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基于物联网的智能家居系统设计与实现

来源:用户上传      作者:粱艺琼

  摘要:物联网技术是在计算机技术研究基础上发展而来的,对于信息产业来说是一种技术突破。物联网技术主要就是将局域传感网络与互联网技术进行结合,以此对物体进行调控和监察。物联网技术的出现改变了以往家居设计的模式,同时,我国提出的各项方针,为智能家居的应用提供了重要的帮助。
  关键词:物联网;智能家居;系统设计
  中图分类号:TP393 文献标识码:A
  文章编号:1009-3044(2020)01-0185-02
  在社会发展的新形态下,人们的生活品质不断提升,当前社会的主要矛盾也发生了根本性的变化,人们对生活的向往有了更加高层次的标准,希望生活更加智能化,居住空间更加舒适。物联网技术的出现成为提升人们生活品质的主要技术,为人们的日常生活带来了诸多的便利。
  1物联网智能家居概念
  物联网的智能化家居产业技术主要就是以住宅为应用的主要平台,通过采用综合性的技术,将安全防盗技术、通信技术等在同一家居环境中共同实现,构建满足日常居住需要和进行日常事务管理的系统,从而使家居生活更加方便、惬意,居住环境更加安全,同时具有艺术鉴赏价值,并且构建了集节能、环保为一体的智能家居生活环境。
  物联网技术中的智能家居,具体来说就是以住宅为基础,通过物联网技术对家居环境进行统一的调控,建立智能化的管理系统。
  物联网智能家居系统只有具备多元化的功能才能被称作是智能家居。在智能家居中网络连接速度具有严格的要求;在家居内不仅可以进行自动化办公,同时还需要满足人们对于娱乐生活的需求,可以自动点播、远程教学等;为了保证家居环境的安全性,需要二十四小时全方位进行监控;如果发生危险可以自动进行报警;同时还可以为家中的老人提供智能医疗与监护;家居智能管理功能主要就是体现在日常中的抄送收费等服务;家居商务系统可以实现网上购物等服务。
  基于智能家居所具有的多元化功能,也可以说物联网智能化家居实际就是充分发挥物联网的技术优势将信息与家居进行紧密的融合,保持信息设备与住宅用户设备直接的协调,以此提升家居空间的舒适性,实现信息化管理,为人们的家居生活带来信息技术的改变。物联网智能化家居的主要目的就是为人们提供便捷、舒适的居住环境,满足人们在家居生活中的多种需要,提供医疗等多种服务。
  2物联网智能家居网络系统方案设计
  2.1设计需求
  本文在进行设计时,充分结合物联网技术的优势,利用智能家居的特征,对系统进行优化。该设计可以满足多种需要,其中安防功能主要就是对使用智能系统对家中情况进行检测,发现异常可以自动触发报警。舒适度自主调节功能,可以对室内温度变化进行实时的监测,根据用户需要对室内温度进行调节。调控功能可以利用互联网发出指令,并对其进行及时的反馈。通信功能主要就是当住宅内发生火灾等危险情况时,即使住宅内没有人,依然可以通过该功能提醒用户。
  综上所述,本系统设有多种不同功能的控制系统,在一定程度上满足了人们的舒适和安全需要,同时该系统还可以对数据进行深入的分析和研究。
  2.2整体设计
  本设计的主要设计宗旨就是减少资金的投入,对能耗进行控制,在科学技术不断创新的基础上,此设计中硬件设备并没有投入过多的资金。从实用性方面考虑,本设计主要由嵌入式设计为主,嵌入式技术近些年来发展非常迅速,与之对应的软件也随之产生,从根本减少可设计开发成本。
  如图1所示为基于物联网的调控系统结构,在该模型中包含局域网与互联网两个部分,可以采用无线和有线两种方式进行连接。互联网单元主要就是以用户的个人手机和远程监控界面进行控制。在硬件方面,采用目前最为先进的处理芯片,可以满足系统的所有需要。电路设计没有烦琐步骤,以减少消耗为主要的设计思路。软件层面,以单元化变成为主要的设计方式。
  从通信方式方面来看,本系统可以及时传输家居环境中的所有信息,并且该系统开发性较强,可以在本系统内与多个单元进行双方的通信,通信效果不会受到其他因素的影响。
  2.3系统软件体系结构的设计
  本设计以降低能耗为主要的设计目的。在充分利用模块的基础上采取科学的方法进行设计,不同单元之间以连接接口产生联系,有效减少了能耗,同时还可以以最简单的方式对系统进行维护和管理。在不需要的时候该系统可以自动进行休息模式,避免产生能耗。在通信层面,后续操作中应该注意数据的完整性等问题。
  3智能家居系统硬件设计
  3.1通信单元设计
  在通信过程中需要不同节点与智能网关保持紧密的联系,并且通过使用ZigBee得以实现,因此该单元是智能家居系统中最为主要的一个单元,该单元的运行稳定性直接影响智能家居系统并的实现。
  在设计过程中应用ZigBee技术具有显著的优势,其可以不受外界因素的影响,抗干扰性能优越;另外该技术使用的算法可以避免數据的丢失,同时可以合理储存数据;使用该技术进行传输,可以在最短的时间内进行传输,时效性非常强。
  如图2所示为TC35单元硬件模型图,在本文具体设计中,GSM单元主要就是对数据进行智能化的分析,准确进行连接,该单元可以将接收到的信息传输到使用者的接收器中,使用者可以利用该接收器发出指令。
  在操作过程中因为TC35 GSM模块在使用方面优势明显,所以作为设计首选,该单元产生的能耗比较少,并且不需要过多的空间,同时其可以利用双频道。
  3.2采集单元设计
  在智能家居系统设计中将使用专门的模块对温度进行全面的采集。在连接的过程中,需要严格按照连接顺序进行连接,如果出现连接错误将会影响模块的使用。
  3.2.1温度传感器单元
  型号为DS18820的模块可以对五十五度以上的温度进行测量,满足人们对于智能家居的所有需要。并且该模块具有诸多优点,体型精巧,实用性强,在操作中没有复杂的内容。可以在房间等多种场合广泛进行应用。在进行连接时只需要一根导线,就可以实现两端的信息传输。   3.2.2湿度传感器单元
  现代人对生活品质非常重视,而居住环境的湿度直接影响人们的居住品质。在本设计中设计了具体的采集和监测湿度环节。通过湿度传感器可以对居住环境内的湿度变化进行监测。湿度传感器只需要使用一根线就可以进行通话,与温度传感器在设计方面具有相同性,通过MCU发送信号,如果其没有发出信号,将会处于低消耗模式运行。同时在本设计中还设计了保证安全的安全防卫系统,该系统可以对危险事故进行监控,一旦发现异常会马上进行报警。通常情况下,家庭基本都会处于无人的状态,应用该系统可以有效减少安全事故的发生概率。
  3.2.3火警监测单元
  在本设计中主要以一氧化碳浓度为火灾报警的主要标志,可以使用MQ-7传感器来实现。该传感器可以对一氧化碳浓度进行实时的检测,灵敏性较强。此外其使用寿命比较长,可以轻松进行安装。利用该芯片可以对一氧化碳浓度进行检查,并快速收集数据,当电压低时可以用于检测,当电压高时可以将收集到的气体进行驱散。为了使发生火灾时,用户可以在第一时间知晓,本设计中特别设置了蜂鸣器用于火情的检测,当火灾发生时蜂鸣器报警装置会被自动触发。
  3.2.4红外帘幕传感器
  目前家庭中普遍使用传感器进行安全局检测,该设备可以在住宅附近位置进行安装,对外来人员的入侵进行感应,此传感器可以对住宅整体环境进行保护。当遇到紧急入侵时,红外幕帘传感器可以触发警报,保护住宅内人员的生命和财产安全。
  4智能家居系统中的软件设计
  本设计在进行过大量的实验研究后发现,IAR svstems的C/C++编译器生成的代码更加可靠,并且其可以在大范围的应用程序中进行使用,效果非常明显。与其他开发系统所使用的技术相比,其可以充分利用目前最为先进的芯片处理技术。
  当采集点采集数据结束后,可以以提前设置好的程序进行比较,并将分析结果向网关进行反馈。当反馈后,节点会自动停止工作,等待再次使用。
  调控点没有休眠状态,必须保持全天的工作状态,以便随时接收发送指令,根据不同工作流程的使用需要,对软件进行科学、规范的设计,可以使网络快速进行连接,满足数据传输的需要,减少能耗的产生。当控制节点的工作流程指令启动后,可以自动进行网络搜索,选择合适的网络进行连接。有时调控节能需要具有多种功能,为此在进行设计时需要采用多线程进行控制,多方面进行数据的采集和处理。
  智能家居系统中网关节点具有发送指令等多种功能,通过接收信息,可以利用網关对数据进行深入的分析,从而为下一步工作的开展提供准确的依据。为了保证数据处理的准确性和及时眭,本设计采用多线程技术,对数据进行针对性的处理。
  用户通过手机登录终端可以对家居内环境情况进行查阅,对家居电器进行实时的操控,在设计界面中可以显示温度、安防等多个界面,满足用户对于智能化的所有需要。
  5结论
  综上所述,物联网技术的发展为人们提供了智能化的家居生活,随着物联网技术的不断发展,其将会不断拓宽智能技术的应用领域,发挥科学技术的应用优势。
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