物联网智能家居范文

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1 绪论

1.1 物联网智能家居定义

关于物联网，简单来说就是通过装置在各类物体上的SIM卡、传感器、二维码等，经过接口与无线网络相连，给物体赋予智能，可实现人与物体间和物体与物体间的沟通和对话，这种将物体连接起来的网络被称为“物联网”。

1.2 物联网智能家居背景

智能家居是在互联网的影响之下物联化体现，物联网智能家居的起源是在20世纪80年代初，随着大量采用电子技术的家用电器面市，住宅电子化（HE，Homen Electronics）的出现。80年代中期，将家用电器、通信设备与安保防灾设备各自独立的功能综合为一体后，形成了住宅自动化概念（HA，Home Automation）。80年代末，由于通信与信息技术的发展，出现了对住宅中各种通信、家电、安保设备通过总线技术进行监视、控制与管理的商用系统，这在美国称为Smart Home，也就是现在智能家居的原型。

2 物联网智能家居体系结构

2.1 智能家居系统结构

智能家居通过物联网技术将家中的各种设备（如音视频设备、照明系统、窗帘控制、空调控制、安防系统、数字影院系统、影音服务器、影柜系统、网络家电等）连接到一起，提供家电控制、照明控制、电话远程控制、室内外遥控、防盗报警、环境监测、暖通控制、红外转发以及可编程定时控制等多种功能和手段。

2.2 智能家居消费结构

智能家居作为一个新生产业，处于一个导入期与成长期的临界点，市场消费观念还未形成，但随着智能家居市场推广普及的进一步落实，培育起消费者的使用习惯，智能家居市场的消费潜力必然是巨大的，产业前景光明。 正因为如此，国内优秀的智能家居生产企业愈来愈重视对行业市场的研究，特别是对企业发展环境和客户需求趋势变化的深入研究，一大批国内优秀的智能家居品牌迅速崛起，逐渐成为智能家居产业中的翘楚！ 智能家居至今在中国已经历了近12年的发展，从人们最初的梦想，到今天真实的走进我们的生活，经历了一个艰难的过程。

3 中国智能家居发展现状

3.1 中国智能家居技术现状

我国的物联网智能家居的发展与国际上相比是还是有一定差距的， 目前我国流行的433M，315M无线产品采用的技术都属于国际淘汰的落后技术，这些技术在安全性，可靠性，抗干扰能力，自修复能力等等方面已经完全不能适应物联网智能家居的发展。至于蓝牙（包括低功耗蓝牙）在安全性方面一直存疑，致使除西方发达国家外的其它国家都不敢大规模采用。WiFi因其便利性广受家庭用户欢迎，作为一种普通的网络接入技术它无可厚非，但作为智能家居无线技术（WiFi包括低功耗WiFi）还存在安全性差、组网规模小、无自修复能力等缺点，尚不能满足智能家居的需求 。

在2011年11月28日，工业和信息化部印发《物联网“十二五”发展规划》中指出，“推进传输技术突破，重点支持适用于物联网的新型近距离无线通信技术和传感器节点的研发，支持自感知、自配置、自修复、自管理的传感网组网和管理技术的研究”协调推进产业发展，以形成和完善物联网产业链为目标，引入多元化的竞争机制，协调发展与物联网紧密相关的制造业、通信业与应用服务业。

物联网的目的是要将各种信息传感传动单元与互联网结合起来从而形成一个巨大的网络，在这个巨大网络中，传感传动单元与通信网络之间需要数据的传输。物联传感技术是全球第一个利用物联网来控制灯饰及电子电器产品（我们通称为zigbee产品），并将其作为智能家居主流产品走向了商业化。它在自配置、自修复、自管理、低功耗，高安全、抗干扰等方面有着非常独特的优势。

3.2 中国智能家居研究现状

相较于传统的智能家居，物联网智能家居不仅具有传统的居住功能，兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，提供全方位的信息交互功能，甚至为各种能源费用节约资金。物联网智能家居与传统的智能家居在通信方式上有着明显的差别。传统智能积极的通信方式是有线，这种方式主要的缺点是前期安装施工和后期改造比较麻烦，且不易维修。而物联网智能家居的通信方式是无线，这种方式的最大优点在于给设备的扩展留有足够的空间，便于后续的自由扩展。

物联网智能家居能实现用户家庭的最大智能化，更符合现代家庭的需求。物联网智能家居最大限度的将家居设备连接到一个局域网上，实现了用户家庭的最大化智能。它可以将家居中的所有物品连接起来，实现家居网络中所有物体均可被寻址、所有物体均具有通信能力、所有物体均可作、部分物体具有传感与信息上传共享功能。

4 总结

家居生活迈向智能化是必然趋势，而随着物联网等新兴技术相继进入智能家居行业，众厂商也各自形成了自己的特色产品，价格也逐步向平民化的趋势迈进。从有线到无线、从概念炒作到应用实施，智能家居经过十几年的发展历程，终于实现了质的跨越。未来的智能家居，将会更好的为用户服务。而物联网则成为智能家居发展的一道重要分水岭，将对智能家居的发展方向、产业规模进行拓展和延伸。物联网时代下的智能家居将更加具有发展潜力。

参考文献：

[1] 戴春荣.我国移动产业现状和发展前景分析[J].上海证券报.2009，25（5）：22-23

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近年来，信息化发展掀起了第三次科学技术革命浪潮，随着信息技术的迅猛发展，物联网这一脱胎于互联网的全新技术应运而生。物联网技术的应用使得过去普普通通的物品变得智能化，具有了智能化识别、定位导航、监控跟踪等一系列功能。哪持忠庖迳侠此担物联网就是通过物品进行延伸的互联网，通过信息世界与物理世界的相互交融，彻底颠覆人类对于物理环境的传统理解，改变了人们与物理环境进行交互的方式。物联网技术最贴近人类生活的应用就是智能家居，智能家居的概念更早提出，在物联网技术成熟之后得以充分实现，智能家居改变了人们生活起居的方式，让家居与人的联系更加紧密和便捷，人和家居能够进行充分交流和沟通，有效提高了生活质量。

一、物联网技术概念简述

物联网这一概念的最早出现是在1991年由麻省理工学院的Kevin Ashton 教授提出的，在1995年，比尔盖茨也曾经在自己的书中提及这一概念，但由于当时的技术发展限制，物联网这一概念最初并没有引起大家的广泛关注。物联网的英文名称是Internet of Things，顾名思义，就是物品的互联网。物联网与互联网实际上是相互独立的两个网络，互联网将千千万万个计算机互联互通，而物联网则强调对物可控、可管理的技术[1]。随着物联网技术逐渐成为信息化发展的热门，其技术成熟度也日益提高，物联网的应用也变得日益广泛。目前，物联网普遍应用于智能交通、政府工作、智能家居、公共安全、智能消防、军事侦察等众多领域。而智能家居中的应用最为普及，也最贴近我们的生活。物联网将载有最新互联网技术的感应器嵌入到各个领域的各种物体之中，实现了互联网技术与物品的融合，同时也实现了人类社会与物理环境的交互和沟通，让人类能够更好地管理和控制物品，大大提高了社会发展的效率。

二、物联网技术对智能家居的作用

如上所述，物联网技术的应用广泛，但最为普及的应用在于智能家居。物联网技术对于推动智能家居的发展有着十分重要的作用。智能家居又被称为智能化建筑、自动化家庭以及集成式家庭系统，这些别称充分说明了智能家居智能化、自动化、集成式的概念要素。智能家居这一概念早在20世纪80年代中期就已经出现，但由于技术方面的限制，智能家居真正发展和实现却是在物联网技术发展之后，随着物联网技术的不断成熟，人类对于智能家居最初的一些设想也得到了实现[2]。当下的智能家居主要是通过利用物联网技术将家庭之中，诸如影音设备、照明系统、空调设备、安防系统等一系列的家庭设备进行连接和智能化，使得智能家居不仅仅具备传统家居的居住功能，住宅主人还可以通过网络等方法实现对家居的监控、定时控制、智能安防、远程控制等一系列智能化功能和信息交互。使得生活变得更加快捷智能，大大优化了人们的生活方式，提高了生活质量、舒适度以及安全性。下面通过几个实例简述物联网技术对智能家居的作用和应用。

（一）智能衣柜

智能衣柜是物联网技术在智能家居中的应用之一，智能化衣柜中嵌入了传感器与感应器，可以通过互联网天气查询以及温度感应为人们提出与天气和气温相适宜的着装推荐。同时，部分智能衣柜具有自动整理衣物，自动熨烫衣物等智能化功能，为人们的出行以及生活提供了极大的便利。

（二）智能照明系统

智能照明系统是目前比较普遍的智能家居功能，照明系统囊括了整个住宅之中的所有照明灯光，通过遥控或者智能手机的控制，可以对智能家居中的照明系统进行全方位的调控。智能照明系统具有诸如办公、家庭影院、阅读、休息等多种照明模式，住宅主人只需遥控选择就可以在固定地点对整个住宅的灯光进行控制，既方便快捷，又可以避免忘记关灯等现象。有效为人们节约了能源，既灵活舒适又健康环保[3]。

（三）移动终端控制

由于智能手机的快速发展，许多智能家居将智能手机作为整个住宅的遥控终端，只需要一部手机就可以实现与整个住宅智能系统的交互。可以通过手机联网进行全宅灯光控制、音响控制、电器控制以及安全防控，非常方便快捷。小小的智能手机摇身一变成为家居的万能遥控器。

（四）网络远程控制

网络远程控制是近年来十分火爆的智能家居应用，通过物联网技术实现了对家居的远程监控和控制，在人们外出工作、旅行的时候，可以通过电脑、智能手机等设备对家居进行远程控制，例如在回家的路上提前遥控智能浴缸放好洗澡的热水，将家中空气进行通风换气，智能扫地机器人进行房间清扫等等。这些都可以在住宅主人不在家时通过远程遥控实现，方便快捷，效率极高，很大程度上为人们的生活节约了宝贵的时间[4]。

结束语：

科学技术的发展和生活水平的提高，使越来越的人坚定不移地追求更高的生活质量，作为高品质、信息化生活的代表，智能家居越来越受到人们的重视。物联网近年来的迅猛发展为智能家居的发展和实现提供了强大的技术保证，物联网技术对智能家居的作用及影响也非常之巨大，相信随着信息技术更高层次发展，物联网技术将更加深入应用到智能家居中，更大程度改善人们的日常生活，为人类的生产生活以及发展提供更舒适的环境。

参考文献：

[1]何驰.谈物联网技术在智能家居领域的应用[J].改革与开放，2015，（03）：18-20.

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通过将物联网技术充分的应用到智能家居中，推动智能家居的发展以及逐渐完善，从而不断提高智能家居的智能化程度，使智能家居的可靠性以及便捷性等方面得到相应提高，促进智能家居行业的全面发展，为人们生活水平的提高提供物质基础。

1 物联网技术概述分析

物联网技术从概念提出到目前为止只有短短的十几年时间，但是在这段期间物联网技术已经得到较快发展，对人们的生活方式进行积极的改变。物联网在一定程度上是互联网应用技术过程中的发展产物，可以将其简单地理解为物与物相连的互联网，它主要是在互联网核心基础上，通过相应的无线传感技术以及智能技术，保证物与物之前的相互连通。物联网技术在应用过程中具有一系列的相关特征，主要分为：全面感知、可靠传递以及智能处理等。

2 智能家居系统发展的不足分析

对于智能家居而言，其发展动机主要来自于人们对于高品质生活的追求，并且通过将智能家居系统进行应用，可以为人们提供出更加便捷以及舒适的居住环境，同时也能将人们从繁重的家庭事务中解放出来，享受高品质的生活。在社会经济不断发展以及科学技术进步的同时，为智能家居发展提供先决条件，并且将其作为基础，将住宅作为一个较大的应用平台，通过采用综合布线技术以及自动化控制技术等相关设施进行集成，构建出一个高效率住宅设施以及家庭日常事务智能化管理系统，从而为人们提供更优质的服务。

智能家居系统在我国的普及程度不高，对于这一点而言，主要和我国经济发展的水平存在直接关系，并且因为智能家居系统价格相对来说比较高，目前影响智能家居市场的普及。由于智能家居自身也存在一定不足，主要体现在以下几个方面：

（1）智能家居系统中的每个子系统之间的数据交换没有统一的标准协议，整个系统互联互通设计难度大，使很多智能化家庭服务仅仅只停留在设计层面上，无法得到实现。

（2）现如今应用智能家居系统中的子系统多数都是执行器，而智能化执行必须依靠对家庭的全面感知才可以得到相应实现，全面感知设备以及技术应用则存在一定不足，这样给子系统智能化程度的提高带来影响，使智能家居功能以及服务难以得到有效开展。

（3）现如今智能家居系统自动执行都是一些比较简单的感知动作，缺少对于感知数据的分析了解，同时也没有对人工智能进行有效的推理和分析。

通过上述问题分析，智能化家居在满足人们生活品质提高的同时依然存在较多的曲线，并且实用有待于提高，然而物联网技术发展以及应用技术也逐渐成熟，推动和完善智能家居系统的发展，对存在的问题采取有效的控制措施。

3 智能家居物联网技术应用分析

3.1 关于在感知层面上的应用

对于这一点应用来说，主要体现在全面感知上，然而全面感知主要是为物联网应用主要特征，在智能家居中发挥重要作用，应用射频识别以及摄像头和二维码等感知以及测量等技术手段，从而能够更好的实现系统设备对家庭环境以及其他方面感知对象信息的收集和获取。然而智能家居系统中每个子系统都可以成为物联网全面感知的一个执行设备，通过物联网进行全面感知，能够使每个子系统智能化程度进行提高，实现智能化服务，使智能化家庭系统在设计以及功能优化上得到创新，将更多的服务进行实现。在此之外，网络技术智能家居系统所应用的典型感知技术包括无线温湿度传感器以及无线门磁等，在保证安全的基础上实现监控作用。

3.2 在网络层面上的应用

网络层面上的应用主要体现在智能家居中通信网络以及互联网所组成的融合网络，并且对智能家居系统中大量信息进行智能化处理的各种信息计算、管理中心及平台。同时融合网络是智能家居系统中各部分信息连通的基础。物联网技术在智能家居网络层面中的应用，不仅要求其具有较大的网络运营能力，与此同时也要保证信息数据处理应用能力，信息传送的可靠性以及数据处理智能化是物联网技术在网络层面应用中的重要内容。通过对物联网技术进行有效应用，能够更好的解决传统智能家居智能化程度低等问题，有效解决信息数据分析能力差等问题。

3.3 应用层面应用分析

物联网技术在智能家居系统应用层面的功能发挥，在一定程度上是物联网技术对智能家居系统进行完善的重要体现，物联网技术和传统智能家居的深度融合主要通过应用层面进行实现的。物联网技术通过应用层面能更好的实现智能家居生活中智能检测以及智能安防等智能化服务，通过对其进行有效应用，能更好的提高家居生活中的智能化水平，对人们的家居生活进行有效改善，提高人们生活质量。

4 总结

总而言之，对于物联网技术发展以及应用可以更好的对人们的生活质量进行改善，所以在智能家居日后发展过程中必须要提高对物联网应用技术的研究和开发，并且找到合适的智能家居发展物联网应用措施，通过将物联网技术的不断发展以及融合，保证日后智能家居得到更加全面以及完善的发展。

参考文献

[1]王洋洋，郭斌，孙伟.在智能家居中基于物联网技术的灯光控制的研究与应用[J].电子设计工程，2015，22（08）：123-125

[2]刘晋，杨一晨，郭健.Android和物联网无线传感技术在智能家居中的应用[J].微型机与应用，2013，22（08）：134-136

[3]韩旭.基于Android平台的传感器在物联网智能家居中应用探索[J].中国新通信，2016，22（08）：156-158

[4]牛邵峰.一种基于云端数据仓库的智能家居用户行为模式研究[D].北京邮电大学，2014，14（08）：134-136

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中图分类号TP39 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）104-0211-02

0引言

智能家居又称智能住宅，在国外常用Smart Home表示[1]。近几年，物联网智能家居系统在国内的发展已经全面展开。物联网技术通常要用到计算机、无线网络通信（如ZigBee技术）、综合布线、智能控制等技术，可以促进智能家居的发展，使智能家居更加安全、舒适且方便管理[2]。

1总体设计思想

本文设计的智能家居系统是一种物联网控制系统，在这里先对物联网络控制系统的结构进行分析，这个物联网控制系统主要是由局域网和互联网两个部分组成，其结构如图1所示。物联网技术的出现加快了智能家居发展的脚步，智能家居的发展也使物联网技术的应用得以推广。

图1 物联网控制系统结构图

而本文所设计的智能家居系统是在物联网控制系统基础上建立起来的，所以本文所介绍的物联网智能家居控制系统主要也是由互联网和局域网两大部分组成[3]。互联网这一块通常有计算机、远程客户端服务器、手机和远程监控页面等；局域网这一块有末端数据采集装置，末端控制设备和家庭智能网关。

本文在对智能家居系统进行设计时，所选择的硬件从两个方面去考虑，一个是成本，一个是性能。这里从嵌入式入手，因为嵌入式技术现在的发展现状很好，有很好的性能，更强大的作用，可靠性稳定性也更好。网络连接方式分成有线和无线两种。

网络通信上采用ZigBee网络，其具有双向通讯的能力，非常适合用在安防报警等模块，布线简单，便于安装也能够节约成本，且ZigBee可以与其他的模块或设备很好的兼容。智能家居系统的设计结构图，如图2所示。

图2 智能家居系统设计结构图

本设计中所涉及的监测目标有：温度检测，湿度检测，室内气体成分的检测，红外探测（有非法入侵时可以及时发出警报），视频监测（便于主人在外工作时掌握家里的情况）。

软件选择上要以降低软件的开发周期为目标，多使用库函数，编写程序时多采用模块化，本文不多做介绍。

3硬件构成概述

硬件主要有两大模块：中央处理器模块和通讯模块，对这两个模块在硬件选择上作了如下的分析。

本文选用的微处理器MCU，是ARM cortex-M3处理器，是一个32位的核，它最大的优势是成本低、耗能少。最终选用的是STM32F103VET6，是增强型，是32位基于ARM核心的带闪存、USB、CAN的微控制器，有7个16位定时器、两个ADC、9个通信接口。2.0～3.6V供电电源，功耗低，有睡眠、停机和待机三种模式。电压调压器有主模式（MR）、低功耗模式（LPR）和关断模式三种操作模式，在正常运行时是处于MR模式；停机时处于LPR模式；待机时处于关断模式，这时的调压器以高阻状态输出，无能耗。其实物图与管脚图如图3（a）、（b）所示。

通讯模块主要有：Zigbee模块是局域网之间进行互联的模块；GPRS模块是互联网和局域网之间进行互联的模块[4]。Zigbee模块使用可编程Zigbee模块XBee-PRO ZB，最大发射功率是50mW，决定着发射距离长短。XBee-PRO模块内部有发射（RF TX）缓冲器和接收（RF RX）缓冲器，每一个缓冲器提供100bytes暂时停靠的地方，数据可以从两个方面同时抵达，即发射数据来自UART及接收数据来自RF链路经天线而来。

根据需求选择GPRS模块，一是系统中有大量的无线传感网络节点，二是能耗，最终选择了SIMCOM公司的SIM900A芯片，是GSM/GPRS模块，用SMT进行封装，性能强大，可内置客户应用程式。具有以下特点：只有24*24*3mm的尺寸，非常小；便于客户生产加工；功耗低，待机模式电流低于18mA、sleep模式低于2mA；支持GSM（900 MHz）/CPRS（1800MHz）的频段；语音编码，支持半速率、全速率、增强型速率；单电压供电方式，范围为3.4V-4.5V；省电，因为在SLEEP模式下电流1.0mA；支持SIM卡，1.8V、3V；支持实时时钟；可以通过AT命令设置定时功能；可以通过调试口对软件进行升级。其顶视和底视图如图4所示。

图4 SIM900A顶视和底视图

本设计主要使用无线的网络连接方式，实现时会用到大量的传感器，如对室内温湿度进行监测的传感器、对室内气体进行监测的气敏传感器等，各传感器就是一个简单的功能模块，而室内还有一些智能家电或智能装置，传感器或家用电器尽量都通过无线组网的方式和末端采控节点连接[5]。末端采控节点有：末端采集节点，对数据或信息做收集、处理和传输等工作，并且有些节点具有路由的功能，对其他的节点传输过来的数据进行存储和管理；另一种是末端控制节点，接收上层网络传输来的控制指令，要求控制节点可以做决定，且自身集成的继电器能够驱动执行部件对该指令做出反应。整个系统还需要将收集到末端采控节点发送过来的数据利用一个传输网络送到移动基站上，由网关来完成[6]。那么根据各节点所实现的功能不同也可以把系统分为末端采控节点、家庭网关节点、远程监控页面三大模块。

本文对智能家居系统的整体设计方案作了简单的介绍，重点说明设计中所用的一些硬件设施：STM32F103VET6、Zigbee模块XBee-PRO ZB、SIMCOM公司的SIM900A芯片。还对网络连接方式作了一个简单的介绍，若对整个系统进行深入研究，物联网智能家居系统会实现人们对住房智能化的更高的要求。

参考文献

[1]中国智能家居网.http：///.

[2]贾雯杰.物联网与智能家居发展浅析.科技与生活，2010，13：119.

[3]李鸿.几种智能家居网络控制系统方案的分析与比较[J].现代电子技术，2010，3：143-146.

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中图分类号：O434 文献标识码： A

一、智能家居的概述

美国是最早提出智能家居概念的国家，主要指的是建立在住宅平台基础上的一种现代化的居住环境，不仅实现了信息家电、网络通信、建筑设备和信息设备的自动化，还拥有管理、服务、机构和系统等多项功能，为居住者提供一个舒适、安全的环境，方便居住者的生活，减少环境污染。家居生活是一个相对复杂的系统，涉及多个子系统，在综合布线、音视频、网络通信、安全防范及计算机等多种先进的技术支持下，把多个子系统连接为一个统一的整体，从全局角度出发，全面管理居民的生活状况，在提高居民居住安全性和居民时间利用效率、优化生活方式的同时，还能达到减少资源消耗、降低费用的效果。

根据小区、用户的不同需求，可以将智能家居划分为两大类，即要求在室内进行联网的系统和要求将控制、连网进行集中统一连接的系统。其中前者包括一些具有私密性特点的家电控制、灯光控制、自来水控制等系统，该类系统具有单独性，无法同公共管理部门进行数据交换，而后者则涵盖抄表控制、对话等系统，这部分系统可以同外部单位相连接，能够进行统一的控制。

二、物联网概述

物联网的英文描述为“TheInternetofthings”，即“物――物相连的互联网”。在传统互联网人与物互通的基础上，实现物与物互通，是互联网发展的应用和业务层面的拓展。其主要特征是全面感知、可靠传递和智能处理。全面感知是指利用RFID、二维码、传感器等随时随地获取和采集物体信息；可靠传递是指通过无线网络和互联网的融合将物体信息准确传递；智能处理是指利用云计算、数据挖掘及智能识别等人工智能技术对海量数据信息进行分析处理，完成对物体的智能化控制。

物联网是一种全新的动态网络，能够随时随地实现人与人、人与物、物与物之间的交互。从系统角度上来看，物联网可划分为三层体

系，如下：感知层：从人类世界或者物理世界获取相关的数据，包括各类标识、音频视频和各种物理量。位于最底层，是发展和应用的基础，有全面感知的核心能。

网络层：先将感知层感知到的数据汇聚到传输网络中，在汇聚到应用层，即传递感知层感知到的数据。

应用层：把感知和传递的信息进行分析处理，做出正确控制和决策，实现智能化的管理、应用和服务。为物联网的发展提供驱动力。

此外。基于物联网的智能家电必将为人们提供未来生活方式的全新解决方案。将物联网技术应用到家用电器中，可以使家电具有智能感知及信息网络功能，能使家庭中的家电设备之间信息交互、家电设备与产品和用户之间也可以进行信息交互，方便人们的日常家居生活，使生活方式更加合理，生活模式更舒适、健康、环保。

三、物联网技术在智能家居领域的应用

物联网技术主要包含三个层面，即感知层面、网络层面和应用层面。物联网常见的感知技术包括RFID技术、二维码技术、传感器技术、摄像头、GPS等；进行网络传输的技术主要包括3G、Wi-Fi、蓝牙、接入网等；计算技术主要是指进行海量数据处理的技术包括数据挖掘和数据推送。网络层面包含电信运营（移动、有线、卫星通信网络等）、物联网运营（信息中心、管理中心等）、平台、软件、系统设备、系统集成及终端设备。应用层面包含环境监测、智能交通、智能建筑、智能家居、远程医疗、城市管理、公共安全、工业监控、绿色农业、资源管理等。

物联网技术在智能家居的应用包含了家居环境控制、家庭安防、智能家电等多个领域，一个完全的智能家居系统按照前文所述包含了20个子系统。在物联网技术支撑下，用户可以将家用电器之间组成一个物物相连的网络，然后在互联网的基础上，对家庭中的设备、产品进行监控；在家电或者产品发生故障时能够通过网络自动进行短信、电话等智能报警；家用电器能够智能地记录用户的生活习惯和生活方式，利用数据挖掘、情境感知等技术为用户进行合理的信息推送，实现人与家电、环境、产品的自然交互。物联网技术贯穿智能家居从终端设备的研发、系统集成及运行到用户使用的全过程。从技术角度来看，物联网智能家居技术的核心技术是通讯或控制协议，涉及硬件接口和软件协议两部分，可以简单的划分为无线与有线技术。

有线技术包含了RS485、IEEE802.3（Ethernet）、EIB/KNX、LonWorks、X-10、PLC-BUS、CresNet，AXLink等。其中X-10，PLC-BUS是专门针对智能家居行业制定的通讯技术。X-10电力线载波技术在上世纪70年代产生，在我国2000年前后引入并开始推广，该技术可以在电力线上通讯，免于智能家居系统部署的时候另外布线。该技术对电网运行环境依赖性较高，由于设备成本、技术稳定性及信息

安全等问题市场局面一直难于打开。PLC-BUS提高了一定的通讯稳定性，但是难以保证持续稳定的质量，对电网环境的依赖性仍旧很强，使用成本和信息安全的问题无法根本性解决。尽管电力线载波技术已经有40多年的技术积淀，但是由于成本和技术瓶颈，智能家居产品在有线技术开发方面不断地进行新的尝试，各种技术的优缺点暂时不能满足客户的需求，也许这也是今天多种有线技术并存的原因。

无线技术包含了RFID智能识别技术、蓝牙（Bluetooth）、WiFi、Zigbee、Z-Wave、Enocean等。RFID是一种通过无线电波进行数据传输的非接触式的自动识别计技术，它通过无线电信号进行数据读写并识别特定目标，具有无接触、识别速度快、自动化程度高、抗干扰、识别多个物体等优点。RFID是20世纪90年代兴起的，发展至今被认为是自动识别领域中应用最广泛的、识别效果最好、最重要的一项技术。WiFi作为低成本、最易与互联网连接的智能家居技术解决方案被广为应用。ZigBeeZigBee技术的特点包括：低功耗、成本低、低速率、时延短、高容量、工作可靠、高安全等。ZigBee的设计可用于支持特定应用软件的开发和部署。应用规范和ZigBee的堆栈相连，让制造商更快、更容易地推出特别针对某些应用的无线产品。可用的应用规范包括家庭自动化、智能能源、通信、医疗、远程控制（RF4CE，或称消费电子射频）、建筑自动化和零售服务。Z-Wave主要针对家庭和小型商用建筑的监控和控制，广泛适用于照明控制、安全和气候控制。其它应用包括烟雾探测器、门锁、安全传感器、家电和远程控制。

物联网智能家居系统从技术和应用的角度来说稳定性、可拓展性（灵活性）、安全性及经济性都是重要衡量指标。目前为止，无论是有线技术还是无线技术都没有一个得到广泛认可的技术标准。有线技术基于专用通讯线缆，某种程度上来说其稳定性较好，但是可拓展性较差（系统扩展、改良需要重新布线）、成本高也是其难以跨越的门槛。与之相比无线技术的高速发展在可拓展性（灵活性）及经济性方面都具有优势。稳定性和安全性方面两者各有千秋，都在不断发展完善。

结束语：

综上所述，随着科学技术的快速发展，智能家居的概念开始走向大众而物联网的出现更好地将智能家居推到了一个新的高度。本文研究基于物联网的智能家居系统，首先介绍智能家居和物联网，然后介绍物联网在智能家居中的应用。本文设计的智能家居系统能够实现监控、报警、控制等功能，体现出智能家居的方便性和实用性，以及广泛的应用前景。

参考文献：

[1]陈谧.智能家居的物联网技术及其应用[J].现代建筑电气，2014，02：47-49+63.

[2]高川翔.面向智能家居的物联网体系结构研究[J].信息系统工程，2014，09：21-22.

[3]张永刚，王斌.物联网技术在智能家居中的应用[J].智能建筑与城市信息，2012，02：27-30.

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中图分类号：TP273.5；TP872 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2013）07-0062-03

0 引 言

智能家居是物联网技术的第三大应用领域。物联网大潮下的智能家居行业在中国乃至全世界都有广阔的前景，是一个朝阳行业，蕴含着巨大的市场潜力[1]。本系统利用物联网的传感、互联、智能控制等技术特点构建新型智能家居系统[2]，将GPRS移动通信技术、嵌入式Internet技术与新一代无线网络通信技术ZigBee相结合，克服了有线布线的弊端，配置灵活、实时性好，势必是未来智能家居系统的发展趋势。

1 系统的结构特点

基于物联网的智能家居系统的结构如图1所示，本系统按照物联网的三层架构设计。其中，传感层包括搭载了ZigBee无线通信模块的各种传感器和家用电器，可与ARM9智能家居监控仪交互数据及命令，实现对家居环境的全面感知；互联层中，ARM9智能家居监控仪作为嵌入式网关和网络服务器[3]，用于连接传感层和监控层； 监控层包括远程电脑、小区监控中心和用户手机，可通过Internet登录监控仪IP访问监控网页，实时监测家居环境，控制家电的开启和关闭，真正实现智能控制。若出现异常，则执行预定的控制动作，例如启动蜂鸣器响铃、启动排风扇排风等，同时通过小区网络向小区监控中心报警，并通过GPRS自动给主人手机发报警短信，实现联合安防。

2 系统硬件设计

本系统采用的是Samsung 公司的基于ARM920T内核的处理器S3C2410，它不仅具有独立的16 KB指令和16 KB数据cache、全功能的MMU虚拟内存管理单元，还集成了大量的功能接口[4]，本系统对相应接口进行了配置和扩展。

图1 基于物联网的智能家居系统结构

ZigBee无线通信网络的组建依靠ZigBee模块芯片CC2430，每个传感器及家用电器均配置一个CC2430芯片构成通信节点[5]。S3C2410通过SPI总线与CC2430进行通信，接收传感器采集的信号及控制家用电器继电器的闭合和断开；利用DM9000芯片把网口外扩为以太网接口RJ45，与以太网连接，提供远程网络服务；通过串口连接GPRS模块提供GPRS移动通信功能；LCD控制器外挂LCD触摸屏；I2S总线控制器外扩蜂鸣器提供音频报警；通过USB HOST控制器外扩USB接口连接摄像头。系统硬件架构如图2所示。

图2 系统硬件架构图

3 系统软件架构

本系统的软件架构有三个层次：驱动层、系统层和应用层。在驱动层，移植I2S驱动、USB摄像头驱动、LCD驱动和以太网驱动，并编写ADC驱动，用以保证各个硬件模块能正常工作。在系统层，移植Linux操作系统、QT触摸屏界面开发环境及BOA嵌入式网络服务器。在应用层，采用多线程编程方法实现各个功能模块，并通过编写CGI程序和远程监控网页交互数据[6]。系统软件架构如图3所示。

图3 系统软件架构图

3.1 嵌入式Web服务器远程监控设计

要实现远程访问服务，必须先构建嵌入式Web服务器。本系统移植了BOA Web服务器，再通过CGI建立Web浏览器与Web服务器之间的交互。CGI程序能够嵌入HTML脚本，用C语言编写，使用ARM-GCC编译，采用GET、POST或直接的URL参数传递方法与远程客户端进行通信，实现动态监控[7]。首先，浏览器将远程客户端发送的请求送到Web服务器，Web服务器将数据使用STDIN送给CGI程序，执行CGI程序后获得缓冲区中的设备信息，最后，使用STDOUT输出包含家居环境信息的HTML形式的结构文件，经Web服务器送回浏览器，显示给远程客户端。CGI工作流程如图4所示。

图4 CGI工作流程图

3.2 ZigBee无线通信设计

ZigBee无线通信网络由若干个通信节点组成[8]，通信节点由传感器或家用电器配置一个ZigBee无线模块芯片CC2430芯片构成。其中，每个传感器通信节点的无线通信流程是：CC2430芯片完成硬件初始化以后，向监控仪发出入网申请，成为通信节点；为实现系统的低耗能性，在通信节点成功接入网络后立即转入低耗能等待模式，尽可能减少能量消耗；系统随时检测传感器信号状态，一旦接收到异常的中断请求即进入全功能状态，否则继续等待；处于全功能状态的通信节点接收传感器传递过来的信号，如果是模拟信号，需先进行A/D转换，再将数据通过ZigBee网络传输到监控仪；传输完毕后，返回低能耗等待模式。其通信流程如图5所示。

3.3 GPRS短信报警设计

本系统有现场声光报警和短信报警两种报警方式，当系统监测到有火灾或者有门禁入侵时，就会触发报警系统。其中，短信报警通过GPRS模块实现。GPRS模块通过串口与S3C2410连接，它具有一套标准的AT命令集，包括呼叫控制命令、网络服务相关命令、电话本命令、短信息命令等[9]。本系统通过对串口编程，给GPRS模块发送包含AT短信息命令的字符串[10]，从而实现发送固定内容的短信。GPRS短信报警流程如图6所示。

图5 ZigBee无线通信流程图

图6 GPRS短信报警流程图

4 系统测试结果

启动系统后，智能家居监控仪的触摸屏上可显示实时的监控界面，包括火警、烟雾、红外门禁入侵等报警状态及热水器等家用电器的开启或关闭状态，并可通过触摸屏上的按键对系统、家电等进行控制，触摸屏监控界面如图7所示。通过任一远程电脑的浏览器登录系统IP，可访问系统的远程监控页面，在线查看家居环境、控制家电、实时拍照及录像等，远程图像监控页面如图8所示。

图7 触摸屏监控界面

图8 远程图像监控页面

5 结 语

本系统基于物联网的全面感知、互联传输及智能控制三层架构设计，并使用ZigBee无线通信技术克服了有线布线的弊端，使得监控点配置灵活。GPRS移动通信技术、嵌入式Internet技术的综合应用，则实现了小区乃至更大区域的联合和实时安防，实现了多平台、多网络的无缝连接。

参 考 文 献

[1] 邵鹏飞，王喆，张宝儒.面向移动互联网的智能家居系统研究[J].计算机测量与控制，2012，20（2）：474-476.

[2] 俞文俊，凌志浩.一种物联网智能家居系统的研究[J].自动化仪表，2011，32（8）：56-59.

[3] 杨靖，林益，李捍东.基于ARM和WSNs的智能家居安防系统设计[J].自动化仪表，2012，33（3）：38-41.

[4] 郭稳涛，何怡刚.智能家居远程监控系统的研究与设计[J].计算机测量与控制，2011，19（9）：2109-2112.

[5] XU J， WANG Z W， XU Y Y. Research of Intelligent Home Remote Monitor System on ZigBee[C]// proceedings of 2011 4th IEEE International Conference on Computer Science and Information Technology. Chengdu： IEEE， 2011： A11-A19.

[6] 张曦煌，柴志雷.嵌入式Web服务器中CGI的特点及实现[J].小型微型计算机系统，2003，24（11）：2046-2048.

[7] 夏婷.嵌入式一体化远程监测仪中动态Web技术的应用[J].仪表技术与传感器，2011（4）：35-37.

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中图分类号：TP273.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）47-0263-02

1 引言

随着网络技术及信息科学的高速发展，人们对物体与物体间状态信息的实时共享的需求不断提高，物联网应运而生。物联网是指通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统（GPS）、传感器、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，实现任何时间、任何地点、任何物体的连接，从而进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的庞大网络系统。

物联网的应用渗透到人们生活工作的每一个角落，其应用领域可分为以下八种：城市智能管理、智能家居、定位导航、现代物流管理、食品安全控制、零售、数字医疗、防入侵系统。其中，智能家居方面与人们的日常生活密切关联，本文以智能家居为例对物联网系统的构建进行设计研究。

2 智能家居系统总体结构框架

智能家居系统有三个层次，分别是用来感知数据和设备控制的感知层，进行数据传输的网络层和接收、分析处理数据的应用层。按此分层的总体结构简图1：

3 智能家居感知层的设计

智能家居系统的感知层通过湿度传感器、温度传感器、光照传感器、红外探测器等传感器元件进行信息采集，将采集到的信息通过传输网络和网络层进行信息交流，并执行网络层传输的控制命令。因此，智能家居系统的感知层由各类传感器元件、局域传输网络和主控制器模块三部分组成。

智能家居系统中需要感知的家电数量不确定和位置不固定，并且多数时间处于休眠状态，不需要数据的传输，并且信息交换量小，不需要很高的数据传输功率。基于智能家居系统的这个特点，系统采用由传感器元件和基于ZigBee技术无线传输网络组成无线传感器网络更加方便可靠。ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的局域网协议，其技术具有低成本、低功耗、低数据传输功率、大网络容量、工作频段灵活等特点。基于ZigBee技术建立起的无线局域网很好的利用ZigBee技术这些优点。其建立起的无线局域网将大量静止或运动的传感器节点通过自组织的方式与主控制器模块连接起来，组成一个星形网络[1]。其结构框架如图2：

以无线、星型的形式建立起的局域网可以随意的添加或者去掉需要传输信息的节点。传感器节点将采集到的信息通过局域网传递给主控制处理器，主控制处理器把收集到的信息进一步的进行计算处理，最后将有用的信息通过网络层传递给应用层，使用者通过移动设备上的操作界面发送控制命令，并且主控制器也要将应用层传来的控制命令经过筛选，发送给需要执行命令的节点。

因此，智能家居的主控制器采用兼容性好，处理能力强的基于ARM内核的嵌入式微处理器。 ARM为核心的处理器芯片体积小，功耗低，同时支持16位的Thumb和32位的ARM 两种指令集，兼容性好，采用的 RISC 架构，指令执行时间短，采用多级流水线结构处理速度快。另外，主控制器与液晶显示屏幕通过SPI串行接口相连，实现实时显示的人机交互功能[2]。

4 智能家居网络层的设计

智能家居网络层是把感知层感知的信息安全可靠地传送给应用层操作系统的通信系统，泛指互联网、2G/3G移动通信、卫星通信技术等长距离通信的广域网络。其中，GPRS网络是在现有的GSM网络基础上引入SGSN（GPRS业务支撑节点）、GGSN（GPRS网关节点）、和PCU（分组控制单元）。具有传输速度块、实时在线、按量计费、登录快捷和数据传输与语音传输可同时进行等优点。因此，本系统通过主控制器的RS232串口扩展与GPRS模块相连，来实现控制系统与应用层操作系统的远程通信。

当GPRS模块接收到应用层发送的短信信息时，会触发ARM处理器的串行中断，ARM处理器立即读取接收到的短信并进行解析处理，若解析后的数据包含相应的有效控制命令，则将其传送至主控制器节点的智能控制处理器，控制处理器发出的操作命令给相应的分节点的控制部分。

5 智能家居应用层的设计

应用层是智能家居系统和用户的接口，其通过人性化的操作界面对感知层采集的信息进行计算处理、知识挖掘，而实现对家用电器、安防系统等的管理和控制[3]。本系统应用层的操作界面采用云计算的构建理念来实现其强大的操作处理功能。此商业构建模型将任务分派给由大量计算机构成的资源池上，使用各种应用系统能够根据需要获取计算能力，存储空间和信息服务，大大减少了用户建立应用层的花费。用户只需面对手机或是其他移动设备上的APP界面，并通过网络或者短消息向GPRS网络发送控制命令，来实现器远程操作，无需考虑数据传输所进行的一系列处理。

6 结束语

物联网将信息通信技术应用到对现实事物的感知上来，它极大的方便了人们的生产和生活活动，因此它将带来信息产业的高速发展。本文构建的智能家居系统通过各种传感器来实现家用电器和房间内其他情况的信息采集，使用基于ARM的中心控制器，利用ZigBee建立无线传感器网络实现中心控制节点和家电控制子节点间的无线通信，利用GPRS模块建立远距离传输网络，实现智能家居的使用者通过手机对家电设备和安防系统的控制和对家中情况的了解。

我国智能家居产业的发展尚处于起步阶段，本文给出的智能家居的构建方法和各层建设中所需要的技术，对于我们了解和创建智能家居系统有一定的指导作用。

参考文献

[1] 周珊，蔡长青，舒英利，基于ZigBee的智能家居系统设计[J]，科技论坛，2010，42.

[2] 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，2012.11.

[3] 乔亲旺，物联网应用层关键技术研究[J]，信息通信网络技术委员会年会征文，2011，No.T11.

篇8

 

0.引言

物联网智能家居系统是通过互联网，构成集家庭通信、设备自动控制、安全防范等功能于一体的控制系统，即把家庭中各种家用电器、保安装置和计量设备连接到一起组成家庭内部网络，由家庭智能控制器（中央控制器）进行统一管理。使用该系统，用户可通过短信及互联网等方式实现家居智能无线监控。

1.物联网简介

物联网的英文名称为'TheInternet of Things” 。由该名称可见，物联网就是“物物相连的互联网”。这有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础之上的延伸和扩展的一种网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。论文参考网。因此，物联网的定义是通过射频识别(RFID)装置、红外感应器、 全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

这里的“物”要满足一定条件才能够被纳入“物联网”的范围：本方案可以满足物联网条件。1、有信号接收器，2、利用GSM无线通信技术。3、CPU自带存储功能。4、使用单片机与DSP芯片微控制器。5、操作系统界面是手机或者电脑。6、拥有专门的单片机和DSP应用程序。7、数据发送器是模拟启动器。8、遵守互联网协议。9、 唯一编码就是电子标签上唯一的代码，也可以是小型远程控制器的程序编码序列。

2.物联网智能家居系统的工作原理与功能

物联网智能家居系统有四部分组成，分别是信号接收器、中央控制单元、模拟启动器和远程遥控控制器四部分组成，下面分别介绍。

2.1 信号接收器

由单片机控制的软件程序的单元，用来接收主人发来的指令。

2.2 模拟启动器

指令的执行者，通过各种智能家居小型远程遥控器的接口和相关指令来控制各种智能家居的相应功能，类似于电脑中的主板，通过它与各种各样的智能家居相连。模拟启动器是执行单元，它需要按不同家电的要求，执行相应的功能。

2.3 小型远程遥控器

可嵌入手机中的信号收发芯片，通过它将主人的指令发送到信号接收器。

2.4 中央控制器

中央控制器是由单片机和DSP芯片以及其他相关器件组成的控制单元，它内部集成了四大系统：室内环境控制系统、安详生活系统、梦幻灯光系统和安全家居系统，所有对智能家居的操作指令都是由中央控制器发出的。论文参考网。

具体工作图原理为：

解释为：用户将要所达到的效果以文字的形式发送出去，信号接收器接收到信息后，转化为可识别的代码传送到中央控制器，中央控制器进行必要的处理和分析后，一面将指令传送到模拟启动器，一面将指令传递到实时显示模块进行显示，模拟启动器根据指令，分别启动相关的远程控制器，从而达到对相应智能家居的控制与操作。完成相应操作后，远程控制端口会返回一条完成指令，再由中央控制器通过信号接收器反馈给使用者，用户可根据反馈信息决定下一步操作。

用户不操作的情况下，中央控制器会自动接受、监控各类传感器，根据不同的设置要求，实时监控各类环境数据，一旦变化超出设定范围，中央控制器会自动产生指令，模拟启动器会控制相应的智能设备进行调节，从而营造安全舒适的家居条件。

3.具体应用

本系统采用的是GSM无线通信技术，将手机或者电脑信号转换为具体的发送指令，来远程控制室内的家居，中央控制器则要按照具体的指令来启动模拟启动器，让它在预定的步骤下，准确、及时地控制各种智能家居的工作。在本系统内部集成了四大系统：室内环境控制系统、安详生活系统、梦幻灯光系统和安全家居系统，以安全居家系统为例说明其应用。

安全家居系统组成：

功能特点：

将系统中的防盗装置装在门窗上，当盗贼靠近门窗时，传感器检测到人体信号,门窗(窗帘)控制器发出指令,门窗自动关闭，如果盗贼滞留不走或强行突入，智能主控器会发出报警声阻吓盗贼并自动循环拨打15组报警电话，通知您和小区报警中心有盗贼入侵，以便及时采取相应措施。

在门上安装报警器，当主人离家时，在遥控器上启动设防状态，如遇盗贼强行撬门，智能主控器便会发出报警声阻吓盗贼，同时还会自动循环拨打多组报警电话，通知保安人员或户主及时应对。

若遭遇坏人入室，可即时发送报警信号，方便求救,也可用于家中老人、小孩意外事故和急病呼救报警。论文参考网。

当遇到大风来临或雨雪将至，窗门还会自动关闭。窗户立即自行关闭，令您出门无忧无虑。

当燃气监测器检测到煤气、液化气.等有害气体，智能控制器自动发出相应的指令，将窗户、排气扇自动开启，同时发出警声并将警情传递给主人手机或者电脑和保卫处。

一旦有火灾发生，传感器会第一时间检测到烟雾信号，智能控制器发出指令 ，将门窗打开，同时发出警声并将警情传报警中心或给主人手机或者电脑上。

具体执行如下：

4.结束语

当今快速发展的时代，人们对生活快节奏的要求越来越迫切，对生活质量的要求日益提高，尤其在发展比较快的大都市里，人们对时间的利用也越来越合理，而科技在迅猛发展，手机和电脑的普及率又达到了前所未有的水平，这样就为物联网的兴起创造了先机。所以基于物联网的智能家居系统，必然会成为现代人生活中不可缺少的一部分。

参考文献

[1] 艾红．基于ARM 的嵌入式远程监控系统[J]．工业控制计算机,2008.2l

[2] 王永初著，最佳控制系统设计基础[M].科学出版社．2000

[3] 韩江洪．智能家居系统与技术[D].合肥工业大学出版社，2005．

篇9

机遇不仅在C端

随着市场的扩展，越来越多的厂商加入到智能家居战争中。除了海尔、小米等传统家电和IT企业，目前市场上玩家还有传统可视对讲厂家和智能控制类厂商。

对于资金充足、资源丰富的传统家电巨头，要进行物联网的改造并不困难。成立智能家居研究院或者与互联网巨头企业形成联盟都能形成有效帮助。然而，对于中小型家电企业来说，在物联网技术上投入过多并不是一件明智的事情。

因此也催生了一批为传统家电企业转型提供物联网技术支持的服务类公司。这些公司也得到资本的大力支持。

2014年4月Broadlink获得京东与360的1000万美元投资，8月机智云也获得经纬320万美元融资。

这类服务升级公司都能够给企业提供一套完整的硬件设备接入互联网的服务，帮助传统硬件厂商做产品升级换代。

行业内大部分的企业服务大多针对大型企业硬件提供升级解决方案，而更大的市场潜藏在中小型传统家电中。

攀多物联就是为B端客户提供这样一种升级解决方案。

目前的物联网技术包括感知层、传输层和应用层。应用层分硬件和软件，硬件是基础的底层，软件与硬件相连，属于驱动层，一般是靠线路操纵系统实现。而上面一层传输层则是决定产品以何种方式连入互联网，最上面一层就是云端。

业内大部分的物联网企业主要集中在某一层技术上，而攀多则是着力在打通各个技术层，从而给企业提供全套的解决方案。这对于物联网技术来说存在一定创新意义。

攀多物联CEO田龙强告诉《第一财经日报》记者：“目前也没有在这块形成技术的，这是全新的业务应用场景，但没有很好用的技术，我们的技术针对这块。”

这种解决方案能够快速提高传统家电企业互联网改造的时间。田龙强介绍道：“如果是针对企业已有硬件产品做升级，只需要在企业原有的硬件产品上加上我们的联网模块，整个的过程只需要1周以内。”

装置联网模块的家电设备能够用下载App的移动端工具实现远程操控。

传统企业如何借力互联网

除了提供物联网解决方案，攀多同时联手这些企业开发全新的硬件产品，除了联网模块，这个过程还涉及到设计硬件电路板。田龙强毕业于中科院硬件与嵌入式开发专业，负责攀多硬件部分的设计。

目前，业内对物联网技术商业模式还在探寻。虽然硬件设备能够吸引更大的资本青睐，但是由于技术尚处在探索阶段，对于商业模式，攀多团队也有更多尝试。在一些家用的小摆件上通过物联网技术植入一些有趣的创意。

攀多运用硬件开发设计了针对情侣市场的摆件情书。通过移动设备，情侣间可以通过编辑情话发送到硬件上显示。加强热恋期情侣持续交互。“以前情侣礼品都是走商业礼品渠道，里面没有更多的交互内容，像这种内容产品一方面是个硬件，但同时也有互联网的商业模式在，就是增值的一些，编辑贺卡等可以体现产品的不同的体验，这是不同的商业模式。”田龙强说道。

篇10

闭上眼睛试着想象一下,你家里有这么一台冰箱:它能自动监测冰箱内部,提醒你冰箱内的牛奶少了,需要及时添加。同时它能联接到那些流行的食物网站为你搜集食谱,并且把食谱中需要的配料自动添加到家庭购物清单上。它还会根据你的使用记录,知道你喜欢吃什么食物,知道哪些食物对你的身体好,可以帮助保持你的健康。不要以为这是新的好莱坞科幻大片的电影情节。在物联网愈演愈烈的大潮下,这种全新的智能家居暂时陌生,但并不遥远。

物联网只需要10年

物联网,它的最早提出是在1999年,简单来说是把所有物品通过信息传感设备与互联网连接起来,实现智能化识别和管理,并于2005年突尼斯举行的信息社会世界峰会上国际电信联盟正式提出,就是“物物相连的互联网”,含义是通过射频识别技术、红外感应器技术、全球定位系统技术、激光扫描器技术等信息传感设备,按约定的协议,把任何物品与互联网连接起来,进行信息交换和通讯,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。简而言之,物联网不是让你了解大千世界,而是让你触摸到大千世界、感受到大千世界。

在现实生活中,电话通信网是人和人通讯互联的网络;传感网是物和物的传感器互联,是感知的网络;互联网是虚拟的信息空间,是信息共享的网络;这三者分别是信息传输的网络、信息感知的网络和信息共享的网络。物联网就是这三者的整合,它将传感器、网络智能终端和互联网结合在一起,实现可感知的世界互联。通过将各种如图象、温度、湿度、红外、烟雾、煤气等传感器装备和嵌入到各种物体或环境中,将物体和环境的信息经过智能网络化终端与互联网系统结合起来,达到人类社会与物理系统的整合。专家预测,物联网是继计算机、互联网与移动通信网之后的又一次信息产业浪潮,10年内就可能大规模普及,并将发展成为一个上万亿元规模的高科技市场。

今天的智能家居

智能家居,或称智能住宅,是以住宅为平台,兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化,集系统、结构、服务、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境。智能家居还可以定义为一个过程或者一个系统,利用先进的计算机技术、网络通讯技术、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,通过统筹管理,让家居生活更加舒适、安全、有效。比如场景模式,一个按键即控制实现一种生活场景。你无需一一管理每样电器,一个按键可以管理所有家居产品的状态,任意组合。

物联网家庭

构筑于世博会山东馆尾厅的海尔U-home物联网家庭,运用U-home技术,展现了物联网家电带来的美好生活,将物联网的魅力生动地呈现在广大消费者面前。世博期间,每个参观者通过亦真亦幻的互动体验,感受一天内随时使用物联网智慧家居带来愉悦与舒心,身临其境地体验“行在外,家就在身边;居于家,世界就在眼前”的智能生活。

海尔U-home在互联网基础上对网络进行了有效的扩展和延伸,采用了有线和无线网络相结合的方式,把所有设备通过信息传感与网络连接,从而实现了“家庭小网”、“社区中网”、“世界大网”的物物互联,通过物联网实现了3C产品、智能家居系统、安防系统等的智能化识别和管理,以及数字媒体信息的共享。您在任何地方、任何时间,均可以通过打电话、发短信、上网等方式与家中的带电设备进行互动,冰箱、洗衣机、空调、电视,这种一切尽在掌握之中的感觉,将彻底改变人们的家居生活体验。

如何让家电听命于我们?家里的电器设备很多,灯光、冰箱、空调、电脑、家庭影院⋯⋯有些属于本身就带有遥控能力的,比如空调、电视机⋯⋯有些是不具备遥控功能的,比如热水器、微波炉、电饭煲、冰箱⋯⋯而不同的遥控设备又带有不同的遥控器,相互间又不能通用,于是家里光遥控器就有四五个。那么如何遥控不具备遥控功能的设备? 以及如何让一个遥控器实现多个遥控器的功能呢?答案很简单,物联网给家庭中的各种各样的电器贴上可互联的“感觉器官”,实现统一互联和智能化、人性化控制。比如洗衣机从波轮机到滚筒机、从半自动双缸到全自动单缸、从家庭的独立个体到物联网的控制载体,经历了技术、产品的升级换代之后的产业升级。“放进衣物,按下键,不必再担心洗衣粉用量的多少”,“手机发个短信就能控制洗衣机的运行”,这些新功能的实现得益于采用目前最先进的传感技术,迎接“物联时代”技术已不是障碍。

各国智能家居大比拼

1.日本

日本是一个智能化家居比较发达的国家,除了实现室内的家用电器自动化联网之外,还通过生物认证实现了自动门识别系统,站在安装于入口处的摄像机前,用大约1秒钟的时间,如果确认来人为公寓居民,大门就会打开。即使双手提着东西,也能打开大门。

日本的智能化家居还在厕所的便器垫圈上安装有血压计,当人坐在便器上时血压计便能检测其血压。而安装在便器内的血糖检测装置,能自行截流尿样并测出血糖值。此外,厕所内洗手池前的体重仪,能在人洗手的同时测量体重。检测结果均能出现在一个显示器上,全家人的检测值都可被分别保存。

2. 澳大利亚

澳大利亚智能家居的特点是让房屋做到百分之百的自动化,而且不会看到任何手动的开关。如一个用于推门的按钮,在内部装上一个模拟手指来自动激活;泳池与浴室的供水系统相通,自动加水或者排水;下雨天花园的自动灌溉系统将自动停止工作等等很多自动化的设置。不仅如此,这样的智化房屋只有一处安装了42英寸的等离子屏幕可供观察,而大多数房间的视频设备则都隐藏在房间的护壁板中。安全问题也是考验智能家居的标准之一,澳大利亚智能家居保安系统里的传感器数量更多,即使飞过一只小虫,系统都可以探测出来。

3. 西班牙

西班牙是一个艺术氛围浓厚的国家,住宅楼的外观大多是典型的欧洲传统风格。但当你走进它的时候,才会发现智能化家居的设计的确与众不同。室内自然光充足的时候,带有感应功能的日光灯会自动熄灭,减少能源消耗;安放在屋顶上的天气感应器能够随时得到气候、温度的数据,在下雨的时候它会自动关闭草地洒水喷头、关闭水池;而当太阳光很强的时候,它会自动张开房间和院子里的遮阳篷。地板上不均匀分布着的黑孔是自动除尘器,只要轻按遥控,它们就会在瞬间清除地板上的所有灰尘、垃圾等等,这一切都充满了柔和的艺术气息。

篇11

关键词：智能家居；ZigBee；安防系统；网络

Key words： smart home；ZigBee；security system；network

中图分类号：TP302.1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）08-0067-03

0 引言

当前智能家居安防系统的网络传输方式以无线网络传输为主，其传输模式存在功耗大、设备使用寿命低、电磁辐射、同频率干扰等问题。为了提高安防产品的安全性和可靠性，达到系统集成化和网络化的要求，本文选择ZigBee技术为支撑，对智能家居安防系统的总体架构进行了设计。结合智能家居安防需求，使用ZigBee网络的拓扑结构特征，建立了基于星形网络拓扑特点的智能家居新型拓扑安全网络。

1 基于ZigBee无线通信技术智能家居安防系统的组网方法

1.1 无线通信方式的选择

ZigBee无线通信技术采用的是类似于无线基站的通信模块设置，所以任何两个节点在网络平台中都可以相互之间进行通信。所以通信距离不受限制，可无限扩展节点。每个节点不仅能传输数据，还可以采集数据。

1.2 ZigBee网络的拓扑结构与选择应用

1.2.1 ZigBee网络的拓扑结构，一般分为三种

①星型拓扑结构。

星型拓扑结构包括：一个ZigBee协调器和多个终端设备。

星型拓扑结构由于所有设备传输信息都需要由协调器来完成，所以拓扑结构很容易建立。同时，缺点也很明显，由于所有节点都需要通过协调器与其他节点进行通信，导致协调器节点数据包过长，容易形成信息拥塞，造成网络不稳定。一ZigBee协调器在使用时，所有节点都要与它保持相同的距离，这就限制了在网络上的节点数量。

②树型拓扑结构。

树型拓扑结构包括：一个ZigBee协调器、几个ZigBee路由器和许多终端节点。该网络的主要特点是与星型拓扑结构相比，有多个ZigBee路由器同时担当数据的接受和发送功能。树型拓扑结构由于加入ZigBee路由器，使得网络通信范围可以扩大，最终信息数据由ZigBee路由器传输到ZigBee协调器。

③网状拓扑结构。

网状拓扑结构包括：一个ZigBee协调器、几个ZigBee路由器和许多终端节点。虽然其拓扑结构和树形拓扑结构相似，但在网络节点的路径上与树形拓扑结构信息的传输有所不同，其除协调器节点以外任意两节点之间都可以进行信息传输，信息传输过程是不固定的路径，比其他拓扑结构更稳定，这使得其通信规则更加灵活，通信效率也更高。但是，构建网络拓扑结构的复杂程度也是极高的。

1.2.2 拓扑结构选择

综合以上分析，结合三种网络结构的特点，构建一种新型的网络构架，它是基于星形结构的主体，把原有终端节点替换成路由器节点，组成一个接收发射组的装置，其特点是内部的路由器节点之间可以进行信息通信，从而防止协调器的信息拥塞。而对于分布在家庭各个角落的终端节点来说，其终端节点之间虽不能相互通信，但可以通过接收发射组来传递之间的信息，避免了因单一路由节点的故障，所造成的区域内的终端节点不能使用的问题。最后因其构建过程对于普通家庭来说比较简单，容易操作，故选用这种新型的拓扑结构。如图1所示。

1.3 ZigBee协议的配置

1.3.1 ZigBee配置文件

ZigBee配置文件用于协调路由器和终端节点之间协议信息的处理。让应用程序通过命令创建可交互操作的分布式应用程序。所有的节点如果使用相同的标准配置文件，则它们都可以进行交互性操作。配置文件是由ZigBee联盟批准通过并提供标识符给用户的，之后，用户可以自行定义内容：

①类别ID标识。

每一个可以直接通信状态的值或属性的物理量，都对应唯一的一个ID值，而多个设备的ID值可以组成一个组标识，例如，上述所说的接收发射装置组。组标识用来记录输出与输入设备的相关数据，每个组都有自己独特的组标识用以区分其他组别，在配置文件中，输出组与输入组标识应相互匹配，实现绑定功能。

②设备描述与服务类型。

设备描述用来说明是输出或输入组的功能。服务类型一般可分为MSG服务和KVP服务。MSG服务主要适用于传输数据流或大数据量文件，KVP服务一般用于小型变量值的传输。

1.3.2 ZigBee协议绑定

ZigBee绑定是一个非常重要的概念，两个节点之间采用无线通信，那么就需要创建一个由绑定所建立的逻辑链接。因为节点发送的数据包可以包括多种类型，那么就必须将多种服务类型绑定在这个节点上，从而根据选择不同的服务类型，对不同的数据包进行有针对的发送。

在创建绑定服务过程中，目标设备应首先进入一个固定的允许绑定的状态，然后通过d_AllowBindResponse（）函数响应绑定请求，之后再通过d_BindDeviceRequest（）函数来指定绑定地址，完成与目标节点的绑定。通常绑定表的格式为：

（as，es，cs）={（ad1|，ed1|），（ad2|，ed2|），（and|，endn|）}

as――源设备地址；

es――源设备标识符；

cs――连接的串标识符；

ad――目的设备地址；

ed――目的设备标识符。

1.4 ZigBee网络构建

1.4.1 ZigBee网络协调器的构建

在智能家居安防系统中，ZigBee协调器的功能是比较复杂的，首先，它负责创建一个网络平台中心；同时，新的网络设备也需要ZigBee协调器的允许才能加入；最后，ZigBee协调器还要负责网络数据的更新。其创建方法如下：

第一步，ZigBee协调器创建一个初始化网络后， ZigBee协调器应用层通过发送NLME-NETWORK-FORMATION. Request来触发网络层进行网络建立。

第二步，网络层通过发送MLME-SCAN. Request给MAC层使其进行能量扫描和主动扫描，确认找到一个能满足要求的信道时，MAC层会发送MLME-SCAN. confirm返回网络层使其创建一个新的网络标识。如果该标识与现有的网络标识相同，则会重新发送MLME-SET. request到MAC层修改网络标识，再通过MLME-SET. confirm返回网络层确认实现。

第三步，在确认网络标识后，网络层通过发送NLME-START. request 给MAC层确认是否启动协调器，经MAC层回复NLME-START. confirm到网络层后，网络层最终发送NLME-METWORK-FORMATION. confirm回应用层，应用层确认网络建立完成。见图2。

1.4.2 终端设备的网络构建

在ZigBee协调器成功地创建网络之后，其终端设备需要连接到网络。终端设备加入网络，一般经过两个步骤：第一步是网络终端设备向ZigBee协调器请求加入网络或ZigBee协调器主动扫描添加到网络的终端设备的要求。第二步，ZigBee协调器来决定是否允许一个终端设备加入到网络，如果允许入网，发送答应请求信号，如果不允许入网，发送拒绝请求信号。

1.4.3 ZigBee网络地址的分配

ZigBee使用的地址分为两种，一是MAC地址，一个是网络地址。前者为64位，为生产设备固定地址，后者为16位，地址是由网络分布的唯一入网地址。ZigBee协调器在进行地址分配时，其配置工作需要一些重要的公式。例如，用下列公式计算地址的次数。

Cskip（d）=1+Cm（Lm-d-1） Rm=1■ 其他

Cskip（d）用于表示该节点深度d时的地址数目

Cm用于表示最大深度网络；

Lm用于表示最大节点访问数量；

Rm用于表示最大路由节点访问数量。

2 基于CC2530芯片的智能家居安防系统的硬件设计

硬件设计是搭建智能家居安防系统的基础，其主要目的是构建一个可行的、高效的无线互联传感器网络，包括协调器设计和终端传感器节点设计。PC机作为上位机起着家居网络的网关的作用，通过RS-232串口与单片机之间进行通信。

2.1 基于CC2530芯片的节点设计

CC2530芯片是标准8051CPU芯片，有着低成本和优良的网络性能，其射频收发信号性能优良，与ZigBee进行组网是理想的网络解决方案。

2.2 ZigBee节点的硬件设计

在房间里ZigBee节点的分布起着监测现场，负责数据的采集和处理等功能，处理器负责协调整个网络节点和数据处理，每个传感器将负责数据的采集和数据转换，ZigBee射频模块负责的无线通信，RS-232接口负责与PC机通信。

2.3 协调器的硬件设计

CC2530和PC机连接：ZigBee协调器通过串口与PC机相连，负责传感器网络搭建、网络融合的建立，管理每个节点的数据。ZigBee协调器当使用串口进行数据交换时，需要和PC机进行电平转换，使用的是RS232收发器芯片，当发送数据时，通过RS232收发器芯片把PC串口电平转换为标准的TTL电平，然后通过CC2530进行发送，在接收数据时，CC2530在接收到数据信号之后，将TTL电平通过RS232转换为串口电平，然后发送给PC机。

总之，随着嵌入式系统的飞速发展，小型化和智能化的家居网关是一种趋势，未来的系统功能将会更加完善。

参考文献：

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[中图分类号]TP311.52

[文献标识码]A

[文章编号]1672-5158（2013）05-0100-01

物联网其定义为把所有对象透过无线射频识别（RFID）及感测网络技术，将感测设备与网际网络连接起来，以进一步实现智慧化的识别和管。

一、物联网在智能家居中的应用发展

物联网是把所有对象透过无线射频识别等讯息，将感测设备与网际网络连接起来，实现智慧化的识别和管？的技术。在整个网际网络的基础上，用RFID自动识别和信息获取、无线数据通信等技术，将架构一个包含世界上所有事物的相连结。互联网是对象间互相联络，沟通的形式将扩大从人际到人际，人类事物与事物，事物。这将改变人们的生活带来一个新的无处在的计算和通信的时代。无线射频率识别技术（Radio Frequency IDentification，RFID）及相关识别技术将成为物联网 （Internet of Things，IoT）的基础。在整个网络中，所有的对象能够自动识别，互相进？信息交流。以物联网为基础运用在居家照护的电子网络化，结合各类的医疗照护仪器，识别其中的信息，来达到和照护者的沟通，甚至透过网络可与远程的医疗机构进？被照护者的实时信息交换。可充份的节时间，提高救护的效率，在互联网的东西，异质性的设备和技术，带来一些挑战，由于同的设备在管异构数据具有同特点。在这种情况下，物联网的结构进分析，数据管框架的物联网也基于Web服务的设计。也有研究出以环境智能基础为架构的家庭护系统，来克服目前所需面对的居家护识别的困难。

二、基于物联网的智能居家照护方法

居家照护架构可分为四层，说明如下：

1.设备层：也就是指照护所使用到的设备，主要是辨识被照护者的标签、血糖机及血压计等设备，这些设备经测后会将资传至控制层。

2.控制层：这部份主要在接收设备层传感器（sensor）传出的资，有RFIDReader用来取tag的资辨别是否为被照护者本人，IEEE 1451 i’nterrace是用在接收各类的照护设备传感器资。

3.传输层：是用接收传送资至应用层，大部份是使用Bluetooth，Wi Fi，Zigbee，COM等。

4.应用层：包括ALE，EPCIS Capture Application，EPCIS Query Interface，还有Complex Event Process Engine针对所接收到的照护设备资的事件资过滤、筛选后透过EPCIS Repository进事件处理后产生相对应的事件状况。

依据相关居家照护医疗设备其传输界面为Bluetooth，RS 232，USB或红外线，必须使用IEEE 1451.x的协议来当作接口进连结及资的传输接收，被照护者的RFID tag则需以ALE Middie进资辨识接收。再者将所接收到的资传NEPCIS，触发EPCIS～Object Event，这些事件将被储存于EPCIS事件储藏库中（Event Repository），此为储存EPc资的资库，也存放EPCIS Object Event所定义的event type之资，或者是使用者自定义vocabulary之资，Object Event依EPCglobal标准所定义的格式。

PCIS仅仅是一个实体的资库，重要的是还有各种的接口，以来连到各种同的资库实体。

针对居家照护的医疗设备，如血糖机、血压计可依被照护者的原本历史检验检查值定义出一个标准值，超过标准值，像血糖过高应进么对应的处理状况，针对这些事件然后产生一个单一事件处理程序，进而心跳过低和血糖低于标准二种状况发生需进么处理程序，定义出所谓的复合事件处理程序。