基于物联网的智能家居的研究及实现

【摘要】随着市场经济的迅速发展，人们的生活水平稳步提高，人们对家居环境的要求也越来越高。物联网的出现为智能家居的实现提供了契机，本文对基于物联网的智能家居进行研究，并分析其设计与实现方式。

【关键词】物联网;智能家居;研究;实现

物联网作为一项新兴技术，它的发展和应用吸引了众多学者的注意。在物联网环境下人们的生活水平将得到大幅度提高，将物联网技术应用到智能家居环境中能使人们的生活更舒适、高效，基于物联网的智能家居研究具有重要意义。

一、物联网和智能家居的概念

1.物联网的概念

物联网源于研究人员在多领域的研究成果的集成，由Kevin Ashton在研究供应链管理时提出，研究人员对于普适计算的研究是物联网出现的重要原因。不同学者对物联网的定义各有不同，欧洲项目组将物联网定义为商业、信息交流的参与者，能推动社会发展，是一种能够互动，并相互间、与外部环境能产生交换得到的信息和数据，不经人为干预，便可以自发做出相应行为和提供服务，能够反映并影响真实生活的事件。而RFID项目组把物联网视为在标准通信协议的基础上，由拥有唯一地址的互联网物体所构成的网络。物联网可以分为位于最底层的感知层、网络层和应用层，物联网的核心技术包括射频识别技术、无线传感器网络技术、Internet技术、纳米技术和信息安全技术等。[1]

2.基于物联网的智能家居的概念

美国最早产生智能家居的概念，它是以住宅为基础，建筑设备自动化、网络通信、信息家电为具体表现，兼具系统性、结构性、服务功能和管理功能为一体的家居环境。智能家居可以通过计算机技术、网络通信技术和综合布线技术等将住宅环境中的各系统联系在一起，帮助人们更合理有效地安排时间，使生活更高效、井然有序，并提高住宅环境的安全性，还能实现节能减排的功能。

二、国内外的研究现状

美国的智能家居研究最为先进，已经出现了以ACHE系统为核心的智能房屋，通过神经网络原理来控制温度、照明等因素，并且不需要人为的事先编程。此系统可以通过连续监视环境，并记录居民对于灯光、温度等的使用情况，再对得出的数据进行汇总分析，从而推测居民的生活习惯，生成与居民行为习惯相对应的规划策略，为居民安排舒适的居住环境并预测未来的行为。

中国的智能家居发展较晚，海尔推出的U-home智能家居产品将电信网、广电网、电力网等通过有线和无线方式进行结合，实现消费者的居住环境如楼宇、室内、社区等的结合，使居住环境更加高效、舒适。

三、基于物联网的智能家居设计与实现

基于物联网的智能家居系统主要包括居住环境感知及互动、网络数据传输和应用服务层。居住环境感知及互动是指将各种配备无线或有线功能的传感器进行连接，使它们能够提供获取居住环境的物理信息、居民生活状态和访客信息的录入等服务。网络数据传输能够保证居住环境信息和居民信息的传输。应用服务层能根据收集的相关数据最终实现支配家居设备工作的目的。[2]

（一）基于物联网的智能家居总体设计与实现

1.家庭智能网关的设计

家庭智能网关是基于物联网的智能家居系统中最重要的中心设计，能够采集并汇总不同网段的信息数据。在内部的家居网络中，它与ZigBee协调器相连，是住宅信息的唯一出口，在外部网络中，家庭智能网关与Internet网连接，是远程操作指令接入家庭内部网的最后一道工序。由于内部和外部信息都经过家庭智能网关的传输，所以这样的总设计能保证智能家居的安全性。

2.感知层的设计与实现

由ZigBee节点组成的ZigBee网络位于感知层，各种传感器、音视频采集设备和安防门禁系统执行器也位于感知层上。感知层上的各种传感器能通过ZigBee节点将居住环境信息传输到家庭智能网关，并且应用层的指令信息也能通过ZigBee节点传输给执行设备以实现预定的用户操作。通过这一系列传输，实现底层ZigBee节点的互相连通问题。

3.网络层的设计

基于物联网的智能家居中的网络传输是用于管理各种住宅设备的网络信息传输，已提供住户远程控制的平台的系统。网络层的设计包括家庭智能网关、控制中心、住宅设备等内容，传输的信息以控制信息和数据信息为主。包括有线传输和无线传输两种形式。无线传输与有线传输相比更加便于管理和应用，所以在基于物联网的智能家居的未来设计中更加广泛。

4.应用层的设计

应用层的设计是基于物联网的智能家居设计中最重要的部分，目前的智能家居中，家居安防监控、家庭信息管理、家庭环境监测是应用层设计的主要方向。

（二）基于物联网的智能家居硬件设计方案与实现

如图1所示，基于物联网的智能家居硬件设计主要以节能为重点进行分析。局域网内部的微型处理元件与通信设备的选择对于整个智能家居系统的功耗和网络传输效率影响巨大，其中末端节点的稳定性和工作效率对于整个系统的可持续工作时间和稳定性起着重要作用。所以在基于物联网的智能家居硬件设计中应特别注意对微小处理元件和通信方式的节能设计。[3]

四、结束语

中国的智能家居发展较晚，但是由于人们生活水平提高，对家居环境的要求随之增加，在近几年国家政策的扶持下，智能家居的研究也如火如荼地展开。如海尔、长城等大企业纷纷推出了智能家居产品，国内的通信商也将物联网服务作为未来的发展方向之一，对于基于物联网的智能家居的研究和实现提供了良好契机。

参考文献

[1]叶兴贵，缪希仁.基于ZigBee的智能家居物联网系统[J].现代建筑电气，2010，12（09）：32-34.

[2]刘婵媛.基于物联网的智能家居系统研究与实现[D].北京邮电大学，2012，06（32）：19-22.

[3]何朝.基于ZigBee技术的智能家居数据采集控制系统[D].太原理工大学，2011，31（07）：22-24.

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