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關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；智能家居；無線網(wǎng)絡；ZigBee；WiFi；藍牙；6LoWPAN
中圖分類號：TB
文獻標識碼：A
doi：10.19311/ki.16723198.2017.01.085
1物聯(lián)網(wǎng)
“物聯(lián)網(wǎng)”的概念來自美國麻省理工學院的師生們開發(fā)出的RFID技術（網(wǎng)絡無線射頻識別系統(tǒng)）。這種技術的產(chǎn)生，使得日常的物品進入互聯(lián)網(wǎng)成為了可能。最常見的一些RFID應用，如居民二代身份證、公交卡、門禁卡等等，這些卡內設有RFID芯片，通過刷卡完成信息識別和交互。通過各種信息傳感設備、裝置和技術，采集聲、光、電、熱、力、生化、位置等各種人們所需的信息，結合互聯(lián)網(wǎng)形成一個個網(wǎng)絡，最終實現(xiàn)物體與物體、物體與人之間的連接互通（Internet Of Things）。
當前，物聯(lián)網(wǎng)的組成被主要被分成五個層次：感知層、接入層、互聯(lián)網(wǎng)層、服務管理層和應用層。感知層，通過RFID、各種傳感器、紅外二維碼技術完成信息收集；接入層，通過Wi-Fi、ZigBee、藍牙等無線網(wǎng)絡協(xié)議完成信息傳輸；應用層和服務管理層，通過網(wǎng)絡管理、云計算、應用集成等等設計的信息處理系統(tǒng)，分別完成在不同場景下的應用。
2智能家居
智能家居就是將原本“靜止”且需要人用物理按鈕來操控的普通家居通過內部嵌入射頻識別芯片（RFID）、全球定位系統(tǒng)（GPS）、紅外線感應器、氣體感應器、激光掃描器等傳感設備，并且通過與之對應的協(xié)議連接至互聯(lián)網(wǎng)，變成能“主動”且可遠程按計劃操控的智能家居。隨著近年來信息化的高速發(fā)展、通信的自由化、業(yè)務量的高速增長以及人們對工作、生活環(huán)境的安全性、舒適性以及高效性要求的提高，社會對智能家居的需求大大增加。
現(xiàn)代智能家居系統(tǒng)一般可以分為內網(wǎng)、外網(wǎng)和網(wǎng)關三個部分。其中內網(wǎng)是負責連接各種家電和其他設備的局域網(wǎng)；外網(wǎng)一般是小區(qū)局域網(wǎng)、Internet等；而網(wǎng)關的作用是連接內網(wǎng)和外網(wǎng)，實現(xiàn)外網(wǎng)對內網(wǎng)的監(jiān)測和控制。
一個基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)，首先要選擇合適的無線接入網(wǎng)絡，智能家居系統(tǒng)對無線網(wǎng)絡的主要要求是低功耗、使用壽命長、數(shù)據(jù)傳輸可靠等要求。目前常見的無線網(wǎng)絡有ZigBee、WiFi、藍牙、6LoWPAN等。
3現(xiàn)階段主要無線技術的應用
3.1ZigBee
ZigBee是一個基于IEEE802.15.4的通信協(xié)議，IEEE802.15.4本身是用于處理物理層和底層MAC層的協(xié)議。IEEE802.15.4工作組正式成立于2000年12月，致力于一種提供便攜、移動或固定設備使用的低成本、低復雜度、低速率、低功耗的無線連接技術。
IEEE802.15.4定義了兩個物理層標準，分別是24GHz物理層和868/915MHz物理層，二者都是用相同的物理層數(shù)據(jù)包格式，區(qū)別在于工作頻率、擴頻碼長、調制技術和傳輸速率。2.4GHz頻段是全球統(tǒng)一的自由ISM頻段，這有助于ZigBee設備的推廣和使用；868MHz和915MHz分別是美國和歐洲的ISM頻段，這兩個頻段的引入避免了2.4GHz附近各種無線通信設備的相互干擾。
Zigbee收發(fā)模塊使用了2.4GHz的直序擴頻技術，和一般的頻移鍵控，幅移鍵控和跳頻數(shù)傳電臺相比，具有更強的抗干擾能力；ZigBee協(xié)議對網(wǎng)絡層和對應的API接口做了標準化的定義；ZigBee可以對數(shù)據(jù)是否完進行檢查，并且擁有鑒別用戶身份的功能，采用通用的AES-128加密算法，算法中長達128位的密碼保障了通過ZigBee傳輸?shù)男盘柕臋C密性；通過ZigBee傳輸?shù)臄?shù)據(jù)大多采用短幀的傳送方式，實時性很強，傳輸速度也非?？?；ZigBee組網(wǎng)容易，自恢復能力強，再加上低成本和小型設備對無線網(wǎng)絡的帶寬要求不是很高，因此，ZigBee對智能家居中的擴展，增加新設備非常的友好。
在擁有上述優(yōu)點同時，ZigBee技術也存在一些問題。現(xiàn)階段，國內應用的ZigBee技術主要還是在24GHz ISM頻段的范圍內，這個頻段的信號衍射能力弱，穿δ芰θ酢T詡揖擁幕肪忱錚即使是一扇窗，一扇門或者是一堵墻都能讓信號的強度衰減很多。雖然我們能夠通過射頻功放的方式，對2.4GHz頻段的信號進行放大處理，但這樣又造成了大量且不必要的輻射污染，這種方式和ZigBee本身節(jié)能、低功耗的初衷相悖。
Z-wave同樣也是一種短距離無線傳輸?shù)募夹g，它和ZigBee一樣源自無線射頻，都屬于硬件協(xié)議和架構上的技術。Z-Wave是由一家名為Zensys的丹麥公司主導的一種無線組網(wǎng)規(guī)則。Z-wave Alliance（Z-wave聯(lián)盟）雖然看起來不如ZigBee聯(lián)盟規(guī)模大，但是其中的成員（廠商）都已經(jīng)在智能家居的領域擁有成熟的產(chǎn)品，Z-Wave聯(lián)盟已經(jīng)獲得來自全球各個國家和地區(qū)的160多家國際知名公司的支持。在美國，Z-Wave可以使用的頻段是915MHz；而在歐洲，可以使用的頻段是868.42MHz；915MHz和868.42MHz屬于國際無線規(guī)則中的一區(qū)和二區(qū)的ISM頻段，而在我國這兩個頻段都非民用，因此很可能在中國禁止使用。
3.2藍牙
藍牙（Bluetooth）技術始于愛立信公司的1994方案，它開始是研究在移動電話和其它配件間進行低功耗、低成本無線通信連接的方法。發(fā)明者希望為設備間的通訊建立一套統(tǒng)一規(guī)則，以解決用戶間移動電子設備互不兼容的問題。每個藍牙設備可同時維護8個鏈接，可以將每個設備配置為不斷向附近的設備發(fā)送其存在的通知，以便創(chuàng)建連接。另外，可以對兩個設備之間的連接設置密碼保護，防止被其它設備接收。
藍牙的標準是IEEE802.15.1，也工作在無需許可的ISM2.4GHz頻段，最高速度可達723.1kb/s。為了避免干擾可能使用2.4GHz的其他協(xié)議，藍牙協(xié)議將該頻段劃分成79個頻道（帶寬為1MHz），當檢測到與其它信號沖突時自動跳轉到其他頻道，每秒的頻道轉換次數(shù)可達1600次。
近年來藍牙的發(fā)展也比較迅猛，2015年年初的藍牙4.2，在數(shù)據(jù)傳輸速率和傳輸距離的提高與錯誤率的降低上有了很大進步。而藍牙技術聯(lián)盟于2016年6月提出第五代藍牙技術標準，藍牙5的理論接收距離最遠可達300米，在實際使用中的收發(fā)距離也可以達到120米，四倍于藍牙4.2技術。
3.3WiFi
WiFi（Wireless Fidelity，無線保真），從1997年無線局域網(wǎng)標準802.11以來，在眾多業(yè)界領先公司組成的WiFi聯(lián)盟的大力推動下，發(fā)展迅猛。目前WiFi的使用范圍非常廣泛，基于WiFi技術的智能家居產(chǎn)品也最為常見，其優(yōu)勢在于傳輸速率快，且產(chǎn)品成本低。對于用戶來說，基于WiFi的智能家居組合最為便捷，購買設備后可以自己進行組網(wǎng)。
在智能家居中使用WiFi也有一些顯著的缺點。首先，安全性非常低是WiFi為最嚴重的問題，無線信號也不是很穩(wěn)定；其次，WiFi的功耗還是很高的，這也限制了它在智能家居領域的應用；再次，WiFi組網(wǎng)能力低，擴展空間受限制。
3.46LoWPAN
6LoWPan是基于IPV6的低速無線個域網(wǎng)標準，即IPV6 over IEEE 802.15.4，于2004年提出。與ZigBee相比，都是基于IEEE 802.15.4 標準，都具有低功耗，低復雜度度，安全性強（都采用AES128加密標準）等優(yōu)點。
提起物聯(lián)網(wǎng)我們可能很容易聯(lián)想到IPV6，IPV6是現(xiàn)行版本IP協(xié)議（IPV4）的下一代協(xié)議。由于網(wǎng)絡地址資源有限成為了IPV4所面臨的非常嚴峻的問題，這在很大程度上限制了互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和應用。IPV6有128位地址，IPV6的使用，不僅能解決網(wǎng)絡地址資源數(shù)量的問題，而且也解決了多種設備連入互聯(lián)網(wǎng)的障礙。IPV6也一直被認為是在物聯(lián)網(wǎng)應用中最為理想的技術手段。由于IPV6龐大的協(xié)議棧和大量的數(shù)據(jù)分發(fā)包，無線傳感網(wǎng)下的節(jié)點設備無法直接移植IPV6。6LoWPAN的誕生，就是發(fā)明了一種將IP報頭壓縮到只傳送必要內容的小數(shù)據(jù)包的方法。
一直以來，大家普遍認為將IP協(xié)議引入無線通信網(wǎng)絡是很不現(xiàn)實的。所以，到目前為止，前面提到的一些專用協(xié)議一直為無線網(wǎng)絡采用。IP協(xié)議對帶寬和內存都有著比較高的要求，為了適應微控制器及低功率無線連接而降低它的運行環(huán)境也是一件相當困難的事情。
IETF 6LoWPAN草案標準，基于IEEE 802.15.4實現(xiàn)了通過IPV6的通信，它的有望改變前面的困境。低功率運行的6LoWPAN，讓它非常適合應用在手持機和各種儀器中，再加上它內置支持AES-128加密的方式，為強健的安全性和鑒權打下了堅實的基礎。6LoWPAN所取得的突破是得到一N非常高效、緊湊的IP實現(xiàn)，消除了以前形成各種專有協(xié)議和專門協(xié)議的因素。其龐大的地址空間是最大的亮點，基本可以不考慮接入設備的上限。而另外一個亮點，就是當IPV6中的節(jié)點設備啟動時，可以通過自動讀取設備的MAC地址根據(jù)相關規(guī)則配置好設備的IPV6地址（從效果上類似局域網(wǎng)中的DHCP協(xié)議）。
4結語
我們國家一直很重視物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，但較之西方發(fā)達國家，我們的物聯(lián)網(wǎng)技術還是有長的路要走的。
各國廠商為了在物聯(lián)網(wǎng)市場上搶占更多的先機，紛紛推出自己研發(fā)和采納的無線網(wǎng)絡標準，ZigBee、Z-wave、WiFi、藍牙等，它們有各自的優(yōu)點，同時也有各自的不足。而從IPV6演化而來的6LoWPAN的橫空出世，開源的理念和與下一代IP協(xié)議的對接，使標準的統(tǒng)一成為了可能，也讓滯后發(fā)展的我們看到了希望。
每種技術都有它的優(yōu)勢，ZigBee的低功耗與安全、WiFi的便捷開發(fā)、藍牙的高速傳遞速率、6LoWPAN的良好發(fā)展趨勢。所以從長遠的角度考慮，各種不同的技術在競爭中尋求合作，而非互設競爭壁壘，才是物聯(lián)網(wǎng)的未來方式，才會帶來物聯(lián)網(wǎng)世界真正的繁榮。
參考文獻
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【關鍵詞】物聯(lián)網(wǎng)技術 智能家居 應用
近年來，信息化發(fā)展掀起了第三次科學技術革命浪潮，隨著信息技術的迅猛發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)這一脫胎于互聯(lián)網(wǎng)的全新技術應運而生。物聯(lián)網(wǎng)技術的應用使得過去普普通通的物品變得智能化，具有了智能化識別、定位導航、監(jiān)控跟蹤等一系列功能。哪持忠庖逕俠此擔物聯(lián)網(wǎng)就是通過物品進行延伸的互聯(lián)網(wǎng)，通過信息世界與物理世界的相互交融，徹底顛覆人類對于物理環(huán)境的傳統(tǒng)理解，改變了人們與物理環(huán)境進行交互的方式。物聯(lián)網(wǎng)技術最貼近人類生活的應用就是智能家居，智能家居的概念更早提出，在物聯(lián)網(wǎng)技術成熟之后得以充分實現(xiàn)，智能家居改變了人們生活起居的方式，讓家居與人的聯(lián)系更加緊密和便捷，人和家居能夠進行充分交流和溝通，有效提高了生活質量。
一、物聯(lián)網(wǎng)技術概念簡述
物聯(lián)網(wǎng)這一概念的最早出現(xiàn)是在1991年由麻省理工學院的Kevin Ashton 教授提出的，在1995年，比爾蓋茨也曾經(jīng)在自己的書中提及這一概念，但由于當時的技術發(fā)展限制，物聯(lián)網(wǎng)這一概念最初并沒有引起大家的廣泛關注。物聯(lián)網(wǎng)的英文名稱是Internet of Things，顧名思義，就是物品的互聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)實際上是相互獨立的兩個網(wǎng)絡，互聯(lián)網(wǎng)將千千萬萬個計算機互聯(lián)互通，而物聯(lián)網(wǎng)則強調對物可控、可管理的技術[1]。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術逐漸成為信息化發(fā)展的熱門，其技術成熟度也日益提高，物聯(lián)網(wǎng)的應用也變得日益廣泛。目前，物聯(lián)網(wǎng)普遍應用于智能交通、政府工作、智能家居、公共安全、智能消防、軍事偵察等眾多領域。而智能家居中的應用最為普及，也最貼近我們的生活。物聯(lián)網(wǎng)將載有最新互聯(lián)網(wǎng)技術的感應器嵌入到各個領域的各種物體之中，實現(xiàn)了互聯(lián)網(wǎng)技術與物品的融合，同時也實現(xiàn)了人類社會與物理環(huán)境的交互和溝通，讓人類能夠更好地管理和控制物品，大大提高了社會發(fā)展的效率。
二、物聯(lián)網(wǎng)技術對智能家居的作用
如上所述，物聯(lián)網(wǎng)技術的應用廣泛，但最為普及的應用在于智能家居。物聯(lián)網(wǎng)技術對于推動智能家居的發(fā)展有著十分重要的作用。智能家居又被稱為智能化建筑、自動化家庭以及集成式家庭系統(tǒng)，這些別稱充分說明了智能家居智能化、自動化、集成式的概念要素。智能家居這一概念早在20世紀80年代中期就已經(jīng)出現(xiàn)，但由于技術方面的限制，智能家居真正發(fā)展和實現(xiàn)卻是在物聯(lián)網(wǎng)技術發(fā)展之后，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的不斷成熟，人類對于智能家居最初的一些設想也得到了實現(xiàn)[2]。當下的智能家居主要是通過利用物聯(lián)網(wǎng)技術將家庭之中，諸如影音設備、照明系統(tǒng)、空調設備、安防系統(tǒng)等一系列的家庭設備進行連接和智能化，使得智能家居不僅僅具備傳統(tǒng)家居的居住功能，住宅主人還可以通過網(wǎng)絡等方法實現(xiàn)對家居的監(jiān)控、定時控制、智能安防、遠程控制等一系列智能化功能和信息交互。使得生活變得更加快捷智能，大大優(yōu)化了人們的生活方式，提高了生活質量、舒適度以及安全性。下面通過幾個實例簡述物聯(lián)網(wǎng)技術對智能家居的作用和應用。
（一）智能衣柜
智能衣柜是物聯(lián)網(wǎng)技術在智能家居中的應用之一，智能化衣柜中嵌入了傳感器與感應器，可以通過互聯(lián)網(wǎng)天氣查詢以及溫度感應為人們提出與天氣和氣溫相適宜的著裝推薦。同時，部分智能衣柜具有自動整理衣物，自動熨燙衣物等智能化功能，為人們的出行以及生活提供了極大的便利。
（二）智能照明系統(tǒng)
智能照明系統(tǒng)是目前比較普遍的智能家居功能，照明系統(tǒng)囊括了整個住宅之中的所有照明燈光，通過遙控或者智能手機的控制，可以對智能家居中的照明系統(tǒng)進行全方位的調控。智能照明系統(tǒng)具有諸如辦公、家庭影院、閱讀、休息等多種照明模式，住宅主人只需遙控選擇就可以在固定地點對整個住宅的燈光進行控制，既方便快捷，又可以避免忘記關燈等現(xiàn)象。有效為人們節(jié)約了能源，既靈活舒適又健康環(huán)保[3]。
（三）移動終端控制
由于智能手機的快速發(fā)展，許多智能家居將智能手機作為整個住宅的遙控終端，只需要一部手機就可以實現(xiàn)與整個住宅智能系統(tǒng)的交互?？梢酝ㄟ^手機聯(lián)網(wǎng)進行全宅燈光控制、音響控制、電器控制以及安全防控，非常方便快捷。小小的智能手機搖身一變成為家居的萬能遙控器。
（四）網(wǎng)絡遠程控制
網(wǎng)絡遠程控制是近年來十分火爆的智能家居應用，通過物聯(lián)網(wǎng)技術實現(xiàn)了對家居的遠程監(jiān)控和控制，在人們外出工作、旅行的時候，可以通過電腦、智能手機等設備對家居進行遠程控制，例如在回家的路上提前遙控智能浴缸放好洗澡的熱水，將家中空氣進行通風換氣，智能掃地機器人進行房間清掃等等。這些都可以在住宅主人不在家時通過遠程遙控實現(xiàn)，方便快捷，效率極高，很大程度上為人們的生活節(jié)約了寶貴的時間[4]。
結束語：
科學技術的發(fā)展和生活水平的提高，使越來越的人堅定不移地追求更高的生活質量，作為高品質、信息化生活的代表，智能家居越來越受到人們的重視。物聯(lián)網(wǎng)近年來的迅猛發(fā)展為智能家居的發(fā)展和實現(xiàn)提供了強大的技術保證，物聯(lián)網(wǎng)技術對智能家居的作用及影響也非常之巨大，相信隨著信息技術更高層次發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術將更加深入應用到智能家居中，更大程度改善人們的日常生活，為人類的生產(chǎn)生活以及發(fā)展提供更舒適的環(huán)境。
參考文獻：
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【關鍵詞】物聯(lián)網(wǎng);智能家居;研究;實現(xiàn)
物聯(lián)網(wǎng)作為一項新興技術，它的發(fā)展和應用吸引了眾多學者的注意。在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下人們的生活水平將得到大幅度提高，將物聯(lián)網(wǎng)技術應用到智能家居環(huán)境中能使人們的生活更舒適、高效，基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居研究具有重要意義。
一、物聯(lián)網(wǎng)和智能家居的概念
1.物聯(lián)網(wǎng)的概念
物聯(lián)網(wǎng)源于研究人員在多領域的研究成果的集成，由Kevin Ashton在研究供應鏈管理時提出，研究人員對于普適計算的研究是物聯(lián)網(wǎng)出現(xiàn)的重要原因。不同學者對物聯(lián)網(wǎng)的定義各有不同，歐洲項目組將物聯(lián)網(wǎng)定義為商業(yè)、信息交流的參與者，能推動社會發(fā)展，是一種能夠互動，并相互間、與外部環(huán)境能產(chǎn)生交換得到的信息和數(shù)據(jù)，不經(jīng)人為干預，便可以自發(fā)做出相應行為和提供服務，能夠反映并影響真實生活的事件。而RFID項目組把物聯(lián)網(wǎng)視為在標準通信協(xié)議的基礎上，由擁有唯一地址的互聯(lián)網(wǎng)物體所構成的網(wǎng)絡。物聯(lián)網(wǎng)可以分為位于最底層的感知層、網(wǎng)絡層和應用層，物聯(lián)網(wǎng)的核心技術包括射頻識別技術、無線傳感器網(wǎng)絡技術、Internet技術、納米技術和信息安全技術等。[1]
2.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居的概念
美國最早產(chǎn)生智能家居的概念，它是以住宅為基礎，建筑設備自動化、網(wǎng)絡通信、信息家電為具體表現(xiàn)，兼具系統(tǒng)性、結構性、服務功能和管理功能為一體的家居環(huán)境。智能家居可以通過計算機技術、網(wǎng)絡通信技術和綜合布線技術等將住宅環(huán)境中的各系統(tǒng)聯(lián)系在一起，幫助人們更合理有效地安排時間，使生活更高效、井然有序，并提高住宅環(huán)境的安全性，還能實現(xiàn)節(jié)能減排的功能。
二、國內外的研究現(xiàn)狀
美國的智能家居研究最為先進，已經(jīng)出現(xiàn)了以ACHE系統(tǒng)為核心的智能房屋，通過神經(jīng)網(wǎng)絡原理來控制溫度、照明等因素，并且不需要人為的事先編程。此系統(tǒng)可以通過連續(xù)監(jiān)視環(huán)境，并記錄居民對于燈光、溫度等的使用情況，再對得出的數(shù)據(jù)進行匯總分析，從而推測居民的生活習慣，生成與居民行為習慣相對應的規(guī)劃策略，為居民安排舒適的居住環(huán)境并預測未來的行為。
中國的智能家居發(fā)展較晚，海爾推出的U-home智能家居產(chǎn)品將電信網(wǎng)、廣電網(wǎng)、電力網(wǎng)等通過有線和無線方式進行結合，實現(xiàn)消費者的居住環(huán)境如樓宇、室內、社區(qū)等的結合，使居住環(huán)境更加高效、舒適。
三、基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居設計與實現(xiàn)
基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)主要包括居住環(huán)境感知及互動、網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸和應用服務層。居住環(huán)境感知及互動是指將各種配備無線或有線功能的傳感器進行連接，使它們能夠提供獲取居住環(huán)境的物理信息、居民生活狀態(tài)和訪客信息的錄入等服務。網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸能夠保證居住環(huán)境信息和居民信息的傳輸。應用服務層能根據(jù)收集的相關數(shù)據(jù)最終實現(xiàn)支配家居設備工作的目的。[2]
（一）基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居總體設計與實現(xiàn)
1.家庭智能網(wǎng)關的設計
家庭智能網(wǎng)關是基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)中最重要的中心設計，能夠采集并匯總不同網(wǎng)段的信息數(shù)據(jù)。在內部的家居網(wǎng)絡中，它與ZigBee協(xié)調器相連，是住宅信息的唯一出口，在外部網(wǎng)絡中，家庭智能網(wǎng)關與Internet網(wǎng)連接，是遠程操作指令接入家庭內部網(wǎng)的最后一道工序。由于內部和外部信息都經(jīng)過家庭智能網(wǎng)關的傳輸，所以這樣的總設計能保證智能家居的安全性。
2.感知層的設計與實現(xiàn)
由ZigBee節(jié)點組成的ZigBee網(wǎng)絡位于感知層，各種傳感器、音視頻采集設備和安防門禁系統(tǒng)執(zhí)行器也位于感知層上。感知層上的各種傳感器能通過ZigBee節(jié)點將居住環(huán)境信息傳輸?shù)郊彝ブ悄芫W(wǎng)關，并且應用層的指令信息也能通過ZigBee節(jié)點傳輸給執(zhí)行設備以實現(xiàn)預定的用戶操作。通過這一系列傳輸，實現(xiàn)底層ZigBee節(jié)點的互相連通問題。
3.網(wǎng)絡層的設計
基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居中的網(wǎng)絡傳輸是用于管理各種住宅設備的網(wǎng)絡信息傳輸，已提供住戶遠程控制的平臺的系統(tǒng)。網(wǎng)絡層的設計包括家庭智能網(wǎng)關、控制中心、住宅設備等內容，傳輸?shù)男畔⒁钥刂菩畔⒑蛿?shù)據(jù)信息為主。包括有線傳輸和無線傳輸兩種形式。無線傳輸與有線傳輸相比更加便于管理和應用，所以在基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居的未來設計中更加廣泛。
4.應用層的設計
應用層的設計是基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居設計中最重要的部分，目前的智能家居中，家居安防監(jiān)控、家庭信息管理、家庭環(huán)境監(jiān)測是應用層設計的主要方向。
（二）基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居硬件設計方案與實現(xiàn)
如圖1所示，基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居硬件設計主要以節(jié)能為重點進行分析。局域網(wǎng)內部的微型處理元件與通信設備的選擇對于整個智能家居系統(tǒng)的功耗和網(wǎng)絡傳輸效率影響巨大，其中末端節(jié)點的穩(wěn)定性和工作效率對于整個系統(tǒng)的可持續(xù)工作時間和穩(wěn)定性起著重要作用。所以在基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居硬件設計中應特別注意對微小處理元件和通信方式的節(jié)能設計。[3]
四、結束語
中國的智能家居發(fā)展較晚，但是由于人們生活水平提高，對家居環(huán)境的要求隨之增加，在近幾年國家政策的扶持下，智能家居的研究也如火如荼地展開。如海爾、長城等大企業(yè)紛紛推出了智能家居產(chǎn)品，國內的通信商也將物聯(lián)網(wǎng)服務作為未來的發(fā)展方向之一，對于基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居的研究和實現(xiàn)提供了良好契機。
參考文獻
[1]葉興貴，繆希仁.基于ZigBee的智能家居物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)[J].現(xiàn)代建筑電氣，2010，12（09）：32-34.
家居智能物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)就好比我們以前組裝的電腦，各個智能家居就是電腦的各個外設配件，多模信息網(wǎng)關就是電腦的MCU，智能家居中間件就是各個硬件設備驅動，開發(fā)的應用服務平臺就是我們的軟件系統(tǒng)。家居智能物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展就會像幾十年前的電腦發(fā)展一樣，進入多元化時代，家居智能物聯(lián)網(wǎng)的應用時代也會隨之到來。
家居智能物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀
近幾年金融危機之后的復蘇時期，物聯(lián)網(wǎng)概念迅速風行，受到各國政府的重視。物聯(lián)網(wǎng)是通信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的拓展應用和功能延伸，它利用感知技術與智能裝置對物理世界進行感知識別，通過網(wǎng)絡傳輸，進行計算、處理和知識挖掘，實現(xiàn)人與物、物與物信息交互和無縫銜接，達到對物理世界實時控制、精確管理和科學決策目的。通過物聯(lián)網(wǎng)與智能家居結合形成家居智能物聯(lián)網(wǎng)，其如何實現(xiàn)對生活有用的業(yè)務和應用將是我們關注的重點。
智能家居發(fā)展過程中，2007年微軟推出的“未來之屋”系統(tǒng)有著重大影響力。該系統(tǒng)中：進入房屋時，安全系統(tǒng)會對來訪者的面部進行掃描，確認身份后自動打開房門；客廳冰箱上的液晶顯示器能列出保存的食物清單，廚房水槽能夠根據(jù)使用者的身高調節(jié)高度，而排風機會根據(jù)油煙濃度自動開啟；此外，每個房間的墻壁顏色、裝修風格和溫度都可以根據(jù)家庭成員的喜好和情緒自動更換。該系統(tǒng)是智能家居的一個樣板。
由于智能家居受產(chǎn)品生產(chǎn)廠家的限制，在短時間內還沒有統(tǒng)一的標準協(xié)議，所以一般都是一個廠家單獨做系統(tǒng)研發(fā)方案的。各個系統(tǒng)相對獨立，并不相互交換信息，整個系統(tǒng)更像是多個智能家居系統(tǒng)的簡單堆積。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，與智能家居結合，形成家居智能物聯(lián)網(wǎng)是智能家居系統(tǒng)未來發(fā)展的必然趨勢。
家居智能物聯(lián)網(wǎng)的特點與瓶頸
家居智能物聯(lián)網(wǎng)是一個以住宅為平臺、以智能家居為節(jié)點，利用物聯(lián)網(wǎng)技術為紐帶的家居系統(tǒng)。其典型應用場景如圖1所示。根據(jù)功能不同智能家居節(jié)點可分為三個部分：負責對家居環(huán)境及相關人員信息采集的信息采集系統(tǒng)，如采集住宅內外人員信息的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，采集家居環(huán)境的煙霧采集器、溫濕度采集器和三表讀數(shù)采集器；負責對家居環(huán)境進行相關改變的智能控制系統(tǒng)，如打開房門的門禁系統(tǒng)，改變室內光亮、溫濕度的空調、電燈和電動窗簾，提供主人相關服務的電視、冰箱和洗衣機等家電設備；負責信息交互，提供遠程訪問與控制功能的家庭信息平臺。
一體化的集成控制平臺。隨著時代的發(fā)展，家中電器設備越來越多，越來越智能化，人們常為種類繁多的操作頭痛不已，家居智能物聯(lián)網(wǎng)就是智能家居一體化的集成控制平臺。首要的一個功能就是家居設備操作的集成化，將家中的設備集中在一個界面平臺上進行操作控制，省去了用戶尋找和熟悉各種控制操作的煩惱。其次是家居設備操作的一鍵化，目前越智能的家電設備的操作也越復雜，這便給有老人孩子的家庭帶來諸多不便，家居智能物聯(lián)網(wǎng)提供一鍵設置功能，能以功能需求為單元保持對相關設備的一系列操作，用戶僅需一鍵操作，就可完成相關功能。
全方位的信息監(jiān)控平臺。隨著人們生活節(jié)奏的加快，希望能快速簡便的得到家居的一切相關信息。家居智能物聯(lián)網(wǎng)就是全方位的信息監(jiān)控平臺。不僅為您顯示家中所有設備的狀態(tài)以及溫濕度狀況、電路電流電壓狀況，讓您對家中的所有狀況一目了然，還能為用戶提供家中的視頻圖像，闖入報警和煙霧報警的緊急情況報警。并擁有事件記錄功能，能對家居環(huán)境的變化進行記錄，以便事后進行相關分析與追蹤處理提供信息基礎。
智能化的信息交互平臺。單獨的智能家居系統(tǒng)的堆積，無法發(fā)揮出智能家居的潛力，反而增加了智能家居的使用復雜度，家居智能物聯(lián)網(wǎng)就是智能化的信息交互平臺。不僅為您提供遠程接入的控制能力，讓您無論身處何處都能控制家中的任何智能家居系統(tǒng)，而且還能為各個智能家居系統(tǒng)提供信息交互的平臺，就像家居系統(tǒng)的管家一樣，根據(jù)主人的相關設定，管理和協(xié)調相關智能家居進行相關操作。
家居智能物聯(lián)網(wǎng)要想發(fā)展并推廣，目前面臨著巨大挑戰(zhàn)。家居智能物聯(lián)網(wǎng)的對象是結構和特性完全相異的各種家用電器，相互之間兼容性比較差，沒有統(tǒng)一的標準與協(xié)議，各個廠家生產(chǎn)的智能家電之間的數(shù)據(jù)共享比較困難。因此，家居智能物聯(lián)網(wǎng)不易擴充和相關兼容，制約其被廣大用戶接受。
家居智能物聯(lián)網(wǎng)所處的運行環(huán)境有很大差異，個體性比較強，如果采用單個用戶單個設計調試的模式，成本就將成為制約其推廣的重要因素。而讓用戶根據(jù)自身條件進行相關系統(tǒng)調整的話，用戶的能力就將成為制約其推廣的重要因素。
家居智能物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展方向
隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，與智能家居結合，形成家居智能物聯(lián)網(wǎng)是智能家居系統(tǒng)未來發(fā)展的必然趨勢?；灸繕耸菍⒓彝ブ懈鞣N與信息相關的信息采集設備、家用電器和家庭安防裝置等通過物聯(lián)網(wǎng)技術連接到一個家庭智能信息系統(tǒng)上進行集中或者異地的監(jiān)視、控制和家庭事務性管理，并保持這些家庭設施與住宅環(huán)境的協(xié)調。如圖2所示為家居智能物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)架構。
其中，智能家居中間件的開發(fā)，確切地解決了各個廠商設備之間兼容性差的問題，它就像電腦中軟件驅動的概念，為家居智能物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)提供了一個開發(fā)的應用平臺。
基于該系統(tǒng)架構，家居智能物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展主要集中在四個方面。首先是內含通用的智能家居通信協(xié)議的嵌入式通信模塊。物理層上可選用不同的通信制式，但基于其上的通信協(xié)議將是通用的，即通用的智能家居通信協(xié)議將向TCP/IP協(xié)議一樣，被植入各個智能家居的通信模塊中。
其次是多模信息網(wǎng)關的研發(fā)。它是家居智能物聯(lián)網(wǎng)的核心部件，它的開發(fā)將使智能家居變成即插即用的配件，直接接入家居智能物聯(lián)網(wǎng)中。因此，具有各種功能的、面向各種方向的多模信息網(wǎng)關，將像無線AP一樣不斷涌現(xiàn)出來。
第三，智能家居中間件的開發(fā)。它就像硬件廠商需要提供驅動一樣，未來智能家居廠商也必須向用戶提供智能家居中間件。
關鍵詞：智能家居；物聯(lián)網(wǎng)技術；應用
中圖分類號：O434 文獻標識碼： A
一、智能家居的概述
美國是最早提出智能家居概念的國家，主要指的是建立在住宅平臺基礎上的一種現(xiàn)代化的居住環(huán)境，不僅實現(xiàn)了信息家電、網(wǎng)絡通信、建筑設備和信息設備的自動化，還擁有管理、服務、機構和系統(tǒng)等多項功能，為居住者提供一個舒適、安全的環(huán)境，方便居住者的生活，減少環(huán)境污染。家居生活是一個相對復雜的系統(tǒng)，涉及多個子系統(tǒng)，在綜合布線、音視頻、網(wǎng)絡通信、安全防范及計算機等多種先進的技術支持下，把多個子系統(tǒng)連接為一個統(tǒng)一的整體，從全局角度出發(fā)，全面管理居民的生活狀況，在提高居民居住安全性和居民時間利用效率、優(yōu)化生活方式的同時，還能達到減少資源消耗、降低費用的效果。
根據(jù)小區(qū)、用戶的不同需求，可以將智能家居劃分為兩大類，即要求在室內進行聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)和要求將控制、連網(wǎng)進行集中統(tǒng)一連接的系統(tǒng)。其中前者包括一些具有私密性特點的家電控制、燈光控制、自來水控制等系統(tǒng)，該類系統(tǒng)具有單獨性，無法同公共管理部門進行數(shù)據(jù)交換，而后者則涵蓋抄表控制、對話等系統(tǒng)，這部分系統(tǒng)可以同外部單位相連接，能夠進行統(tǒng)一的控制。
二、物聯(lián)網(wǎng)概述
物聯(lián)網(wǎng)的英文描述為“TheInternetofthings”，即“物――物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。在傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)人與物互通的基礎上，實現(xiàn)物與物互通，是互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的應用和業(yè)務層面的拓展。其主要特征是全面感知、可靠傳遞和智能處理。全面感知是指利用RFID、二維碼、傳感器等隨時隨地獲取和采集物體信息；可靠傳遞是指通過無線網(wǎng)絡和互聯(lián)網(wǎng)的融合將物體信息準確傳遞；智能處理是指利用云計算、數(shù)據(jù)挖掘及智能識別等人工智能技術對海量數(shù)據(jù)信息進行分析處理，完成對物體的智能化控制。
物聯(lián)網(wǎng)是一種全新的動態(tài)網(wǎng)絡，能夠隨時隨地實現(xiàn)人與人、人與物、物與物之間的交互。從系統(tǒng)角度上來看，物聯(lián)網(wǎng)可劃分為三層體
系，如下：感知層：從人類世界或者物理世界獲取相關的數(shù)據(jù)，包括各類標識、音頻視頻和各種物理量。位于最底層，是發(fā)展和應用的基礎，有全面感知的核心能。
網(wǎng)絡層：先將感知層感知到的數(shù)據(jù)匯聚到傳輸網(wǎng)絡中，在匯聚到應用層，即傳遞感知層感知到的數(shù)據(jù)。
應用層：把感知和傳遞的信息進行分析處理，做出正確控制和決策，實現(xiàn)智能化的管理、應用和服務。為物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提供驅動力。
此外?；谖锫?lián)網(wǎng)的智能家電必將為人們提供未來生活方式的全新解決方案。將物聯(lián)網(wǎng)技術應用到家用電器中，可以使家電具有智能感知及信息網(wǎng)絡功能，能使家庭中的家電設備之間信息交互、家電設備與產(chǎn)品和用戶之間也可以進行信息交互，方便人們的日常家居生活，使生活方式更加合理，生活模式更舒適、健康、環(huán)保。
三、物聯(lián)網(wǎng)技術在智能家居領域的應用
物聯(lián)網(wǎng)技術主要包含三個層面，即感知層面、網(wǎng)絡層面和應用層面。物聯(lián)網(wǎng)常見的感知技術包括RFID技術、二維碼技術、傳感器技術、攝像頭、GPS等；進行網(wǎng)絡傳輸?shù)募夹g主要包括3G、Wi-Fi、藍牙、接入網(wǎng)等；計算技術主要是指進行海量數(shù)據(jù)處理的技術包括數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)推送。網(wǎng)絡層面包含電信運營（移動、有線、衛(wèi)星通信網(wǎng)絡等）、物聯(lián)網(wǎng)運營（信息中心、管理中心等）、平臺、軟件、系統(tǒng)設備、系統(tǒng)集成及終端設備。應用層面包含環(huán)境監(jiān)測、智能交通、智能建筑、智能家居、遠程醫(yī)療、城市管理、公共安全、工業(yè)監(jiān)控、綠色農(nóng)業(yè)、資源管理等。
物聯(lián)網(wǎng)技術在智能家居的應用包含了家居環(huán)境控制、家庭安防、智能家電等多個領域，一個完全的智能家居系統(tǒng)按照前文所述包含了20個子系統(tǒng)。在物聯(lián)網(wǎng)技術支撐下，用戶可以將家用電器之間組成一個物物相連的網(wǎng)絡，然后在互聯(lián)網(wǎng)的基礎上，對家庭中的設備、產(chǎn)品進行監(jiān)控；在家電或者產(chǎn)品發(fā)生故障時能夠通過網(wǎng)絡自動進行短信、電話等智能報警；家用電器能夠智能地記錄用戶的生活習慣和生活方式，利用數(shù)據(jù)挖掘、情境感知等技術為用戶進行合理的信息推送，實現(xiàn)人與家電、環(huán)境、產(chǎn)品的自然交互。物聯(lián)網(wǎng)技術貫穿智能家居從終端設備的研發(fā)、系統(tǒng)集成及運行到用戶使用的全過程。從技術角度來看，物聯(lián)網(wǎng)智能家居技術的核心技術是通訊或控制協(xié)議，涉及硬件接口和軟件協(xié)議兩部分，可以簡單的劃分為無線與有線技術。
有線技術包含了RS485、IEEE802.3（Ethernet）、EIB/KNX、LonWorks、X-10、PLC-BUS、CresNet，AXLink等。其中X-10，PLC-BUS是專門針對智能家居行業(yè)制定的通訊技術。X-10電力線載波技術在上世紀70年代產(chǎn)生，在我國2000年前后引入并開始推廣，該技術可以在電力線上通訊，免于智能家居系統(tǒng)部署的時候另外布線。該技術對電網(wǎng)運行環(huán)境依賴性較高，由于設備成本、技術穩(wěn)定性及信息
安全等問題市場局面一直難于打開。PLC-BUS提高了一定的通訊穩(wěn)定性，但是難以保證持續(xù)穩(wěn)定的質量，對電網(wǎng)環(huán)境的依賴性仍舊很強，使用成本和信息安全的問題無法根本性解決。盡管電力線載波技術已經(jīng)有40多年的技術積淀，但是由于成本和技術瓶頸，智能家居產(chǎn)品在有線技術開發(fā)方面不斷地進行新的嘗試，各種技術的優(yōu)缺點暫時不能滿足客戶的需求，也許這也是今天多種有線技術并存的原因。
無線技術包含了RFID智能識別技術、藍牙（Bluetooth）、WiFi、Zigbee、Z-Wave、Enocean等。RFID是一種通過無線電波進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆墙佑|式的自動識別計技術，它通過無線電信號進行數(shù)據(jù)讀寫并識別特定目標，具有無接觸、識別速度快、自動化程度高、抗干擾、識別多個物體等優(yōu)點。RFID是20世紀90年代興起的，發(fā)展至今被認為是自動識別領域中應用最廣泛的、識別效果最好、最重要的一項技術。WiFi作為低成本、最易與互聯(lián)網(wǎng)連接的智能家居技術解決方案被廣為應用。ZigBeeZigBee技術的特點包括：低功耗、成本低、低速率、時延短、高容量、工作可靠、高安全等。ZigBee的設計可用于支持特定應用軟件的開發(fā)和部署。應用規(guī)范和ZigBee的堆棧相連，讓制造商更快、更容易地推出特別針對某些應用的無線產(chǎn)品。可用的應用規(guī)范包括家庭自動化、智能能源、通信、醫(yī)療、遠程控制（RF4CE，或稱消費電子射頻）、建筑自動化和零售服務。Z-Wave主要針對家庭和小型商用建筑的監(jiān)控和控制，廣泛適用于照明控制、安全和氣候控制。其它應用包括煙霧探測器、門鎖、安全傳感器、家電和遠程控制。
物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)從技術和應用的角度來說穩(wěn)定性、可拓展性（靈活性）、安全性及經(jīng)濟性都是重要衡量指標。目前為止，無論是有線技術還是無線技術都沒有一個得到廣泛認可的技術標準。有線技術基于專用通訊線纜，某種程度上來說其穩(wěn)定性較好，但是可拓展性較差（系統(tǒng)擴展、改良需要重新布線）、成本高也是其難以跨越的門檻。與之相比無線技術的高速發(fā)展在可拓展性（靈活性）及經(jīng)濟性方面都具有優(yōu)勢。穩(wěn)定性和安全性方面兩者各有千秋，都在不斷發(fā)展完善。
結束語：
綜上所述，隨著科學技術的快速發(fā)展，智能家居的概念開始走向大眾而物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)更好地將智能家居推到了一個新的高度。本文研究基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)，首先介紹智能家居和物聯(lián)網(wǎng)，然后介紹物聯(lián)網(wǎng)在智能家居中的應用。本文設計的智能家居系統(tǒng)能夠實現(xiàn)監(jiān)控、報警、控制等功能，體現(xiàn)出智能家居的方便性和實用性，以及廣泛的應用前景。
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摘 要：目前智能家居中的智能化已經(jīng)不是單純的高新技術產(chǎn)品的簡單合成，而是利用這些高新技術產(chǎn)品進行網(wǎng)絡連接并集成各子系統(tǒng)，以最終在節(jié)能的主導思想下以最小的經(jīng)濟投入為人們提供一個最大安全的、高效便捷的、健康舒適的工作及生活環(huán)境。文中簡要介紹了智能家居的產(chǎn)生、發(fā)展和定義，并在此基礎上，論述了未來物聯(lián)網(wǎng)時代智能家居的結構組成及發(fā)展趨勢。
關鍵詞：智能家居；物聯(lián)網(wǎng)；智能建筑；智能化；網(wǎng)絡化
中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2013）05-0032-03
0 引 言
智能家居概念的起源很早，但一直未有具體的建筑案例出現(xiàn)，直到1984年1月美國聯(lián)合科技集團UTBS公司將美國康涅狄格州福德市的舊金融大廈改建成都市大廈（City Place），才有了世界上公認的第一座智能建筑。與傳統(tǒng)的建筑不同的是，在該大廈中安裝了計算機、移動交換機等當時較先進的辦公設備和高速信息通信設施，同時大廈的暖通、給排水、防火防盜系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)均由計算機控制。這棟大廈除了提供舒適、安全、方便的辦公環(huán)境外，還具有極高的靈活性和經(jīng)濟性。這種新型的大廈很快引起各國的重視，“智能型建筑”由此興起。正是這棟大廈為日后智能家居的誕生指明了一個初步的方向，從此也揭開了全世界爭相建造“智能型建筑”的序幕。
20世紀80年代末，隨著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。在中國香港和臺灣等地區(qū)，還有數(shù)碼家庭、數(shù)碼家居等稱法。
1 智能家居
通常認為，智能家居就是以住宅為平臺，兼?zhèn)浣ㄖ?、網(wǎng)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。它是通過采用先進的計算機、通信、布線和控制技術，建立一個由家庭安全防護、網(wǎng)絡服務和家庭自動控制等系統(tǒng)組成的家庭綜合服務與管理集成系統(tǒng)，從而實現(xiàn)全面的安全防護、便利的通信網(wǎng)絡以及舒適的居住環(huán)境的家庭住宅。
物聯(lián)網(wǎng)智能家居與普通家居相比，智能家居不僅具有傳統(tǒng)的居住功能，提供舒適安全、高品位且宜人的家庭生活空間，還由原來的被動靜止結構轉變?yōu)榫哂心軇又腔鄣墓ぞ?，提供全方位的信息交換功能，幫助家庭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，甚至為各種能源消費節(jié)約資金。
2 智能家居系統(tǒng)的技術發(fā)展趨勢
智能家居系統(tǒng)在經(jīng)歷了早期混亂的概念紛爭之后，目前已經(jīng)逐漸進入理性時代，并逐漸深入到國民的生活之中，不斷地影響著人們的工作和生活。智能家居產(chǎn)品發(fā)展至今，在技術上也越來越成熟，功能開發(fā)上也更加趨于人性化，更加注重以市場需求為導向。雖然目前智能家居還沒有處于大規(guī)模的市場應用期，但隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的不斷進步、智能家居概念的日益普及和推廣，人們對智能家居的需求也將日益增長。
智能家居系統(tǒng)是一個多功能技術的綜合系統(tǒng)，受到傳輸媒體、網(wǎng)絡平臺、集成系統(tǒng)等技術發(fā)展的影響，其相關技術具有以下幾方面發(fā)展趨勢。
2.1 硬件平臺的處理能力日益增強
早期的智能中控器采用8位單片機作為核心處理單元，功能比較簡單、純粹，往往只具備安防、三表采集、簡單文字信息和簡單的家電控制功能。近幾年很多廠家為了使自己的產(chǎn)品功能更全面、顯示更美觀，采用了處理能力更強的單片機或使用多顆單片機協(xié)同工作。這個時期的產(chǎn)品操作界面有比較大的改善，往往采用彩色LCD，大多帶有觸摸功能，集成了樓宇對講、家電控制等相對豐富的功能。目前，有一些國內外廠家采用32位的處理器結合先進的嵌入式開發(fā)平臺，開發(fā)出了更為先進的產(chǎn)品?；谠摷夹g的產(chǎn)品處理能力顯著提升，以往無法處理的多媒體信息和增值服務都可以得以實現(xiàn)。由于采用專門的顯示引擎，所以界面更加豐富、美觀，家電控制功能也趨于完善。
2.2 智能家居平臺日益成為一個綜合平臺
起初，用戶依據(jù)對家居系統(tǒng)不同功能需求，往往是安裝了幾個彼此獨立的子系統(tǒng)，這無疑增加了安裝和使用的復雜性。隨著行業(yè)間技術的整合，智能家居系統(tǒng)已發(fā)展成集網(wǎng)絡信息、安防門禁、照明控制、電器控制、遠程控制等為一體的系統(tǒng)綜合平臺。與此同時，在電路的設計上大都實現(xiàn)功能的模塊化。智能模塊相當于智能家居平臺中的執(zhí)行單元甚至是一個子系統(tǒng)，直接受控于控制系統(tǒng)，如同大腦和神經(jīng)末梢的關系一樣， 協(xié)調動作才能完成整個控制過程。同時控制方式實現(xiàn)多樣化，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的迅猛發(fā)展，實現(xiàn)遠程控制、智能遙控、隨時隨地遙控等將成為可能。
2.3 由模擬向數(shù)字化轉變
如同模擬電視向數(shù)字電視、模擬手機向數(shù)字手機的逐步轉變一樣，智能家居平臺也正在經(jīng)歷著一場由模擬到數(shù)字的變革?，F(xiàn)在是數(shù)字化的時代，數(shù)字信號比模擬信號所傳輸?shù)男畔⒘恳蠛芏?，而且不像模擬信號那樣因為信號容易受到干擾或者衰減而導致信號缺失。數(shù)字化技術正在日益廣泛地應用到智能家居系統(tǒng)中來，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：
（1） 在電路設計上采用越來越多的數(shù)字集成電路?，F(xiàn)在的智能家居產(chǎn)品中使用了大量的數(shù)字芯片，集成度和可靠性比之從前的模擬電路有了很大提高。
（2） 顯示數(shù)字化大大提升了顯示效果，簡化了控制流程，用戶操作方便易學。
（3） 傳輸方式逐步走向數(shù)字化和多網(wǎng)合一，安防、對講、門禁、抄表逐步走向統(tǒng)一的以太網(wǎng)聯(lián)結。多網(wǎng)合一大大減少了施工和維護的復雜度，而且數(shù)字化提高了傳輸速率、可靠性和保密性。
2.4 組網(wǎng)技術從有線走向無線
智能家居系統(tǒng)的組網(wǎng)技術主要是解決各種信息家電之間的數(shù)據(jù)傳輸，能把外部連接傳入的數(shù)據(jù)傳輸?shù)较鄳募译娚先?，同時可以把內部數(shù)據(jù)傳輸?shù)酵獠烤W(wǎng)絡。目前，智能家居內部組網(wǎng)技術分為有線組網(wǎng)和無線組網(wǎng)兩種技術：有線組網(wǎng)技術主要有電話線、以太網(wǎng)、電力線等，它們都存在著擴展性能差、布線繁瑣、影響美觀等缺點； 而相對于傳統(tǒng)的有線組網(wǎng)技術而言， 無線組網(wǎng)技術在智能家居的應用上更具有無須布線、安裝周期短、后期維護容易、網(wǎng)絡用戶容易遷移和功能擴展方便等優(yōu)勢。在無線通信技術快速發(fā)展的今天，將無線通信技術應用于智能家居系統(tǒng)中已經(jīng)成為一種趨勢，無線通信技術的進一步發(fā)展，定將使得智能家居系統(tǒng)發(fā)展更為快速，功能上的實現(xiàn)也更加容易。最常見的有ZigBee技術、藍牙技術、WiFi 技術、GPRS技術等。相信從有線走向無線的總趨勢無法逆轉。
（廣東技術師范學院天河學院）
摘 要：隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，無線智能家居系統(tǒng)將成為智能家居系統(tǒng)發(fā)展的主流之一。智能家居系統(tǒng)使用無線傳感器網(wǎng)絡技術不但克服了有線系統(tǒng)的高成本、不方便等缺點，而且使用方便，能夠快捷地管理家務、監(jiān)測家居環(huán)境、遙控家用電器等。
關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；智能家居；傳感技術
物聯(lián)網(wǎng)家電為代表的家電智能化發(fā)展將給我國家電產(chǎn)業(yè)帶來前所未有的發(fā)展機遇。物聯(lián)網(wǎng)家電已經(jīng)一步步走進消費者的家庭，并在逐步被消費者接受。從家電企業(yè)來看，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為家電企業(yè)搶占未來戰(zhàn)略制高點的焦點所在，如果企業(yè)不進行前瞻性研發(fā)，等到物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品時代真正來臨時，必將處于落后地位甚至被淘汰。整個中國的家電制造業(yè)，應該消除浮躁并不斷創(chuàng)新，扎扎實實給消費者提供質優(yōu)、價廉、性能好的物聯(lián)網(wǎng)家電產(chǎn)品，滿足消費需求，引領市場的發(fā)展。
一、總體方案設計
本系統(tǒng)主要包括：主控模塊、人機界面模塊、GPRS通信模塊、感知終端模塊，整體方案設計如下圖1.1所示：
圖2.1 整體方案設計
在遠端的移動智能終端或電腦通過Internet 訪問到無線傳感器網(wǎng)絡，而嵌入式WEB 服務器提供了交互式的頁面訪問。在物聯(lián)網(wǎng)框架下的智能家居是一個復雜的系統(tǒng)，需要多方合作完成，如Internet 數(shù)據(jù)庫服務器的設計、建立感知層網(wǎng)絡。
二、 硬件設計
1.控制主機采用 ARM 32位的Cortex?-M3內核STM32F103VB作為主控芯片，配有7寸顯示屏，用戶可以在主控機上設置或查詢各個家電的工作狀態(tài)。電路設計如圖3.1所示。
圖3.1 控制主機 圖3.2 控制主機 圖3.3 控制主機
2.GSM模塊選用Siemens公司推出的新一代無線通信GPRS模塊MC35i，該模塊主要由GSM基帶處理器、GSM射頻模塊供電模塊（ASIC）、 FLASH、ZIF連接器天線接口六部分組成，通過獨特的40引腳的ZIF連接器實現(xiàn)電源、連接指令、數(shù)據(jù)、語音信號及控制信號的雙向傳輸。其實物如圖3.2所示。
3.物聯(lián)網(wǎng)智能家居感知終端RF無線的設計采用UHF_4432_MDL100模塊，此模塊是一款組網(wǎng)型無線串口， 模塊采用穩(wěn)定的四層板半孔表貼工藝，生產(chǎn)時只需采用表面貼片安裝到PCB板上就行了，這樣可以節(jié)省空間，減少接插件，增加了板與板連接的可靠性和穩(wěn)定性。其PCB圖如3.3所示。
4.人機界面部分設計，為了操作上的方便，人們用觸摸屏來代替鼠標或鍵盤。觸摸屏由觸摸檢測部件和觸摸屏控制器組成，觸摸檢測部件安裝在顯示器屏幕前面，用于檢測用戶觸摸位置，然后將相關信息傳送至觸摸屏控制器；而觸摸屏控制器的主要作用是從觸摸點檢測裝置上接收觸摸信息，并將它轉換成觸點坐標，再傳送給CPU。它同時能接收CPU發(fā)來的命令并加以執(zhí)行。
三、 軟件設計
1.感知終端無線網(wǎng)絡通信軟件設計
無線網(wǎng)絡采用一主多從的方式進行組網(wǎng)，由主機輪詢從機收集信息的形式，從機處于被動方式，由主機分配網(wǎng)絡。當獲得網(wǎng)絡的從機在發(fā)送完一包數(shù)據(jù)后必須釋放網(wǎng)絡，從機之間不能相互傳遞數(shù)據(jù)。在軟件上，通過自主定義通信協(xié)議，有效提高通信的穩(wěn)定性、安全性。
2.GSM模塊通訊軟件設計
控制主機通過GPRS短信形式發(fā)信息給用戶的手機，可以綁定多個號碼，信息的內容包括家里的電器有多少正在使用，門窗是否關閉，是否有人拜訪，是否有險情發(fā)生（如火災發(fā)生，煤氣泄漏，有人非法闖入）等；用戶可以編輯簡單命令來控制電器的使用，打開或關閉門窗等。通信流程如4.1所示：
圖4.1 GSM模塊通信流程圖
四、結論
本文介紹物聯(lián)網(wǎng)智能家居關鍵性技術，結合家庭自動化進行應用設計。在硬件方面，按照嵌入式板級硬件設計流程，設計并實現(xiàn)了一種基于ARM 處理器的低成本網(wǎng)關硬件。軟件設計上采用自頂向下和分層的設計方法，結合網(wǎng)關硬件，利用嵌入式操作系統(tǒng)uCOS-II 和協(xié)議棧LwIP，搭建了一個物聯(lián)網(wǎng)智能家居平臺。家居智能化管理是信息社會發(fā)展的必然趨勢，而物聯(lián)網(wǎng)則是實現(xiàn)家居智能化管理的必要載體，因此，降低產(chǎn)品的成本，提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性，物聯(lián)網(wǎng)智能家居管理系統(tǒng)才能更好的發(fā)展。
參考文獻：
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作者簡介：林顯其，男（1988.11-），漢族，廣東廉江人，工業(yè)中心研發(fā)員，研究方向：自動化控制、物聯(lián)網(wǎng)控制
關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)，智能家居，控制器，單片機
0.引言
物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)是通過互聯(lián)網(wǎng)，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(wǎng)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(wǎng)等方式實現(xiàn)家居智能無線監(jiān)控。
1.物聯(lián)網(wǎng)簡介
物聯(lián)網(wǎng)的英文名稱為'TheInternet of Things” 。由該名稱可見，物聯(lián)網(wǎng)就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。這有兩層意思：第一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎之上的延伸和擴展的一種網(wǎng)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(wǎng)。因此，物聯(lián)網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)絡。
這里的“物”要滿足一定條件才能夠被納入“物聯(lián)網(wǎng)”的范圍：本方案可以滿足物聯(lián)網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)智能家居系統(tǒng)的工作原理與功能
物聯(lián)網(wǎng)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(wǎng)。
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(chǎn)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(wǎng)。
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(wǎng)的興起創(chuàng)造了先機。所以基于物聯(lián)網(wǎng)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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