基于物联网的智能家居控制系统设计与实现分析
来源:用户上传
作者:
摘 要 智能家居安全问题引发极大的关注，为此，本文重点探讨基于物联网的智能家居控制系统的设计和应用实现，从底层结构和上层结构两个角度进行智能家居控制系统的设计和研发，使之成为具有通用性、易移植性的可远程控制智能家电的系统，体现其良好的稳定性和扩展性。
关键词 物联网 智能家居 控制系统 设计
中图分类号：TP274 文献标识码：A
物联网渗透到智能家居系统之中，通过动态异构体系结构的传感器和应用程序，进行智能家居的高级服务和家庭设备管理，可以引入ZigBee无线网络技术，进行基于物联网技术的智能家居控制系统设计和应用，通过Android客户端实现终端控制，由社区物业客户端实现能耗管理和家庭医疗监测，合理设计智能家居控制系统通信网络、硬件和软件，实现物物相连、设备集中控制的绿色节能智能家居控制系统。
1基于物联网的智能家居控制系统架构
可以引入ZigBee技术、Wi-Fi技术进行智能家居控制系统的设计，实现家庭内部组网通信和链接，并实现家庭内部数据传输与外部服务器的通信链接，主要由底层结构和上层结构组成，其中：底层结构由终端节点和家庭网关构成，终端节点涵盖家庭医疗设备节点、智能家电设备节点、能耗监控设备节点，主要通过内置ZigBee网络通信模块实现设备数据采集和传输。家庭网关主要通过新增Wi-Fi模块的ZigBee网络协调器，实现网络对外通信。上层结构主要包括有客户端和控制终端，通过客户端实现社区能耗管理和集中控制，通过网络管理模块、子系统加载器模块和数据解析器模块，处理复杂的逻辑关系，实现对智能家居控制系统的管控。并通过Andriod智能手机终端实现系统对外管理，实时查看和获悉系统运行状态，进行系统数据查询。
基于物联网的智能家居控制系统架构层次主要为：（1）终端设备节点和家庭网关。采用CC2530核心芯片实现ZigBee网络通信，由家庭网关协调器构建ZigBee无线网络，进行终端设备节点数据的采集、更新和处理，并对ZigBee网络中的节点进行管理。（2）通过Internet网络实现终端设备节点、家庭网关与服务器的链接，由服务器进行智能家居控制系统的日常管理和维护，并提供节点管理服务、数据查询和系统管理等服务。（3）Andriod控制终端通过Internet网络连接到服务器，经身份验证之后查看节点信息，并对系统参数进行修改和管理。
2基于物联网的智能家居控制系统硬件设计与实现
（1）家庭医疗设备节点硬件设计与应用。通过可穿戴的便携式设备的传感器节点，检测心率值、血氧饱和度等健康数据，将其传送至家庭网关和客户端。其硬件构成包括ZigBee芯片、电源管理模块和数据采集模块，实现对人体心率参数的监测，有效弥补单一阈值监测的缺陷。
（2）智能家电控制节点硬件设计和应用。主要接收家庭网关发送的家电控制报文，采用红外控制、继电器控制、电机控制等方式进行反馈。其主要构成包括有无线通信模块、执行模块和受控家电终端，其中：无线通信模块解析底层家电控制终端节点与智能家居网关间的数据，并通过自学习型红外执行模块，对智能家居中的家电实现无线控制。受控家电终端则包括有CC2530模块、继电器模块、进步电机等。
（3）家居能耗监控节点硬件设计与应用。主要构成部分为CC2530芯片、能耗测量芯片和电源管理模块，采集电视、空调、热水器等数据，将采集的能耗数据经由CC2530无线通信芯片上传和计算处理。
（4）家庭网关节点硬件设计与应用。各个家庭有各自独立的家庭网关，由ZigBee网络中的协调器作为网关节点，可以采用有线连接和无线连接的不同方式，将终端节点的ZigBee上传到特定的IP地址和网络端口，并进行服务器命令数据的转发，实现家庭网关与服务器间的可靠连接。
3智能家居控制系統软件设计与应用
（1）家庭医疗设备节点程序设计与实现。初始化系统进入算法监测状态之后，设计可穿戴便携式设备跌倒监测及健康体征数据监测程序，采用分阶段式监测加速度值超过设置范围的心率异常情况，由此判定人体跌倒的情况，并经由CC2530无线通信模块传送报警信息。
（2）家电控制节点程序设计与实现。初始化家电终端节点之后，由CC2530模块接收数据，并判定报文中的地址信息，丢弃与目的地址不相匹配的报文，解析判断符合本节点的设备类型，执行相应操作并进行报文的发送和反馈。
（3）能耗设备监控节点程序设计和实现。初始化能耗设备终端节点系统之后，采集能耗数据，由通信模块CC2530接收家庭网关发出的通断电、数据存储、继电器操作等指令，执行相应操作，进行采集数据的自动发送、解析、存储。
（4）网络维护的程序设计与实现。由家庭网关协议转换器处理各个节点子设备的数据，经由TCP/IP网络进行数据转发和上传、处理。上层服务器则将接收的用户终端设备控制指令，经由TCP/IP网络发送至家庭网关，再将自己的IP地址反馈至服务器和家庭网络移动终端。
4结语
综上所述，基于物联网的智能家居控制系统采用模块化的设计思维，进行系统框架设计和软硬件设计，实现终端设备节点对用户指令的响应，进行终端节点信息的采集、传输、处理和存储，具有完整性和可推广性。
参考文献
[1] 杨堤.基于物联网的智能家居控制系统设计与实现[J].电子世界，2012（21）：16-17.
[2] 荀艳丽，焦库，张秦菲.基于物联网的智能家居控制系统设计与实现[J].现代电子技术，2018（10）：74-76.
[3] 屈伟明.基于物联网的智能家居远程控制系统设计与实现[J].电子技术与软件工程，2014（05）：100.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-15073983.htm
