基于Linux的智能家居系统设计与实现

来源:用户上传      作者:

　　摘  要：文章设计了基于Linux的智能家居系统，该系统包括智能家居集中控制系统、智能预警系统、智能灯光系统、智能电器系统、媒体娱乐系统和环境探测系统等六大方面，并能根据用户需求进行个性化定制。该系统已在某洋楼套房中应用，而且界面直观，使用简单，性能稳定，功能齐全，实用价值高。
　　关键词：Linux;智能家居;集中控制;控制主机
　　中图分类号：TP277         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）16-0037-04
　　Abstract： This paper designs a smart home system based on Linux， which includes six aspects： smart home centralized control system， smart early warning system， smart lighting system， smart electrical system， media entertainment system and environment detection system， and can be customized according to the needs of users. The system has been applied in a foreign building suite， and the interface is intuitive， the use is simple， the performance is stable， the function is complete， the practical value is high.
　　Keywords： Linux; smart home; centralized control; control host
　　引言
　　什么是智能家居？每个人对家的理解和规划不尽相同，但是应该都有共同的梦想，那就是让家变得更加温馨和简单，更加舒适和自在。人们眼中的智能家居折射的就是热爱生活的态度，热爱生活，就应该让生活变得更加多姿多彩，而智能家居，就是让生活变得更加多姿多彩。
　　智能家居给用户带来安全、便利、高效与舒适的生活。但是，不同的智能家居设计方案，其实现功能、系统配置和组网方式有所不同，因此，根据用户需求进行个性化设计，显得尤为重要。本文以某洋楼套房为例，介绍智能家居的设计与实现情况。
　　1 Linux释义
　　Linux，是创始人林纳斯·托瓦兹于1991年正式发布的操作系统， 可以支持32位和64位硬件，是一套具有免费、可靠、安全、稳定、多用户、多任务、多平台等功能的系统。
　　Linux因为灵活性好，深受市场喜爱，现在使用最广泛的领域有服务器操作系统、桌面系统、嵌入式系统、电子政务等。
　　2 总体方案设计
　　2.1 设计理念
　　如何让千家万户感受智能，让智能服务于千家万户，是接下来要思索的问题。拥有智能家居的家庭，所有的家用电器都是智能的，他们会根据家庭每一位成员的习惯，来尽职尽责的完成自己的本职工作;同时，他们会在不影响每一位家庭成员生活习惯的前提下，按照主人的心愿把家布置和管理得尽善尽美。因此根据家庭需求，适合用户的生活习惯、性格、职业及家庭成员组成等，让用户日常家居生活更为舒适、安全、高效和节能。
　　2.2 系统结构设计
　　本文智能家居系统是基于Linux开发出来的一款软硬件结合的系统，智能家居集中控制系统是智能家居的“大脑”，主要分为远程控制和本地控制，首先远程控制需基于DNS服务器架构上，通过交换机连接互联网，对家里的设备进行控制;而本地控制主要基于家里的局域网，主要控制智能预警系统、智能灯光系统、智能电器系统、媒体娱乐系统和环境探测系统等。系统结构图如图1所示：
　　3 主要功能子系统设计
　　由于篇幅有限，仅就主要功能子系统设计进行介绍，包括智能预警系统、智能灯光系统、智能电器系统、媒体娱乐系统和环境探测系统等。
　　3.1 智能家居集中控制系统
　　智能家居集中控制系统作为智能家居的“大脑”，主要控制智能预警系统、智能灯光系统、智能电器系统、媒体娱乐系统和環境探测系统等。
　　3.2 智能预警系统
　　3.2.1 室外安全预警
　　（1）视频监控预警
　　在房子门口和家中合适位置安装监控摄像机，所有监控摄像机与智能主机连接，监控摄像机24小时运行，将一切都记录下来，当主人不在家时，可通过网络远程随时查看，也可逐一回放;当家中发生异常，监控系统发送报警提醒。
　　（2）门窗管理预警
　　门口配置智能门禁系统，门禁系统与智能主机对接，实现对家里大门的实时监管。窗户安装接触式感应器与智能主机对接，当主人离家忘记关门或窗时，当发生破坏闯入时，系统均会报警提醒。
　　3.2.2 室内安全预警
　　智能家居对厨房内的煤气、用水、用电、油烟都配置了智能预警系统，在有害气体超标、空气质量过差、发生水浸的时候，智能预警系统发送报警提醒，预警信息会同时显示在家里所有接入系统的智能家居人机交互界面上或主人的手机上，同时，结合背景音乐系统及智能灯光系统，发出声光预警提示，而且会根据安全隐患的实际情况，在保证安全的前提下，启动相应的设备管理功能。当然，前提是需在系统上设定预定值。见图2智能预警系统设备连接图：
　　图2 智能预警系统设备连接图
　　3.3 智能灯光系统 　　根据家庭布局，照明区域一般分为入户玄关、餐厅、客厅、厨房、卫生间、卧室等，按照主人生活习惯方式，智能家居系统可设定一键开启回家模式、就餐模式、影音模式、会客模式、睡觉模式、起床模式、离家模式等等，根据不同的模式开启或关闭不同的灯光。同时结合人体红外感应器，接入智能家居集中控制系统，对家庭的灯光进行控制，既不改变主人生活习惯，又提高了对能耗的管理，从而达到合理用电、节约能源和绿色环保的效果。
　　3.4 智能电器系统
　　智能家居通过系统检测及系统控制功能，可以实现全屋智能家电的用电量检测及预警管理功能。人机交互界面实时显示区域设备的使用情况及用电量，系统通过设定，当全屋用电量即将达到用电量预警值时，系统会提醒预警，并可以实现不予以开启更多设备的自判断功能，保证了全屋用电安全，可避免跳闸，过载的情况发生。
　　当外出时系统自动关闭不必要的家电电器，当回家时系统又能重新启动所须用到的家电电器。如图3智能电器系统设备连接图所示：
　　图3 智能电器系统设备连接图
　　3.5 媒体娱乐系统
　　配合媒体娱乐设备，可以实现在餐厅、客厅的媒体娱乐功能，无论是电视节目、家庭K歌、家庭影院、视频聊天、网页浏览、文件处理甚至是门禁监控画面都可以通过智能家居媒体娱乐系统自由选择。让家人在就餐、接待朋友、一家团聚的时候，自由选择媒体娱乐，让客厅变成高档的私人会所。
　　智能家居媒体娱乐系统，配合智能家居人机交互面板实现各种娱乐模式功能，在主人选择相应的模式后，智能家居系统会根据模式对电器设备、环境设备进行统一模式控制，实现一键无憂娱乐（如影院模式下，系统自动将窗帘关闭、灯光调整至影院模式，电视机、播放机自动开启，电动沙发调整至最舒适的位置）。
　　3.6 环境探测系统
　　3.6.1 背景音乐控制
　　背景音乐系统，将音乐输送至每一个卧室及家里任何需要背景音乐的区域，让家里每个区域都能听到美妙的背景音乐。当然，如果某个区域不想收听时，也完全可以独立控制该区域。
　　3.6.2 窗帘控制
　　通过智能家居系统，可以设定各种模式实现电动窗帘的自动启闭，例如当早上起床闹钟响起时窗帘会自动打开，当晚上设定时间到时窗帘也会自动关闭;当主人回家窗帘会自动打开，主人外出窗帘又会自动关闭。当然我们上面提到的家庭K歌、家庭影院时，一键启动模式窗帘自动关闭，解脱双手摒弃各种遥控器，无需每天为启闭窗帘而费心，达到智能效果。
　　3.6.3 其他环境控制
　　智能家居系统为家中老人、小孩提供贴心服务，智能家居系统通过环境监测器可以监测家里环境，例如温湿度探测器、一氧化碳探测器、二氧化碳探测器、甲醛探测器、煤气探测器等。
　　智能家居系统通过这些环境监测器可以实时检测家中空气质量，当家中有害气体超标达到系统设定值时，系统自动开启排气扇、智能门窗等;当媒气发生泄漏时，系统自动关闭智能安全阀并通知户主，保护家人的安全。如图4环境探测系统设备连接图所示：
　　4 智能家居控制系统实现
　　本设计适合于单身公寓、洋楼套房和高档别墅，以下以某洋楼套房为例，进行实施。图5为智能家居系统实现效果图：
　　该洋楼套房划分为入户玄关、餐厅、客厅、厨房、卧室、卫生间共六个区域。通过智能家居系统实现以下实际功能。
　　4.1 入户玄关
　　入户玄关设定回家模式。当主人回家时，通过人脸或指纹识别方式进入，自动播报“欢迎回家”及其他温馨提示语等，同时迎宾灯光自动打开，客厅窗帘自动打开。当然这一系列动作可以根据用户的喜好，配合背景音乐系统，更换不同的迎宾语及灯光窗帘模式;而且，当出现非法入侵（如暴力破门）时，系统设定播放震慑语音，并开启警示模式的灯光，达到震慑入侵者的效果，如系统与智能预警系统对接，也可发送报警信息给主人。
　　入户玄关设定离家模式。当主人外出时，家里的灯光、窗帘、空调、智能插座等自动关闭，当然这一系列动作可以根据用户的喜好设定。
　　4.2 餐厅
　　在餐厅相应位置安装人机交互面板，可通过智能家居系统设定备餐模式、用餐模式、烛光晚餐模式等等，场景模式可根据主人的喜好和习惯设定，用户在不同场合，只需选择相应模式，灯光即可完美转换，同时背景音乐响起。
　　4.3 客厅
　　客厅可设置多个模式，如：“会客模式”、“电视模式”、“K歌模式”等。当有客人来访时，只需在人机交互界面上切换至“会客模式”，室内灯光、窗帘自动打开;当想要看电视或K歌的时，切换至“电视模式”或“K歌模式”，室内灯光自动调节至合适的效果，窗帘自动关闭。
　　客厅空调根据室内温度进行调节，当温度高于设定值时，智能家居系统判断有人在的时候可自动打开空调，当温度低于设定值时，系统自动关闭空调，当然，可以人为自行调节温度。
　　另外在客厅和餐厅安装一个或多个二氧化碳传感器，用于检测客厅和餐厅的室内空气质量，系统设定标准值，达到标准值时自动开启新风系统或排气扇，保证让室内的空气优良，有利于家人身体健康。
　　系统也可以通过设置“度假模式”、“出差模式”等，系统自动模仿家中有人居住的情景，定时开关客厅的灯光及窗帘，提高住宅的安全性。
　　4.4 厨房
　　厨房门口位置安装人体交互面板，可通过智能家居系统设置智能照明，系统也可配合感应器，实现自动照明功能，试想当双手端满东西没有办法开灯的时候，自动照明系统就会变得非常实用。
　　烹饪时，厨房是长待的地方，枯燥乏味，但是通过系统设置背景音乐，伴着美妙动听的音乐进行烹饪是一件多么美好的事情呀。
　　另外，厨房如果智能家电比较多，智能家居系统通过系统检测及控制功能，可以实现全屋智能家电的检测、用电量控制及预警管理功能。煤气、用水、用电、油烟都配置了安全预警功能后，当有害气体超标、空气质量过差、发生水浸的时候，系统会发送报警提醒。 　　4.5 卫生间
　　卫生间门口安装人机交互面板，对照明、通风进行控制，人体感应器可以实现进入开灯、离开关灯的无忧功能，系统自动感应不会出现人还在，灯关掉的情况。
　　同时系统通过环境判断，在卫生间内的空气质量、空气湿度超标时，会自动开启排气扇，以保证卫生间干燥以免滋生细菌。
　　4.6 卧室
　　卧室门口和床头安装人机交互面板，室内灯光设置多个模式：“起床模式”、“影院模式”、“就寝模式”和“夜起模式”等。
　　“起床模式”，系统控制智能灯光、窗帘、背景音乐，系统设定起床时间，窗帘缓慢打开，柔和的灯光亮起，美妙的音乐响起，这样温馨叫醒方式才是美好一天的开始。当然周末的清晨，当一个人起床，还有人在休息的时候，系统并不会直接将窗帘和照明全部开启，而是开启“夜起模式”，直至所有人都起床或用戶自行执行开窗帘开灯指令。
　　“影院模式”与客厅“电视模式”类似，这里不多描述。
　　“就寝模式”，用户只需轻触人机交互面板，室内灯光和窗帘即可关闭，空调调节至睡眠温度，当然可根据用户的生活习惯定制。
　　“夜起模式”，用户夜起时，当下床时系统会自动开启起夜灯，无需再伸手去触控开灯。
　　5 结束语
　　欧美智能家居普及度较高，而国内目前还比较滞后，但是，随着人们生活水平的不断提高，智能家居已是大势所趋，本文从设计到实施，技术先进，系统稳定，具有较高的参考价值。
　　参考文献：
　　[1]董萍.基于无线传感器网络的智能家庭系统的设计与实现[J].三门峡职业技术学院学报，2013，12（04）：106-110.
　　[2]冯立祥.智能照明控制系统在某办公楼会议场所的应用[J].机电信息，2011（12）：201-202.
　　[3]Yuanyuan liu，CBo-Qiu. review of samrt home energymanagement system[J]. Energy Procedia， 2016，104：506-508.
　　[4]Fund Arduino. Arduino IDE User Manual[EB/OL].[2017-03-22]. https：//www.arduino.cc/en/Main/Software.
　　[5]钟登华.新工科建设的内涵与行动[J].高等工程教育研究，2017（03）：1-6.
　　[6]吴晓静.家庭数字娱乐系统的智能语音服务设计研究[D].上海：华东理工大学，2018.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-15231374.htm