物联网技术支撑下智能家居的有效控制与功能发挥探讨

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　　摘要：数字化发展与现代居民对生存环境的影响与需求，推动了智能家居的多样化技术应用。目前，物联网技术在智能家居中的应用，在信息收集、设备控制等方面拥有了初步的尝试。研究深度阐释了物联网技术、智能家居等理论，并从控制目标、控制行为上探讨了物联网技术支撑下智能家居的有效控制途径，最终分析了基于物联网技术的智能家居的功能发挥，为相关研究提供了研究思路与实践上的参考。
　　关键词：物联网技术;智能家居;通信技术;移动终端
　　中图分类号：TP393       文献标识码：A
　　文章编号：1009-3044（2019）17-0296-03
　　开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
　　国家经济战略的大调整，是适应现代信息化、数字化发展需求的适应性转型。国内经济水平的不断趋高，让国民在生活品质与特色方面有了更高的需求。尤其是在追求低碳、智能、环保、安全的生活理念下，国民对于人居环境中智能技术的植入更为期待。“世界上最早的智能建筑是 1984 年在美国诞生的[1]（38）。”其后欧洲、澳洲等经济发达区域在智能化产品的打造上进行了更多尝试。被誉为“未来居所”的盖茨别墅是美国智能家居理念与技术应用的典范，其灯光、娱乐、室内各项环境指数都能够依照来客的偏好等进行电脑控制。不过国内智能家居的发展情况来看相对滞后，一方面由于国内缺乏在智能家居系统设计等方面的操刀大师，很多智能家居的设计停留在对国外模式的照搬上，其特色化与适用度较低，另一方面则是在具体物联网技术的研发上尚且处在较为落后的境地，尤其是某些控制技术的应用上没有形成系统的解决方案，实践可行性不高。故而，研究物联网技术的条件下，对智能家居的技术控制及功能发挥进行深入探讨与论证，有助于智能家居技术的发展有极为重要的推动价值。
　　1 相关研究理论基础
　　1.1 物联网技术
　　本文所谈物联网技术，是指在互联网条件下可应用的智能技术。在学术界，物联网被认为是在计算机技术、网络信息产业之后的又一轮理论革新、技术创新。物联网在现代生活中的可应用范围几乎实现全覆盖。“物联网是由感知互动层、网络传输层和应用服务层的层体系[2]（4）。”其基于现代网络连接，利用传感器对设定范围内的生活用具等进行远程识别，实现了远程技术的控制与执行。物联网系统内的每一个生活或生产系统都是智能化、高效化的，其将为固定人群或潜在消费群体提供更为科技化与便捷化的智慧应用服务。
　　1.2 智能家居
　　“智能家居是以住宅为平台，利用先进的计算机技术、网络通信技术和综合布线技术，将与家居生活有关的各种子系统有机地结合在一起，并将与家庭生活有关的设备进行集成，以构建高效、舒适、安全的生活环境。[3]（72）”智能家居的设计理念在于，以技术优化控制，以智能便捷生活。从一般智能家居的设计组成来看，其有着相对系统化的系统板块，现将关键性模块元素简要陈述。
　　1.3 家电分置应用
　　该系统是现代智能电器的集合体。当前各个家电产品在其使用功能上都带有PC功能。人们购置电视、电脑、空调、冰箱等都可以利用网络实现串联控制，是数字化技术应用于家电设计与生产的典型成果。智能家居内部，家电依照其不同的功能分置于不同的居室，如冰箱置于厨房被列入厨卫系统，空调置于客厅等被列入休闲系统。但整个系统由于使用同一个网络而可在手机或电脑上实现终端控制。
　　1.4 信息处理系统
　　不同的家电虽然分置不同生活单元，但是其完全可以通过控制实现信息共享。在现代智能家居系统中，信息处理是较为突出的功能。其对智能居室内所有PC功能家电都能做到实施监控与信息收集，信息收集范围包括家电的工作情况、功能切换请求等。其后，信息处理模块会对所收集信息进行分类处置，并实现功能的实施调换与驱动。现代家居中智能电器的技术应用水平在不断提升，且功能在趋于丰富，应用度也将更广，这就需要在信息处理上采取分布式模式，实现精准化控制。
　　1.5 智能通信系統
　　在智能家居系统中，信息处理仅仅是中枢管理系统，而通信系统则是中枢指令的立体化传导系统。依照家庭组网需求，通信系统往往依托于已完成布线执行指令，当然更多的家居系统将红外蓝牙或wifi等对信息进行无线传输。而由于不同智能电器对于信息传输的质量、速度等有所差异，在执行信息传导时可采用组合混合式传导模式。
　　1.6功能驱动系统
　　功能驱动的主要服务对象就是智能电器。功能驱动是接收家电工作状态及需求等信息、输入智能电器接口以完成命令传导、功能启动的驱动系统。鉴于智能电器品牌的差异，其在产品性质与功能等层面难以对等。故而要借助于功能驱动将所接收的信息处理指令，转换为电器相匹配、可驱动的电平信号，最终实现遥控控制与智能电器工作的一体化。
　　1.7 信息互动系统
　　信息互动主要是智能家居信息与外部环境或网络的互通、共享。其不仅能将所有智能家电应用信息实现系统内互通，也能实现区域内共享，是对于互联网资源的深度融合与信息再分配，也必然会成为智能家居系统的发展趋向。
　　2 物联网技术支撑下智能家居的有效控制
　　2.1 智能家居的技术控制目标
　　智能家居的控制，主要是为不同社会人群、差异化生活方式提供个性化的应用服务。从某种程度来看，智能家居的服务应用离不开物联网技术，其可依托信息处理、智能通信、功能驱动等技术实现智能家居的有效控制。其控制目标如下：
　　1）依托手机等移动智能控制载体，对智能家居系统内的所有家电进行实时监控，并即时对电器开关、家电状态、家电功能启动请求等进行有效回应与控制。
　　2）将智能家居系统内所有家电进行数据分析与功能匹配，设置差异化的生活服务模式，并通过智能终端进行一键选择。 　　3）根据不同需求，兼用遥控器或无线控制方式，实现智能家居的多元化管理。
　　4）为智能居所管理需求提供真实、实时的视频资料信息，实现监控的全程化。
　　5）高效应急突发情况。智能居室中出现紧急情况或警情，系统即时将警情通过电话或信息方式进行报告，并与物业或管理保安进行通知对接，降低突发情况造成的财产损失。
　　6）定期、自动修改网关服务器等密码信息，减少系统漏洞带来的安全风险。
　　2.2 智能家居的有效控制
　　智能家居系统的控制，主要体现在信息处理、智能通信、功能驱动等各个系统板块上。而实现控制的关键技术特色在于智能通信系统上。不同品牌的智能家居产品，其通信组网方式有着很大的差异性。一般地要实现有效控制的全覆盖，必须要对数据传输方式进行深入探讨。总的来说，现代家居产品的数据传输与控制，有两种方式，即有线控制方式、无线控制方式。
　　1）有线控制方式
　　有限控制，实则是总线控制，其控制方式类别有EIB、RS-485等。有限控制必须在所控制区域进行线路布控，如果一旦建筑已成，就需要进行破地面或墙面等作业，从而给其造成较大的经济损失及时间消耗。不可忽视的是，有线控制方式后续所需要的维护较为困难，尤其是在密闭封口的线管内，损坏而修理的难度较大。
　　2）无线控制方式
　　无线控制，主要是通过移动通信终端，如手机等，依托射频、Wi-Fi、ZigBee等方式对智能家居进行一键控制，从而实现便捷化与无痕化管理。现代国内智能家居大多选择ZigBee组网方式。该技术控制方法，与被控制电器的距离较近，控制操作较为简单，功能消耗较少，支出成本相对较低，其主要应用于自动控制或远程控制环境下，对不同设备的适用度较高，能够嵌入更为广泛的设备中进行应用。此外，ZigBee还拥有地理定位的技术能力，对消费者的吸引较大。故而，在当前条件下，ZigBee技术在全网的发展优势较为明显，而由于其低能耗、低支出、高环保等特点，其在未来的发展前景也较好。
　　3 基于物联网技术的智能家居的功能发挥
　　3.1 智能家居系统功能发挥原理
　　如上所述，ZigBee技术是未来应用于智能家居系统的重要技术，这种应用系统涵括了终端节点、路由器节点、传感器网络用户终端、远程监控终端等功能。在整个系统内，终端节点被认为是物联网整体的核心环节，其主要功能在于完成无线传感器网络的激活与对应设置。在成功实现网络使用后，对路由器节点等其他功能板块的信息进行实时接收，精准分析优化数据信息，并传输于可显示载体中反馈给用户。同时在用户发出新的要求指令后，指令信息会再次借助传感器功能对应传输至设备终端。倘若属于远程控制，则还需要将传感器等与网络进行连接，并实现信息的收集与指令的传输，为控制行为提供直接依据与指向。
　　3.2 ZigBee技术应用下智能家居各部分系统功能发挥
　　1）终端节点功能
　　终端节点的功能发挥需要对其内部构成进行认知分解。终端节点有四个板块部分，即：传感板块、信息处理板块、无线传输板块及电源控制板块等。终端节点的功能要求与网络启动、建设等关联不大。终端节点功能的发挥主要体现在两个方面，一方面依托于传感板块的传感器，对智能家居工作信息等予以收集、转换，并在信息处理板块实现信息管理，之后传输向无线传输板块，继而实现网络传递;另一方面则负责实时对用户新要求、新指令进行收集并引导控制设备完成指令要求。
　　2）路由器节点功能
　　路由器节点是整个ZigBee智能家居系统的信息传输载体。一方面路由器成为终端设备节点的路由服务设备，完成差异化的路由选择;另一方面，如果默认新节点参与智能家居系统，那么路由器的功能与网络路由器相一致。
　　3）协调器网关功能
　　其是智能家居应用的控制主体，其前提是有不少于1个的ZigBee网络FFD参与。首先，协调器网管对智能家居系统内网络拥有主导管理权限，其管理节点在于智能家居系统启动、物联网络建立、ip地址发现与配置、設备数据实时搜集与处理等。其次，作为居室网关与设备的通信桥梁，其与外部远程智能终端形成又一层联系，用户外出或在单位时均可借助移动终端远程进入家庭网关，进而实现随时随地的智能家居管控。
　　4）移动终端功能
　　这里所指为手机等智能终端，这些智能终端设备有使用互联网的相关功能。在这个应用环境中，用户在借助远程控制终端完成相关身份确认后，便能够在C/S等模式下，对家庭环境中的网络进行操作与控制。尤其是长时间出差家居环境需要通风换气、环境监控，移动终端设备都可借助以上流程完成远程操作。
　　4 结束语
　　物联网技术是基于互联网基础上的设备控制终端与设备之间的管理控制技术。在物联网备受推崇的当下，智能家居理念的深入让物联网技术应用有了更广泛的区域领域。故而，研究选择物联网技术支撑下的智能家居作为研究对象，对相关组成板块及技术控制、功能发挥等进行了深入探讨，期为智能家居的科技化、低碳化、便捷化、普及化发展提供必要理念实践支撑。当然，作为物联网技术应用的研究者，更应该专注于理论在实践层面的应用，并适应不同需求提出可持续性的应用方案。
　　参考文献：
　　[1] 包依勤. 基于物联网技术的智能家居系统的研究与探讨[J]. 物联网技术， 2013， 3（7）： 38-41.
　　[2] 王志军. 基于物联网技术的智能家居系统的实现研究[D].淮南： 安徽理工大学， 2012.
　　[3] 吴晓， 周建平， 梁楚华， 等. 物联网技术在智能家居中的应用研究[J]. 物联网技术， 2012， 2（11）： 71-73.
　　【通联编辑：谢媛媛】
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