基于物联网的智能家居分析

徐行 徐春华

摘要：随着物联网技术的发展和人们对物质生活水平的要求的不断提高，人们对生活的安全、舒适、便捷等方面的要求也越来越高。近年来人们对家庭住宅观念发生了巨大改变，智能家居将成为现代化住宅的发展趋势。本文以物联网的发展为背景，通过学习研究物联网的相关技术，明确物联网的关键技术包括： RFID标识技术、传感网技术、M2M技术。在硬件方面，采用了GPRS模块作为远程人机交互手段，接收和发送信息。利用器件组成ZigBee网络实现短距离的无线网络通信，并详细阐述了各硬件模块的功能和实现方法。GPRS模块软件方面，利用AT指令编写程序，实现用户手机的短信收发过程，利用单片机实现了对家用电器的控制。在智能家居控制系统中应用了星型网的网络拓扑，通过ZigBee网实现了节点之间无线通信。

关键词：物联网;智能家居;ZigBee;GPRS;远程控

1. 前言

智能家居作为家庭信息化的实现方式，已成为社会信息化发展的重要组成部分。21世纪是信息化的时代，物联网新技术推动了人类文明的进步。随着人们生活水平的提高以及科技的高速发展，智能化家居已成为一种必然趋势而深入千家万户。智能化家居是利用电力自动化、计算机、网络通信、信息、结构化布线、无线等技术将多种设备应用和综合功能组成一个强大的完善的系统。它以住房为平台，同时兼备网络家电、家电设备自动化、建筑、通信、远程医疗、家庭办公、娱乐等功能，集结构、服务、系统、管理为一体的舒适、节能、安全、便利、高效、娱乐、环保的居住环境。

2. 物联网技术概述

2.1物联网发展背景

2009年1月，IBM公司提出了“智慧地球”的理念;2009年8月，温家宝在中科院无锡高新微纳传感网工程技术研发中心考察时，提出了“感知中国”。物联网被预言为继计算机、互联网与移动通信网之后的世界信息产业第三次浪潮，一时间很多人预见到了一场新的技术革命。

2.2 智能家居概述

智能家居又称智能住宅，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。要完整地理解智能家居，有必要先对几个智能家居发展过程中有着重大影响的系统进行简单介绍。

2.3 智能家居的发展

相比于国外，我国对智能家居系统的相关产品的研发起步较晚。从目前中国的国情来看，实用型与舒适型应当成为家庭住宅建设的主流，舒适型面向中等偏上收入者。但是住宅是一项使用寿命较长、次投资较大的特殊商品，因此，建设时的标准必须具有一定的前瞻性。

目前在我国，智能家居系统被定义为：利用4C（自动控制、计算机网络、无线通信、IC卡）技术，通过有效的传输网络，将多元信息服务与管理、安全防护与物业管理、住宅智能化系统集成，提供高技术的智能化住宅小区的服务于管理为手段，以期实现快捷高效的超值服务与管理，提供安全舒适的家居环境[12]。

目前智能家居系统一般要求有三大功能单元： 第一，必须要有一个功能非常强大的智能家庭系统平台;第二，必须要有一个完整的综合性的家居布线系统;第三，必须要有家庭内部进行控制的互联网、连接外网的宽带互联网和家庭内部各种家电进行控制的家庭控制网络这三种网络支持的系统才能叫做真正的智能家居系统。

3. 智能家居系统工作过程

智能家居的系统主要有GPRS模块、基于单片机的主控制模块、ZigBee无线传输模块、家电端的控制模块、和传感信号采集发送模块几部分组成。其中，GPRS模块的主要功能是接收用户手机所发送的短消息，并将短消息解析成为一段可以识别的命令传输给主控制器。基于单片机的主控制器的作用是将接收到的命令做出响应。ZigBee模块是将主控制器所下达的命令通过无线的ZigBee网传输到家电端。传感信号采集发送模块的作用是通过实时的监控，不断确认是否达到预订的警报值，如果达到了预定值，就将警报信号发送给主控制器，主控制器通过分析判断出该警报信号是从哪个家电终端发送的，在经过GPRS模块发送给用户手机，从而实现了对家庭各个方面的防护[1]。

4. 智能家居的系统设计

4.1模块框架结构

ZigBee实现对外连接，完成远程和近端的多网络数据交互。在网络接入方面，由于系统提供了GPRS和WIFI两条数据通道，因此，可以实现通过Internet的访问和通过智能移动终端访问，比如用户在家中时，可以通过手机上的客户端进行家电控制和家庭温湿度查询，当用户在公司上班时，可以通过访问服务器得知家里布置的传感器的数据，了解到家中实时状况。向下可以连接万能遥控器实现家电控制，同时可以连接ZigBee设备实现数据采集，从而构成一个完整的智能家居控制系统[6]。如图一所示：

4.2系统硬件

（1）复位电路

复位电路是一种用来使电路恢复到起始状态的电路设备，它的操作原理与计算器有着异曲同工之妙，只是启动原理和手段有所不同。复位电路，就是利用它把电路恢复到起始状态。就像计算器的清零按钮的作用一样，以便回到原始状态，重新进行计算。

（2）单片机晶振电路

晶振是晶体振荡器的简称，在电气.上它可以等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端网络。电工学上这个网络有两个谐振点，以频率的高低分，其中较低的频率是串联谐振。

（3）Zigbee无线传输电路

CC2530是ZigBee无线数据传输中的一个核心芯片，该芯片有四种不同的闪存版本：分别具有32/64/128/256KB的闪存。该电路有两个晶振，一个是系统时钟晶振，一个是实时时钟晶振。系统时钟晶振用于向CC2530芯片和其他电路（RTC电路）提供工作时钟。

（4）GPRS无线传输电器

GPRS无线传输设备主要针对工业级应用，是一款内嵌GSM/GPRS核心单元的无线Modem，采用GSM/GPRS网络为传输媒介，是一款基于移动GSM短消息平台和GPRS数据业务的工业级通讯终端。

5. 结语

基于物联网的智能家居系统不只包含嵌入式技术的应用，同时还是一个复杂的综合性工程。在做嵌入式系统的研究的同时，还不得不从系统的角度考虑诸如网络、环保、生态等其他问题。智能家居的设计必须具有前瞻性，紧密关注当前的技术发展方向，才能够确保所设计的结构、采用的技术具有扩展性和更长的生命周期。未来科技的发展速度是人们无法预料的，在智能家居建设方面会出现什么样的成果，是我们所期待的。但是有一点可以肯定，隨着时间的推移，我们的生活条件将会得到进一步的改善，我们的生活质量会更上一层楼。

参考文献：

[1]邹蕾，张先锋.人工智能及其发展应用.信息网络安全.2012（02）

[2]陈柯蒙，张宁.人工智能的发展探析.新西部（理论版）.2012（05）

[3]陈浩磊，邹湘军，陈燕，陈燕，刘天湖.虚拟现实技术的最新发展与展望.中国科技论文在线.2011（01）

[4]周立功.ARM嵌入式系统基础教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2005.

[5]魏忠编.嵌入式开发详解[M].北京：电子工业

[6]曾宏安.嵌入式Linux c语言开发[M].北京：

[7]刘庆敏，张晓亮。嵌入式Linux开发详解[M].北京：北京航空航天大学出版社：2010.5室

[8]李芳;多技术整合物联网应用案例分析