物联网与智能家居模板(10篇)

导言：作为写作爱好者，不可错过为您精心挑选的10篇物联网与智能家居，它们将为您的写作提供全新的视角，我们衷心期待您的阅读，并希望这些内容能为您提供灵感和参考。

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中图分类号：g712文献标识码：a文章编号：1672-5727（2014）07-0107-03

“智能家居”的概念自20世纪80年代被提出后，进入21世纪才引起社会的广泛关注。随着智能家居技术的不断成熟、产品不断完善、市场不断发展，人们对它由陌生变熟悉，逐渐地由“远观”到真正应用于家庭生活。正是因此，以往对智能家居的定义已经不够准确而详尽，现在非常有必要重新审视智能家居的定义，以适应智能家居行业的新发展。特别是“物联网”概念提出以后，学术界开始大量探讨与物联网智能家居相关的概念、技术及标准，产业界也开始在多个领域加强对智能家居技术的应用，数百所高等院校相关专业都开设了“智能家居”课程。

目前物联网的现状与当初的互联网非常相似，今天的互联网已经形成了巨大的产业规模并衍生出很多行业。作为物联网最主要、最重要的组成部分，物联网智能家居也将经历这样一次升级。家用电器的数量远远超过电脑、手机的总和，如果再加上各种诸如智能眼镜和智能手表之类的无线传感器、控制器，数量上就会是传统电脑及手机的几十倍甚至上百倍，可以说，单单一个物联网智能家居的市场可能就是传统互联网及移动互联网总和的几十倍以上。从某种程度上来讲，离开了智能家居，智慧城市或者智慧地球就失去了存在的基础，可以说智能家居将成为物联网最主流的应用市场。

课程开发

为了体现工学结合的办学特色，我院在开设“物联网应用技术专业”之初，就坚持以职业岗位能力为核心的人才培养模式，开发了体现工学结合的课程体系，并根据技术领域和职业岗位的人才需求，突出专业技能的培养，形成了“理论与实践相融合，以职业岗位作业流程为导向”的模块化课程体系。通过开设一体化的专业实践技能课程，将理论与实践相结合，加强学生的综合技能训练；推进课程与企业岗位技能需求相互融合，与就业岗位相互衔接，突出培养学生的实际操作经验；将职业资格、职业技能教育与院校日常教学相结合，大力推进实务专题、顶岗实习，培养学生专业岗位的实践能力。

物联网的行业应用包括智能交通、智能大棚、智能电网、智能家居、智能医疗等等，对于具有交通行业背景的院校而言，一般要开设“智能交通”课程；对于农业类院校而言，一般应开设“智能农业大棚”课程；对于电力行业院校而言，可能就要开设“智能电网”课程。而我院是信息类院校，没有专门的行业背景，所以根据福建省产业发展特点及我院的实际情况，并征求企业专家和专业教师的意见，制定了专业培养方案和课程体系，其中包括“智能家居”课程。

课程建设

物联网智能家居的内涵究竟是什么？哪些技术是核心技术？哪些产业或产值才真正属于“智能家居”？这些问题看似简单，但又难以回答。当前，从技术发展、产业规模、行业标准等方面还不能明确回答上述疑问。也正是因此，市场上关于“智能家居”的技术及应用各不相同，能够作为高职院校教学材料的资料、书籍及实验设备就更加少之又少。只有从务实的角度考虑，将智能家居引向以“实际应用”为目标的发展思路上，夯实智能家居的核心技术，抛开概念，注重应用，智能家居才能成为独立的学科专业，具有明确的科研方向，为物联网新兴产业服务。

因此，我院成立了“智能家居”课程建设小组，明确责任，分工合作，从案例资料收集、企业调研、教材编写、实验室建设等多方面推进课程的建设。截至目前，已完成课程标准（教学大纲）的制定、校本教材的编写及实验室的建设，圆满完成了课程建设任务。

课程设计

本课程依据企业对物联网智能家居系统工程实施过程中的技能要求，以项目为单位组织教学，将智能家居各子系统的相关知识点和技能要素直接融入项目教学和实验实训的各个环节中，让学生在技能训练过程中加深对专业知识和技能的理解与应用，培养学生的关键能力，满足学生职业生涯发展的需要。

学习情境设计根据智能家居系统的实际工作岗位需求，以培养学生职业能力为重点，引入具有一定代表性的行业应用项目案例，从中分解知识点作为子项目，从简单到复杂，将该学习领域课程划分为5个学习情境，各学习情境的教学过程以行动为导向，以学生为主体，基于工作过程加以完成，如表1所示。

教学设计以智能家居的相应子系统为项目，采用一体化教学模式，边学边做。以实际工程建设过程为切入点，选取典型工作情境，分组实施。按照情境导入、项目分析、方案制定、项目实施、小结评价5个教学环节进行教学设计。以视频监控项目为例进行的教学过程设计，如图1所示。当然，项目的选取要根据各院校的实际情况（包括实验实训设备、专业教师能力以及合作企业等）而定。

教学方法与手段“智能家居”课程是一门理论性与实践性相结合的课程，有些学生在此之前可能对“智能家居”知之甚少，因此授课过程中应以实际应用为主，以理论讲授为辅，灵活运用多种教学模式，充分发挥传统教学与现代教学的优势。（1）课堂讲授。要将原理和概念深入浅出地讲清、讲透，并引导学生逐步理解课程的重点和难点，让学生掌握基本概念、基本理论和基本技术，但不能讲得太深，够用即可。（2）实际工程项目参观。在课程讲授过程中，可安排并带领学生参观相关企业的建设项目和样板演示，目的是使学生对智能家居有感性认识。（3）实际练习。充分利用本校实验环境，在任务驱动课程设计理念的指导下，根据实际案例，按照工作过程步骤连贯进行，使理论与实践的结合更紧密。（4）相互评估。在学生完成相关任务后，采用小组成员间和小组间相互检查、测试、评分的方法，让学生了解自己的不足，相互学习，取长补短，共同进步。（5）课外阅读指导。目前物联网智能家居技术及应用多样化，但标准不统一，所以要鼓励学生查阅相关的网络资源和辅助文献，以进一步拓展学生的知识面。

教学成效

从理论到实践，变被动为主动培养高技能应用型人才，需要加强学生实践操作、团队合作等关键能力的培养，特别是对于一些课程的学习，许多学生只有在理解课程与未来工作的相关性之后，才能够有目的、有意识地积极学习。因此，针对“智能家居”课程，应采取以实践教学为主、以理论教学为辅的教学方式，体现“做中学、学中做”的思想，激发学生的学习热情，使学生从传统的“要我学”转变为“我要学”，从而变被动教为主动学。

形式多样、思想开放结合每节课学习的实践和理论知识，课后组织讨论，师生座谈，积极阅读物联网和智能家居方面的资料书刊，结合学生的兴趣，在课程组教师的带领下或自发地成立智能家居相关子系统的项目小组，如“视频监控小组”、“门禁系统小组”、“环境监测小组”、“智能窗帘小组”等，对智能家居进行多角度的深入探讨。

校企合作、提高能力在“智能家居”课程教学过程中要加强对学生实践能力的培养，通过到企业参观、到工程现场实践、请企业管理人员介绍系统建设经验及存在问题与原因分析等方式，培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，其效果主要体现在两个方面：其一，使学生明确自己的兴趣取向及理论知识的掌握情况，为学生选择毕业论文题目及就业方向打下良好的基础；其二，通过参加课外参观实践活动，增加学生关于智能家居工程项目建设的经验。

存在问题

第一，本课程采用分组项目教学，学生需要通过团队协作完成相关任务，因此出现一些学生依赖小组其他成员完成任务的情况，需要在教学过程中加强引导。

第二，项目式教学需要更好的场地和设备，因此要完善实训教学条件，加强互动教学模式建设，不断改进校企合作模式。

第三，项目式教学需要更多的现场指导和手把手的示范，教师的工作量增加，由一个任课教师讲授、指导，难免顾此失彼，因此可组织课程教学团队，由几个教师共同完成同一教学任务，同时引入企业人员参与部分教学，教学效果更佳。

第四，本课程涉及的知识面广、技能复杂，如何协调好有限的教学课时与多而广的教学内容之间的矛盾，进行适当的内容增减，是今后教学中需要不断探讨的

问题。

第五，目前关于智能家居的相关教材资料很少，能够适合项目式教学需要的教材更是少之又少。因此编写高职院校学生适用的“智能家居”教材非常必要，任务紧迫，与智能家居相关的技术及国家标准也在不断改进和完善过程中，所以教材及课程内容要实时跟踪、不断改进。

“十二五”期间，由于物联网起步伊始，智能家居行业方兴未艾，而我国真正从事该行业的人才极其匮乏，智能家居行业不仅是我国物联网产业的重要组成部分，也是未来社会发展的必然趋势。可以断定，物联网技术必将不断升级，发展成为“国家战略性新兴产业”，国家对物联网行业的推动及智能家居行业本身巨大的市场需求和广阔的发展空间，必将产生对该行业人才的巨大需求。

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中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2013）07-0038-04

0 引 言

世界上最早的智能建筑是1984年在美国诞生的，这之后，加拿大、欧洲、澳大利亚和东南亚等经济比较发达的国家先后开始开发智能建筑和智能家居产品。智能家居在国外已发展了20多年，特别在一些发达国家，智能家居的普及率相当高，智能家居可以为人们提供一种高效、舒适、安全、便利、环保的家庭居住环境。在美国，盖茨的被称作“未来之屋”的豪宅堪称当今智能家居的经典之作，所有的照明、音乐、温度、湿度等，都可以根据客人的需要通过电脑任意调节；当你踏入一个房间，藏在壁纸后方的扬声器就会响起你喜爱的旋律，墙壁上则投射出你熟悉的画作；厕所里安装了一套检查身体的电脑系统，如果发现异常，电脑会立即发出警报；地板中的传感器在感应到有人到来时就自动打开照明系统，在客人离去的同时自动关闭。在国内，智能家居经历了10年的起步阶段，发展速度缓慢。这主要是因为开发技术短期内不成熟，没有形成完整的、全面的系统解决方案，主要集中在一些分散的智能家庭控制子系统的研究上，所以有必要对智能家居系统做研究和探讨。

1 智能家居的架构

智能家居作为物联网的一部分和人们的生活息息相关，是人们感受物联网最直接的方式。通过智能家居系统，人们将充分感受到物联网革命带给人们的方便、快捷与智能化。图1所示是智能家居系统的基本框架图。下面对具有集中式信息处理模块的智能家居系统作一简要介绍。

图1 智能家居系统框架

1.1 信息家电

信息家电应该是一种价格低廉、操作简便、实用性强、带有PC主要功能的家电产品。利用电脑、电信和电子技术与传统家电相结合的创新产品，是为数字化与网络技术更广泛地深入家庭生活而设计的新型家用电器。在目前的传统家电的基础上，将信息技术融入传统的家电当中，使其功能更加强大，使用更加简单、方便和实用，为家庭生活创造更高品质的生活环境，比如模拟电视发展成数字电视，电冰箱、洗衣机、微波炉等也将会变成数字化、网络化、智能化的信息家电。

1.2 信息处理模块

为了使相互独立的信息家电可以实现信息共享与协同工作，智能家居系统中必须具有专门的信息处理模块。它的功能主要是收集家庭中各个家电的工作状态和服务请求，对各种数据进行实时处理，并将结果送入功能驱动模块。随着家庭中信息家电的数量不断增加，采用分布式的控制方式将具有更高的灵活性，这是未来智能家居系统的发展趋势。

1.3 通信模块

如果说信息处理模块是智能家居系统的大脑，那么通信模块就是实现信息传导的神经。根据家庭组网的特点，通信模块常利用已有的布线（如电力载波），或者采用无线传输（如蓝牙、红外、Wi-Fi、ZigBee）等。出于不同的信息家电对传输的带宽要求不同，实际中的通信模块常采用多种方式混合组网。

1.4 功能驱动模块

功能驱动模块是信息流入、流出各个信息家电的接口。由于各个电器生产厂商的产品在功能和实现上都有很大的不同，所以必须通过功能驱动模块将信息处理模块的指令翻译成电器可以执行的电平信号，以及将电器的各种状态信息转换成信息处理模块可以理解的二进制信息。

1.5 外界信息接口模块

该模块可以看成是一个家庭通向外界（如Internet）的网关，它在家庭内部各种家电信息共享的基础上，进一步实现了基于Internet的资源共享，从而更进一步实现了共享的深度和广度，也将是未来智能家居系统发展的热点。

2 物联网技术

物联网被称为是继计算机和互联网信息产业后的第三次革命性创新[8]，物联网应用无处不在。物联网是让所有的物品都能够远程感知和控制，并与现有的网络连接在一起，形成一个更加智慧的生产生活体系。物联网技术层次由感知层、传输层和应用层组成[10]，图2所示是物联网技术的层次结构。

物联网以传感器等传感技术为基础，实现信息采集和“物”的识别，通过传输层实现数据的传输与计算，经过应用层，实现所感知信息的应用服务。

3 智能家居的主要技术

智能能家居系统应用的主要技术包括网络控制技术、通信技术和移动终端技术。

图2 物联网技术层次结构

3.1 网络控制技术

3.1.1 通过家庭网关的互联

家庭网关是智能家庭局域网的核心部分，主要完成家庭内部网络各种不同通信协议之间的转换和信息共享，以及同外部通信网络之间的数据交换功能。同时，网关一般还负责家庭智能设备的管理和控制。

3.1.2 通过外部扩展模块实现与家电的互联

为实现家用电器的集中控制和远程控制功能，家庭智能网关通过有线或无线的方式，按照特定的通信协议借助外部扩展模块控制家电或照明设备。

3.1.3 嵌入式系统的应用

以往的智能家居中，绝大多数是由单片机控制的。随着新功能的不断增加和性能的不断提升，将处理能力大大增强的具有网络功能的嵌入式操作系统和单片机的控制程序作相应的调整，使之有机地结合成为完整的嵌入式系统。

3.2 通信技术

通信技术分为有线通信和无线通信技术，大多已日臻成熟。基于ZigBee技术的智能家居无线网络系统，由于具有低成本、低功耗、较远的覆盖范围及通用性强的特点，将成为智能家居系统中的又一亮点，必将给现代智能家居系统带来一场新的变革。

3.3 移动终端技术

移动智能终端以智能手机为代表，另外还包含平板电脑、笔记本、智能电视等。移动智能终端内嵌嵌入式操作系统，目前被广泛推崇和得到迅速发展的是开放的、自由的Android系统[3]，主要应用在移动互联网方面。移动互联网是将移动通信和互联网二者结合起来的、融为一体的移动通信网络，在最近几年里，移动通信和互联网是当今世界发展最快、市场潜力最大、前景最诱人的两大业务，它们的增长速度是任何预测家未曾预料到的。

4 智能家居的主要研究内容

智能家居系统可满足个性化需求。可以按不同用户的需求，定制不同的方案。同时，也可模块化服务，以满足不同层次客户的需求。从客户需求上分析，智能家居系统的主要研究内容如下：

（1） 通过移动智能终端，如智能手机等，随时随地控制家中电器的开关和监测信息家电的工作状态。

（2） 以“情景模式”一键组合控制家电，实现场景设定。

（3） 支持上述功能的同时，同样可以使用家电原有的控制方式。

（4） 实时视频，让主人对家中的状况一目了然。

（5） 当家中发生警情时，可以自动打电话或发短信通知，并同时通知小区的物业，保安可第一时间到达现场。

（6） 网关服务器的密码以及网络控制页面的登录密码，可以随时更改，保证系统安全性。

5 智能家居通信方式比较

智能家居不同厂商产品的区别主要体现在通信组网方式上。市场上所有的产品无外乎有两种进行数据传输的方式，分别是有线方式和无线方式。

有线方式即总线控制方式，如EIB、C-Bus、H-Bus、LonWorks、SCS、RS-485等。有线方式因为需要进行布置复杂的线路，对原有建筑造成不同程度的破坏，而且维护、扩展也会带来很多局限性，所以，采用有线通信方式的智能家居产品正在逐渐被淘汰。

无线方式包括射频、载波、Wi-Fi、ZigBee、蓝牙等。本文的智能家居产品采用ZigBee组网方式，而目前国内仅有个别厂家采用ZigBee组网方式。表1所列是对各种无线组网方式的智能家居系统进行的比较。

在表1中，ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术，主要适合于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备中，同时支持地理定位功能。相对于现有的各种无线通信技术，ZigBee技术是最低功耗和成本的技术，这些特点决定了在智能家居中采用ZigBee组网是非常合适的。

6 基于ZigBee和移动终端技术的智能家居系统

6.1 系统框图和主要实现原理

基于ZigBee的智能家居系统是未来智能家居系统的主流，该系统包含终端节点、路由器节点、传感器网络用户终端、远程监控终端（如手机移动终端）等。图3所示就是基于ZigBee和移动终端技术的智能家居系统图。

图3 基于ZigBee和移动终端技术的智能家居系统

在基于ZigBee和移动终端技术的智能家居系统中，终端节点是整个网络的关键，它的作用是开启并配置无线传感器网络。网络启动成功后，通过路由器节点、网络用户终端，无线传感器网络接收各节点的信息，并处理这些数据，将有用信息通过用户交互程序显示给用户，然后接收用户指令，再通过无线传感器网络将指令传递到相应的设备终端节点。如果要通过互联网远程控制，那么传感器网络用户终端还要连接到互联网，接收来自远程智能终端的指令，起到无线传感器网络与远程终端通信桥梁作用。

6.2 系统各部分的功能

6.2.1 终端节点

终端节点主要由传感单元、处理单元、无线通信单元和电源单元四个基本单元组成，其结构如图4所示。终端节点对于网络的建立和维护没有责任。其加入网络后主要任务有两个：一是通过传感单元中的传感器，采集物理信息并进行模拟量到数字量的转换，处理单元负责信息存储和处理，并送入无线通信单元，后者通过无线网络上传；二是接收用户终端的指令，控制设备作出相应的动作。

图4 终端节点结构图

6.2.2 路由器节点

路由器节点的主要功能有两个，一是为终端设备节点提供多跳路由，二是允许新启动的节点加入网络，其作用相当于互联网中的路由器。

6.2.3 协调器网关

协调器网关是家庭控制网络的主控设备，要求必须由至少一个ZigBee网络的FFD设备组成。一方面，它主导家庭内部网络建立的整个过程，主要包括系统初始化、网络的建立、地址的分配和成员的加入、节点设备数据的更新、数据转发表、设备关联表等几个方面；另一方面，作为家庭网关和设备节点之间的桥梁，完成家庭网关和家居设备节点的通信。家庭网关对外可以提供各种远程智能控制接口，操作者可以通过手机移动终端连接到Internet访问家庭网关的相关接口，对家中的家居设备节点进行数据访问或者控制。

6.2.4 移动智能终端

移动智能终端可以是任意一台接入互联网的计算机设备，这时传感器网络用户终端充当通信桥梁。远程控制终端通过身份认证后，就可以C/S模式或者B/S模式与传感器网络用户终端进行通信，远程控制智能家庭网络。比如，我们出差长时间不在家，可通过移动智能终端远程监控家中的环境，定时打开通风设备改善房间空气环境；或者我们下班前可通过移动智能终端远程控制空调或地暖设备工作，回到家就可以享受到我们想要的舒适环境。

6.3 系统采用ZigBee技术的主要特点

（1） 功耗低。具备多种休眠模式，在待机模式下，普通电池即可支持长达数月甚至一到两年的连续工作。

（2） 可靠性高。ZigBee采用CSMA-CA碰撞避免机制，避免了数据包发送时信道的竞争和冲突。其MAC层采用完全确认的数据传输机制，设备发送出去的每一个数据包，接收设备在接收之后都必须回传一个确认信息，发送方才能开始新的传输。

（3） 网络容量大。具有星型结构、树状结构、网状结构等拓扑，一个全功能设备可以管理254个节点设备，全功能设备之间还能组成覆盖范围更大的网络，网络的最大容量可达2542个节点。

（4） 成本低。ZigBee网络的重要特点就是数据传输速率低，通信协议简单，极大地降低了组网的成本。大范围组网时，每个节点的成本可以降到3美元以下。

（5） 数据安全。ZigBee提供了完整的安全机制，有效防止网络被篡改，防止信息的截获与窃听，并提供了多种加密方法保证数据传输的安全性。

（6） 通用性。由ZigBee技术联盟主导ZigBee标准的制定与修改，并保持了设备和协议通用性和完好的开放性。

6.4 系统采用移动终端技术的主要特点

移动终端应用移动互联网，而移动互联网是将移动通信和互联网二者结合起来的、融为一体的移动通信网络。在最近几年里，移动通信和互联网是当今世界发展最快、市场潜力最大、前景最诱人的两大业务，具有广阔的应用前景。

典型的移动终端平台是Android 平台。Android是Google公司针对智能终端开发的一个平台，基于linux内核，是开放、开源的系统，其大部分应用主要是用java开发，具有很好的跨平台性。实际上，移动终端就是一个可移动的计算机。

7 结 语

本文对基于物联网技术的智能家居系统进行了研究与探讨，分析了智能家居的架构和物联网技术层次，提出了一套基于ZigBee和移动终端技术的智能家居系统。该系统采用ZigBee技术和移动终端技术，具有诸多显著特点。本文通过对通信方式进行比较后，在家居系统中选择ZigBee通信技术，通过分析说明了ZigBee技术在楼宇自动化领域具有广阔的发展和应用前景。系统在应用中选择移动终端技术，移动终端技术具有基于移动互联网和可靠的嵌入式等特点，使智能家居控制系统具有智能化和可移动性。基于ZigBee和移动终端技术的智能家居系统能将家庭中的家居设备连接到网络中，使传统家居设备具有自动化、智能化等新特征，是未来智能家居的主流发展模式。

参 考 文 献

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[中图分类号]TP

[文献标识码]A

[文章编号]1671-5918（2015）13-0098-02

随着人计算机网络技术及通信技术的快速发展，人们对工作、生活的品质要求愈来愈高，其中对家居的智能控制成为人们的必然需求。智能家居系统的控制，就是按照我们的实际生活要求，结合个性化服务，通过无线网络及传感技术应用到与智能家居系统中，如安全防盗、音响控制、煤气水电控制、空调控制等，通过物联网技术进行管理，从而实现智能化的家居生活环境。

一、物联网家居概念

物联网家居又称物联网智能家居、智能家居物联网，是一个居住环境，是以住宅为平台安装有智能家居系统的居住环境，实施智能家居系统的过程就称为物联网智能家居集成。

物联网家居集成是利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设备集成。由于物联网智能家居采用的技术标准与协议的不同，大多数物联网智能家居系统都采用综合布线方式，但少数系统可能并不采用综合布线技术，如电力载波，不论哪一种情况，都一定有对应的网络通信技术来完成所需的信号传输任务，因此网络通信技术是物联网家居集成中关键的技术之一。

安全防范技术是物联网家居系统中必不可少的技术，在小区及户内可视对讲、家庭监控、家庭防盗报警、与家庭有关的小区一卡通等领域都有广泛应用。自动控制技术是物联网家居系统中必不可少的技术，广泛应用在物联网家居控制中心、物联网家居设备自动控制模块中，对于家庭能源的科学管理、家庭设备的日程管理都有十分重要的作用。音视频技术是实现家庭环境舒适性、艺术性的重要技术，体现在音视频集中分配、背景音乐、家庭影院等方面。

又称智能住宅。通俗地说，它是融合了自动化控制系统、计算机网络系统和网络通讯技术于一体的网络化智能化的家居控制系统。物联网智能家居将让用户有更方便的手段来管理家庭设备，比如，通过家触摸屏、无线遥控器、电话、互联网或者语音识别控制家用设备，更可以执行场景操作，使多个设备形成联动；另一方面，物联网智能家居内的各种设备相互间可以通讯，不需要用户指挥也能根据不同的状态互动运行，从而给用户带来最大程度的高效、便利、舒适与安全。

二、物联网家居与传统智能家居的区别

提到传统智能家居与物联网家居的对比，大家第一个想到的便是是否采用了布线技术。当前，是否采用综合布线已经成为区别物联网智能家居与传统智能家居的一个重要标准。

传统的智能家居均采用有线的方式，不仅需要专业人员来施工、维护，而且施工周期长，费用也比较高，系统灵活性差、维护维修难、扩展能力低，很多项目建成后用户根本无法更新升级，让消费者苦不堪言，整个有线智能家居发展史甚至成了烂尾现象延续史。

而物联网时代下的智能家居，则摆脱了这些束缚。物联网的一个基本特征就是无处不在、无所不知。目标是发展绿色全无线技术，包括感知、通讯等等不仅要求极低功耗，而且要求全无线覆盖、高可靠连接、强安全通讯、大组网规模、能自我修复。具体到家庭应用就是要求安装非常简单，使用非常方便，维护不用操心，扩展随心所欲。简单地说，就是一个普通消费者看着简单的说明书就能够自己迅速组装完成整套智能家居系统，而且不需要专业人员的参与，这是物联网型智能家居产品的一个重要特点。

三、家居控制系统的设计

由于技术及成本等条件限制，我国目前大多数生活小区中的安全监控、小区管理等系统大多是独立的管理模式。这种环境下，会造成人员和设备的浪费，增加了维护、维修的成本。所以，本系统在设计中着重注意了以下四个原则。

第一，设计要考虑到兼容性及残存性。即尽量利用现有的软硬件资源，尽量少增加软硬件设备投资。

第二，设计要考虑到可扩展性。这就是说要采用成熟的技术，防止重复建设，少走弯路。

第三，设计要充分考虑安全性。以便有效地监控人们生活安全，如住户的水电气及其它家用设施的安全，

（一）系统的整体设计

系统主要由三层网络构成，在底层设计使用CAN现场总线，将电器设备连接到节点上；各节点通过以太网模块或GPRS模块连接到物联网或移动网上。这样就可以通过利用现有的电脑或手机控制的住户的家电设备，如，空调开关及温度的调节，调阅水电气表的读数等。

（二）各子系统设计

1.多媒体系统

考虑到用户对多媒体的享受需求，我们可以对用户配置一个多媒体接线箱，用于电话、有线电视及控制信息等信息插座链接。数量可以根据用户个性化进行设计。

2.可视对讲子系统设计

在每幢楼宇单元入口处门禁上设置编码式的可视对讲机系统，物业管理中心配置对讲管理主机。系统具有感应卡开起电控锁功能。

3.安全监控子系统

在生活住户内安装天然气泄露、火灾、非法入侵等报警功能设备。比如：可在厨房安装天然气报警装置，在客厅安装烟雾探测器及红外探测器，窗户及阳台加装红外栅栏。监控系统可以通过多种方式报警。如，电话语音报警或向小区管理中心报警等

4.控制子系统设计

家电智能控制系统提供两种控制方式：1）本地控制。通过智能键盘电话设备，对被控家电进行操作。2）电话控制。实现通过电话或手机拨打家里电话，控制系统能自动接听或并通过语音提示用户完成相关操作。

5.信息处理子系统的设计

此子系统可以将小区管理中心与用户的信息进行互联，系统可以向每个家庭的信息，如停水电通知等。住户也可以向管理中心主机发送相关求助信息，如服务请求等。

6.表具数据抄送功能

本子系统设计实现将住户的水、电、气等表具数据抄送至管理中心，当然用户可以随时查看相关表具数据，及时了解相关设备息的使用状况等。

四、系统实现方法

（一）硬件部分设计

主处理器采用ARM13，网络科利用家里现有的WiFI设备。GRPS模块采用SiRFStar ⅢGSC3F/LP.7979，捕获时为144dBm.I/fVGA接口：集成256M内存，采用液晶显示器，可播放高清视频。4个USB接口，能够实现平台扩展的功能；支持全速12Mbps）传输。使用10/100M以太网网络接口，底板上安装500万像素摄像机，CAN总线一个，支持CAN2.0A或CAN2.0B协议。

（二）软件部分设计

操作系统可采用Windows CE版；考虑到使用成本，网口驱动为10M/100M自适应模式；Wi-FI设备驱动采用支持802.11b/g；GPS驱动支持全球定位；视频驱动为支持JPEG CODEC等标准；TvOUT驱动为NTSC制式，3D驱动为Graphics；智能键盘驱动设计等，网络协议设计支持多种应用，如HTTP等。

（三）系统流程设计

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中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）03-0286-02

随着居民对于家居环境要求的提高，目前智能家居成为了重要的研究课题，智能家居指的是将居民住宅作为平台，利用网络技术、安全技术以及自动控制等技术，使多种家居设备之间形成一个系统整体，以便于人们实现对于家居物品的智能控制，更好的构建符合人们舒适度要求的住宅环境和管理系统，才能更好地达到居民对于家居要求的安全性和舒适性。当前随着科学技术的快速发展，为智能家居效果的实现提供了可靠现实的依据，在本文中笔者结合网络技术、数据管理等等方面的技术，分析面向智能家居的物联网原型系统的设计和应用。

1 面向智能家居的物联网原型系统的整体设计

根据物联网构建理念和理念引导下的形成的三层技术构建的框架，在本文中笔者提出基于上述三层框架的适用于当前居民要求的新型智能家居系统的设计方案，在构建新型智能家居设计模型时，其整体框架系统结构可以分为下面三个层面：一是感控层；二是网络层；三是应用层，这三个不同的层面可以分别负责三个不同的功能：感控层负责信息的采集和执行的功能；网络层负责信息传递和信息管理的功能；应用层负责系统应用的功能。三个不同的层面主要负责以下具体功能的实现：其中感控层主要是对于基础信号进行采集和处理，对于数据之间进行传输，同时控制命令的执行，其主要负责的单元有亮度监控单元、温度监控单元、电器状态监控单元、体感监控单元、湿度监控单元等等；网络层主要针对不同的通讯方式所具有的协议转换的功能，保证各项数据能够顺利地进行传递，其中数据主要包括WIFI、ZigBee、有线网络以及串口信息等等；应用层主要负责对于数据的存储功能，并且可以通过智能终端进行系统状态的整体查看等多种功能，以上三个层技术构建的体系是智能家居设计和保障其功能实现的重要理论基础[1]。

2 智能家居系统中对于感控层的设计

智能家居系统中感控层主要可以由数据采集和执行以及短距离的无线通信两部分组成。其中数据采集功能主要是利用传感器和身份识别等技术，对于家居系统中的温度、亮度、火情状态等设备的工作状态进行数据信息的采集功能，执行功能主要负责对于上层服务器所发送的命令进行接收，并且根据命令执行动作，例如根据命令对于加湿器和灯具的工作状态进行控制，在此基础上为用户提供更加舒适的生活环境；短距离无线通信设备的主要功能是对于较小范围内的各个物品之间实现信息的传输等功能，它具有自身的灵活，因此其在智能系统中的应用范围越来越广泛。

2.1 感控层的整体设计

在智能家居系统中，其感控层主要是以家电设备、通信模块等作为系统构成的独立节点和基本单元，主要具有数据采集、传输和控制设备的功能，如在具体的工作过程中，感控层对于智能家居环境中的亮度、温度等环境信息和其他各种家具的工作状态进行信息数据的收集和处理，同时通过无线网络对于收集的信息进行传输，最终实现系统整体中的信息交换功能。

2.2 ZigBee网络传感的构建

ZigBee网络传感的构建主要通过三个设备进行实现：一是网络协调器；二是网络路由器；三是网络终端设备。这三个设备在ZigBee网络传感中具有不同的功能，其中网络协调器和网络路由器主要负责网络协调的功能，它们可以和网络中存在的任何设备之间进行信息的传递功能；网络终端设备不具备网络协调的功能，其只能艺考其他设备进行信息的转换才能实现通信。在ZigBee网络传感的整体中，协调器是核心的存在，对于整个网络的建立和维护都具有重要的意义；路由器主要是负责以下两个功能的实现：一是对于节点内数据的发送和接收；二是为网络中存在的不能够进行直接通信的节点进行数据的转发功能；终端设备负责网络中数据的采集和处理功能[2]。

3 针对网络层和应用层的设计

3.1 网络层的主要功能和设计理念

在物联网的构架系统中，网络层对于整体系统的建设有着重要的作用，其关联着应用层和感控层之间的信息传输的功能，对于整个系统的正常运作起着至关重要的作用，如果网络层不能正常运作，则整个系统都无法实现信息之间的传输以及动作的执行功能。网络层功能的实现主要是它可以进行不同信息之间的相互转换，从而能够使数据能够进行不同协议的网络之间的正常通信和传递，如WIFI、串口通信、蓝牙等等不同类型的协议转换和正常通讯，更为主要的是网络层不仅可以实现不同协议之间的相互通信，而且能够保证通信数据的完整性和准确性[3]。

在智能家居的系统中，网络层的工作主要可以通过以下两个方面进行体现：一个方面是将感控层中所接受的各种各样的信息，如温度值、亮度、煤气浓度等等信息传送到系统应用层中，在信息传输的过程中要保证快速、真实；另一个方面是把系统服务器所发送的命令传递到感应层中，在传输的过程中快速和安全是信息传递的基础。

网络层在设计的过程中通讯方面主要依靠互联网，即Internet方式进行，其硬件主要利用智能家居网关系统。智能网关与远程的智能家居之间的联系是通过Internet进行网络连接，因此在进行智能网关的设计时需要其软件和硬件支持TCP/IP协议，并且在智能网关的设计过程中应该考虑到关于整个系统整体的可扩展性和适用性的原则。同时把握智能网关是否可以对于服务器所发生的数据进行及时准确接收的基础是网关的IP和端口，因此这两者的存在必须在智能家居的系统中具有其唯一性，也就是说只能对应唯一的用户[4]。

3.2 应用层的主要功能和设计理念

在智能家居的系统整体中，应用层的功能主要是将感控层获得的信息数据进行汇总和分析、决策等等，对于整个系统而言应用层是决策层。应用层主要是由两部分组成，其中一个是负责系统中数据接受、储存功能以及整个系统的控制决策和命令发送功能的系统服务器；另一个部分是电脑、手机等可以进行Web浏览器搭建的终端设备，此终端设备可以保证用户对于智能家居系统的正常浏览和使用。在下文中，笔者主要针对智能家居系统的服务器开发和设计[5]。

智能家居系统服务器由主要以下三部分组成：一是Web服务器；二是业务处理中心；三是数据库服务器，这三个不同的部分分别负责以下各个功能的实现：首先Web服务器，即WWW（WORLD WIDE WEB），其主要的功能是实现网上信息的浏览服务，在工作原理上是通过网页的形式进行用户使用界面的以及对于用户的登录信息进行验证，在系统整体中其是用户需求最直接和基本的功能体现；业务处理中心的主要功能是对于网关所传送的数据和信息进行收集，之后进行数据解析的工作，并且通过业务逻辑处理进行解析后数据的二次处理，最后是通过上述处理的最终结果进行控制命令的发送，以及将处理的结果进行储存，业务处理中心在系统整体中的主要作用是对于后台的数据进行处理；数据库服务器的主要功能是对于系统中的各种信息进行存储和管理，其在系统中的主要作用是保证其他两个部分能够对于数据的存储和查询等工作可以正常顺利的进行[6]。

4 结束语

综上所述，在本文中笔者结合网络技术、数据管理等等方面的技术，分析面向智能家居的物联网原型系统的设计和应用。满足随着居民对于家居环境要求的提高的要求，最终实现智能家居的构建，即利用网络技术、安全技术以及自动控制等技术，使多种家居设备之间形成一个系统整体，以便于人们实现对于家居物品的智能控制，更好的构建符合人们舒适度要求的住宅环境和管理系统，才能更好地达到居民对于家居要求的安全性和舒适性。

参考文献：

[1] 程洋，王伟，谢广明，等.面向物联网的智能家居原型系统[J].兵工自动化 ，2013（11）：93-96.

[2] 赵伟栋.基于物联网的智能家居控制系统的设计[D].西安科技大学，2012.

[3] 汪涛，谢志军.基于WSN的智能家居控制系统设计与实现[J].无线电通信技术，2015，41（2）：71-75.

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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

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概 述

近几年，物联网被认为是继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮。围绕物联网的话题也是层出不穷。顾名思义，物联网就是“物物相连的网络”，即通过射频识别（RFID）、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，把任何物体与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。[1]它比现行的互联网更为庞大，其应用覆盖电网、医疗、交通、RFID等多个领域。

智能家居行业是一种新兴行业，也是高新技术产业。它是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，旨在实现人与人、人与家中物品、家中物品与物品间的智能关联。这一特点与物联网的特质不谋而合，并且3G技术的推广、普及和三网融合的试点运行都为智能家居的发展奠定了良好的基础，使得智能家居成为物联网广泛应用的突破口。

1、基于物联网技术的智能家居发展现状

智能家居的发展大致经历了以下三个阶段：电子化、自动化和网络化。[2]自世界上第一幢智能建筑1984年在美国出现后，美国、加拿大、澳大利亚和东南亚等经济比较发达的国家先后提出了各种智能家居的方案。在我国，自2000年提出智能家居的概念后，经过近15年的发展，我国智能化住宅的建筑面积目前已达到400亿平方米，预计到2020年还将新增300亿平方米。全国智能化住宅小区的建设数量，未来十年将达到上万个。而且，智能化家居的概念也不仅仅局限于家电设备联网、具备安防措施等初级智能化，随着3G技术的推广、和三网融合的试点运行，国内电信三大巨头，国家电网和地方有线公司纷纷推出自己的基于物联网技术的智能家居方案。如：国家电网公司在北京城区部分范围内推出电力“智能家庭计划”的试点。国家电网公司通过在电缆上铺设信息传送的光缆，再在试点家庭安装一个可双向互动的终端机，即可让这些家庭达到节电，最终节省电费支出的目的；[3]中国移动的“宜居通”此前已经在重庆和广东部分城市进行了试点，近期试点范围将扩大到北京市朝阳区；中国电信的“5A数字家庭”在广东东莞、江苏等地规模试点之后，即将在北京开始试点；中国联通的智能家居方案进入了江苏南京、无锡等地的部分中高档楼盘，并且得到了当地建设部门的支持；江苏有线也和当地部分楼盘开发商达成了合作协议，将方案推广到了部分小区；国家电网目前也在北京的莲香园和广华轩两个小区进行了试点。

与物联网智能家居相关的家电产品发展也较为迅猛。2010年1月，海尔了世界上首台“物联网冰箱”，让消费者亲眼感受到了物联网技术在家电领域的应用；短短3个月后，海尔又研制出全球首台无氟变频物联网空调，并通过报纸、杂志、电视、网络等各种传播渠道不断强化海尔在家电物联网领域的“桥头堡”地位。而美的旗下品牌小天鹅生产的首台物联网洗衣机也于去年在美国上市。

2、物联网技术在智能家居中的应用

以物联网技术为核心的智能家居是利用网络通讯、计算机、家电控制、综合布线等技术将家电智能控制、信息交流、消费服务、小区安防等家居生活有效地结合起来。物联网智能家居系统拓扑图如图1所示。

图1.物联网智能家居系统拓扑图

在物联网智能家居环境中，不论你是否在家都能够通过远程设备对家中的电器、灯光、以及门、窗进行控制。如果是出门在外，能够通过电话、手机或者互联网连线家中的智能终端，了解家中家电的使用情况，并随时监控家中状况。家中的电器可以识别电压的波峰和波谷，自动避开用电高峰。各电器间也可以实现按预定模式协作运行。如果家中来了访客，则可以通过可视对讲系统留言留影，也可以通过远程控制门打开。如果家中出现煤气泄漏或者小偷潜入，安防设备会自动报警和抓拍小偷图像信息，同时通知你和小区物业保安。当你在回家的途中，也可以通过手机提前开启家中的空调和热水系统，让你一到家就能享受惬意、舒适的智能化生活。[4]

总之，智能家居是一个多功能、综合性的系统，起支撑作用的物联网技术包括：传感器技术、RFID射频技术、多维码设别技术、GPS技术，互联和组网技术、以及与之相适应的各种应用开发技术等。

2. 基于物联网技术的智能家居发展所面临的问题

作为物联网重要的应用，智能家居涉及电子、计算机、通信、自动控制、建筑装饰等多个领域，相对于其它的物联网应用来说，拥有更广大的用户群和更大的市场空间。通过十几年的探索和发展，智能家居在中国的应用虽然取得了一定的进展，但是离大规模普及还有一大段距离。从当前的情况和市场反应来看，智能家居在我国现阶段的发展遇到了三大问题：系统复杂、价格昂贵、实用性差。[3]对于这三个问题，我们从技术和商业运作两个方面加以分析。

从技术方面来讲，首先，智能家居行业内缺乏统一的相关标准。目前有不少企业加入物联网研究的阵营中，造成物联网的相关产品较多，甚至是鱼目混杂。然而，由于没有统一的行业标准，大量的产品间互不兼容，这直接影响到产品间的相互识别和感应，给消费者造成较差的使用体验。同时也给一些厂商在生产、推销自己的产品时带来了很大的障碍。

其次，智能家居技术中的信息安全技术还有待提高。目前，物联网中非常重要的技术——RFID，其对数据保护能力比较脆弱。[4]如果攻击者截获标签信息并且对信息进行破解，就可以通过伪造等方式对RFID 系统进行非授权使用，从而给使用者带来安全威胁。

再者，智能家居产品虽然技术先进，但操作复杂，完全不像宣传时所说的那样“一键控制”，不符合广大普通消费者的使用习惯，

从商业运作方面来讲，由于智能家居的试点多是在经济较为发达的地区、城区或较为高档的小区，对广大普通消费者而言成本昂贵，令人望而却步。其次，智能化家居在中国现阶段的人民生活中还属于附加消费，如果产品价格、集成价格难以降低的话，规模化还需要时间。

3、物联网智能家居发展建议

基于以上的分析，可见我国智能家居乃至物联网要想实现规模化，产业化，还有很长的路要走。

首先，迫在眉睫的是解决技术问题。由政府牵头，抓紧制定行业统一标准，加强不同产品间的互联互通。尤其是要加快关键标准的制定、实施和应用。同时也积极参与国际标准制定，整合国内研究力量形成合力，推动国内自主创新研究成果走向国际市场，为大规模普及应用扫清障碍。另外，要加紧研究以物联网信息安全为主的相关技术，以技术为消费者筑起安全屏障，确保消费者的使用安全。

其次，从商业角度考虑，参与物联网、智能家居产品研发的各企业应积极寻找新的应用模式，改变单一的推广模式。政府可以参与推广物联网应用试点，大力发展公共物联网应用，为智能家居及物联网的发展提供有力保障。各企业则应该以开放的姿态积极寻求合作，提高产品集成度、降低产品价格，真正实现物联网的集成化、规模化、智能化和平民化。

4、结束语

科学技术的发展和生活水平的提升，使的越来越多的人坚定不移地追求更高品质的生活，智能家居作为高品质、信息化生活的代表得到越来越多的瞩目。从2000年首届峰会上提出智能家居的概念，到2011年第十二届中国国际建筑智能化峰会上提出发展实用型的智能化建筑，虽然中国房产智能化道路几经周折，但是建筑、家居智能化这一进程却不可阻挡地前进着。目前，虽然在利用物联网技术推进家居智能化的过程中面临许多问题，要在设备兼容性以及降低成本和设备安全性等方面做很多工作。[5]但是物联网技术的先天优势还是很有利的，与以往的智能家居标准相比，具有无需布线、网络容量大、能耗低等优点使得物联网智能家居技术拥有光明的应用前景。■

参考文献

[1]陈任、余征、梁金瑶.物联网时代的智能家居发展机遇和挑战[J].智能建筑与城市信息，2010，第5期：21-23；

[2]童晓渝、房秉毅、张云勇.物联网智能家居发展分析[J].移动通信，2010，第9期：16-20；

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1.前言

在当今如此快速发展的时代，人类对快节奏生活的要求极度迫切，对生活品质的要求显著提高，计算机和手机的广泛普及应用和物联网技术的发现创造了新的市场和机遇，基于物联网的智能家居体系，在即将到来的未来一定会成为当代人们生活中不可缺少的一部分。

2.智能家居体系结构

物联网智能家居体系有多个组成部分，具体是中央控制器、信号接收器、远程遥控控制器和模拟启动器。信号接收器可以接受使用者发来的指令信息，然后转化为可以识别的代码再传送到中央控制器里面，中央控制器进行处理和分析后，一方面将指令传送到模拟启动器中，另一方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内容，各自启动相关远程控制器，从而实现对智能家居的控制，一切操作完成后，远程控制端口就会回馈一条完成指令信息给中央控制器，然后通过信号接收器反馈给使用者，使用者就可以根据反馈得来的消息来判断接下来的操作。

图1 基于物联网的智能家居体系

当处于用户不操作的情况下，中央控制器会自动接收信息以及监控各类传感器工作状况，根据不同设置要求，实时监控各类环境数据，旦变化超出设定范围，中央控制器$自，生增令， 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，如图1所示。

3.智能家居体系中的物联网技术

3.1 无线传感器技术

随着计算机技术的发展，能够将计算、通信、传感等功能都集成于一个设备上变成可能，这些技术的紧密结合正是无线传感器网络。

无线传感器在运行时是由电池或者发电机提供能源，形成无线传感器网络节点，由集成有传感器、数据处理单元和通信模块的各个微型节点，通过自由无组织方式构成网络。无线传感器网络由传感器节点构成的网络，能够实时地监测、感知和采集节点部署区的环境或观察者感兴趣的感知对象的各种信息，并对这些信息进行处理后以无线的方式发送出去，同时还可以实时传输采集的整个时间历程信号。数据采集处理模块将传感器输出的微弱信号经过放大，滤波等过程，再送到模数转换器，转变成为数字信号，最后送到主处理器进行数字信号处理，计算出传感器各种参数。无线传感器网络使普通物体具有了感知能力和通信能力，在智能家居领域有着广阔的应用前景。

3.2 （RFID）射频识别技术

射频识别技术在智能家居体系中扮有自动识别、门禁管理系统的强大功能。

无线电频率识别的简称是射频识别，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触新的模式。在RFID体系中，识别信息存放在电子数据载体中，电子数据载体叫做应答器。应答器中存放的信息由解读器识别。阅读器不仅可以读出存放在里面的信息，并且可以对其进行写入，读写操作过程，这些功能是通过双方之间的无线通信来实现的。

3.3 通信与网络技术

各种各样的无线技术、感知技术、通信技术、网络技术仪器组成了以物联网为核心的充满智慧的网络，而通信与网络技术是支撑物联网运转的核心部分，是物联网应用发展的重中之重。通信与网络技术包括通信网与IPV6技术、3G与4G技术、WIFI技术、无线宽带接入技术、NFC近场通信技术和ZigBee技术等。

4.智能家居前景展望

根据物联网技术研究的展开，智能家居成为其主要的展现平台。物联网技术在智能家居上的应用，为智能小区的物业管理部门提供了科学、高效的管理手段和方法，将无线传感网、图像识别、射频识别、定位等主流技术结合现有的视频监控体系，可以全方位地提升智能小区管理的自动化程度，提高效率，节省人力。

物联网技术的应用为小区住户提供了更宏全、舒适的现代化生活空间和环境，其优点和便捷不胜枚举。如果能够将这样的智慧小区体系全部串接起来，共享更多的各种资源，互通互联，就能为建立智能化城市体系创造良好的开端。

智能家居体系的家庭集成信息化实现方式已成为社会高度智慧化发展的重要构成因子，物联网也因为它拥有的巨大的应用前景，对智能家居产业的发展产生深远影响。

5.结束语

智能家居体系的发展道路上需要有一套高度整合的行业标准，随着网络科技和电子通信技术的发展，传统行业里面的建筑产业与IT业会有更深度的融合与互惠，同时又推动了智能家居的高度发展。因此，智能家居行业的进步需要家电产业链、IT技术和各行各业体系集成商的共同合作，当然，这不仅需要国家的大力支持，也需要各个企业的积极融入，只有这样我国的智能家居产业才能以迅雷不及掩耳之势的好势头发展起来。

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中图分类号：TN92 文献标识码：A 文章编号：1006-8228（2012）04-04-02

Design of an intelligent home gateway based on net of things

Wuyimin, Qian weixing

（Department of Communication and Electron, Hangzhou Vocational & Technical College, Hangzhou, Zhejiang 310018， China）

Abstract： The Internet of things is a web ecosystem combined by things and internet through RFID, senor, wireless data communication devices. This article aimed at realizing a smart-digital-home gateway system which is based on the technology of Internet of things. It has characteristics such as low cost, mutual connection, multi-platform, self-organizing and scalability.

Key words： Internet of things； RFID； intelligent home； security

0 引言

二十世纪80年代开始，能够初步实现监管、控制功能的智能家居系统已经开始得到实际应用。目前，此项技术在韩国普及的程度排在全球前列，美国已经为智能家居系统制定了相应的技术标准，智能家居的基础产品已通过美国FCC或欧盟等行业组织机构的质量安全认证，全球家居智能技术的发展已进入白热化阶段。

基于物联网技术的社区数字智能网关系统，即基于小区的家庭智能家居解决方案，通过小区服务器和小区应用软件把小区内的多个家庭智能网关结合起来，进行集中管理和资源共享，利用先进的计算机技术、嵌入式系统技术、网络通讯技术、家电技术、无线控制技术[2]，将家居生活有关的子系统有机地结合，通过统筹管理，不仅可实现小区安防监控，更能将家庭智能控制、信息及消费服务等家居生活有效地结合在一起，让家居生活更加舒适、安全、有效。

1 智能家居数字网关的功能需求

⑴室内主机软件：实现可视门铃、记录查看、系统设置、呼叫管理中心机四个主功能的相关部分；能在小区内实现可视对讲、电话/短信报警；实现视频监控，并能将报警信息从小区的服务器上通过ECP以电话、短信、彩信的形式报警。

⑵单元门口机软件：无GUI，实现可视门铃、呼叫管理中心机、系统设置三个主要功能。

⑶小区管理中心机软件：实现与单元门口机的音频双向、视频单向对讲；实现与业主室内机的双向音频对讲；实现系统设置的相关功能；实现可视对讲、业主报警记录管理。

⑷小区服务器软件：搭建SIP服务器；小区服务器软件收到室内主机发过来的报警信息包后能通过串口电话拨号器/GPRS 模块拨打主人电话、发送短信的管理软件；采用ECP软件，以使小区服务器软件能够在收到室内主机发过来的报警消息包后，通过电信的ECP服务平台自动拨打主人电话，发送短信/彩信给主人手机。

2 智能家居数字网关设计

2.1 单元门口机设计

图1 单元门口机硬件需求示意图

单元门口机的硬件采用V512的主板，通过UART/SPI/IIC来连接RFID读卡器，通过MX27的12个GPIO或者IIC扩展的12个GPIO来连接按键。CMOS 摄像头要装有LED灯或红外灯，各单元楼安放以太网交换机，交换出口接入小区局域网，硬件设计框架如图1所示。

2.2 单元门口机软件系统设计

单元门口机的网络设置、密码更新、RFID[3]权限管理通过USB导入。单元门口机读到合法的RFID卡/IC卡的ID或/和密码后自动打开电动门（可用密码/RFID/密码+RFID）,响应“*”按键呼叫小区管理中心机；根据按键输入的物业编号（1803）呼叫业主；接收本单元内室内机或小区中心机呼叫并自动接通，并通过室内机查看状态。

2.3 室内主机/室内分机/管理中心机设计

室内主机硬件采用V509硬件和模具。通过室内主机可查看单元门口机；查看来访纪录，也可通过USB 接口导出。室内主机内置SD Socket和 CMOS Sensor，315/433M 内置无线模块可连接到业主家庭内的315/433M无线网络，实现室内主机与本小区业主的室内主机的可视对讲，报警。室内主机内置一个USB的WiFi模块，可加入家庭局域网，它能实现家庭局域网上的 IPCAM/室内分机和小区局域网相关设备之间的数据路由。硬件设计框架[4]如图2所示。

图2 室内主机/室内分机/管理中心机硬件设计框架

2.4 室内主机软件系统设计

室内主机主界面（GUI）采用Android 实现（如图3所示）。如果连续5分钟没有任何操作，系统会自动进入屏保模式。屏保模式下，触摸屏或者按键有任何操作，则室内主机返回主界面。在主菜单下点击呼叫按钮图标，系统进入呼叫小区管理中心机状态，用户可与小区管理中心机进行音频对讲或者可视对讲（如图4所示）。

图3 室内机主界面

图4 室内机呼叫界面

门铃在查看状态下，用户可以查看、监听单元门口机，但是单元门口机听不到室内主机的声音，直到按下室内主机对讲按钮，方可开始单向视频、双向音频的对讲；开门按钮，仅在室内主机处于门铃查看状态下或者对讲状态才能被有效操作（打开电控门）；室内主机返回键被按下即从门铃状态下返回，如果此时室内主机处于门铃查看、对讲状态，则自动挂断； 室内主机在门铃查看、对讲状态下，如果单元门口机对其他室内主机发起了新的呼叫请求，则单元门口机会自动挂断与原来室内主机的连接，室内主机则会自动返回主界面；此外，室内主机在门铃查看、对讲状态下，如果连续5分钟无任何触摸屏操作，则室内主机会先以OSD提示信息来告诉用户需要点击一个屏幕，如果用户在10秒内还是没有任何操作，室内主机即自动挂断，返回到主界面的屏保模式。

在主界面下点击室内主机记录查看图标，室内主机即进入记录查看状态。用户可以按照时间逆访纪录和安防报警记录（如图5所示）。

图5 视频查看界面

2.5 室内分机系统设计

图6 室内分机主界面

室内分机GUI的绝大部分和室内主机一样，只是需要设置室内主机在家庭局域网中的IP地址，这样，市内分机可以通过室内主机的路由功能来实现可视对讲/门禁管理/安防报警/视频监控的功能。室内分机在作为分机工作时，不需要在本机上安防报警的功能，视频监控功能也仅仅限于查看IPCAM的实时视频（如图6所示）。

3 结束语

物联网作为新一代信息技术的重要组成部分，具有广阔的发展前景。本文针对目前国内小区管理的实际情况，设计并实现了一种基于物联网技术的智能家居[5]数字网关系统，已在相关房地产和物业企业中推广试用，并获得了客户的肯定。物联网技术与实际生活相结合的产品具有强有力的生命力和市场发展潜力，将会有越来越多的小区在建设过程中采用智能家居系统，并实现整个小区的智能化。预计在未来几年，智能家居的应用将越来越广泛，并带动智能化装修、智能化小区服务、智能化家电等相关产业的发展。

参考文献：

[1] 乔彦友,李广文.基于GIS和物联网技术的基础设施管理信息系统[J].地理信息世界.2010.5:17

[2] 王永红,肖硕.高密度物联网标签防止冲突的研究[J].安徽电子信息职业技术学院学报,2010.5:14

篇9

中图分类号：TU855 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）11-0074-01

信息社会在改变人们的生活方式和工作习惯的同时，也对传统的建筑住宅、社会、技术和经济的进步提出了挑战，使人们的观念变了。人们对家的要求不仅仅是物理空间，更关心的是一个安全、方便、舒适的家居环境。智能家居技术起源于美国，它被设计成一个平台，用于家庭。

智能家居控制系统由HFC、现场总线、以太网、公共电话网和无线网的传输网络为物理平台，计算机网络技术作为技术平台，作为应用现场总线的操作平台，形成了一套完整的家庭通信和家庭设备自动控制以及提高控制系统的家庭安全防范功能。

1 系统需求分析

1.1 监控功能

（1）监控室内温度；通过对室内温度的温度传感器DS18B20采样时间，如果室内温度超过设定的温度阈值，对室内温度异常自动处理系统（报警蜂鸣器、LED灯闪烁）；（2）监测红外传感器；通过按键模拟红外传感器，阻止或异步通知的红外线传感器监测，如果红外传感器检测到非法进入，系统自动处理异常（报警蜂鸣器，导致灯闪烁）；（3）监控室内烟雾浓度；通过测量电压值来模拟烟雾传感器，室内烟雾浓度的时间进行采样，如果室内烟雾浓度超过设定的烟雾浓度阈值，该系统将自动对室内处理异常（报警蜂鸣器，导致灯闪烁）。

1.2 智能服务器

（1）获取室内参数；通过获取各个芯片的参数，来动态显示室内相关信息，比如当前室内温度，湿度，烟雾浓度，场景状态等；（2）配置管理；通过智能服务器终端界面进行参数配置。

1.3 智能客户端

（1）故障报警；由该系统内部产生各种故障可以上报至操作维护终端，软件支持告警过滤、告警复位等功能，重要告警，存储到FLASH，以备查阅；（2）性能管理；系统内部相关工作参数上报至操作维护终端；（3）配置管理；系统相关参数支持设置和查询；（4）软件版本管理；系统支持软件版本的查询和软件的在线升级；（5）系统自检；系统支持自检，故障定位到模块级。

1.4 软件性能需求

（1）支持3G网；支持3G网络之后，能通过3G网络进行通信，使得通信变得更加快捷和方便；（2）支持视频传输；支持视频输出之后，能用摄像头，通过网络来传输视频信号，使得通信变成可视化。

2 硬件结构

2.1 系统硬框图

智能家居系统是由TPad，3gmodem，ZigBee，电脑三台，硬件框架如图1所示，每一个单元中，除了3gmodem在运行相应的软件。每个单元的电源电流板是一个独立的电源，而不进行有效管理的PMIC的使用。TPAD是家居系统的控制中心和一个处理单元，主要对温度、烟雾、红外采集和分析，并通过视频捕捉的CMOS或CCD摄像头，可以和ZigBee，3gmodem 沟通。3gmodem主要是能够语音通话、网络传输；ZigBee无线通信模块的控制命令的处理。

2.2 硬件接口描述

（1）运行维护计划；包括系统信息监控、设备控制操作和维护，通过上位机软件升级和其他配置和控制，硬件接口。在系统上电时，处理硬件的初始化工作，读取相应的信息，并在LCD上显示，通过上 启动机器的配置、控制命令都有处理统一的分析和处理，然后通过处理来3gmodem，ZigBee配置。（2）控制平面；系统开机后，开始监控软件，监控温度传感器、烟雾传感器、红外传感器等信息，针对不同情况，进行相应的处理。同时，监控和处理主机的请求和服务器智能终端，并做出相应的处理。

3 系统实现

3.1 初始化流程

（1）系统加电；（2）启动引导程序，实现硬件的初始化，加载标识，初始化组合键，通过启动参数内核加载到内存中，启动内核，内核参数和传输；（3）启动内核，主要完成驱动初始化的根文件系统；（4）把根文件系统，进行相关的初始配置，创建设备节点铰接文件系统（sysfs，TMPFS ramfs，等等），配置网络环境；（5）铰接用户分区，智能终端服务器和主要初始化、打开设备，创造监控任务，等待数据交互。

3.2 业务流程

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关键词：智能家居；FPGA；ZigBee；无线传感器节点

Key words： smart home；FPGA；ZigBee；wireless sensor node

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）18-0068-02

0 引言

智能家居系统的概念起源于上世纪70年代的美国，随后，传播到欧洲、日本等国并且得到了很好的发展。在我国，智能家居这一概念推广较晚，约在90年代末家居智能化系统才得以进入国内，但发展速度惊人。随着物联网技术的不断发展，根据人们需求而开发设计的智能家居系统拥有更加优越及复杂的配置，可以将家庭中各种通信设备、家用电器以及家庭保安装置通过物联网技术连接起来，实现环境控制、养鱼养花、烧水煮饭、多媒体控制及安全报警等功能，并可以异地监控、管理、报警，为住户提供安全舒适、高效便利的学习生活及工作环境。

由于智能家居系统还缺乏统一明确的国际标准，许多公司开发出的产品都是基于自己组网和信息交换协议，很多产品是针对特定的组网环境开发的，部分核心技术没有对外公布，技术复杂，直接导致了使用范围的局限性。再者，缺乏对应的第三方产品，各个接入设备之间不能兼容，互操作性差，不利于产品的扩充，因而进一步局限了产品的发展。再加上有的系统成本过高，严重影响了产品的普及。本文通过FPGA构建了一个嵌入式控制处理平台，利用FPGA技术低功耗、定制性高、扩展性强、接口灵活等优点，实现了物联网智能家居控制部分的设计，能够满足家居需要。

1 FPGA在物联网智能家居中的应用

目前常见的智能家居系统大多基于ARM的嵌入式系统，这类系统并不能同时支持多种无线通信协议。通过整合多种无线通信控制方式，来实现基于FPGA的物联网智能家居控制器，为智能家居的控制领域探索了一种新可行性的方法。利用FPGA芯片可自由定制以及接口灵活性的特点，设计智能家居控制器各个模块，相比ARM单片机支持串口少的短板，可以使系统在同一时刻支持多种通信方式，从而使系统具有更高的适应性和可扩展性，能够同时控制多达31个家用电器，基本满足日常家居需要。基于FPGA的物联网智能家居在设计实现的过程中，使用了Quartus II等集成开发环境，以及ModelSim专业仿真工具，利用Verilog HDL硬件描述语言，在Altera公司的DE2开发板上进行开发设计。

2 基于FPGA的物联网智能家居设计

2.1 系统功能

基于FPGA的物联网智能家居系统能够最大限度地使家居更加智能化，其三大关键功能是通过网络信息终端进行信息的获取、处理以及，进行信息的及时反馈；对相应的单元以及一些机构进行控制，实现实时监测；兼容性一定要足够强大。该系统特色功能具体如下：

①环境控制系统：对室内温度、湿度、亮度进行实时测量，通过人设模式控制空调、加湿器、窗帘、灯光等设备达到宜居的室内环境；②智能养花系统：通过测量相关参数，提供浇水、施肥、遮盖阳光等功能，可以远程监控养花，或者自动养花；③智能养鱼系统：通过测量相关参数，提供补氧、喂食、控温、换水等功能，可以远程监控养鱼，或者自动养鱼；④智能餐饮系统：通过控制烧水壶、微波炉、电饭锅等设备电源及煤气开关，完成烧水、蒸煮、烹饪等功能，可以远程监控完成或自动完成；⑤多媒体系统：通过开关控制，可以远程操控电视、音响、电脑等设备；⑥完全报警系统：通过测量相关水电气参数或者红外感知参数，对室内实时监控，如有危险提示则报警。

2.2 系统架构

该系统是以单个家庭为单位进行安装，智能家居控制台采用大唐移动公司研制的智能家居控制试验箱，ZigBee中心节点采集环境信息。FPGA相当于智能家居系统中的管理中心，其核心是采用Altera公司推出的32位高性能软处理器nios2与每个子节点连接。管理中心通过串口可根据接收到的ZigBee中心节点数据进行处理，并通过家庭总线系统与其他节点设备进行关联操作，实现家庭环境的监测与管理，从而为用户提供安全、舒适的生活或工作环境。智能家居控制器系统结构图如图1所示。

2.3 硬件结构

2.3.1 FPGA部分

系统的核心控制部分由FPGA实现，其设计思路是：采用Altera公司DE2-70开发平台来完成系统设计，从ZigBee网络传输过来的数据经过串口后存储到DE2-70开发板上的SDRAM中，在FPGA控制平台上，由Altera的IP核构成Nios II软核，并植入FPGA芯片中，然后通过软件编写来实现FPGA控制平台的功能，然后系统从SDRAM中读取数据后将温度、湿度等信息显示在LCD液晶屏上。FPGA系统的Nios II软核结构如图2所示。

2.3.2 无线传感器节点

无线传感器模块由ATMEGA128和CC2420组成，CC2420通过SPI总线连接到ATMEGA128。CC2420是Chipcon As公司推出的首款符合2.4GHz IEEE802.15.4标准的射频收发器，该器件包括众多额外功能，是第一款适用于ZigBee产品的RF器件。该模块能够在低电压低频率模式下开始工作，同时能够进行低功耗操作，还能够支持许多种不同的低功耗模式，例如睡眠模式以及深度睡眠模式等，都是可以实现的，从而达到系统更加智能化的目的。无线传感器模块如图3所示。

2.3.3 ZigBee中心节点

ZigBee中心节点使用大唐移动公司研制的智能家居控制试验箱配套产品，模块内嵌工作频率2.4GHz基于IEEE802.15.4标准的ZigBee通信协议，支持最新的RS232串行模式，在此标准通信协议下，经测试，ZigBee中心节点每次接力通信都能在75m范围内提供250kbps的速率，能在网状或多次跳接无线网络内支持串行数据路由，速率最高可达38.4kbps，能够达到目前国内产品的最好性能，完整体现了最新ZigBee网络层的强大功能。

3 结论

本系统通过FPGA构建了一个嵌入式控制处理平台， 利用FPGA技术低功耗、定制性高、扩展性强、接口灵活等优点，实现了物联网智能家居控制部分的设计。最终通过Altera公司的DE2开发板验证，本控制系统在板载50MHz的时钟频率下稳定运行，实验结果达到了预期目标。该系统中的部分模块已在我学院SMT实训基地自主开发研制并生产。另外以该系统项目为例，通过翻转课堂教学模式激发了学生的实践操作能力、创新能力，对在研课题具有较好的理论价值和实际意义。

参考文献：

[1]韩德强.嵌入式家庭控制器系统的设计与实现[J].电子技术应用，2008（3）：23-25.