新一代智能家居系统。

1 ZigBee技术特点

3 智能插座

4 数据传输协议

4.1 数据链路层

本协议为主?从结构的半双工通信方式。手持单元或其他数据终端为主站，智能插座为从站。每个智能插座均有各自的地址编码。

通信链路的建立与解除均由主站发出的信息帧来控制。

每帧由帧起始符、从站地址域、控制码、数据域长度、数据域、帧信息纵向校验码及帧结束符7个域组成。每部分由若干字节组成。

4.2 字节格式

每字节含8位二进制码，传输时加上一个起始位（0）、一个偶校验位和一个停止位（1），共11位。其传输序列如图3。D0 是字节的最低有效位，D7 是字节的最高有效位。先传低位，后传高位。

4.3 数据标识

4.3.1 数据标识结构

4.3.2 帧格式

帧是传送信息的基本单元。帧格式如图4所示。

4.3.3 数据传输形式

5 结 语

本文在ZigBee技术的基础上设计家庭物联网技术，设计了一种结构简单、成本低、性能高、功耗低的智能家居系统。该系统已经应用在绍兴电力局的智能小区试点项目上，所设计的智能家居系统具有电力特色，可以完成电力业务的网络计量、家庭用能信息管理、模式控制达到节约能源，减少能源消耗的目的。另一方面，智能家居具有可视对讲、家电本地和远程控制、安防报警等家居智能化设计，使用户享受家居智能化的舒适和方便的同时，也可以实现节能环保、降低家庭能源消耗，从而达到生活智能化的目标，为实现更好的智能家居系统提供了一个良好的解决方案。

参考文献

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[2] LIANG Li?li， HUANG Lian?feng， JIANG X， et al. Design and implementation of wireless Smart?home sensor network based on ZigBee protocol [C]// 2008 ICCCAS International Conference on Communications， Circuits and Systems. Fujian， China： ICCCAS， 2008： 434?438.

[3] JI Qing， DUAN Pei?yong， LI Lian?fang，et al. Research and implementation of intelligent home based on ZigBee wireless sensor network [J]. Computer Engineering and Design，2008， 29（12）： 50?55.

[4] 崔铁良，卢许，陈援非.基于云服务的家庭物联网智能消防系统[J].中国安全生产科学技术，2012，8（12）：196?200.

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【关键词】无线技术总线技术智能家居

一、引言

所谓智能家居，其核心当然是“家”，然后将建筑、自动化和智能化集于一体，以打造出舒适、安全和便利的家居环境。智能家居的技术起源于美国，最具代表性的便是X-10总线技术。

二、总线技术在物联网智能家居中的应用

下文将对总线技术在物联网智能家居中的应用现状做出探讨：

1.常用的几种总线技术。（1）X-10技术。X-10技术使用的历史最长，但是也是最简洁的一种总线技术。它以50或60Hz的载波，120kHz的脉冲为调变波为主发展而来的数位控制技术，而市电的传播则是利用市电电源的正弦信号的过零点来进行的。电力线是X-10控制总线系统的配线方式，它将住宅内的电力线直接作为控制总线。（2）CEBus技术。消费电子总线（CEBus）技术的出现，一开始便是为了弥补x-10技术的不足之处，CEBus技术的系统是开放的，它要求所有媒体中的传输信号都要以相同的速度进行传输，从而有效避免了瓶颈问题。（3）LonWorks技术。LonWorks技术主要为设计、创建、安装和维护设备网络方面的许多新问题提供解决方案。LonTalk协议由各种答应网络上不同设备彼此间智能通信的底层协议组成。LonTalk协议提供一整套通信服务，这使得设备中的应用程序能够在网络上同其他设备发送和接收报文而无需知道网络的拓扑结构或者网络的名称、地址，或其他设备的功能。

2、当前应用的总线技术优缺点。综上所述，可以看出，当前应用的各种总线技术都具有一系列优点，首先X-10技术的安装施工简便，不必对墙体造成破坏，且具有系统稳定可靠，使用比较方便，系统扩展功能强。但是由于我国和国外的差别，这种总线技术的应用并不广泛；而虽然CEBus技术具有一系列优势，但是其接口技术比较复杂，成本高，因此，当前应用CEBus技术的用户还是较少，尤其在我国；当然LonWorks技术的价格太高，光电开关的体积太大，虽然Echelon公司开发了一个智能型收发器―――PL3120芯片组，其也只是逐渐在较多的高级建筑中被采用。

三、无线技术在物联网智能家居中的应用

1.红外技术。红外技术也是家庭组网的一个选择之一，其突出的优点便是设备简单、价格低廉。它采用红外波段内的近红外线，波长在0.75um个25um之间，由于其波长较短，对障碍物的衍射能力不强。因此，控制器与接收器要在没有障碍物的距离之内，使得其红外技术不适合于大范围对家居进行组网。

2.蓝牙技术。蓝牙技术是一种突破红外限制的较新型技术，当前也取得了很大的成果，尤其是在各种移动设备之间的资源共享中，更是较为方便。它的数据通信功能比较强大，由于其主要应用在数据交换和语音信号传输中，成本高，协议复杂，使得其在家居中的应用也受到较大限制。

3.ZigBee技术。而ZigBee技术却是一种近距离、低功耗、低速率和低成本的无线通信技术，其完善和标准化的技术规范，使得其在自动控制和远程控制领域中尤其适合应用。和当前热门的近距离无线通信技术蓝牙、红外等技术相比，ZigBee技术在家居组网中具有明显的可靠、成本、可扩展、安全性和信号覆盖率等方面的优势。

ZigBee技术是基于IEEE802.15.4标准的，而IEEE802.15.4标准正是为了满足无线网络低成本和低功耗的要求，并可以在低成本之间实现低数据率的传输。在ZigBee技术中，各个简化标准通常使用“层”这个概念来描述，每个层按照设计完成相应的功能，并且向上层提供特定的服务。其体系结构通常用“层”来描述它的各个简化标准，每一层负责完成特定的任务，并向上层提供服务。ZigBee技术的体系结构主要由物理层、媒体接入控制层、网络/安全层以及应用框架层组成。各层之间的通过接口进行连接，连接服务需要通过定义的逻辑链路来提供。

四、结语

由于ZigBee技术所具有的一系列优势，笔者认为，未来可以将ZigBee技术同当前热门的GPRS通信技术相结合的方式来搭建一个比较完善的智能家居控制系统，使其可以为未来我国物联网智能家居水平做出贡献。

参考文献

[1]叶玮琼，余永权，刘志煌.智能家居电力线总线研究与实现[J].微计算机信息，2008，（08）.

[2]江修波.基于现场总线技术的智能家居照明[J].福建电力与电工，2005，（03）.

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关键词：ZigBee；嵌入式；物联网

中图分类号：TN92-34

进入21世纪后，数字化技术发展迅猛并渗透到各个领域，将安防设备、家用电器与通讯设备等各自独立的设备功能综合为一体，而形成了住宅自动化概念简称智能家居。普通的家居系统由于当前技术的限制，管理缺乏智能化，家庭布线复杂，后期的改装和安装成本都偏高，系统的升级麻烦，系统的工作效率低下。而智能家居系统合理设计可以克服传统的家居系统的系统缺陷。通过无线组网的方式，将家庭内部设备与中央控制器智能结合，无须考虑繁琐的布线约束，降低安装成本的同时也提高了家庭内部网络的扩展性。

1 智能家居系统总体方案设计

1.1 智能家居的系统需求分析

目前我国的智能家居行业发展还处于兴起阶段，国内还没有统一的行业设计标准可以参照。智能家居的系统设计一般要依据用户的需求和家居环境进行差别式设计，满足不同用户的需求。智能家居系统需要满足以下基本要求：1、数据传输的可靠性。无线数据的信息传输必须保证安全可靠，才能使中央控制中心对内完成对其它家居模块的信息处理，对外向用户端传输数据或接受指令。2、无线的信息传输。智能家居系统的安装，考虑到不影响整体家居的美观，施工便捷，需采用无线数据传输技术。3、成本低廉。智能家居系统要推广普及，就要考虑普通消费者的实际消费能力。所以系统选择的技术和硬件选型，应在消费者的承受范围之内。4、整体功能系统集成。整体功能系统的集成，是将上述的功能都集中在系统的中央控制平台上管理，包括家中状态的查询，设备的管理。通过中央控制平成对各个分散功能的集中管理。

1.2 智能家居功能结构

在智能家居系统中，中央平台控制器是整个系统的核心。智能家居系统可以理解为以家庭中央控制器为基础，通过其对各种网络数据进行分析、转换、转发和管理的过程，实现智能家居系统的人性化及智能化功能。智能家居系统的网络组织结构模型如图1所示：

图1 智能家居网络组织结构模型

在智能家居的网络组织结构中，中央控制器通过无线的ZigBee、WiFi网络或者其它的通信方式，完成对灯光，安防和家居环境监控系统的交互信息连接。用户可以通过中央控制器，完成对各个子系统的统一管理和数据采集。控制中心还需要有统一的家电联网接口，完成家电设备的组网，这样用户可以通过智能手机、电脑，完成对家中电饭煲、空调、加湿器等电器的状态查询和控制。

2 智能家居系统子网设计

2.1 基于ZigBee技术的智能家居网络组建

在ZigBee技术组建的网络中，每个节点上的设备都有个64位的IEEE长地址和一个16位的网络短地址。长地址是由设备生产厂商，在设备出厂前就设定好的，是其在全球设备识别的唯一地址。而在一般的个域网组建中，为了使用方便，是以短地址作为其网络标识。ZigBee网络建立过程如图2所示。

2.2 ZigBee网络组建

ZigBee网络协调器主要负责网络的组建和维护，也对网络中的数据接受和转发。协调器上电工作后回自动扫描DEFAULT_CHANLIST指定的通道，在其上建立起网络。若ZDAPP_CONFIG_PAN_ID被定义为0xFFFF，则协调器将会依据自身的IEEE地址建立一个随机的PANID；否则协调器建立的网络的PANID将由ZDAPP_CONFIG_PAN_ID来指定。网络建立成功后，协调器查询周围是否有其他节点申请加入，若有其他节点加入网络，则由协调器为该设备分配网络地址等信息。当ZigBee网络建立成功后，网络中的各个设备之间就可以实时的进行数据的传输和信息的共享了。

3 智能家居系统部分模块的设计与实现

3.1 中央控制器人机交互界面的实现

在ARM-Linux系统下，利用QT图形用户开发工具，实现对硬件模块的控制和传感器数据采集的人机交互界面程序设计。

（1）人机交互界面的软件设计

通过测试，用户可以通过触摸屏控制各个传感器的开关，并可以查看其状态。

中央控制器主要可以实现以下功能：（1）在本设计系统中，中央控制器主要通过各个ZigBee模块，实现对家居内部网络节点设备的控制和信息采集。（2）通过QT强大的跨平台图形界面开发框架，在中央控制器上实现图形界面的触摸操作，便于用户体验。

4 结论

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物联网是新一代信息技术的重要组成部分，其英文名称是：“The Internet of things”。顾名思义，物联网就是物物相连的互联网。本文从物联网的现状开始分析，结合当前物联网存在的技术以及实现其工作的原理和功能上，分析并设计出一套较为完善的智能家居系统，并通过分析系统之间的各个模块，利用总控主机的管理和控制，实现整个家居智能系统的安防、家居监控、家电智能等功能。

【关键词】智能 物联网 总控主机

随着计算机技术的不断发展，设备智能化已经成为了一种新型的发展趋势，对于家庭而言，采用新型的家居智能化成为了人们追求舒适成活、安全管理以及高品位的理想生活。物联网的诞生正是由于人们对于理想生活的追求。本文将通过设计出一套通过互联网、移动终端网络、无线传感网络构成的基于物联网的智能家居系统。本系统具有通讯、安防、智能控制等功能，其主要通过总控主机对各个分界点进行管理控制，用户可以通过在外部的电脑上网或者手机短信发送的方式，对家庭当中的空调、电冰箱、洗衣机等家用电器进行控制，并可以实现各个智能家居的远程控制功能。

1 家居智能系统的工作原理

家居智能系统的总控主机是整个系统的核心器件，它能够对系统内部的各个功能模块进行管理和控制，并通过各个子模块反馈回来的信息进行整理和分析。如图1所示，以太网通信模块主要负责与外部互联网进行连接，GPRS通信模块与移动网连接。当用户通过电脑网络可以直接联系到家庭所使用的中央控制器，并通过中央控制器的模块管理直接指挥各个设备的运行。最终实现对设备的远程控制。

各种无线传感设备主要是通过传感的方式获得当前设备的运行状态，通过无线发送的方式传递到中央控制器中，并由中央控制器进行分析，当前的状态是否符合标准的要求。这使得整个设备可以出于无人控制下自动运行的状态。例如：当我们远程控制电饭锅煮饭时，我们通过互联网发出煮饭的指令，中央控制器对电饭锅发出开始煮饭的开关，接着中央控制对无线传感器发出指令，监控电饭锅的运行状态。无线传感器针对电饭锅的运行进行实时监测。当电饭锅发出煮饭完成的反馈信息之后，无线传感器迅速将指令传递到中央控制器，中央控制器将信息反馈到用户上，整个操作方才完成。这样的模式，不但可以实时获得设备的信息，而且当设备出现故障时，中央控制器还会在第一时间内发现并提出报警和解决方案，以便能够及时的解决各种问题。

2 基于物联网的智能家居系统的结构与功能设计

2.1 智能系统的总体框架设计

由于智能家居系统采用的是系统分层集成和系统各功能模块集成的方案，因此在整个系统总体设计上，我们将互联互通的通信协议和接口都采用符合通用网络数据传递的标准。为了便于划分，我们将系统划分为硬件层、软件控制层、信息交互层。硬件层主要是由各个子硬件组成，其包含了各种传感器、控制器和设备。而软件控制层主要是由各个硬件的控制软件模块的所组成，主要是控制模块、开关模块、信息处理模块等组成，这些模块主要的功能在于能够按照中央控制器传递过来的信息执行，并将执行的结果实时的反馈，以便中央控制器获得当前设备的运行情况。信息交互层，主要是通过中央控制器对所有子系统进行一体化的管理和控制。通过中央控制器的统一规划执行相应的方案。以上文的煮饭为例：用户通过信息交互层对中央控制器发出煮饭的指令，而中央控制器通过软件控制层对电饭锅软件模块发出指令，并且对传感器软件模块发出指令。电饭锅软件模块和传感器模块对其管理的硬件发出煮饭的指令。这样所有子系统按照各自分开的设备、功能及信息集成了一个大型的互联互通、管理和控制统一、资源和信息共享的大系统。并在此系统之中实现对各个子系统的现场管理和控制。如图2所示。

2.2 系统子模块功能设计

2.2.1 可视对讲模块

主要是在家庭出入门口安装监控设备，监控设备需要带有摄像机、送话器、扬声器等功能，让来访者来到门口，主人可以通过网络获知来访的人员姓名和关系，通过扬声器和网络可以直接进行远程或者本地对讲的功能。

2.2.2 门禁模块

防盗门控制装置采用密码键盘和非接触可写加密式读卡器，实现对进出人员的合法身份验证，只有拥有IC卡和密码的主人才是合法人员；此外设有无线门磁、出口按钮、报警传感器及摄像头等装置，实现主人出门后的防止非法人员入侵的功能，并通过记录/显示装置记录报警信息和显示图像。

2.2.3 安防监控及报警模块

视频监控部分由嵌人式DVR和前端摄像机构成。其中DVR具有记录保存图像，对数字视频进行处理，并可通过网络传输、录像数据准确快速定位回放、可有报警输出、联动和控制等先进功能。前端摄像机选用隐蔽摄像机和无线网络摄像机，隐蔽摄像机安装在家门口的隐蔽位置，与可视对讲模块和门禁模块共用。无线网络摄像机安装于客厅适当位置，采用嵌入式系统，无需计算机的协助便可独立工作，支持TCP/IP等多种通信协议，用户可通过手机或电脑上网方式根据IP地址对家中网络摄像机进行访问，实现随时随地对家中环境进行远程视频监控功能。智能报警部分主要由报警主机、防区扩展模块及IC卡布/撤防机等组成，报警主机采用无线报警方式。IC卡布/撤防机安在家居主门及门锁上，用户外出和进屋时可利用IC卡在相应传感器上进行布防/撤防，内门可设“辅助撤防” 按钮进行撤防。防区扩展模块设有门、窗无线被动红外探测器，室内设有主动红外对射探测器，厨房设有温感、燃气、烟雾探测器及卧室紧急按钮。所有探测器和紧急报警装置与信息传感模块连接，报警主机通过无线发射接收模块来处理探测器所探到的信息，实现无线通信和报警。此外还具有记录/显示报警信息，并将报警信息通过网络传送到安保中心等功能。

2.2.4 消防及联动控制模块

一旦发生火灾等事故，火灾探测器和警报器将会迅速的将信息反馈到火灾报警器当中，火灾报警器也及时的提供信息传递到中央控制器，中央控制器通过分析当前火情以及处理方式，及时将信息反馈到用户上，并通过自动灭火装置实时反馈当前火灾情况，最终实现消防及报警的联动控制功能。

2.2.5 三表自动抄送模块

水、电、燃气三表可利用电子或传感器技术，改造成数字式仪表。采用现场总线将其连接，并由数据集中器进行数据采集。信息的传输采用基于移动数据传输的网络系统，将数据集中器与GPRS数据传输终端连接，各表数据经过协议封装后发送到中国移动的GPRS数据网络，通过数据移动网络将数据传送到相应职能部门，从而实现三表自动抄送功能。

2.2.6 家电智能控制模块

新型智能家电系统是将普通家用电器设备，如电视机、电脑、音响、热水器、空调机、冰箱、洗衣机、厨具等，利用射频识别、无线传感器及智能控制技术，对每种需要控制的家电进行编码并分配一个相应访问地址，实现家电设备与中央控制器和万能遥控器无线通信。系统可通过万能遥控器对家电进行本地监控和调节；还可通过手机或电脑上网方式经过互联网与家电设备通信实现远程监控；此外，各种家电由中央控制器集中监控和管理，并可通过中央控制器功能界面设置各种家电常用的工作指令，实现家电的自动化和智能化。例如，用户在外通过手机方式控制热水器的加热，冰箱食物快用尽时以手机短信方式通知用户需要购买；洗衣机可对机内衣服进行清洗并根据衣服的数量和脏污程度，自动添加洗涤剂量与洗涤时间；空调机可根据用户入睡时的生理机能自动调节出适合人体的室温；智能沙发和智能床铺能根据人体的疲劳程度进行舒适的按摩等等。

2.2.7系统组网通信模块

系统组网通信采用有线与无线互为备份方式。为使系统能正常工作，有线与无线网络要有互联互通的通信协议且所有设备的接口都应符合通用的技术标准。有线组网部分的终端设备可采用现场控制总线连接，无线组网部分的终端设备利用射频识别技术、无线传感器技术 等构建一个家庭通信网络。把来自所有终端设备的信息通过智能家居综合网关以TCP/IP协议在以太网上传输，实现与外部互联网的通信。系统无线组网模块采用的ZigBee技术是一种近距离、复杂度低、功耗低、成本低的双向无线通信技术。它符合IEEE802.15.4协议，是专为家庭短距离通信制定的新标准 。由于其特点完全符合家庭网络通信的需要。因此，家居内部无线组网通信采用Zig―Bee技术是构建智能家居无线网络系统的理想选择。

3 小结

本文主要针对于物联网的发展现状，通过结合当前物联网技术，按照软件开发的集成化、模块化的设计方法，设计了一套符合现代家庭使用的家居智能化、安防及监控操作智能家居系统。本系统对于物联网技术的进一步研究和发展有一定的参考和借鉴价值。

参考文献

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[3]谢东亮，王羽等.物联网与泛在智能[J].北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室，北京，1008762010，16（6）.

[4]臧大进，刘增良，高于，杨人超.基于物联网的智能家居系统设计与实现[J].1.铜陵学院电气系，安徽铜陵244000；2.中国矿业大学信息与电气工程学院，江苏徐州221008，2010：38-39.

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[6]陆冬磊，张曦煌，曦煌.无线网络ZigBee技术在智能家居中的应[J].1.江南大学，物联网程学院.江苏无锡214122；2.无锡科技职业学院，江苏无锡214028.2010：10011-10012.

篇8

关键词：物联网；yeelink；智能家居

中图分类号：TP273.5 文献标识码：A

自物联网技术应用以来，智能家居行业正如火如荼地快速发展，智能家居是在物联网的影响之下物联化的体现，已经从遥控掌握发展到手机远程控制，网络传输信号也从有线一跃而升为无线，既降低成本，低碳节能，还让许多家庭享受到高科技带来的便利、舒适生活。其中应用创新是物联网发展的核心，以用户体验为核心的创新2.0是物联网发展的灵魂。物联网云服务平台正是物联网应用创新的一个缩影，因在智能家居上的管理应用方便而大受欢迎。

1 物联网云平台的设计理念

物联网云平台主要提供传感器数据的接入、存储和展现，使得硬件和制造业者能够在不关心服务器实现细节和运维的情况下，拥有交付物联网化的电子产品的能力，侧重于成为物联网的middleware和Enabler。以国内yeelink平台为例其具有以下几个特点：

（1）云平台通过API接口，只需要简单的几步操作就能将传感器接入平台，实现传感器数据的远程监控。

（2）云平台设计的高并发接入服务器和云存储方案，可同时完成海量的传感器数据接入和存储任务，确保数据能够安全的保存在互联网上。

（3）云平台先进的鉴权系统和安全机制，能够确保数据只在允许的范围内共享。当数据达到某个设定阈值的时候，云平台会自动调用预先设定的规则，发送短信或者是邮件，还可以充分利用平台的计算能力，定期的将统计分析数据发送到邮箱内。

（4）提供数据的上行功能，可实现对家庭电器的控制功能。存储在云平台里的数据，可以简单的被API取回，放置到个人博客上，或者根据规则自动转发到指定的微博上，将数据和人之间全面融合。

2 物联网云平台与智能家居的连接

Step1：注册用户。注册账号后，填写电子邮件并激活。

Step2：打开首页“登陆”按钮，在“用户中心”来管理和查看自己的物联网设备。

Step3：点击“用户中心”，增加物联网设备，填写好以后保存。

Step4：添加传感器（可同时添加多个传感器）。

Step5：数据上传。依据两个ID和API KEY进行数据的有效性验证。

3 监控数据在物联网云平台上的显示

本实验以Arduino+Ethernet shield进行室内光照强度数据上传和触发Email报警为例。传感器插线接法：VCC-5V，GND-GND，SCL-SCL（analog pin 5），SDA-SDA（analog pin 4），ADD-NC。连接好线路以后，将Arduino连接到电脑上，将程序代码上传，按照以上五个步骤将程序数据上传，在网页和手机APP上可以绘制出相应曲线图。

结语

未来物物相连将是轻量化的时代，更多的连接与操作是在云端，物联网云平台在打造智慧家庭云操作系统，不只是简单的物与物相连、生态圈的打造，更多关注消费者怎么样更好地使用智能家居平台，怎样更好地连接到我们的生活之中，使生活变得舒适。通过物联网云平台在智能家居上的应用，将使我们的生活更方便，快捷。同时物联网云平台在智能农业领域的研究也有一定的借鉴意义。

参考文献

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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：1674-7712 （2014） 10-0000-01

自从上个世纪的80年代，智能家居的控制系统开始兴起于欧美和日本，在90年代开始进入中国。国内外的智能家居控制大多都是采用有线的方式进行布局，这其中存在很大的麻烦，例如布线困难，无法进行有效的维护，以及如果发生停电事件，就会造成系统的整个瘫痪。根据出现的这一系列问题，本文提出基于物联网的智能家居控制系统，作为最近全球广为关注的热点领域和话题，物联网能够通过全球定位系统等传感设备的研究，根据协议将物品和互联网进行链接沟通，从而实现整个网络的信息交换和通信，最终达到智能化识别和管理的终极目标。

一、基于物联网的智能家居简介

（一）智能家居的内涵

智能家居又叫Smart Home。是相对于普通家居而言的一大类产品的统称。Smart Home一般以家庭住宅为平台，利用各种现代化的传感器技术、远程控制技术、物联网技术、人工智能技术以及云端技术等手段，，将家中的各种设备（如音视频设备、照明系统、窗帘、空调控制、安防系统甚至水电气表）连接到一起，提供多样化的家电控制、照明控制、窗帘控制、防盗报警、环境监测等功能，从让我们的生活变得更加方便、舒适[1]。

（二）物联网的定义

最早在1999年提出物联网的概念，它的英文名是Internet of Things（IOT），也有人将其翻译为Web of Things。所谓物联网，就是能够通过各种传感信息设备，将装置和技术进行关联，通过对光、声、热等基本信息的收集，能够联合实际物品形成一个巨大的网络，从而完成物体与物体，物体与人之间的链接，从而更好地实现识别和管理、控制工作流。在智能家居领域还没有一个联盟组织能够提出市场接受的一个完整的技术标准体系，还存在着多技术体系并存的状况，这一方面当然是制约市场发展的一个因素，从另一个方面也充分说明智能家居还处于发展初期多技术竞争阶段[2]。因此将智能化家居和物联网进行结合，就是一个全新的发展课题，能够对未来的家具行业产生很大的影响。

二、基于物联网的智能家居综合控制系统结构及工作原理

基于物联网的智能家居综合控制系统就是要在居室内进行智能终端控制，并通过家庭网关、ZigBee无线通信而进行组织，可以通过图1所示的工作原理图进行展现。将家庭的家居和互联网通过电器组成一个网络，并交换信息，从而达到一个门禁控制以及防盗报警的目标，保证家居的安全。在室内会通过传感器而安全ZigBee无线通信模块，如果一旦居室内发生异常，那么就会收到信号，让 ZigBee无线通信技术对控制器进行控制，保证能够对信号做出相应的处理。用户能够对计算机进行远程操作，从而监控室内的基本状态[3]。如果不方便使用计算机，那么就可以GPRS网络，用手机进行远程操控。控制系统能够具有良好的人机界面反映，可以对系统的运行信息进行查询，并展现在使用者面前。

通过模块化的设计而实现智能化家居控制系统软件，从而更加清晰还能够调试系统的功能扩展区域，让处理器的执行效率更高。通过开发的工具，基本能够实现对用户界面的维护，让系统的设置和控制能够保证基本的实时操作。系统完成初始化工作之后，就可以进行相对应的子程序，而用户通过打开GPRS设备能够进行设置，如果一些参数发生错误，那么就能够通过短信报警。基于物联网的智能家居综合控制系统十分安全，能够让家用电器保持一个独立的节点，并通过ZigBee协议进行无线通信的联通，从而实现整个系统的实时信息反馈。

基于物联网的智能家居综合控制系统可以根据用户的基本需求而运用于不同的领域之中，此外，还能十分便捷地进行修改，减少成本的公式完善嵌入式系统。Linux社区中具有很多可以开发的项目，能够借鉴优点，而加入一些全新的沟通，让用户更加便捷地完成自己的智能家居开发。作为未来发展的主流，家居智能化需要有更加优良的系统予以支持，不仅可以支持自己品牌的各种家电，甚至可以实现跨品牌的多产品品类互联互通。这样才能保证用户所提出的基本诉求：安全、便捷、舒适，才能让智能化家居的未来发展更好。

参考文献：

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【关键词】物联网 ZigBee CC2430 B/S架构

【中图分类号】 G 【文献标识码】 A

【文章编号】0450-9889（2015）06C-0184-03

近年来，被看作信息领域一次重大的发展和变革机遇的物联网技术得到了快速的发展。“物联网”的概念由美国麻省理工学院自动识别中心（Auto-ID）提出，主要以无线传感器网络和射频识别技术为支撑。物联网被认为是继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮，也被世界各国作为未来经济发展的主要增长点。

物联网可应用于智能家居、智能农业、智能交通、智能电网、智能安防、智能医疗等领域。随着近十年世界范围内的IT产业快速发展，相应的传感技术、通信技术和计算机技术也取得突飞猛进的发展。我们国家居民生活水平显著提高，对与自己息息相关的家居环境也有了新的、更高的要求。设计一种新型的家居环境智能监控系统模型，实现了对家庭温度、湿度、亮度和煤气浓度的动态监控，用户能够设置家居内相应时段不同的温度、湿度、亮度，系统会依据用户设置自动监控家居状态，满足日常生活。该系统模型比传统的使用本地智能网关控制或家居内计算机控制的智能家居模型更加便捷、实用、高效，在系统日常维护、平台移植与扩展、大数据管理等方面具有明显优势。

一、系统总体方案设计

一般认为物联网典型的技术体系结构分为感控层、网络层、应用层三大层次，本文设计的家居环境智能监控系统的整体设计方案如图1所示，整个系统结构分为三层，分别负责家居内基础信息的采集和外设控制、系统内数据信息的传递、系统数据信息的管理和系统功能应用等功能。图2为该系统的硬件结构示意图，用户家居处于感控层中，主要包括家居内环境参数采集和控制的相关传感器和设备，网络层是一个智能网关，负责数据透传，应用层是本系统服务器，负责接收和处理网络层上传的数据，向感控层发送数据，大数据存储与管理等。

二、感控层的设计与实现

家居环境智能监控系统的感控层在功能上分为两部分：一是数据采集与执行。数据采集主要是运用传感器对家庭内的温度、湿度、亮度、煤气浓度状态进行基础信息采集。执行主要是负责接收和解析系统服务器发送来的控制命令，读取或改变相应外设（如灯具、空调等家电）的工作状态。二是短距离无线通信。短距离无线通信主要用来完成像家居内这种小范围内的多个物品的信息集中与传递。由于无线短距离通信技术具有灵活安装、可移动性强等特点，使其越来越多地被应用于智能系统中。目前技术比较成熟和常用的无线短距离通信技术有：Bluetooth、ZigBee、Wi-Fi、超宽带。本设计选用了ZigBee无线通信方式，它相比其他几种通信方式具有低功耗、低成本、低速率、近距离、短时延、高容量等优势。

ZigBee协议的物理层和媒体访问控制层遵循IEEE 802.15.4标准的规定，可工作在2.4GHz、868MHz和915 MHz共3个频段上。ZigBee网络中的设备可分为协调器（Coordinator）、汇聚节点（Router）、传感器节点（EndDevice）三种负责不同功能的角色。无信息传输时，传感器节点可处于休眠状态，当有信息传输时可自动唤醒进行数据传递，多节点以接力的方式传递信息，通信效率非常高，但功耗很低。ZigBee网络拓扑结构有星型、树型和网状三种。为满足稳定性要求，本设计选用了网状拓扑结构。

根据家居环境智能监控系统内网和ZigBee技术的特点，本设计中的ZigBee无线网络主要由路由器节点和协调器节点两种节点类型组成。其中路由器节点不仅负责家居环境内相关数据（温度值、湿度值、亮度值、煤气浓度值、设备工作状态值等）的采集，还负责网络的管理与节点间的数据传输，控制外设的工作状态；协调器节点主要负责网络的建立、各路由节点的管理、数据的处理以及对外的接口。

本系统所采用的设备是搭载有TI/Chipcon公司生产的用于2.4GHz IEEE 802.15.4/ZigBee片上系统解决方案CC2430芯片的节点，负责家居内所有信息的采集、传递和外设控制。

三、网络层的设计与实现

网络层负责数据在系统感控层和应用层之间快速、安全、可靠地传送。网络层的通信功能主要由智能网关负责，使用Socket通信方式。由于因特网的通信特点，该智能网关需要设置静态IP，同时工作于服务端和客户端两种模态下。工作在服务端模态下时，主要是接收系统服务器发送的数据（网关自动判断是否是本网关需要接收的数据，主要由通信协议中包含的IP地址决定），并将数据解析后发送至本网关连接的家居监控网络中。工作在客户端模态下时，主要是接收到感控层上传的信息后，主动连接系统服务器，将信息发送至系统服务器。

由于智能网关连接了互联网和ZigBee网络两个网络，因此为保证数据正常传递，智能网关必须能够进行ZigBee协议和TCP/IP协议之间的转换。本设计中采用协调器和网关通过串口直接连接，先由ZigBee硬件完成ZigBee协议与RS-232协议的转换，再由网关实现RS-232协议与TCP/IP协议的转换，最终实现TCP/IP协议和ZigBee协议的高效转换，智能网关工作流程如图3所示。

四、应用层的设计与实现

系统应用层是整个系统的“大脑”，主要功能是完成网关上传的数据的接收、汇总、互通、分析、决策，数据下发等功能，是整个系统的控制和决策中心。根据物联网关于应用层的定义，本设计的应用层具体包括两部分：一个是系统服务器；另一个是终端设备。系统服务器负责所有数据的接收、分析、存储、修改，根据控制算法进行决策和控制命令发送等。终端设备是电脑、智能手机等智能终端，用户可通过这些设备搭载的Web浏览器访问系统服务器的网站站点，实现系统功能的使用，而不再是传统的在终端上安装相应的软件，这就大大降低了对用户的硬件要求，增强了系统的实用性。

系统服务器由Web站点服务器、业务处理服务器、数据库服务器三部分组成，分别完成Web页面、数据接收和控制决策、数据管理等功能，如图4所示即为系统服务器的架构图，三个服务器是分别设计和独立运行的，但又是相互关联的，其中业务处理服务器与Web服务器通过数据库服务器进行连接和数据交换。

（一）Web服务器

为减轻客户端的负担，增加系统实用性，Web服务器的设计采用了目前流行的浏览器/服务器（browser/server，B/S）结构模型。B/S结构下的应用程序、逻辑处理和数据全部集中安放在Web服务器上，而用户只需要统一使用浏览器即可访问Web服务器，通过用户界面使用本系统功能。

系统采用的是Microsoft的Web服务器Internet Information Server（IIS），网站开发技术使用的是。技术具有很高的页面处理速度和运行效率，节省系统资源，完全面向对象，具有平台无关性且安全可靠，特别适合应用于页面和远程系统服务器之间数据交互比较频繁的系统。数据访问采用了与同一框架（.NET Framework ）下的技术，实现Web服务器与SQL Server 2008数据库的数据交互。确保了Web服务器能够根据用户的需求快速、准确地访问到数据库，实现数据的存储、查询、更新和删除等操作。

（二）数据库服务器

本系统的数据库服务器采用Microsoft SQL Server 2008设计，主要负责存储和管理系统内的所有数据，具体操作由Web服务器和业务处理服务器调用。数据库服务器共设置了用户信息管理模块、用户设置管理模块、室内环境状态管理模块和设备状态管理模块四个模块。数据库服务器是一个“被动”服务器，只负责数据的存储和管理，存储的数据是由业务处理服务器或Web服务器写入、删除或修改。

（三）业务处理服务器

业务处理服务器工作于服务端模式，向智能网关开放服务器端的IP和端口，时刻侦听智能网关是否有数据上传。接收数据后，会进行数据包的解析、数据类型分析、数据提取、逻辑处理和控制决策。其中的业务处理功能可分为两个部分：第一部分是将系统感控层上传来的数据或处理结果准确存储到数据库中，保障业务处理服务器程序和Web服务器程序进行合法查询；第二部分是系统轮询服务，系统能够实时不断地查询所有用户的设置信息，根据用户设置和当前家居状态进行控制决策，判断当前系统时间是否到达用户设置的某个子状态的更改时刻，如果满足条件，会根据用户设置更改和控制家庭内部的环境状态。业务处理服务器运行界面如图5所示。

在实验室条件下，经过实际测试，该系统能够智能、稳定地工作，达到预期目标，如图6所示。采用三层架构的系统模型的结构十分清晰，既可节约投资成本，又方便维护、升级和改造。此外，可将系统服务器移植到云平台（如微软Azure云平台、IBM云平台、新浪云平台等），借助云平台强大的计算和存储能力，能够在处理和储存能力、稳定性、安全性和可移植性上获得高幅提升，具有较好的应用前景。

【参考文献】

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