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关键词:物联网;智能家居;无线网络;ZigBee;WiFi;蓝牙;6LoWPAN
中图分类号:TB
文献标识码:A
doi:10.19311/ki.16723198.2017.01.085
1物联网
“物联网”的概念来自美国麻省理工学院的师生们开发出的RFID技术(网络无线射频识别系统)。这种技术的产生,使得日常的物品进入互联网成为了可能。最常见的一些RFID应用,如居民二代身份证、公交卡、门禁卡等等,这些卡内设有RFID芯片,通过刷卡完成信息识别和交互。通过各种信息传感设备、装置和技术,采集声、光、电、热、力、生化、位置等各种人们所需的信息,结合互联网形成一个个网络,最终实现物体与物体、物体与人之间的连接互通(Internet Of Things)。
当前,物联网的组成被主要被分成五个层次:感知层、接入层、互联网层、服务管理层和应用层。感知层,通过RFID、各种传感器、红外二维码技术完成信息收集;接入层,通过Wi-Fi、ZigBee、蓝牙等无线网络协议完成信息传输;应用层和服务管理层,通过网络管理、云计算、应用集成等等设计的信息处理系统,分别完成在不同场景下的应用。
2智能家居
智能家居就是将原本“静止”且需要人用物理按钮来操控的普通家居通过内部嵌入射频识别芯片(RFID)、全球定位系统(GPS)、红外线感应器、气体感应器、激光扫描器等传感设备,并且通过与之对应的协议连接至互联网,变成能“主动”且可远程按计划操控的智能家居。随着近年来信息化的高速发展、通信的自由化、业务量的高速增长以及人们对工作、生活环境的安全性、舒适性以及高效性要求的提高,社会对智能家居的需求大大增加。
现代智能家居系统一般可以分为内网、外网和网关三个部分。其中内网是负责连接各种家电和其他设备的局域网;外网一般是小区局域网、Internet等;而网关的作用是连接内网和外网,实现外网对内网的监测和控制。
一个基于物联网的智能家居系统,首先要选择合适的无线接入网络,智能家居系统对无线网络的主要要求是低功耗、使用寿命长、数据传输可靠等要求。目前常见的无线网络有ZigBee、WiFi、蓝牙、6LoWPAN等。
3现阶段主要无线技术的应用
3.1ZigBee
ZigBee是一个基于IEEE802.15.4的通信协议,IEEE802.15.4本身是用于处理物理层和底层MAC层的协议。IEEE802.15.4工作组正式成立于2000年12月,致力于一种提供便携、移动或固定设备使用的低成本、低复杂度、低速率、低功耗的无线连接技术。
IEEE802.15.4定义了两个物理层标准,分别是24GHz物理层和868/915MHz物理层,二者都是用相同的物理层数据包格式,区别在于工作频率、扩频码长、调制技术和传输速率。2.4GHz频段是全球统一的自由ISM频段,这有助于ZigBee设备的推广和使用;868MHz和915MHz分别是美国和欧洲的ISM频段,这两个频段的引入避免了2.4GHz附近各种无线通信设备的相互干扰。
Zigbee收发模块使用了2.4GHz的直序扩频技术,和一般的频移键控,幅移键控和跳频数传电台相比,具有更强的抗干扰能力;ZigBee协议对网络层和对应的API接口做了标准化的定义;ZigBee可以对数据是否完进行检查,并且拥有鉴别用户身份的功能,采用通用的AES-128加密算法,算法中长达128位的密码保障了通过ZigBee传输的信号的机密性;通过ZigBee传输的数据大多采用短帧的传送方式,实时性很强,传输速度也非常快;ZigBee组网容易,自恢复能力强,再加上低成本和小型设备对无线网络的带宽要求不是很高,因此,ZigBee对智能家居中的扩展,增加新设备非常的友好。
在拥有上述优点同时,ZigBee技术也存在一些问题。现阶段,国内应用的ZigBee技术主要还是在24GHz ISM频段的范围内,这个频段的信号衍射能力弱,穿δ芰θ酢T诩揖拥幕肪忱铮即使是一扇窗,一扇门或者是一堵墙都能让信号的强度衰减很多。虽然我们能够通过射频功放的方式,对2.4GHz频段的信号进行放大处理,但这样又造成了大量且不必要的辐射污染,这种方式和ZigBee本身节能、低功耗的初衷相悖。
Z-wave同样也是一种短距离无线传输的技术,它和ZigBee一样源自无线射频,都属于硬件协议和架构上的技术。Z-Wave是由一家名为Zensys的丹麦公司主导的一种无线组网规则。Z-wave Alliance(Z-wave联盟)虽然看起来不如ZigBee联盟规模大,但是其中的成员(厂商)都已经在智能家居的领域拥有成熟的产品,Z-Wave联盟已经获得来自全球各个国家和地区的160多家国际知名公司的支持。在美国,Z-Wave可以使用的频段是915MHz;而在欧洲,可以使用的频段是868.42MHz;915MHz和868.42MHz属于国际无线规则中的一区和二区的ISM频段,而在我国这两个频段都非民用,因此很可能在中国禁止使用。
3.2蓝牙
蓝牙(Bluetooth)技术始于爱立信公司的1994方案,它开始是研究在移动电话和其它配件间进行低功耗、低成本无线通信连接的方法。发明者希望为设备间的通讯建立一套统一规则,以解决用户间移动电子设备互不兼容的问题。每个蓝牙设备可同时维护8个链接,可以将每个设备配置为不断向附近的设备发送其存在的通知,以便创建连接。另外,可以对两个设备之间的连接设置密码保护,防止被其它设备接收。
蓝牙的标准是IEEE802.15.1,也工作在无需许可的ISM2.4GHz频段,最高速度可达723.1kb/s。为了避免干扰可能使用2.4GHz的其他协议,蓝牙协议将该频段划分成79个频道(带宽为1MHz),当检测到与其它信号冲突时自动跳转到其他频道,每秒的频道转换次数可达1600次。
近年来蓝牙的发展也比较迅猛,2015年年初的蓝牙4.2,在数据传输速率和传输距离的提高与错误率的降低上有了很大进步。而蓝牙技术联盟于2016年6月提出第五代蓝牙技术标准,蓝牙5的理论接收距离最远可达300米,在实际使用中的收发距离也可以达到120米,四倍于蓝牙4.2技术。
3.3WiFi
WiFi(Wireless Fidelity,无线保真),从1997年无线局域网标准802.11以来,在众多业界领先公司组成的WiFi联盟的大力推动下,发展迅猛。目前WiFi的使用范围非常广泛,基于WiFi技术的智能家居产品也最为常见,其优势在于传输速率快,且产品成本低。对于用户来说,基于WiFi的智能家居组合最为便捷,购买设备后可以自己进行组网。
在智能家居中使用WiFi也有一些显著的缺点。首先,安全性非常低是WiFi为最严重的问题,无线信号也不是很稳定;其次,WiFi的功耗还是很高的,这也限制了它在智能家居领域的应用;再次,WiFi组网能力低,扩展空间受限制。
3.46LoWPAN
6LoWPan是基于IPV6的低速无线个域网标准,即IPV6 over IEEE 802.15.4,于2004年提出。与ZigBee相比,都是基于IEEE 802.15.4 标准,都具有低功耗,低复杂度度,安全性强(都采用AES128加密标准)等优点。
提起物联网我们可能很容易联想到IPV6,IPV6是现行版本IP协议(IPV4)的下一代协议。由于网络地址资源有限成为了IPV4所面临的非常严峻的问题,这在很大程度上限制了互联网的发展和应用。IPV6有128位地址,IPV6的使用,不仅能解决网络地址资源数量的问题,而且也解决了多种设备连入互联网的障碍。IPV6也一直被认为是在物联网应用中最为理想的技术手段。由于IPV6庞大的协议栈和大量的数据分发包,无线传感网下的节点设备无法直接移植IPV6。6LoWPAN的诞生,就是发明了一种将IP报头压缩到只传送必要内容的小数据包的方法。
一直以来,大家普遍认为将IP协议引入无线通信网络是很不现实的。所以,到目前为止,前面提到的一些专用协议一直为无线网络采用。IP协议对带宽和内存都有着比较高的要求,为了适应微控制器及低功率无线连接而降低它的运行环境也是一件相当困难的事情。
IETF 6LoWPAN草案标准,基于IEEE 802.15.4实现了通过IPV6的通信,它的有望改变前面的困境。低功率运行的6LoWPAN,让它非常适合应用在手持机和各种仪器中,再加上它内置支持AES-128加密的方式,为强健的安全性和鉴权打下了坚实的基础。6LoWPAN所取得的突破是得到一N非常高效、紧凑的IP实现,消除了以前形成各种专有协议和专门协议的因素。其庞大的地址空间是最大的亮点,基本可以不考虑接入设备的上限。而另外一个亮点,就是当IPV6中的节点设备启动时,可以通过自动读取设备的MAC地址根据相关规则配置好设备的IPV6地址(从效果上类似局域网中的DHCP协议)。
4结语
我们国家一直很重视物联网技术的发展,但较之西方发达国家,我们的物联网技术还是有长的路要走的。
各国厂商为了在物联网市场上抢占更多的先机,纷纷推出自己研发和采纳的无线网络标准,ZigBee、Z-wave、WiFi、蓝牙等,它们有各自的优点,同时也有各自的不足。而从IPV6演化而来的6LoWPAN的横空出世,开源的理念和与下一代IP协议的对接,使标准的统一成为了可能,也让滞后发展的我们看到了希望。
每种技术都有它的优势,ZigBee的低功耗与安全、WiFi的便捷开发、蓝牙的高速传递速率、6LoWPAN的良好发展趋势。所以从长远的角度考虑,各种不同的技术在竞争中寻求合作,而非互设竞争壁垒,才是物联网的未来方式,才会带来物联网世界真正的繁荣。
参考文献
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家居智能物联网系统就好比我们以前组装的电脑,各个智能家居就是电脑的各个外设配件,多模信息网关就是电脑的MCU,智能家居中间件就是各个硬件设备驱动,开发的应用服务平台就是我们的软件系统。家居智能物联网系统的发展就会像几十年前的电脑发展一样,进入多元化时代,家居智能物联网的应用时代也会随之到来。
家居智能物联网发展现状
近几年金融危机之后的复苏时期,物联网概念迅速风行,受到各国政府的重视。物联网是通信网和互联网的拓展应用和功能延伸,它利用感知技术与智能装置对物理世界进行感知识别,通过网络传输,进行计算、处理和知识挖掘,实现人与物、物与物信息交互和无缝衔接,达到对物理世界实时控制、精确管理和科学决策目的。通过物联网与智能家居结合形成家居智能物联网,其如何实现对生活有用的业务和应用将是我们关注的重点。
智能家居发展过程中,2007年微软推出的“未来之屋”系统有着重大影响力。该系统中:进入房屋时,安全系统会对来访者的面部进行扫描,确认身份后自动打开房门;客厅冰箱上的液晶显示器能列出保存的食物清单,厨房水槽能够根据使用者的身高调节高度,而排风机会根据油烟浓度自动开启;此外,每个房间的墙壁颜色、装修风格和温度都可以根据家庭成员的喜好和情绪自动更换。该系统是智能家居的一个样板。
由于智能家居受产品生产厂家的限制,在短时间内还没有统一的标准协议,所以一般都是一个厂家单独做系统研发方案的。各个系统相对独立,并不相互交换信息,整个系统更像是多个智能家居系统的简单堆积。随着物联网技术的发展,与智能家居结合,形成家居智能物联网是智能家居系统未来发展的必然趋势。
家居智能物联网的特点与瓶颈
家居智能物联网是一个以住宅为平台、以智能家居为节点,利用物联网技术为纽带的家居系统。其典型应用场景如图1所示。根据功能不同智能家居节点可分为三个部分:负责对家居环境及相关人员信息采集的信息采集系统,如采集住宅内外人员信息的视频监控系统,采集家居环境的烟雾采集器、温湿度采集器和三表读数采集器;负责对家居环境进行相关改变的智能控制系统,如打开房门的门禁系统,改变室内光亮、温湿度的空调、电灯和电动窗帘,提供主人相关服务的电视、冰箱和洗衣机等家电设备;负责信息交互,提供远程访问与控制功能的家庭信息平台。
一体化的集成控制平台。随着时代的发展,家中电器设备越来越多,越来越智能化,人们常为种类繁多的操作头痛不已,家居智能物联网就是智能家居一体化的集成控制平台。首要的一个功能就是家居设备操作的集成化,将家中的设备集中在一个界面平台上进行操作控制,省去了用户寻找和熟悉各种控制操作的烦恼。其次是家居设备操作的一键化,目前越智能的家电设备的操作也越复杂,这便给有老人孩子的家庭带来诸多不便,家居智能物联网提供一键设置功能,能以功能需求为单元保持对相关设备的一系列操作,用户仅需一键操作,就可完成相关功能。
全方位的信息监控平台。随着人们生活节奏的加快,希望能快速简便的得到家居的一切相关信息。家居智能物联网就是全方位的信息监控平台。不仅为您显示家中所有设备的状态以及温湿度状况、电路电流电压状况,让您对家中的所有状况一目了然,还能为用户提供家中的视频图像,闯入报警和烟雾报警的紧急情况报警。并拥有事件记录功能,能对家居环境的变化进行记录,以便事后进行相关分析与追踪处理提供信息基础。
智能化的信息交互平台。单独的智能家居系统的堆积,无法发挥出智能家居的潜力,反而增加了智能家居的使用复杂度,家居智能物联网就是智能化的信息交互平台。不仅为您提供远程接入的控制能力,让您无论身处何处都能控制家中的任何智能家居系统,而且还能为各个智能家居系统提供信息交互的平台,就像家居系统的管家一样,根据主人的相关设定,管理和协调相关智能家居进行相关操作。
家居智能物联网要想发展并推广,目前面临着巨大挑战。家居智能物联网的对象是结构和特性完全相异的各种家用电器,相互之间兼容性比较差,没有统一的标准与协议,各个厂家生产的智能家电之间的数据共享比较困难。因此,家居智能物联网不易扩充和相关兼容,制约其被广大用户接受。
家居智能物联网所处的运行环境有很大差异,个体性比较强,如果采用单个用户单个设计调试的模式,成本就将成为制约其推广的重要因素。而让用户根据自身条件进行相关系统调整的话,用户的能力就将成为制约其推广的重要因素。
家居智能物联网发展方向
随着物联网技术的发展,与智能家居结合,形成家居智能物联网是智能家居系统未来发展的必然趋势。基本目标是将家庭中各种与信息相关的信息采集设备、家用电器和家庭安防装置等通过物联网技术连接到一个家庭智能信息系统上进行集中或者异地的监视、控制和家庭事务性管理,并保持这些家庭设施与住宅环境的协调。如图2所示为家居智能物联网的系统架构。
其中,智能家居中间件的开发,确切地解决了各个厂商设备之间兼容性差的问题,它就像电脑中软件驱动的概念,为家居智能物联网系统提供了一个开发的应用平台。
基于该系统架构,家居智能物联网产业的发展主要集中在四个方面。首先是内含通用的智能家居通信协议的嵌入式通信模块。物理层上可选用不同的通信制式,但基于其上的通信协议将是通用的,即通用的智能家居通信协议将向TCP/IP协议一样,被植入各个智能家居的通信模块中。
其次是多模信息网关的研发。它是家居智能物联网的核心部件,它的开发将使智能家居变成即插即用的配件,直接接入家居智能物联网中。因此,具有各种功能的、面向各种方向的多模信息网关,将像无线AP一样不断涌现出来。
第三,智能家居中间件的开发。它就像硬件厂商需要提供驱动一样,未来智能家居厂商也必须向用户提供智能家居中间件。
(广东技术师范学院天河学院)
摘 要:随着物联网技术的发展,无线智能家居系统将成为智能家居系统发展的主流之一。智能家居系统使用无线传感器网络技术不但克服了有线系统的高成本、不方便等缺点,而且使用方便,能够快捷地管理家务、监测家居环境、遥控家用电器等。
关键词:物联网;智能家居;传感技术
物联网家电为代表的家电智能化发展将给我国家电产业带来前所未有的发展机遇。物联网家电已经一步步走进消费者的家庭,并在逐步被消费者接受。从家电企业来看,物联网已经成为家电企业抢占未来战略制高点的焦点所在,如果企业不进行前瞻性研发,等到物联网产品时代真正来临时,必将处于落后地位甚至被淘汰。整个中国的家电制造业,应该消除浮躁并不断创新,扎扎实实给消费者提供质优、价廉、性能好的物联网家电产品,满足消费需求,引领市场的发展。
一、总体方案设计
本系统主要包括:主控模块、人机界面模块、GPRS通信模块、感知终端模块,整体方案设计如下图1.1所示:
图2.1 整体方案设计
在远端的移动智能终端或电脑通过Internet 访问到无线传感器网络,而嵌入式WEB 服务器提供了交互式的页面访问。在物联网框架下的智能家居是一个复杂的系统,需要多方合作完成,如Internet 数据库服务器的设计、建立感知层网络。
二、 硬件设计
1.控制主机采用 ARM 32位的Cortex?-M3内核STM32F103VB作为主控芯片,配有7寸显示屏,用户可以在主控机上设置或查询各个家电的工作状态。电路设计如图3.1所示。
图3.1 控制主机 图3.2 控制主机 图3.3 控制主机
2.GSM模块选用Siemens公司推出的新一代无线通信GPRS模块MC35i,该模块主要由GSM基带处理器、GSM射频模块供电模块(ASIC)、 FLASH、ZIF连接器天线接口六部分组成,通过独特的40引脚的ZIF连接器实现电源、连接指令、数据、语音信号及控制信号的双向传输。其实物如图3.2所示。
3.物联网智能家居感知终端RF无线的设计采用UHF_4432_MDL100模块,此模块是一款组网型无线串口, 模块采用稳定的四层板半孔表贴工艺,生产时只需采用表面贴片安装到PCB板上就行了,这样可以节省空间,减少接插件,增加了板与板连接的可靠性和稳定性。其PCB图如3.3所示。
4.人机界面部分设计,为了操作上的方便,人们用触摸屏来代替鼠标或键盘。触摸屏由触摸检测部件和触摸屏控制器组成,触摸检测部件安装在显示器屏幕前面,用于检测用户触摸位置,然后将相关信息传送至触摸屏控制器;而触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息,并将它转换成触点坐标,再传送给CPU。它同时能接收CPU发来的命令并加以执行。
三、 软件设计
1.感知终端无线网络通信软件设计
无线网络采用一主多从的方式进行组网,由主机轮询从机收集信息的形式,从机处于被动方式,由主机分配网络。当获得网络的从机在发送完一包数据后必须释放网络,从机之间不能相互传递数据。在软件上,通过自主定义通信协议,有效提高通信的稳定性、安全性。
2.GSM模块通讯软件设计
控制主机通过GPRS短信形式发信息给用户的手机,可以绑定多个号码,信息的内容包括家里的电器有多少正在使用,门窗是否关闭,是否有人拜访,是否有险情发生(如火灾发生,煤气泄漏,有人非法闯入)等;用户可以编辑简单命令来控制电器的使用,打开或关闭门窗等。通信流程如4.1所示:
图4.1 GSM模块通信流程图
四、结论
本文介绍物联网智能家居关键性技术,结合家庭自动化进行应用设计。在硬件方面,按照嵌入式板级硬件设计流程,设计并实现了一种基于ARM 处理器的低成本网关硬件。软件设计上采用自顶向下和分层的设计方法,结合网关硬件,利用嵌入式操作系统uCOS-II 和协议栈LwIP,搭建了一个物联网智能家居平台。家居智能化管理是信息社会发展的必然趋势,而物联网则是实现家居智能化管理的必要载体,因此,降低产品的成本,提高产品的稳定性,物联网智能家居管理系统才能更好的发展。
参考文献:
[1]王保云.物联网技术研究综述[J].电子测量与仪器学报,2009
[2]智能家居技术趋势扫描[J].数字社区&智能家居,200800)
[3]吕莉.智能家居及其发展趋势[J].计算机及现代化,2007(11)
作者简介:林显其,男(1988.11-),汉族,广东廉江人,工业中心研发员,研究方向:自动化控制、物联网控制
关键词:物联网;智能家居;控制系统
1 智能家居的概念
智能家居是指利用先进的计算机技术、网络通信技术、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。与普通家居相比,智能家居不仅具有传统的居住功能,提供舒适安全、高品位且宜人的家庭生活空间;还由原来的被动静止结构转变为具有能动智慧的工具,提供全方位的信息交互功能,帮助家庭与外部保持信息交流畅通,优化人们的生活方式,帮助人们有效安排时间,增强家居生活的安全性、舒适性,甚至合理控制各种能源的使用。
2 物联网智能家居控制系统的工作原理
智能家居控制系统是以有线和无线的形式连接起来的信息传输网络为硬件平台,各种网络技术为软件支撑平台,通过现场总线把家庭生活中使用的通信设备、家居设备、家庭安全防范设备连接成一个完整的、能够实现自动控制的一个控制系统。通过这个控制系统将整个家庭中能够连接到网络是的所有电气设备有机的整合到一起,并对这些设备进行有效的控制,形成功能完善的智能家居系统。智能家居在网络的帮助下,形成与外界的沟通渠道,以实现与外界的智能家居电器的信息交互。从而满足用户对家居实行远程监控,对家用电器远程控制和状态查询,满足人们对安全,舒适,便利的生活需求。
3 物联网智能家居控制系统采用的网络技术
基于物联网的智能家居控制系统主要使用了三控制种网络技术,包括RS-485总线技术,以太网联网技术和GSM远程监控报警网络技术。
3.1 RS-485总线的家居设备物联网络技术
RS-485串行总线标准,可以使智能家居设备通信距离从十几米延长为几公里,这完全符合家居设备对互联要求。有线的RS-485总线通信,结构相对简单,价格比较便宜,数据传输速率和通信距离适当。但是,使用RS-485总线技术互联的家居设备的前提,是要确定要互联的设备是即插即用设备。在整个家居系统中,嵌入式系统作为中继器,负责通过与RS-485总线互连的串行端口管理家用终端接入模块的作用。该系统采用嵌入式ARM处理器为总线主控设备,RS-485网络为基础的网络互联主从网络,通过轮询的方式检查各个接入设备的状态信息,无论何时保证仅存在一对主机和从机之间的通信,即接收数据或发送数据。家用设备作为总线从机设备,包括单片机控制器,接入检测电路和信号调节电路。接入检测电路,是为了满足智能家居终端对家居设备移除及新设备接入的检测,实现家居设备的即插即用功能。
3.2 GPRS的远程报警网络技术
GPRS是通用分组无线服务技术的简称,俗称“2.5G”,是位于第二代和第三代移动通讯技术之间的通信技术。是用户可用一种GSM移动数据业务。与GSM的数据业务相比,有以下优点:
(1)传输速率高,连接方便。GPRS通过使用GSM网络中,没有被使用的TDMA信道,传输速率得到保证,可连56至114Kbps。GSM网络使用电路交换数据模式时,在通信两端建立物理链路,并维持该链路到通信结束。GPRS在传送数据过程中,是把数据包划分成若干个分组之后,再进行传送的。这样容易获得更高数据速率,并且投资较小。进一步说,无线通信装置不必在它们之间附加中间设备,就可以方便地传输数据。
(2)资源利用率高。GPRS使用分组交换通信,通信过程中把数据分成具有一定长度的数据包。数据包头部包含了地址信息表明该分组发往的目的地址。当数据包分组到达时,根据该地址信息,寻找临时可用信道资源来传输数据,而无需预先分配信道。
4 控制系统设计研究
所谓智能家居的控制系统实际上充分应用了模块化的设计原理,如此一来其层次相对较为清晰、容易调试、维护以及对其功能进行充分的扩展与程序的不断移植,另外也能够有效的提升处理器的对工作的执行效率。当前控制系统主要以QT/Embedded作为其GUI的研发主要手段,能够充分实现本地图形的用户界面,同时实现系统的控制和设置。在系统充分运行同时初始化顺利完成之后,控制系统会对现阶段的状态实施分析研究,如果为正常运转的状态,那系统会自动运行对应的子程序段。反之则会使用GPRS模块实施报警操作。在警报出现的情况下,其触发的报警操作,此时系统打开全球定位系统设备同时实施初始化,另外依据用户设置的有关信息实施短信报警或者电话报警。需要特别注意的是,为了能够充分保证安全,一般情况下应该使用嵌入式WebServer来对其进行构建,同时可以适当加入密码进行验证。如此,用户可以使用真正认证的密码以及用户名,利用CGI来充分实现建立在WEB远程条件下的系统控制。
5 结束语
人类己进入21世纪,在高度物质文明的今天,追求环境绿色化、生活信息化己开成时尚,安全、舒适、方便、现代成为21世纪居家生活的象征。日益更新的现代科技的力量,打破了传统的时空界线,借助计算机网络和层出不穷的信息技术,改变了人类的生产、生活方式,科技正以超乎想象的速度更深刻地影响到人类的思维模式和生存状态。建设物联网智能家居具有时代的前瞻性,顺应了当今信息社会的潮流,对进一步提高居民水平和生活质量具有非常重要的意义,智能家居具有非常广阔的发展前景。
参考文献
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[3]杨琛.智能家居物联网监控终端的研究与设计[D].太原理工大学,2011.
【关键词】物联网;软件工程;智能家居;应用
1引言
随着我国电子科学信息技术的飞速发展,智能家居行业在近年来有了很大进步,但目前我国智能家居相关行业在国内市场起起落落,主要由于部分行业技术认知混沌和诸多关键技术缺陷无法真正得到有效推广利用,使得部分企业智能家居相关产品价格高昂,不能得到普及应用。本文从分析物联网与智能家居的相关基本概念入手,对智能家居的构成和产品应用进行论述,从而明确物联网在智能家居领域的应用价值。
2物联网和智能家居简介
2.1物联网简介
物联网这一词最早起源于传媒领域,目前,物联网的定义和范围已经发生了变化,有了较大的覆盖范围。物联网也就是物与物相连的移动互联网,是基于移动互联网、广播网和电视网、传统移动电信网等移动信息网络载体,让所有需要能进行独立寻址的普通人和物理信息对象都能实现信息互联、互通的信息网络,是我国新一代信息技术的重要组成部分。物联网主要包含两层意思:一层是以移动互联网应用为技术为核心,在其技术基础上向各个领域进行延伸和扩展网络;二来就是通过它将物联网的技术延伸出来实现物与物之间的各种信息相互交换。物联网具有计算、感知和识别的功能,可以通过各种信息传感器、全球卫星定位系统、红外图象感应器等各种装置与信息技术,实时分析采集各类需监控、连接的物品信息,通过物与物、人与物之间的广泛连接,实现对物品的智能化感知、识别和管理。物联网的核心主要有三个:一是装置的智能化,日常生活中的智能电视、智能手环所能实现的多种功能主要在于物联网卡,智能电视尽管看起来只是普通的电视设备,但是它本身的任务处理范畴已经不仅仅局限于收看电视的功能了,它通过物联网实现了装置的智能化,满足了使用者的更多需求。二者是联机以及移动通讯融合技术,物联网技术可以让移动设备本身具有更强联机通讯能力,提供用户个性化的通讯服务,大大提升用户的体验感。三是设备的云端服务,联网可以将数据传送到云端,实现远程控制、远程监控的功能,可以完成更复杂的计算任务,提供更加智能的服务[1]。
2.2智能家居简介
智能家居,也称为家庭自动化,可以实现家居电子设备自动控制、远程控制、语音控制和一键控制等功能需求,提升家居生活的便利性、舒适性和安全性。智能家居可以简单的理解为一个管理体系,它以家庭住宅为管理基础,通过传感器将智能家居电子产品与家用电子信息紧密的结合起来,通过相应管理软件对智能家居配套设施进行智能化流程管理,带来节能、环保、舒适、安全的居住环境。智能家居有多重功能,它可以实现智能灯光控制,用智能的控制方式对全宅灯光的开关、调光等场景进行控制;可以设置安防监控系统,进行自动化的监控管理,当住宅发生危害人身安全的问题时,安防监控系统能够自动报警,保证住宅的安全[2]。
3物联网时代软件工程在智能家居中的应用
3.1家庭安防系统
门禁、报警和监控是智能安防系统的基础组成部分,常见的安防产品还有智能锁、烟雾报警器、煤气感应、无线感应报警器、智能主机带防盗一体网关、无线感应门等。门锁是家居安全的第一道防线,智能门锁可以最大的保障家居生活的安全性,智能家居改变传统的门锁方式,使得开锁的方式变得多种多样,防盗、安全性大大提升。当安防设备接入到物联网后,设备可通过智能云摄像进行24小时实时监控,记录每一时刻家中发生的情况,用户可以通过手机在任何时刻任何地点远程查看家中的状况,大大提高了家居生活的安全性。随着信息技术的成熟,我国安防智能产品类型不断丰富,通过安防系统的使用,可以带给人们更贴心、舒适、安全的生活体验。
3.2家庭数据中心
家庭数据中心,是以一台综合网络数据储存处理设备为基础平台,利用先进的综合计算机处理技术、网络通讯管理技术、综合网络布线管理技术,将与各种家居生活信息有关的各种信息子系统,有机的结合在一起,将其打造成为各种家用信息的存储与处理中心。家庭数据中心相比与传统的存储方式更加稳妥、安全,因为它并非本地设备,不会出现硬盘坏掉、信息丢失的情况。未来,家庭数据中心或将成为数字家庭环境的必需品、成为家庭成员分享信息的重要中心[3]。
3.3家庭医疗中心
家庭医疗中心可以保证用户时刻检测身体各项健康指标,使我们老人与小孩足不出户,在家中也能省时省力、高效的实施就诊与日常健康护理。随着现代电子科技的发展,电子体温计、血糖测试仪等家用医疗器械走入千家万户,为人们的日常生活带来极大的便利。Chainway移动式医护系统融合了多项技术,可详细记录用户的身体健康状况,并通过互联网络与附近的医院医护系统相连接,在病人就诊时,可极大的提升就诊效率,保障病人的生命安全。
3.4家庭照明中心
在家庭日常生活中,灯光是我们十分依赖的东西,灯光主要分为:室外照明、室内照明、舞台灯具和车用灯具等,不同的对象在不同的空间、场合需要应用不同的照明方式和灯具,并保证恰当的室内照度和灯光亮度,智能家居可实现灯光的智能化自动控制,采用它的智能照明控制管理系统,使照明系统处于全自动工作状态使智能照明控制系统始终处于全自动化的工作运行状态,可以根据天气昏暗程度调整灯光强度,根据主人的不同喜欢选择灯光的类型、颜色,通过智能操控可以不必要上下床就控制好灯光的亮度设置,同时智能灯光系统通过它的先进的智能电子化和电力控制技术,对一个控制指定区域内的所有灯具进行智能调光,使室内的照度始终保持在恒定值数值附近,从而充分利用更多自然光源实现环保节能的目的。
3.5家庭娱乐中心
随着生活水平的提高,人们更加注重精神追求和生活品味。家庭电器的智能化,能够让人们根据自己的个性,随心所欲地设置各种娱乐应用,给生活带来新的体验,满足每个人不同的需求。例如,智能家居中的影音娱乐应用场景,它是以家庭影音娱乐终端产品为依托,给用户家庭提供音频视频相关的服务,常见的影音娱乐产品包括:智能电视、智能机顶盒、智能音响、媒体服务器等,通过影音娱乐的应用,可实现视频播放的智能性,同时智能音响系统可实时进行家庭语音提醒和智能语音控制,为众多用户家庭提供家庭视频信息,真正实现了智能家居的个性化服务。
3.6家庭控制中心
智能家居控制中心是结合软硬件、网络、各类通讯控制接口的整体解决方案,集成当前智能家居领域的各类设备接口技术,结合成熟的外部网络通讯技术,达到对大部分家居产品进行监控的目的。智能家居控制中心可以实现人机交互或者远程交互,对家庭中的空调、窗帘、窗户、电视、灯、监控摄像头、地热系统、花园灌溉装置等各类智能家居设备进行状态查询和控制,减少了许多繁琐的操作,化繁为简,它可以以智能音响和手机为中心,通过智能音箱和手机控制,为用户进行语音播报,满足用户的一切想象,实现智能家居的全方位服务,提升用户体验感。
4结语
智能家居不只是一个行业、更是一个产业,是诞生在互联网+时代的类工具产业,是一种对于传统产业附加值的变革,目前,智能家居仍处于初步发展阶段,很多技术还不成熟、厂家标准不统一、成本费用大。随着科技的发展,一系列创新应用和服务应用应运而生,智能家居的技术难题将会不断被突破,产品的价格也会随之下降,其巨大的市场潜力也将逐渐显现出来,在未来,物联网在智能家居中的使用将会给我们的生活带来巨大的变化,提高生活品质,为日常的生活提供更多的便利。
【参考文献】
[1]何国樑.试论物联网时代软件工程在智能家居中的应用[J].电子乐园,2019(3):91.