摘要：笔者主要从基于物联网技术的智能家居系统、系统实现等方面概述了本文主题，旨在与广大学者共同探析。
关键词：物联网；智能家居系统设计；系统实现
一、智能家居系统的组成、结构、功能
1. 系统整体结构
如图 1 所示，从网络结构上看，系统主要由三层网络组成，最底层网络使用 CAN 现场总线将住户所有用电设备连接到各住户的智能分站上；各智能分站通过以太网模块或 GPRS 模块连接到物联网或移动网. 用户通过电脑或手机访问和操控自己家里的用电设备，如空调的开关、温度的调节，实时调阅水电气表的读数，查看冰箱里食物的储存情况等. 为确保安全和效能，小区通信系统采用有线和无线互为备份的方式，确保住户监控数据的安全可靠传输。
2. 功能子系统
采用基于 LonWorks 控制网的家居智能控制集成系统产品，系统具有模块化扩展功能。
（1）多媒体系统
每户配置一个多媒体接线箱，用于电话、数据、有线电视等线缆入户并跟户内各信息插座对接. 户内信息点的数量和位置由住户自己确立。
（2）家庭安防系统
户内设置燃气泄露报警、火灾报警、防非法入侵和紧急求救报警功能. 每户在厨房安装 1 只煤气泄露报警探测器和联动电磁阀，在客厅设置 1 只烟感探测器、1 个红外探测器，一、二层和顶层住户每个窗户、阳台加装 1 对红外栅栏. 系统具有编程设定不同防区类型及报、接警方式，通过电话远程遥控设防，本地现场报警、电话语音报警和向小区管理中心报警等多种报警方式，在家庭控制键盘上能够对近期操作记录和报警信息查询，中心接警机也有警情记录和报警住户信息自动显示功。
（3）可视对讲系统
在楼宇单元入口处电控安全防盗门上设置访客编码式可视对讲门口机，别墅配置独户型可视对讲门口机，户内设置可视对讲室内机，管理中心配置对讲管理主机. 系统具有感应卡和钥匙开起电控锁功能，室内电话机可以对讲开门，单元门口机可复用为巡更系统的巡更点，门禁卡可与停车消费等系统实现一卡通。
（4）信息交换功能
系统具有物管中心与住户进行信息交换功能，通过小区总控主机向每户家庭的智控键盘发布短信息，如天气预报、通知等. 用户通过智控键盘查阅接收到的文字信息，也可以向中心总控主机发送代码信息，如服务请求等，以便于物管有计划处理。
（5）家电控制系统
家电智能控制系统主要提供两种控制方式：1)本地集中控制. 通过智控键盘家中电话机集中对被控家用电器进行操作控制，如家里配置子母电话机，利用子机可以实现遥控操作. 2)远程电话控制. 业主在外通过电话或手机拨打家里电话号码，若家中无人应答时，智能控制系统自动接听电话，并通过语音提示业主完成相应操作. 被控家电为客厅的空调，卫生间的电热水器。
二、基于物联网技术的智能家居系统
智能家居行业的发展壮大，不能仅仅盯着少数富人的豪宅需求，应该更多地考虑绝大多数普通老百姓的需求。基于“以人为本、实用为主”的出发点，采用“调研、归纳、排序、重组”的方式，确定了基于物联网技术的智能家居系统。
1. 调研智能家居功能需求
与百姓日常生活切实相关的智能家居功能需求主要有:（1）平时在家里可以使用同一台遥控器便捷地实现电视、DVD、空调、音响、灯光、家庭影院等电器控制功能;（2）出门在外时，可随时随地通过手机、手提电脑等设备连线家里，了解家电工作状态，监控家中安全状况;（3）可以远程控制家中电器的开关，比如回家途中，就可以通过手机遥控开启家中的空调和热水器，随时随地享受智能化生活;（4）重要电器(比如空调、冰箱、净水装置等)具备“4S”级的自动提示服务功能;（5）水、煤、电三表合一，自动抄表。煤气出现泄露或水电使用异常时，自动切断阀门，并以电话和短信方式通知业主和相关物业服务部门;（6）家中有盗贼潜入，安防系统自动报警并抓拍现场图像，同时以电话和短信方式通知业主和相关保安部门;（7）家里没人时，如果有朋友来访，可以通过可视对讲系统留言留影;（8）随时能够收到物业部门发送来的各类小区公告、家政服务以及信件、包裹投递到家等服务信息;（9）家庭成员健康状况和社区医院联网，随时对重点关注对象的健康状况进行预警提示。
2. 感知生活系统
该部分主要包括物业管理服务子系统，感知健康服务子系统和感知养老服务子系统等。各子系统主要是通过小区内部局域网、小区可视对讲电话网和中国电信的号码百事通以及 96158 社区便民服务网把住户的需求信息通过物业公司传递到各相关服务部门，从而实现感知生活信息化服务。
（1）物业管理服务:居民通过内部对讲电话网络方便地获取如日常维修、家政服务、商品配送、小区活动等物业管理服务。（2）感知养老服务:包含老人信息管理、紧急救助、家政便民、主动关怀及人工呼叫等服务功能，为有需求的家庭老人提供专业、标准、亲情式的居家
养老服务。
（3）感知健康服务:居民加入健康服务系统，建立远程医疗健康档案，可实现在家中进行诸如测量血压、做心电图等常规健康指标检查并将数据传送至定点医疗机构，得到专家诊断，在家中享受健康服务，还可以执行预约专家、挂号、住院床位等各种医疗信息的定制。
三、系统实现
1. 物联网网关
物联网网关在整个智能家居物联网中起着承上启下的重要作用，是连接各终端设备与服务器的桥梁。 网关通过 Zigbee 接口或串口与终端设备通信来获得数据， 并将数据通过以太网或 Wi-Fi 或 GPRS接口转发至服务器。网关的设计采用模块化的思想，根据家庭常见的上网方式细分为以太网接口、 Wi-Fi 接口、 GPRS 接口等三种产品，用户可以针对自己的情况选用合适的产品。 无论是哪种产品，均采用Atmel 公司的 AT91SAM7X256 作为处理器， 同时外接一片 AT86RF230 作为 Zigbee 无线通信芯片。 图 2给出了最常用的采用以太网接口的物联网网关的接口电路图。
因物联网网关需要完成的任务较多，为了更好地协调各个任务的运行， 采用嵌入式操作系统 μC/OS-II 作为其软件平台。 引入 μC/OS-II 之后，应用程序的设计就变得非常简单了。 根据网关应完成的功能将应用程序划分为七个用户任务和一个系统任务，这八个任务的简要设计如表 1 所示。 优先级是按照任务的重要性和是否具有硬实时性来分配的，优先级数值越低，任务的优先级越高。 几个通信任务的主要功能是处理各自对应的接口芯片所接收或需要发送的数据，对这些数据的处理是有严格时间限制的，如果不及时处理就可能会被下一个数据包中的数据所覆盖，因此给这些通信任务分配的优先级高于其它任务。 而在这几个通信任务中，由于以太网的通信速率最快， 数据包的长度也最长，因此以太网通信任务的优先级最高。
2. Web 服务器
智能家居物联网的一个主要特点就是能够将住宅内的各种电气设备连接至互联网，但仅仅是能够通过互联网与设备通信还远远不够，还必须能够在互联网中实现用户和设备的互动。 应用服务器已经将设备数据存储至数据库中， Web 服务器的任务就是将这些数据展现在互联网上，以便用户可以随时随地通过 Web 浏览器查看房间内的环境信息和设备状态，也可以远程控制设备的运行状态。 为此以Windows 2003 Server 和 Internet Information Server（ IIS ）为平台，以 Visual Studio.Net 为开发工具，基于ASP.NET 动态网页技术开发了一个智能家居物联网网站。
网站主要由远程监控、电量管理、智能控制规则管理、故障诊断、事项查看和系统配置等网页组成。 授权用户登录后只能各自查看各自住宅内的情况，操作自己住宅内的电气设备。 远程监控页面以房间的效果图或实景图为背景图片，各个终端设备的工作参数以标签控件或下拉列表控件的形式显示在该设备的旁边。 电量管理页面主要用于反映那些插在具有电能计量功能的插座上面的家用电器的耗电情况，日报表可以统计各个被测电器每一天的用电量，月报表则是统计它们每月的用电量数据。 故障诊断页面允许用户选择特定的故障诊断算法来自动检测故障设备及故障类型，并可以在用户查看房间监控页面时在故障设备的旁边给出醒目的标志。
结语：
为适应人们日益增长的生活水平及质量的需要，本系统利用网络及物联网技术实现了对家用电器进行智能化监控，系统采用模块化设计思想，设计了集资源与安全监控于一体的功能
较完善的可适时监控的智能控制系统，通过实验调试，结果表明，本监控系统方案可行，具有较高的性价比，具有推广价值。
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论文作者:陈奕松
论文发表刊物:《基层建设》2017年第24期
论文发表时间:2017/11/23
标签：系统论文; 智能家居论文; 功能论文; 网关论文; 住户论文; 户内论文; 数据论文; 《基层建设》2017年第24期论文;