時間：2023-03-01 16:31:05
序論：在您撰寫物聯(lián)網與智能家居時，參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導您走向新的創(chuàng)作高度。
1 緒論
1.1 物聯(lián)網智能家居定義
關于物聯(lián)網，簡單來說就是通過裝置在各類物體上的SIM卡、傳感器、二維碼等，經過接口與無線網絡相連，給物體賦予智能，可實現(xiàn)人與物體間和物體與物體間的溝通和對話，這種將物體連接起來的網絡被稱為“物聯(lián)網”。
1.2 物聯(lián)網智能家居背景
智能家居是在互聯(lián)網的影響之下物聯(lián)化體現(xiàn)，物聯(lián)網智能家居的起源是在20世紀80年代初，隨著大量采用電子技術的家用電器面市，住宅電子化（HE，Homen Electronics）的出現(xiàn)。80年代中期，將家用電器、通信設備與安保防災設備各自獨立的功能綜合為一體后，形成了住宅自動化概念（HA，Home Automation）。80年代末，由于通信與信息技術的發(fā)展，出現(xiàn)了對住宅中各種通信、家電、安保設備通過總線技術進行監(jiān)視、控制與管理的商用系統(tǒng)，這在美國稱為Smart Home，也就是現(xiàn)在智能家居的原型。
2 物聯(lián)網智能家居體系結構
2.1 智能家居系統(tǒng)結構
智能家居通過物聯(lián)網技術將家中的各種設備（如音視頻設備、照明系統(tǒng)、窗簾控制、空調控制、安防系統(tǒng)、數(shù)字影院系統(tǒng)、影音服務器、影柜系統(tǒng)、網絡家電等）連接到一起，提供家電控制、照明控制、電話遠程控制、室內外遙控、防盜報警、環(huán)境監(jiān)測、暖通控制、紅外轉發(fā)以及可編程定時控制等多種功能和手段。
2.2 智能家居消費結構
智能家居作為一個新生產業(yè)，處于一個導入期與成長期的臨界點，市場消費觀念還未形成，但隨著智能家居市場推廣普及的進一步落實，培育起消費者的使用習慣，智能家居市場的消費潛力必然是巨大的，產業(yè)前景光明。 正因為如此，國內優(yōu)秀的智能家居生產企業(yè)愈來愈重視對行業(yè)市場的研究，特別是對企業(yè)發(fā)展環(huán)境和客戶需求趨勢變化的深入研究，一大批國內優(yōu)秀的智能家居品牌迅速崛起，逐漸成為智能家居產業(yè)中的翹楚！ 智能家居至今在中國已經歷了近12年的發(fā)展，從人們最初的夢想，到今天真實的走進我們的生活，經歷了一個艱難的過程。
3 中國智能家居發(fā)展現(xiàn)狀
3.1 中國智能家居技術現(xiàn)狀
我國的物聯(lián)網智能家居的發(fā)展與國際上相比是還是有一定差距的， 目前我國流行的433M，315M無線產品采用的技術都屬于國際淘汰的落后技術，這些技術在安全性，可靠性，抗干擾能力，自修復能力等等方面已經完全不能適應物聯(lián)網智能家居的發(fā)展。至于藍牙（包括低功耗藍牙）在安全性方面一直存疑，致使除西方發(fā)達國家外的其它國家都不敢大規(guī)模采用。WiFi因其便利性廣受家庭用戶歡迎，作為一種普通的網絡接入技術它無可厚非，但作為智能家居無線技術（WiFi包括低功耗WiFi）還存在安全性差、組網規(guī)模小、無自修復能力等缺點，尚不能滿足智能家居的需求 。
在2011年11月28日，工業(yè)和信息化部印發(fā)《物聯(lián)網“十二五”發(fā)展規(guī)劃》中指出，“推進傳輸技術突破，重點支持適用于物聯(lián)網的新型近距離無線通信技術和傳感器節(jié)點的研發(fā)，支持自感知、自配置、自修復、自管理的傳感網組網和管理技術的研究”協(xié)調推進產業(yè)發(fā)展，以形成和完善物聯(lián)網產業(yè)鏈為目標，引入多元化的競爭機制，協(xié)調發(fā)展與物聯(lián)網緊密相關的制造業(yè)、通信業(yè)與應用服務業(yè)。
物聯(lián)網的目的是要將各種信息傳感傳動單元與互聯(lián)網結合起來從而形成一個巨大的網絡，在這個巨大網絡中，傳感傳動單元與通信網絡之間需要數(shù)據(jù)的傳輸。物聯(lián)傳感技術是全球第一個利用物聯(lián)網來控制燈飾及電子電器產品（我們通稱為zigbee產品），并將其作為智能家居主流產品走向了商業(yè)化。它在自配置、自修復、自管理、低功耗，高安全、抗干擾等方面有著非常獨特的優(yōu)勢。
3.2 中國智能家居研究現(xiàn)狀
相較于傳統(tǒng)的智能家居，物聯(lián)網智能家居不僅具有傳統(tǒng)的居住功能，兼?zhèn)浣ㄖ⒕W絡通信、信息家電、設備自動化，提供全方位的信息交互功能，甚至為各種能源費用節(jié)約資金。物聯(lián)網智能家居與傳統(tǒng)的智能家居在通信方式上有著明顯的差別。傳統(tǒng)智能積極的通信方式是有線，這種方式主要的缺點是前期安裝施工和后期改造比較麻煩，且不易維修。而物聯(lián)網智能家居的通信方式是無線，這種方式的最大優(yōu)點在于給設備的擴展留有足夠的空間，便于后續(xù)的自由擴展。
物聯(lián)網智能家居能實現(xiàn)用戶家庭的最大智能化，更符合現(xiàn)代家庭的需求。物聯(lián)網智能家居最大限度的將家居設備連接到一個局域網上，實現(xiàn)了用戶家庭的最大化智能。它可以將家居中的所有物品連接起來，實現(xiàn)家居網絡中所有物體均可被尋址、所有物體均具有通信能力、所有物體均可作、部分物體具有傳感與信息上傳共享功能。
4 總結
家居生活邁向智能化是必然趨勢，而隨著物聯(lián)網等新興技術相繼進入智能家居行業(yè)，眾廠商也各自形成了自己的特色產品，價格也逐步向平民化的趨勢邁進。從有線到無線、從概念炒作到應用實施，智能家居經過十幾年的發(fā)展歷程，終于實現(xiàn)了質的跨越。未來的智能家居，將會更好的為用戶服務。而物聯(lián)網則成為智能家居發(fā)展的一道重要分水嶺，將對智能家居的發(fā)展方向、產業(yè)規(guī)模進行拓展和延伸。物聯(lián)網時代下的智能家居將更加具有發(fā)展?jié)摿Α?/p>
參考文獻：
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關鍵詞：物聯(lián)網；智能家居；課程建設；項目式教學
中圖分類號：g712文獻標識碼：a文章編號：1672-5727（2014）07-0107-03
“智能家居”的概念自20世紀80年代被提出后，進入21世紀才引起社會的廣泛關注。隨著智能家居技術的不斷成熟、產品不斷完善、市場不斷發(fā)展，人們對它由陌生變熟悉，逐漸地由“遠觀”到真正應用于家庭生活。正是因此，以往對智能家居的定義已經不夠準確而詳盡，現(xiàn)在非常有必要重新審視智能家居的定義，以適應智能家居行業(yè)的新發(fā)展。特別是“物聯(lián)網”概念提出以后，學術界開始大量探討與物聯(lián)網智能家居相關的概念、技術及標準，產業(yè)界也開始在多個領域加強對智能家居技術的應用，數(shù)百所高等院校相關專業(yè)都開設了“智能家居”課程。
目前物聯(lián)網的現(xiàn)狀與當初的互聯(lián)網非常相似，今天的互聯(lián)網已經形成了巨大的產業(yè)規(guī)模并衍生出很多行業(yè)。作為物聯(lián)網最主要、最重要的組成部分，物聯(lián)網智能家居也將經歷這樣一次升級。家用電器的數(shù)量遠遠超過電腦、手機的總和，如果再加上各種諸如智能眼鏡和智能手表之類的無線傳感器、控制器，數(shù)量上就會是傳統(tǒng)電腦及手機的幾十倍甚至上百倍，可以說，單單一個物聯(lián)網智能家居的市場可能就是傳統(tǒng)互聯(lián)網及移動互聯(lián)網總和的幾十倍以上。從某種程度上來講，離開了智能家居，智慧城市或者智慧地球就失去了存在的基礎，可以說智能家居將成為物聯(lián)網最主流的應用市場。
課程開發(fā)
為了體現(xiàn)工學結合的辦學特色，我院在開設“物聯(lián)網應用技術專業(yè)”之初，就堅持以職業(yè)崗位能力為核心的人才培養(yǎng)模式，開發(fā)了體現(xiàn)工學結合的課程體系，并根據(jù)技術領域和職業(yè)崗位的人才需求，突出專業(yè)技能的培養(yǎng)，形成了“理論與實踐相融合，以職業(yè)崗位作業(yè)流程為導向”的模塊化課程體系。通過開設一體化的專業(yè)實踐技能課程，將理論與實踐相結合，加強學生的綜合技能訓練；推進課程與企業(yè)崗位技能需求相互融合，與就業(yè)崗位相互銜接，突出培養(yǎng)學生的實際操作經驗；將職業(yè)資格、職業(yè)技能教育與院校日常教學相結合，大力推進實務專題、頂崗實習，培養(yǎng)學生專業(yè)崗位的實踐能力。
物聯(lián)網的行業(yè)應用包括智能交通、智能大棚、智能電網、智能家居、智能醫(yī)療等等，對于具有交通行業(yè)背景的院校而言，一般要開設“智能交通”課程；對于農業(yè)類院校而言，一般應開設“智能農業(yè)大棚”課程；對于電力行業(yè)院校而言，可能就要開設“智能電網”課程。而我院是信息類院校，沒有專門的行業(yè)背景，所以根據(jù)福建省產業(yè)發(fā)展特點及我院的實際情況，并征求企業(yè)專家和專業(yè)教師的意見，制定了專業(yè)培養(yǎng)方案和課程體系，其中包括“智能家居”課程。
課程建設
物聯(lián)網智能家居的內涵究竟是什么？哪些技術是核心技術？哪些產業(yè)或產值才真正屬于“智能家居”？這些問題看似簡單，但又難以回答。當前，從技術發(fā)展、產業(yè)規(guī)模、行業(yè)標準等方面還不能明確回答上述疑問。也正是因此，市場上關于“智能家居”的技術及應用各不相同，能夠作為高職院校教學材料的資料、書籍及實驗設備就更加少之又少。只有從務實的角度考慮，將智能家居引向以“實際應用”為目標的發(fā)展思路上，夯實智能家居的核心技術，拋開概念，注重應用，智能家居才能成為獨立的學科專業(yè)，具有明確的科研方向，為物聯(lián)網新興產業(yè)服務。
因此，我院成立了“智能家居”課程建設小組，明確責任，分工合作，從案例資料收集、企業(yè)調研、教材編寫、實驗室建設等多方面推進課程的建設。截至目前，已完成課程標準（教學大綱）的制定、校本教材的編寫及實驗室的建設，圓滿完成了課程建設任務。
課程設計
本課程依據(jù)企業(yè)對物聯(lián)網智能家居系統(tǒng)工程實施過程中的技能要求，以項目為單位組織教學，將智能家居各子系統(tǒng)的相關知識點和技能要素直接融入項目教學和實驗實訓的各個環(huán)節(jié)中，讓學生在技能訓練過程中加深對專業(yè)知識和技能的理解與應用，培養(yǎng)學生的關鍵能力，滿足學生職業(yè)生涯發(fā)展的需要。
學習情境設計根據(jù)智能家居系統(tǒng)的實際工作崗位需求，以培養(yǎng)學生職業(yè)能力為重點，引入具有一定代表性的行業(yè)應用項目案例，從中分解知識點作為子項目，從簡單到復雜，將該學習領域課程劃分為5個學習情境，各學習情境的教學過程以行動為導向，以學生為主體，基于工作過程加以完成，如表1所示。
教學設計以智能家居的相應子系統(tǒng)為項目，采用一體化教學模式，邊學邊做。以實際工程建設過程為切入點，選取典型工作情境，分組實施。按照情境導入、項目分析、方案制定、項目實施、小結評價5個教學環(huán)節(jié)進行教學設計。以視頻監(jiān)控項目為例進行的教學過程設計，如圖1所示。當然，項目的選取要根據(jù)各院校的實際情況（包括實驗實訓設備、專業(yè)教師能力以及合作企業(yè)等）而定。
教學方法與手段“智能家居”課程是一門理論性與實踐性相結合的課程，有些學生在此之前可能對“智能家居”知之甚少，因此授課過程中應以實際應用為主，以理論講授為輔，靈活運用多種教學模式，充分發(fā)揮傳統(tǒng)教學與現(xiàn)代教學的優(yōu)勢。（1）課堂講授。要將原理和概念深入淺出地講清、講透，并引導學生逐步理解課程的重點和難點，讓學生掌握基本概念、基本理論和基本技術，但不能講得太深，夠用即可。（2）實際工程項目參觀。在課程講授過程中，可安排并帶領學生參觀相關企業(yè)的建設項目和樣板演示，目的是使學生對智能家居有感性認識。（3）實際練習。充分利用本校實驗環(huán)境，在任務驅動課程設計理念的指導下，根據(jù)實際案例，按照工作過程步驟連貫進行，使理論與實踐的結合更緊密。（4）相互評估。在學生完成相關任務后，采用小組成員間和小組間相互檢查、測試、評分的方法，讓學生了解自己的不足，相互學習，取長補短，共同進步。（5）課外閱讀指導。目前物聯(lián)網智能家居技術及應用多樣化，但標準不統(tǒng)一，所以要鼓勵學生查閱相關的網絡資源和輔助文獻，以進一步拓展學生的知識面。
教學成效
從理論到實踐，變被動為主動培養(yǎng)高技能應用型人才，需要加強學生實踐操作、團隊合作等關鍵能力的培養(yǎng)，特別是對于一些課程的學習，許多學生只有在理解課程與未來工作的相關性之后，才能夠有目的、有意識地積極學習。因此，針對“智能家居”課程，應采取以實踐教學為主、以理論教學為輔的教學方式，體現(xiàn)“做中學、學中做”的思想，激發(fā)學生的學習熱情，使學生從傳統(tǒng)的“要我學”轉變?yōu)椤拔乙獙W”，從而變被動教為主動學。
形式多樣、思想開放結合每節(jié)課學習的實踐和理論知識，課后組織討論，師生座談，積極閱讀物聯(lián)網和智能家居方面的資料書刊，結合學生的興趣，在課程組教師的帶領下或自發(fā)地成立智能家居相關子系統(tǒng)的項目小組，如“視頻監(jiān)控小組”、“門禁系統(tǒng)小組”、“環(huán)境監(jiān)測小組”、“智能窗簾小組”等，對智能家居進行多角度的深入探討。
校企合作、提高能力在“智能家居”課程教學過程中要加強對學生實踐能力的培養(yǎng)，通過到企業(yè)參觀、到工程現(xiàn)場實踐、請企業(yè)管理人員介紹系統(tǒng)建設經驗及存在問題與原因分析等方式，培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，其效果主要體現(xiàn)在兩個方面：其一，使學生明確自己的興趣取向及理論知識的掌握情況，為學生選擇畢業(yè)論文題目及就業(yè)方向打下良好的基礎；其二，通過參加課外參觀實踐活動，增加學生關于智能家居工程項目建設的經驗。
存在問題
第一，本課程采用分組項目教學，學生需要通過團隊協(xié)作完成相關任務，因此出現(xiàn)一些學生依賴小組其他成員完成任務的情況，需要在教學過程中加強引導。
第二，項目式教學需要更好的場地和設備，因此要完善實訓教學條件，加強互動教學模式建設，不斷改進校企合作模式。
第三，項目式教學需要更多的現(xiàn)場指導和手把手的示范，教師的工作量增加，由一個任課教師講授、指導，難免顧此失彼，因此可組織課程教學團隊，由幾個教師共同完成同一教學任務，同時引入企業(yè)人員參與部分教學，教學效果更佳。
第四，本課程涉及的知識面廣、技能復雜，如何協(xié)調好有限的教學課時與多而廣的教學內容之間的矛盾，進行適當?shù)膬热菰鰷p，是今后教學中需要不斷探討的
問題。
第五，目前關于智能家居的相關教材資料很少，能夠適合項目式教學需要的教材更是少之又少。因此編寫高職院校學生適用的“智能家居”教材非常必要，任務緊迫，與智能家居相關的技術及國家標準也在不斷改進和完善過程中，所以教材及課程內容要實時跟蹤、不斷改進。
“十二五”期間，由于物聯(lián)網起步伊始，智能家居行業(yè)方興未艾，而我國真正從事該行業(yè)的人才極其匱乏，智能家居行業(yè)不僅是我國物聯(lián)網產業(yè)的重要組成部分，也是未來社會發(fā)展的必然趨勢。可以斷定，物聯(lián)網技術必將不斷升級，發(fā)展成為“國家戰(zhàn)略性新興產業(yè)”，國家對物聯(lián)網行業(yè)的推動及智能家居行業(yè)本身巨大的市場需求和廣闊的發(fā)展空間，必將產生對該行業(yè)人才的巨大需求。
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關鍵詞 物聯(lián)網 智能家居 Arduino Yeelink
中圖分類號：TP273.5 文獻標識碼：A
0 引言
在互聯(lián)網日趨成熟的信息化時代，人們對未來生活中，將各種產品設備融入網絡，實現(xiàn)智能化的識別和管理的設想和憧憬已成為可能。而家居物聯(lián)網因與人們生活密切相關、技術實現(xiàn)難度不大、需求量大、具有很廣闊的市場和研究前景而倍受重視，是整個物聯(lián)網的最小集成單位。
隨著物聯(lián)網概念的出現(xiàn)，將物聯(lián)網技術運用到智能家居上成為熱門話題。家居物聯(lián)網的發(fā)展，將改變人們的生活，推動人們生活方式的變革。可以說智能家居的是以住宅為平臺，兼?zhèn)浣ㄖ⒕W絡通信、信息家電、設備自動化，集系統(tǒng)、結構、服務、管理為一體的高效、舒適、安全、便利、環(huán)保的居住環(huán)境。
目前智能家居的技術在快速發(fā)展，但是還不是非常成熟，因此需要對智能家居進行深一層的研究，設計出符合目前家庭應用的模型。
1 智能家居物聯(lián)網的概述
1.1 智能家居物聯(lián)網的基本架構
通過物聯(lián)網技術，智能家居可以將家中的各種設備連接到一起，提供對家庭電器的控制、電話遠程的控制、安全防盜自動報警、以及可設定控制等多種功能和手段，為用戶提供高品位、環(huán)境適宜、安全宜人的家庭生活空間。此外、還提供全方位的信息交互功能，與外部保持信息交流暢通，優(yōu)化人們的生活方式，幫助人們有效安排時間，增強家居生活的安全性，甚至為各種能源費用節(jié)約資金。如圖1所示：
在物聯(lián)網的運用中，家居物聯(lián)網系統(tǒng)是最小集成單位，同時也是實現(xiàn)統(tǒng)一融合的物聯(lián)網網絡的最小系統(tǒng)。物聯(lián)網的技術架構分為感知層、網絡層和應用層。而對應家居物聯(lián)網的技術架構相似的可分為4層：（1）家居物聯(lián)網的感知層：傳感器、集成RFID識別等新型技術的物聯(lián)家電終端、二維碼標簽以及通信模塊等設備實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集以及信息的。（2）家居物聯(lián)網的網絡層：收集家居物聯(lián)網的感知層上終端設備的數(shù)據(jù)并進行處理，使各個終端設備互聯(lián)起來，同時實現(xiàn)對不同傳輸類型和協(xié)議兼容，是家居物聯(lián)網的數(shù)據(jù)傳輸管道。（3）家居物聯(lián)網的控制管理層：通過家居物聯(lián)網的網絡層來控制和管理家中的終端設備，可近似比喻為家居物聯(lián)網系統(tǒng)中的客戶端，實現(xiàn)人與家居物聯(lián)網絡各種終端的交互，實現(xiàn)互聯(lián)世界對物理世界的操作，是整個家居物聯(lián)網的核心部分。（4）家居物聯(lián)網的用戶層：是家居物聯(lián)網的使用者，也是家居物聯(lián)網服務的對象。
1.2 智能家居物聯(lián)網的基本功能
典型的智能家居具有以下功能： 家居安全監(jiān)控、家電控制、家居管理、 家庭教育和娛樂、家居商務和辦公，如圖2所示。
家居安全監(jiān)控模塊：主要是家庭安防監(jiān)控系統(tǒng)，在傳統(tǒng)的安防系統(tǒng)上與網絡互連，達到用戶可遠程監(jiān)控的功能。
家電控制模塊：把家電產品的控制集成到PC電腦、智能手機等終端設備，實現(xiàn)隨時網絡控制家電的作用。
家居管理模塊：對家庭的家居，通過連接設備，把傳統(tǒng)的家居互連起來，達到隨時可以網絡控制家居的作用。
家庭教育和娛樂模塊：與家庭影院、在線視頻點播、電子游戲等功能集成，讓家庭的教育和娛樂也是網絡中進行。
家居商務和辦公模塊：可以在家庭辦公，實現(xiàn)商務談判，節(jié)省人們上下班時間，提供辦事的效率。
2 智能家居物聯(lián)網的簡易模型設計
2.1 傳統(tǒng)的智能家居物聯(lián)網的不足
傳統(tǒng)的智能家居系統(tǒng)，它的功能基本上可以滿足用戶的需求，但是對于硬件和軟件的要求比較高，導致傳統(tǒng)的家居物聯(lián)網系統(tǒng)無法快速地普及的原因之一。
一套能夠滿足家庭應用的智能家居系統(tǒng)，一般都需要2萬元以上的費用，而且外加設備的費用也不少，擴展性也不是很好，因此推廣起來比較難。
2.2 Arduino環(huán)境和Yeelink平臺的簡介
（1）Arduino是一個開源的、擁有簡單輸入/輸出的電路板，它沿用了Processing語言的開發(fā)環(huán)境且IDE（集成開發(fā)環(huán)境）完全免費開源。Arduino集成了許多單片機的底層代碼，無需了解單片機的復雜底層代碼，它只是通過簡單而實用的函數(shù)就可以調用到各種功能，例如接受多種傳感器傳來的感知環(huán)境，通過控制馬達、燈光和其它設備來達到用戶的需求。這便為快速的實現(xiàn)簡易的家居物聯(lián)網提供條件。
（2）Yeelink是目前定位于做一個開放的通用物聯(lián)網平臺，它主要提供傳感器數(shù)據(jù)的接入，存儲和展現(xiàn)服務，能夠為編程開發(fā)者、軟硬件廠商提供一個開源的物聯(lián)網平臺，使得物聯(lián)網開發(fā)者無需關心網絡服務器實現(xiàn)網絡互連的細節(jié)，就可以擁有駕馭物聯(lián)網電子產品的基本能力，提高開發(fā)的效率和降低開發(fā)的難度。
2.3 基于Arduino環(huán)境和Yeelink平臺的智能家居物聯(lián)網模型的設計
2.3.1 硬件要求
（1）Arduino主板一個（Arduino UNO）；（2）與arduino兼容的以太網板一個（以arduino官方開發(fā)的W5100以太網板為例）；（3）若干傳感器（以LED燈為例）；（4）若干連接電線。
2.3.2 設計原理
本實驗以yeelink為平臺，采用yeelink提供的網頁接口實現(xiàn)通過互聯(lián)網或移動互聯(lián)網對終端的控制。
為了方便實驗的進行和條件限制，本實驗主要實現(xiàn)通過互聯(lián)網或移動互聯(lián)網來管理控制與arduino 開發(fā)板連接的LED燈，從而實現(xiàn)遠程控制。編寫代碼燒錄進Arduino開發(fā)板，設定Arduino固定每個周期向yeelink服務器發(fā)出獲取命令來獲得傳感器的當前狀態(tài)，若需要改變arduino上LED燈的狀態(tài)，只需通過yeelink提供的網頁控制界面改變當前傳感器的狀態(tài)，當arduino在下一個周期發(fā)出命令，獲取當前傳感器狀態(tài)，通過判斷傳感器狀態(tài)已變化，則Arduino亦相應的改變LED燈的狀態(tài)，從而實現(xiàn)遠程控制。
如本實驗arduino以每3秒為一個周期向yeelink服務器發(fā)出HTTP的get命令來查詢對應LED燈的狀態(tài)，若想點亮LED，則用戶通過yeelink的控制界面發(fā)送HTTP的post命令更新LED燈的狀態(tài)為“開”，當arduino在下一個周期時查詢發(fā)現(xiàn)LED狀態(tài)從0變?yōu)?的時候，則arduino相應改變LED的狀態(tài)，LED燈便點亮了。同理，若想熄滅LED，用戶只需在yeelink控制界面更新LED燈的狀態(tài)為“關”，約3秒后便能熄滅Arduino開發(fā)板上的LED燈，如圖3所示。
3 總結
以物聯(lián)網為主要技術手段的新一代智能家居是實現(xiàn)家庭信息化、數(shù)字化社區(qū)的主要方式，已成為社會信息化發(fā)展的一個重要組成部分。雖然目前智能家居在我國的發(fā)展還不是很普及，但是隨著家居物聯(lián)網技術的不斷成熟和實施智能家居系統(tǒng)成本的不斷下降，以及人們對智能家居概念越來越接受等大環(huán)境下，家居物聯(lián)網在未來的發(fā)展中一定是一個非常有市場前景的行業(yè)。
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關鍵詞：物聯(lián)網，智能家居，控制器，單片機
0.引言
物聯(lián)網智能家居系統(tǒng)是通過互聯(lián)網，構成集家庭通信、設備自動控制、安全防范等功能于一體的控制系統(tǒng)，即把家庭中各種家用電器、保安裝置和計量設備連接到一起組成家庭內部網絡，由家庭智能控制器（中央控制器）進行統(tǒng)一管理。使用該系統(tǒng)，用戶可通過短信及互聯(lián)網等方式實現(xiàn)家居智能無線監(jiān)控。
1.物聯(lián)網簡介
物聯(lián)網的英文名稱為'TheInternet of Things” 。由該名稱可見，物聯(lián)網就是“物物相連的互聯(lián)網”。這有兩層意思：第一，物聯(lián)網的核心和基礎仍然是互聯(lián)網，是在互聯(lián)網基礎之上的延伸和擴展的一種網絡；第二，其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間，進行信息交換和通信。論文參考網。因此，物聯(lián)網的定義是通過射頻識別(RFID)裝置、紅外感應器、 全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網相連接，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網絡。
這里的“物”要滿足一定條件才能夠被納入“物聯(lián)網”的范圍：本方案可以滿足物聯(lián)網條件。1、有信號接收器，2、利用GSM無線通信技術。3、CPU自帶存儲功能。4、使用單片機與DSP芯片微控制器。5、操作系統(tǒng)界面是手機或者電腦。6、擁有專門的單片機和DSP應用程序。7、數(shù)據(jù)發(fā)送器是模擬啟動器。8、遵守互聯(lián)網協(xié)議。9、 唯一編碼就是電子標簽上唯一的代碼，也可以是小型遠程控制器的程序編碼序列。
2.物聯(lián)網智能家居系統(tǒng)的工作原理與功能
物聯(lián)網智能家居系統(tǒng)有四部分組成，分別是信號接收器、中央控制單元、模擬啟動器和遠程遙控控制器四部分組成，下面分別介紹。
2.1 信號接收器
由單片機控制的軟件程序的單元，用來接收主人發(fā)來的指令。
2.2 模擬啟動器
指令的執(zhí)行者，通過各種智能家居小型遠程遙控器的接口和相關指令來控制各種智能家居的相應功能，類似于電腦中的主板，通過它與各種各樣的智能家居相連。模擬啟動器是執(zhí)行單元，它需要按不同家電的要求，執(zhí)行相應的功能。
2.3 小型遠程遙控器
可嵌入手機中的信號收發(fā)芯片，通過它將主人的指令發(fā)送到信號接收器。
2.4 中央控制器
中央控制器是由單片機和DSP芯片以及其他相關器件組成的控制單元，它內部集成了四大系統(tǒng)：室內環(huán)境控制系統(tǒng)、安詳生活系統(tǒng)、夢幻燈光系統(tǒng)和安全家居系統(tǒng)，所有對智能家居的操作指令都是由中央控制器發(fā)出的。論文參考網。
具體工作圖原理為：
解釋為：用戶將要所達到的效果以文字的形式發(fā)送出去，信號接收器接收到信息后，轉化為可識別的代碼傳送到中央控制器，中央控制器進行必要的處理和分析后，一面將指令傳送到模擬啟動器，一面將指令傳遞到實時顯示模塊進行顯示，模擬啟動器根據(jù)指令，分別啟動相關的遠程控制器，從而達到對相應智能家居的控制與操作。完成相應操作后，遠程控制端口會返回一條完成指令，再由中央控制器通過信號接收器反饋給使用者，用戶可根據(jù)反饋信息決定下一步操作。
用戶不操作的情況下，中央控制器會自動接受、監(jiān)控各類傳感器，根據(jù)不同的設置要求，實時監(jiān)控各類環(huán)境數(shù)據(jù)，一旦變化超出設定范圍，中央控制器會自動產生指令，模擬啟動器會控制相應的智能設備進行調節(jié)，從而營造安全舒適的家居條件。
3.具體應用
本系統(tǒng)采用的是GSM無線通信技術，將手機或者電腦信號轉換為具體的發(fā)送指令，來遠程控制室內的家居，中央控制器則要按照具體的指令來啟動模擬啟動器，讓它在預定的步驟下，準確、及時地控制各種智能家居的工作。在本系統(tǒng)內部集成了四大系統(tǒng)：室內環(huán)境控制系統(tǒng)、安詳生活系統(tǒng)、夢幻燈光系統(tǒng)和安全家居系統(tǒng)，以安全居家系統(tǒng)為例說明其應用。
安全家居系統(tǒng)組成：
功能特點：
將系統(tǒng)中的防盜裝置裝在門窗上，當盜賊靠近門窗時，傳感器檢測到人體信號,門窗(窗簾)控制器發(fā)出指令,門窗自動關閉，如果盜賊滯留不走或強行突入，智能主控器會發(fā)出報警聲阻嚇盜賊并自動循環(huán)撥打15組報警電話，通知您和小區(qū)報警中心有盜賊入侵，以便及時采取相應措施。
在門上安裝報警器，當主人離家時，在遙控器上啟動設防狀態(tài)，如遇盜賊強行撬門，智能主控器便會發(fā)出報警聲阻嚇盜賊，同時還會自動循環(huán)撥打多組報警電話，通知保安人員或戶主及時應對。
若遭遇壞人入室，可即時發(fā)送報警信號，方便求救,也可用于家中老人、小孩意外事故和急病呼救報警。論文參考網。
當遇到大風來臨或雨雪將至，窗門還會自動關閉。窗戶立即自行關閉，令您出門無憂無慮。
當燃氣監(jiān)測器檢測到煤氣、液化氣.等有害氣體，智能控制器自動發(fā)出相應的指令，將窗戶、排氣扇自動開啟，同時發(fā)出警聲并將警情傳遞給主人手機或者電腦和保衛(wèi)處。
一旦有火災發(fā)生，傳感器會第一時間檢測到煙霧信號，智能控制器發(fā)出指令 ，將門窗打開，同時發(fā)出警聲并將警情傳報警中心或給主人手機或者電腦上。
具體執(zhí)行如下：
4.結束語
當今快速發(fā)展的時代，人們對生活快節(jié)奏的要求越來越迫切，對生活質量的要求日益提高，尤其在發(fā)展比較快的大都市里，人們對時間的利用也越來越合理，而科技在迅猛發(fā)展，手機和電腦的普及率又達到了前所未有的水平，這樣就為物聯(lián)網的興起創(chuàng)造了先機。所以基于物聯(lián)網的智能家居系統(tǒng)，必然會成為現(xiàn)代人生活中不可缺少的一部分。
參考文獻
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【關鍵詞】物聯(lián)網 智能家居 設計與實現(xiàn)法
智能家居就是以住宅為平臺，兼?zhèn)浣ㄖ⒕W絡通信、信息家電、設備自動化，集系統(tǒng)、結構、服務、管理為一體的高效、舒適、安全、便利、環(huán)保的居住環(huán)境。智能家居系統(tǒng)可以為您提供家電控制、照明控制、窗簾控制、電話遠程控制、室內外遙控、防盜報警、以及可編程定時控制等多種功能和手段，使您的生活更加舒適、便利和安全。筆者所在的課題組利用當前智能家居技術的新理念與技術，開發(fā)技術先進、性能卓越、實用性強的物聯(lián)網智能家居實現(xiàn)系統(tǒng)，并指導學生掌握其管理與維護技術。
1 物聯(lián)網智能家居實訓系統(tǒng)組成和內涵
物聯(lián)網智能家居實訓系統(tǒng)由智能照明、智能安防、人臉識別門禁、智能音響、智能冰箱、能耗監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、智能窗簾等子系統(tǒng)，及物聯(lián)網應用上位機管理軟件組成，各子系統(tǒng)通過連接電纜進線連接，采用 ZigBee、wifi、3G 多種網絡技術傳輸傳感及控制信息。系統(tǒng)支持智能家居設計、安裝、調試以及應用編程等多種方式來鍛煉師生的技術水平，是一套既能展示物聯(lián)網智能家居應用，又能掌握相應技能和知識的實訓系統(tǒng)。
本開發(fā)平臺實現(xiàn)對物聯(lián)網三層（感知層，網絡層，應用層）的全方位技術運用，比較全面的兼顧了物聯(lián)網所涉及的各類技術，包括無線傳感器硬件、嵌入式軟件系統(tǒng)、Wifi、Internet 端應用軟件開發(fā)教學，設計提供了智能家居多個子系統(tǒng)的應用實訓，該系統(tǒng)所涉及到的技術主要包括：電子電路、2.4GHz 高頻通訊、ZigBee 無線網絡、無線傳感器、無線 SoC、嵌入式 ARM、UHF RFID 射頻識別、3G、Ethernet、服務端軟件開發(fā)。
開發(fā)平臺提供了功能強大的以 ARM 處理器為內核的網關硬件和自主研發(fā)的網關核心軟件，不僅能完成多種無線網絡管理，傳感器和射頻識別信息處理，而且可以通過不同無線和有線網絡路徑，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C管理平臺，并存入數(shù)據(jù)庫，支持遠程訪問，并運用虛擬技術仿真智能家居場景及設備解決場地及設備制約因素。
2 系統(tǒng)功能
針對職院學生，主要鍛煉的是學生的動手能力和實際操作的技能。學生可以根據(jù)自己的設計想法改變模擬房間內環(huán)境，也可以通過一體式計算機通過因特網訪問房間內自動化服務器，對智能設備、視頻監(jiān)控等遠程控制、訪問。該裝置能進行智能家居系統(tǒng)設計、線路的設計與連接、調試、故障排除、系統(tǒng)配置等實驗和實訓。
在打分環(huán)節(jié)考慮到人為因素對比賽結果的影響，在系統(tǒng)中，特別設計了自動評分功能，對各個系統(tǒng)網絡連通性、電源接線、軟件配置進行自動化檢測，為實訓成績提供客觀的依據(jù)。
2.1 智能照明
包括智能照明管理軟件模塊、燈控模塊/調光模塊、通信模塊、燈具，通過和網關通信，支持本地控制和管理軟件遠程控制，本地可以設置感應開/關閉，并和光敏檢測模塊聯(lián)動，實現(xiàn)自動化。
2.2 智能安防
包括智能安防管理軟件模塊、窗磁、煙霧感應器、主動紅外入侵探測器、攝像機、雙鑒探測器對非法入侵、火情、煙塵等監(jiān)測，針對突發(fā)事件做出緊急處理，與 GSM/GPRS 短息貓聯(lián)動，當發(fā)現(xiàn)有異常時攝像機自動截取畫面并發(fā)送消息至指定手機或報警。
2.3 人臉識別門禁
人臉識別門禁系統(tǒng)由主人臉識別門禁機、門禁控制器和電鎖組成（聯(lián)網時外加電腦和網絡通訊設備），使用方式屬非接觸方式，出入人只要在人臉識別門禁機附近（30-80 厘米）晃動一次，人臉識別門禁機就能將識別結果發(fā)送到門禁控制器上，然后由門禁控制器進行檢查核對合法性，決定是否進行開門動作。整個過程只要在有效的使用范圍內均可實現(xiàn)門禁管理功能。人臉識別門禁機安裝門邊墻內外，而不影響其工作。
人臉作為每個人身體的一部分、不能復制、安全可靠。并通過網絡與電腦進行實時監(jiān)控（可由電腦發(fā)指令開/關所有門，并可實時查看所有門的狀態(tài)）、數(shù)據(jù)處理、查詢、報表輸出等。
2.4 智能音響
包括智能音響管理軟件模塊、情景音樂系統(tǒng)主機、高保真音箱，通過軟件平臺來控制音樂的播放。
2.5 智能冰箱
包括智能冰箱管理軟件模塊、RFID 讀寫器、食物冷藏柜。通過 RFID 技術實現(xiàn)食物管理功能，通過 PC管理平臺訪問，配合食品圖示，能看到冰箱內的食物信息，食品提醒設置，一旦冰箱內食物短缺或過期，就會發(fā)送短息到指定手機。
2.6 能耗監(jiān)測
包括能耗管理軟件模塊、智能插座、能耗統(tǒng)計模塊。通過智能插座實現(xiàn)所有電器通過數(shù)據(jù)采集終端，無線網絡，實現(xiàn)無線抄表、管理功能。可以定制統(tǒng)計分析功能，并通過監(jiān)控系統(tǒng)控制臺、智能手機實現(xiàn)可視化查看和管理，體現(xiàn)綠色節(jié)能理念。
2.7 環(huán)境監(jiān)測
本系統(tǒng)包括環(huán)境監(jiān)測管理軟件模塊、溫濕度、光敏無線通信模塊。實現(xiàn)溫度、濕度、光敏等監(jiān)測，針對環(huán)境參數(shù)設備智能開啟相關設備自動調節(jié)環(huán)境溫濕度或與其他系統(tǒng)進行聯(lián)動，對突發(fā)事件做出緊急處理。
2.8 智能窗簾
本系統(tǒng)包括智能窗簾管理軟件模塊、窗簾控制器、電動窗簾，通過和網關通信，支持本地和管理軟件遠程控制， 本地可以設置感應開/關閉，并和光敏檢測模塊聯(lián)動，實現(xiàn)自動化。
2.9 上位機管理軟件
系統(tǒng)包括照明、窗簾、能耗、電器、安防、環(huán)境監(jiān)測、實訓評估模塊，本實訓管理平臺是以上各個系統(tǒng)的一個綜合性、集中管理平臺。內容包括：系統(tǒng)的實時狀態(tài)查看、遠程控制、數(shù)據(jù)存儲、統(tǒng)計分析、參數(shù)設置、預警。如圖1所示。
3 系統(tǒng)特色
真實的家居環(huán)境需要投入大量的人力物力，從實訓的角度來說，需要耗費大量的時間和經歷建造樣板房，投入巨大。因此，設計采用模擬家居環(huán)境的智能家居系統(tǒng)，將涉及到的應用及控制模塊和設備安裝部署在可收縮的網孔板機柜上，減少對空間的占用，并可應用于以后的實訓教學中。
智能家居實訓系統(tǒng)安裝在一個網孔板機柜上，可以收攏展開，展開后尺寸為 2.4m*0.8m*1.9m（長*寬*高），收攏后尺寸為 0.8m*0.8m*1.9m（長*寬*高），實訓設備可以自由安裝，具有很大的靈活性。
各系統(tǒng)的控制模塊均安裝在 86 盒內，可靈活部署在網孔板的任意位置，方便師生根據(jù)自己的設計完成施工。
4 總結
本文介紹了一個物聯(lián)網智能家居實訓系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)，系統(tǒng)中模擬了智能家居中的部分場景，并在實驗室環(huán)境中做了大量的模擬測試，程序運行良好?？傊?，進行基于 ZigBee 技術的物聯(lián)網智能家居系統(tǒng)的設計分析，有利于提升基于物聯(lián)網智能家居系統(tǒng)設計水平，促進在實際中的推廣應用，具有積極作用和價值意義。
參考文獻
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作者簡介
江進（1981-），男，江蘇省句容市人。碩士學位?，F(xiàn)為江蘇農林職業(yè)技術學院信息工程系教師。研究方向為計算機技術。
關鍵詞：物聯(lián)網 傳感網 以太網 物聯(lián)網網關
1 引言
物聯(lián)網是通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備，按協(xié)議與通信網絡相連接，進行數(shù)據(jù)信息交換和共享，以實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)采集和測量、智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網絡[1]。實現(xiàn)自動智能處理物品的信息狀態(tài)，并進行管理和控制，實現(xiàn)信息獲取和物品管理的互聯(lián)互通。F代社會科學技術、通信設備的不斷開發(fā)和應用，物聯(lián)網以“全面感知、無縫互聯(lián)、高度智能”的特性被視為第三次信息化浪潮[2]。隨著人們的生活水平不斷提高，居住條件不斷改善，生活品質不斷提升，物聯(lián)網智能家居應運而生，作為家居智能的核心部分，物聯(lián)網智能家居網關系統(tǒng)的研究、開發(fā)和建設必將是國家經濟發(fā)展的新趨勢。
物聯(lián)網智能家居是采用計算機網絡技術、無線數(shù)據(jù)傳輸技術、網絡布線技術、計算機接口技術將與家居生活有關的各個子系統(tǒng)如燈光、窗簾、煤氣、溫濕度、安防控制、信息家電、場景聯(lián)動等功能有機地融合在一起，應用各種通訊網絡實現(xiàn)互聯(lián)互通，利用必要的安全機制，達到網絡化綜合智能控制和管理。
現(xiàn)有的通信網絡主要用于人與人之間的信息傳遞，感知網則實現(xiàn)了人與物、物與物之間的無線通信[4]。但不足的是，各種感知網絡技術和通信協(xié)議都沒有形成相對統(tǒng)一的標準，并且傳感網的數(shù)據(jù)信息不能進行遠距離的傳輸，導致傳感網與以太網之間無法進行直接通信。為了解決這一矛盾，一種新型的網元設備――物聯(lián)網網關應運而生。
2 物聯(lián)網網關簡介
在物聯(lián)網智能控制系統(tǒng)中，通信網絡和傳感網絡是通過物聯(lián)網網關實現(xiàn)連接和設備管理的。物聯(lián)網網關屏蔽了感知網內部的異構性，并對感知網絡和終端節(jié)點進行管理。轉換和標準是物聯(lián)網網關的關鍵技術，屏蔽感知網異構性必須進行協(xié)議的轉換，建立統(tǒng)一的指令及標準是實現(xiàn)網關管理功能的必要條件[5]。物聯(lián)網網關是物聯(lián)網智能家居的核心，主要進行數(shù)據(jù)信息協(xié)議轉換、運行狀態(tài)控制、數(shù)據(jù)信息匯聚以及尋址認證等，這也是物聯(lián)網智能家居的數(shù)據(jù)信息匯聚中心和控制中心[6]。
3 物聯(lián)網網關基本功能
（1）數(shù)據(jù)轉發(fā)能力。物聯(lián)網網關作為互聯(lián)網與傳感網絡之間的通信橋梁，必須支持傳感器網絡內部數(shù)據(jù)的協(xié)同與匯聚，并以多種方式橋接傳感器網絡與互聯(lián)網。數(shù)據(jù)轉發(fā)是其最基礎的功能，能同時在傳感網終端、互聯(lián)網終端發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。
（2）協(xié)議轉換能力。傳感器網絡數(shù)據(jù)信息常規(guī)多采用IEEE 802.15.4等通信協(xié)議，以太網多采用TCP/IP協(xié)議通信，網關必須進行協(xié)議轉換。物聯(lián)網網關向下將下層不同標準格式的數(shù)據(jù)統(tǒng)一封裝，確保不同的感知網絡的協(xié)議變成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)和信令，向上將上層下發(fā)的數(shù)據(jù)包信息轉換成感知層協(xié)議能夠識別的數(shù)據(jù)信令和控制指令[7]。
（3）管理控制能力。對于任何網絡來說，管理控制功能是不可缺失的。對網關進行管理，如注冊、權限、狀態(tài)監(jiān)管等管理；對傳感器節(jié)點的管理，如器件標識、運行狀態(tài)、網絡屬性等管理；對智能家居的控制，如遠程監(jiān)測、機械控制、系統(tǒng)診斷、智能維護等。物聯(lián)網網關接收應用數(shù)據(jù)和信令，進行識別后下達給傳感器節(jié)點，實現(xiàn)物聯(lián)網網關對下層傳感器節(jié)點的管理與控制。但由于協(xié)議和技術標準不同，所以網關的管理能力也不盡相同。
4 物聯(lián)網網關系統(tǒng)設計
中國通信標準化協(xié)會（China Communications Standards Association，CCSA）將物聯(lián)網主要分為三層：第一層為感知層，第二層是傳送層，物聯(lián)網網關位于本層，第三層是應用層。
（1）感知層。感知層的關鍵技術主要有檢測技術、近距離通信技術，它是物聯(lián)網發(fā)展和應用的基礎[8]。感知層主要是由傳感網和采集數(shù)據(jù)信息設備搭建而成。數(shù)據(jù)采集通常利用各類傳感器、RFID、GPS、視頻攝像頭等設備來完成。傳感網絡是由多種數(shù)據(jù)采集設備和許多傳感器及其節(jié)點組建的。
（2）傳輸層。傳輸層的關鍵技術主要有遠程通信技術和網絡技術，以現(xiàn)有以太網為基礎，載入感知層獲取的數(shù)據(jù)信息進行遠程傳輸，實現(xiàn)感知網與以太網的結合。
（3）應用層。物聯(lián)網應用層是以數(shù)據(jù)為中心的物聯(lián)網的核心技術，利用經過處理的數(shù)據(jù)信息，為用戶提供遠程或近郊的控制和服務。各類信息通過各種設備在這一層進行處理和控制，各層之間通過可控的信息分析和運算為用戶提供各類服務。
4.1 物聯(lián)網網關系統(tǒng)的硬件設計
物聯(lián)網網關由嵌入式ARM9架構的32位RISC微處理芯片、GPRS/Zigbee通信模塊、FLASH模塊、ARM模塊、接口電路、電源等幾部分組成。感知層主要由MCS80C51處理器和CC2420無線射頻收發(fā)器通信模塊搭建而成，該模塊同時還搭載了嵌Zigbee通信模塊，實現(xiàn)網絡子節(jié)點間的數(shù)據(jù)傳輸[6]。物聯(lián)網網關硬件實物圖如圖1所示：
4.2 物聯(lián)網網關軟件系統(tǒng)設計
物聯(lián)網網關位于傳輸層，主要負責管理平臺與感知節(jié)點間的數(shù)據(jù)信息交互[9]。感知節(jié)點屬于系統(tǒng)中的感知層，其上嵌入了數(shù)據(jù)處理模塊，其主要作用是解析命令和上報數(shù)據(jù)，收集傳感數(shù)據(jù)信息，并上報給網關，同時接收網關下發(fā)的信令。傳感網內部的工作（如數(shù)據(jù)收集和時間同步等）則是通過數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議和基礎服務模塊共同協(xié)作完成。物聯(lián)網網關軟件結構如圖2所示：
感知節(jié)點和管理平臺之間的通信是通過網關來完成的，網關在接收到節(jié)點數(shù)據(jù)信息的同時，也向管理平臺接收和報送數(shù)據(jù)信息。管理平臺的信令是通過GPRS模塊和以太網模塊來接收和發(fā)送的。命令映射模塊進行信令解譯，并將信息傳輸給節(jié)點或網關。協(xié)議轉換模塊實現(xiàn)了傳感網數(shù)據(jù)包解析，并進行統(tǒng)一封裝[10]。日志管理和配置管理是網關的主要管理方式，用于記載重要事件和網關的配置信息，并進行數(shù)據(jù)上傳。數(shù)據(jù)信息發(fā)送和傳感網信令分發(fā)是由數(shù)據(jù)上報和命令模塊中sink節(jié)點來實現(xiàn)的。
綜上所述，系統(tǒng)的應用管理層是通過管理平臺來控制和管理網關與傳感網絡的，管理平臺在數(shù)據(jù)庫中自動保存數(shù)據(jù)信息和維護子系統(tǒng)，并進行數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)統(tǒng)計和數(shù)據(jù)存儲，實現(xiàn)了服務端和客戶端與網關之間的數(shù)據(jù)信息傳輸，同時為用戶提供便捷的操作界面[8]。
5 物聯(lián)網網關設計系統(tǒng)實驗測試
5.1 物聯(lián)網網關的數(shù)據(jù)信息丟包實驗測試
（1）傳感網節(jié)點之間數(shù)據(jù)信息傳輸過程中丟包。在物聯(lián)網網關硬件設計過程中，由于傳感器件的不穩(wěn)定性造成傳感網的不穩(wěn)定性，使得丟包現(xiàn)象時有發(fā)生，本網關的丟包實驗未對其進行測試。
（2）網關從串口讀取sink節(jié)點數(shù)據(jù)信息時丟包。從串口讀取sink節(jié)點數(shù)據(jù)信息丟包現(xiàn)象測試相較為簡單，為每一個數(shù)據(jù)包信息設置序列號，將發(fā)送的數(shù)據(jù)包與接收的數(shù)據(jù)包序列號進行比較。若相同，則說明沒有發(fā)生丟包現(xiàn)象，不相同則有丟包現(xiàn)象。
（3）網關與以太網等進行數(shù)據(jù)信息傳輸時丟包。測試此種丟包現(xiàn)象是在物聯(lián)網網關管理平臺程序設計過程中添加一段測試程序，使其能自動記錄發(fā)送的數(shù)據(jù)信息與未發(fā)送的數(shù)據(jù)信息，并記載與管理日志，在統(tǒng)計中發(fā)現(xiàn)此丟包情況較為少見。
本次實驗測試中，設置了10個不同的傳感器節(jié)點，發(fā)送數(shù)據(jù)信息周期為6 s。管理平臺每收集到2000個數(shù)據(jù)包信息作為一次丟包記載測試實驗，進行實驗十次的測試結果如圖3所示：
在圖3中，橫坐標的標值表示實驗次數(shù)，縱坐標的標值代表丟包數(shù)?？梢钥闯?，管理平臺在收集到1～2000個、2001～4000個、6001～8000個、12001～14000個、14001～16000個、16001～18000個數(shù)據(jù)包信息時，測試實驗丟包數(shù)為1個，管理平臺在收集到4001～6000個、8001～10000個、10001～12000個、18001～20000個數(shù)據(jù)包信息時，測試實驗丟包數(shù)為2個。10次實驗測試結果的平均丟包率為0.6‰，低于CCSA限定的最大丟包率1‰，通過測試實驗可知此設計符合標準要求。
5.2 物聯(lián)網網關的數(shù)據(jù)信息時延實驗測試
物聯(lián)網網關的數(shù)據(jù)信息時延也是測試網關性能的一項關鍵指標。網關的數(shù)據(jù)信息時延是指讀到一條完整的數(shù)據(jù)信息到完成發(fā)送這條數(shù)據(jù)信息之間的時間間隔[2]。本次實驗測試中，也設置了10個不同的傳感器節(jié)點，數(shù)據(jù)信息發(fā)送周期為6 s。網關每接收并發(fā)送1000個數(shù)據(jù)包信息作為一次數(shù)據(jù)包信息的平均時延實驗，進行10次實驗的測試結果如圖4所示。
在圖4中，橫坐標的標值表示實驗次數(shù)，縱坐標的標值代表平均時延，單位為ms?？梢钥闯觯?0次中管理平臺每接收并發(fā)送1000個數(shù)據(jù)包信息，數(shù)據(jù)包平均轉發(fā)時延依次為：8.728060822 ms、9.101037166 ms、8.798108656 ms、9.040832460 ms、8.709430585 ms、9.078904791 ms、8.729397024 ms、8.902405368 ms、8.789098456 ms。遠低于CCSA規(guī)定的平均時延的上限（IPTD）100 ms。
6 結束語
物聯(lián)網網關是物聯(lián)網智能家居的關鍵技術部分。本文設計了一種基于物聯(lián)網智能家居網關系統(tǒng)，利用現(xiàn)代信息技術與網絡技術，通過不同類型感知網之間的協(xié)議轉換和建立統(tǒng)一的指令與標準，實現(xiàn)傳感網與以太網間的數(shù)據(jù)信息接收和發(fā)送以及對感知網絡的管理與控制。為感知網絡和以太網之間數(shù)據(jù)信息傳輸建立了空中隧道。此系統(tǒng)經過實驗測試，具有良好的穩(wěn)定性和可控性。相信經過不斷的改進和創(chuàng)新研究，物聯(lián)網網關將被廣泛地應用于智慧城市、智能電網、遠程監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測等領域。
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關鍵詞：智能家居；物聯(lián)網；移動智能終端
中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2013）07-0038-04
0 引 言
世界上最早的智能建筑是1984年在美國誕生的，這之后，加拿大、歐洲、澳大利亞和東南亞等經濟比較發(fā)達的國家先后開始開發(fā)智能建筑和智能家居產品。智能家居在國外已發(fā)展了20多年，特別在一些發(fā)達國家，智能家居的普及率相當高，智能家居可以為人們提供一種高效、舒適、安全、便利、環(huán)保的家庭居住環(huán)境。在美國，蓋茨的被稱作“未來之屋”的豪宅堪稱當今智能家居的經典之作，所有的照明、音樂、溫度、濕度等，都可以根據(jù)客人的需要通過電腦任意調節(jié)；當你踏入一個房間，藏在壁紙后方的揚聲器就會響起你喜愛的旋律，墻壁上則投射出你熟悉的畫作；廁所里安裝了一套檢查身體的電腦系統(tǒng)，如果發(fā)現(xiàn)異常，電腦會立即發(fā)出警報；地板中的傳感器在感應到有人到來時就自動打開照明系統(tǒng)，在客人離去的同時自動關閉。在國內，智能家居經歷了10年的起步階段，發(fā)展速度緩慢。這主要是因為開發(fā)技術短期內不成熟，沒有形成完整的、全面的系統(tǒng)解決方案，主要集中在一些分散的智能家庭控制子系統(tǒng)的研究上，所以有必要對智能家居系統(tǒng)做研究和探討。
1 智能家居的架構
智能家居作為物聯(lián)網的一部分和人們的生活息息相關，是人們感受物聯(lián)網最直接的方式。通過智能家居系統(tǒng)，人們將充分感受到物聯(lián)網革命帶給人們的方便、快捷與智能化。圖1所示是智能家居系統(tǒng)的基本框架圖。下面對具有集中式信息處理模塊的智能家居系統(tǒng)作一簡要介紹。
圖1 智能家居系統(tǒng)框架
1.1 信息家電
信息家電應該是一種價格低廉、操作簡便、實用性強、帶有PC主要功能的家電產品。利用電腦、電信和電子技術與傳統(tǒng)家電相結合的創(chuàng)新產品，是為數(shù)字化與網絡技術更廣泛地深入家庭生活而設計的新型家用電器。在目前的傳統(tǒng)家電的基礎上，將信息技術融入傳統(tǒng)的家電當中，使其功能更加強大，使用更加簡單、方便和實用，為家庭生活創(chuàng)造更高品質的生活環(huán)境，比如模擬電視發(fā)展成數(shù)字電視，電冰箱、洗衣機、微波爐等也將會變成數(shù)字化、網絡化、智能化的信息家電。
1.2 信息處理模塊
為了使相互獨立的信息家電可以實現(xiàn)信息共享與協(xié)同工作，智能家居系統(tǒng)中必須具有專門的信息處理模塊。它的功能主要是收集家庭中各個家電的工作狀態(tài)和服務請求，對各種數(shù)據(jù)進行實時處理，并將結果送入功能驅動模塊。隨著家庭中信息家電的數(shù)量不斷增加，采用分布式的控制方式將具有更高的靈活性，這是未來智能家居系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。
1.3 通信模塊
如果說信息處理模塊是智能家居系統(tǒng)的大腦，那么通信模塊就是實現(xiàn)信息傳導的神經。根據(jù)家庭組網的特點，通信模塊常利用已有的布線（如電力載波），或者采用無線傳輸（如藍牙、紅外、Wi-Fi、ZigBee）等。出于不同的信息家電對傳輸?shù)膸捯蟛煌?，實際中的通信模塊常采用多種方式混合組網。
1.4 功能驅動模塊
功能驅動模塊是信息流入、流出各個信息家電的接口。由于各個電器生產廠商的產品在功能和實現(xiàn)上都有很大的不同，所以必須通過功能驅動模塊將信息處理模塊的指令翻譯成電器可以執(zhí)行的電平信號，以及將電器的各種狀態(tài)信息轉換成信息處理模塊可以理解的二進制信息。
1.5 外界信息接口模塊
該模塊可以看成是一個家庭通向外界（如Internet）的網關，它在家庭內部各種家電信息共享的基礎上，進一步實現(xiàn)了基于Internet的資源共享，從而更進一步實現(xiàn)了共享的深度和廣度，也將是未來智能家居系統(tǒng)發(fā)展的熱點。
2 物聯(lián)網技術
物聯(lián)網被稱為是繼計算機和互聯(lián)網信息產業(yè)后的第三次革命性創(chuàng)新[8]，物聯(lián)網應用無處不在。物聯(lián)網是讓所有的物品都能夠遠程感知和控制，并與現(xiàn)有的網絡連接在一起，形成一個更加智慧的生產生活體系。物聯(lián)網技術層次由感知層、傳輸層和應用層組成[10]，圖2所示是物聯(lián)網技術的層次結構。
物聯(lián)網以傳感器等傳感技術為基礎，實現(xiàn)信息采集和“物”的識別，通過傳輸層實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸與計算，經過應用層，實現(xiàn)所感知信息的應用服務。
3 智能家居的主要技術
智能能家居系統(tǒng)應用的主要技術包括網絡控制技術、通信技術和移動終端技術。
圖2 物聯(lián)網技術層次結構
3.1 網絡控制技術
3.1.1 通過家庭網關的互聯(lián)
家庭網關是智能家庭局域網的核心部分，主要完成家庭內部網絡各種不同通信協(xié)議之間的轉換和信息共享，以及同外部通信網絡之間的數(shù)據(jù)交換功能。同時，網關一般還負責家庭智能設備的管理和控制。
3.1.2 通過外部擴展模塊實現(xiàn)與家電的互聯(lián)
為實現(xiàn)家用電器的集中控制和遠程控制功能，家庭智能網關通過有線或無線的方式，按照特定的通信協(xié)議借助外部擴展模塊控制家電或照明設備。
3.1.3 嵌入式系統(tǒng)的應用
以往的智能家居中，絕大多數(shù)是由單片機控制的。隨著新功能的不斷增加和性能的不斷提升，將處理能力大大增強的具有網絡功能的嵌入式操作系統(tǒng)和單片機的控制程序作相應的調整，使之有機地結合成為完整的嵌入式系統(tǒng)。
3.2 通信技術
通信技術分為有線通信和無線通信技術，大多已日臻成熟?；赯igBee技術的智能家居無線網絡系統(tǒng)，由于具有低成本、低功耗、較遠的覆蓋范圍及通用性強的特點，將成為智能家居系統(tǒng)中的又一亮點，必將給現(xiàn)代智能家居系統(tǒng)帶來一場新的變革。
3.3 移動終端技術
移動智能終端以智能手機為代表，另外還包含平板電腦、筆記本、智能電視等。移動智能終端內嵌嵌入式操作系統(tǒng)，目前被廣泛推崇和得到迅速發(fā)展的是開放的、自由的Android系統(tǒng)[3]，主要應用在移動互聯(lián)網方面。移動互聯(lián)網是將移動通信和互聯(lián)網二者結合起來的、融為一體的移動通信網絡，在最近幾年里，移動通信和互聯(lián)網是當今世界發(fā)展最快、市場潛力最大、前景最誘人的兩大業(yè)務，它們的增長速度是任何預測家未曾預料到的。
4 智能家居的主要研究內容
智能家居系統(tǒng)可滿足個性化需求?？梢园床煌脩舻男枨?，定制不同的方案。同時，也可模塊化服務，以滿足不同層次客戶的需求。從客戶需求上分析，智能家居系統(tǒng)的主要研究內容如下：
（1） 通過移動智能終端，如智能手機等，隨時隨地控制家中電器的開關和監(jiān)測信息家電的工作狀態(tài)。
（2） 以“情景模式”一鍵組合控制家電，實現(xiàn)場景設定。
（3） 支持上述功能的同時，同樣可以使用家電原有的控制方式。
（4） 實時視頻，讓主人對家中的狀況一目了然。
（5） 當家中發(fā)生警情時，可以自動打電話或發(fā)短信通知，并同時通知小區(qū)的物業(yè)，保安可第一時間到達現(xiàn)場。
（6） 網關服務器的密碼以及網絡控制頁面的登錄密碼，可以隨時更改，保證系統(tǒng)安全性。
5 智能家居通信方式比較
智能家居不同廠商產品的區(qū)別主要體現(xiàn)在通信組網方式上。市場上所有的產品無外乎有兩種進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞?，分別是有線方式和無線方式。
有線方式即總線控制方式，如EIB、C-Bus、H-Bus、LonWorks、SCS、RS-485等。有線方式因為需要進行布置復雜的線路，對原有建筑造成不同程度的破壞，而且維護、擴展也會帶來很多局限性，所以，采用有線通信方式的智能家居產品正在逐漸被淘汰。
無線方式包括射頻、載波、Wi-Fi、ZigBee、藍牙等。本文的智能家居產品采用ZigBee組網方式，而目前國內僅有個別廠家采用ZigBee組網方式。表1所列是對各種無線組網方式的智能家居系統(tǒng)進行的比較。
在表1中，ZigBee技術是一種近距離、低復雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無線通信技術，主要適合于自動控制和遠程控制領域，可以嵌入各種設備中，同時支持地理定位功能。相對于現(xiàn)有的各種無線通信技術，ZigBee技術是最低功耗和成本的技術，這些特點決定了在智能家居中采用ZigBee組網是非常合適的。
6 基于ZigBee和移動終端技術的智能家居系統(tǒng)
6.1 系統(tǒng)框圖和主要實現(xiàn)原理
基于ZigBee的智能家居系統(tǒng)是未來智能家居系統(tǒng)的主流，該系統(tǒng)包含終端節(jié)點、路由器節(jié)點、傳感器網絡用戶終端、遠程監(jiān)控終端（如手機移動終端）等。圖3所示就是基于ZigBee和移動終端技術的智能家居系統(tǒng)圖。
圖3 基于ZigBee和移動終端技術的智能家居系統(tǒng)
在基于ZigBee和移動終端技術的智能家居系統(tǒng)中，終端節(jié)點是整個網絡的關鍵，它的作用是開啟并配置無線傳感器網絡。網絡啟動成功后，通過路由器節(jié)點、網絡用戶終端，無線傳感器網絡接收各節(jié)點的信息，并處理這些數(shù)據(jù)，將有用信息通過用戶交互程序顯示給用戶，然后接收用戶指令，再通過無線傳感器網絡將指令傳遞到相應的設備終端節(jié)點。如果要通過互聯(lián)網遠程控制，那么傳感器網絡用戶終端還要連接到互聯(lián)網，接收來自遠程智能終端的指令，起到無線傳感器網絡與遠程終端通信橋梁作用。
6.2 系統(tǒng)各部分的功能
6.2.1 終端節(jié)點
終端節(jié)點主要由傳感單元、處理單元、無線通信單元和電源單元四個基本單元組成，其結構如圖4所示。終端節(jié)點對于網絡的建立和維護沒有責任。其加入網絡后主要任務有兩個：一是通過傳感單元中的傳感器，采集物理信息并進行模擬量到數(shù)字量的轉換，處理單元負責信息存儲和處理，并送入無線通信單元，后者通過無線網絡上傳；二是接收用戶終端的指令，控制設備作出相應的動作。
圖4 終端節(jié)點結構圖
6.2.2 路由器節(jié)點
路由器節(jié)點的主要功能有兩個，一是為終端設備節(jié)點提供多跳路由，二是允許新啟動的節(jié)點加入網絡，其作用相當于互聯(lián)網中的路由器。
6.2.3 協(xié)調器網關
協(xié)調器網關是家庭控制網絡的主控設備，要求必須由至少一個ZigBee網絡的FFD設備組成。一方面，它主導家庭內部網絡建立的整個過程，主要包括系統(tǒng)初始化、網絡的建立、地址的分配和成員的加入、節(jié)點設備數(shù)據(jù)的更新、數(shù)據(jù)轉發(fā)表、設備關聯(lián)表等幾個方面；另一方面，作為家庭網關和設備節(jié)點之間的橋梁，完成家庭網關和家居設備節(jié)點的通信。家庭網關對外可以提供各種遠程智能控制接口，操作者可以通過手機移動終端連接到Internet訪問家庭網關的相關接口，對家中的家居設備節(jié)點進行數(shù)據(jù)訪問或者控制。
6.2.4 移動智能終端
移動智能終端可以是任意一臺接入互聯(lián)網的計算機設備，這時傳感器網絡用戶終端充當通信橋梁。遠程控制終端通過身份認證后，就可以C/S模式或者B/S模式與傳感器網絡用戶終端進行通信，遠程控制智能家庭網絡。比如，我們出差長時間不在家，可通過移動智能終端遠程監(jiān)控家中的環(huán)境，定時打開通風設備改善房間空氣環(huán)境；或者我們下班前可通過移動智能終端遠程控制空調或地暖設備工作，回到家就可以享受到我們想要的舒適環(huán)境。
6.3 系統(tǒng)采用ZigBee技術的主要特點
（1） 功耗低。具備多種休眠模式，在待機模式下，普通電池即可支持長達數(shù)月甚至一到兩年的連續(xù)工作。
（2） 可靠性高。ZigBee采用CSMA-CA碰撞避免機制，避免了數(shù)據(jù)包發(fā)送時信道的競爭和沖突。其MAC層采用完全確認的數(shù)據(jù)傳輸機制，設備發(fā)送出去的每一個數(shù)據(jù)包，接收設備在接收之后都必須回傳一個確認信息，發(fā)送方才能開始新的傳輸。
（3） 網絡容量大。具有星型結構、樹狀結構、網狀結構等拓撲，一個全功能設備可以管理254個節(jié)點設備，全功能設備之間還能組成覆蓋范圍更大的網絡，網絡的最大容量可達2542個節(jié)點。
（4） 成本低。ZigBee網絡的重要特點就是數(shù)據(jù)傳輸速率低，通信協(xié)議簡單，極大地降低了組網的成本。大范圍組網時，每個節(jié)點的成本可以降到3美元以下。
（5） 數(shù)據(jù)安全。ZigBee提供了完整的安全機制，有效防止網絡被篡改，防止信息的截獲與竊聽，并提供了多種加密方法保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴?/p>
（6） 通用性。由ZigBee技術聯(lián)盟主導ZigBee標準的制定與修改，并保持了設備和協(xié)議通用性和完好的開放性。
6.4 系統(tǒng)采用移動終端技術的主要特點
移動終端應用移動互聯(lián)網，而移動互聯(lián)網是將移動通信和互聯(lián)網二者結合起來的、融為一體的移動通信網絡。在最近幾年里，移動通信和互聯(lián)網是當今世界發(fā)展最快、市場潛力最大、前景最誘人的兩大業(yè)務，具有廣闊的應用前景。
典型的移動終端平臺是Android 平臺。Android是Google公司針對智能終端開發(fā)的一個平臺，基于linux內核，是開放、開源的系統(tǒng)，其大部分應用主要是用java開發(fā)，具有很好的跨平臺性。實際上，移動終端就是一個可移動的計算機。
7 結 語
本文對基于物聯(lián)網技術的智能家居系統(tǒng)進行了研究與探討，分析了智能家居的架構和物聯(lián)網技術層次，提出了一套基于ZigBee和移動終端技術的智能家居系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用ZigBee技術和移動終端技術，具有諸多顯著特點。本文通過對通信方式進行比較后，在家居系統(tǒng)中選擇ZigBee通信技術，通過分析說明了ZigBee技術在樓宇自動化領域具有廣闊的發(fā)展和應用前景。系統(tǒng)在應用中選擇移動終端技術，移動終端技術具有基于移動互聯(lián)網和可靠的嵌入式等特點，使智能家居控制系統(tǒng)具有智能化和可移動性?；赯igBee和移動終端技術的智能家居系統(tǒng)能將家庭中的家居設備連接到網絡中，使傳統(tǒng)家居設備具有自動化、智能化等新特征，是未來智能家居的主流發(fā)展模式。
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