1、物聯網智能家居系統的研究摘要：從技術上理解，物聯網是指物體通過智能感應裝置，經過傳輸網絡，到達指定的信息處理中心，最終實現物與物、人與物之間的自動化信息交互與處理的智能網絡。從應用上理解，物聯網是指把世界上所有的物體都連接到一個網絡中，形成“物聯網”，然后“物聯網”又與先有的互聯網結合，實現人類社會與物理系統的整合，達到更加精細和生動的方式管理生產和生活。智能家居通過家居智能管理系統的設施來實現家庭安全、舒適、信息交互與通信的能力。關鍵詞：物聯網 智能家居 無線網絡 射頻信號發射器1物聯網的概念物聯網的英文名稱為“Internet of Things”，簡稱：IOT。從字面上解釋，物聯網就是“

2、物物相連的互聯網”。可以從兩方面去理解：其一，物聯網是在互聯網基礎之上的延伸和擴展的一種網絡。物聯網的核心和基礎仍然是互聯網；其二，其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間，進行信息交換和通信。關于物聯網的定義到現在還沒有一個統一的定義。有一個較為普遍認同的定義是物聯網是通過射頻識別(RFID)、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等各種信息傳感設備，按約定的協議，把任何物品與互聯網相連接，進行信息交換和通信，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。2 物聯網的核心技術2.1 RFID技術RFID(Radio Frequency Identification)，即射頻識別，俗稱電子

3、標簽。RFID射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據，識別工作無須人工干預，可工作于各種惡劣環境。RFID技術可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，操作快捷方便。 RFID是一種簡單的無線系統，只有兩個基本器件，該系統用于控制、檢測和跟蹤物體。一套完整的RFID系統, 是由閱讀器(Reader)與電子標簽(TAG)也就是所謂的應答器(Transponder)及應用軟件系統三個部分組成, 其工作原理是Reader 發射一特定頻率的無線電波能量給Transponder, 用以驅動 Transponder電路將內部的數據送出，此時 Reader 便依序接

4、收解讀數據, 送給應用程序做相應的處理。2.2 WSN技術WSN是Wireless Sensor Network的簡稱，即無線傳感器網絡。它是由部署在監測區域內大量的廉價微型傳感器節點組成，通過無線通信方式形成的一個多跳的自組織的網絡系統，其目的是協作地感知、采集和處理網絡覆蓋區域中被感知對象的信息，并發送給觀察者。傳感器、感知對象和觀察者構成了無線傳感器網絡的三個要素。2.3 傳感器溫度傳感器是一種將溫度變化轉換為電量變化裝置。將溫度變化轉換為熱電勢變化的稱熱電偶傳感器。將溫度變化轉換為電阻變化的稱為熱電阻傳感器；金屬熱電阻式傳感器簡稱為熱電阻，半導體熱電阻式傳感器簡稱為熱敏電阻。溫度傳感在

5、工業生產、科學研究、民用生活等許多領域得到廣泛應用。電阻式傳感器廣泛被用于-200960范圍內的溫度，是利用導體或半導體的電阻隨溫度變化而變化的性質工作的，用儀表測量出熱電阻的阻值變化，從而得到與電阻值對應的溫度值。電阻式傳感器分為金屬熱電阻傳感器和半導體熱電阻傳感器兩大類。前者稱為熱電阻，后者稱為熱敏電阻。2.4 數據庫技術物聯網在數據庫技術方面應用廣泛。在國際物聯網方面，美、德、荷、日等國，物聯網技術的發展已進入數據庫開發、網絡多媒體技術應用和生產自動化控制等新階段。通過物聯網技術的應用改變了傳統農業生產粗放的作業方式，已經初步形成了信息農業發展的技術體系實現了相關軟硬件產品的產業化拓展。

6、物聯網可以通過數據分析提高生產效率，提高產品的實用性。2.5 安全技術傳統的網絡中，網絡層的安全和業務層的安全是相互獨立的，而物聯網的特殊安全問題很大一部分是由于物聯網是在現有移動網絡基礎上集成了感知網絡和應用平臺帶來的。因此，移動網絡中的大部分機制仍然可以應用于物聯網并能夠提供一定的安全性，如認證機制、加密機制等。物聯網應用廣泛，下面以智能家居為例對物聯網作分析。3 系統框架結構設計智能家居系統依據全面感知、可靠傳遞、智能處理的功能需求，可劃分為感知層、網絡層和應用層三個層次。 感知層 感知層包括各類搭載了ZiBee無線通信模塊的家用電器、照明設備和安防設備等，實現對家庭環境的全面感知，并由

7、智能家庭網關實現感知層和網絡層的數據交互。 網絡層網絡層包括一臺數據庫服務器和一臺 Web 站點服務器。數據庫服務器用于同家庭數據網關進行數據交互； Web 站點服務器通過訪問上述數據庫服務器獲取數據信息，并通過 Web 站點發布到互聯網上。 應用層應用層包括各類搭載了 Web 瀏覽器的終端設備，用戶可通過 Web 瀏覽器訪問上述站點實現對智能家居系統的管理和控制。智能家居系統的總體架構如圖 1 所示。圖1 系統框架結構 圖2 系統硬件架構4 系統硬件設計智能家居系統的硬件主要包括無線傳感網絡、智能網關、數據庫服務器等的設計，具體介紹如下。首先，對處于感知層的 ZigBee 無線傳感網絡進行設

8、計，包括多個 ZigBee 終端 /路由節點和一個 ZigBee協調器節點。通過在家居設備節點上搭載上述 ZigBee通信控制節點，將散布在家庭環境中的各個設備節點組成無線傳感網絡，從而實現各類家居設備的連接以及智能化。其中，ZigBee 協調器負責整個無線傳感網絡的組網和路由維護，并實時地將無線傳感網內節點的感知數據上傳給監控用 PC，同時接收并轉發由上述監控用 PC 發送來的控制數據。然后，將上述監控 PC 機通過 WiFi 或以太網，與 Internet 路由器相連接組成家庭智能網關。其中，PC 機在數據下行側與無線傳感網絡中的協調器通過 RS-232 串行通信接口相連接； 路由器在數據

9、上行側與數據庫服務器通過互聯網相連接，通過“PC 機 + 路由器”的模式實現了連接傳感網與互聯網間的網關功能。通過上述“PC 機 + 路由器”的模式，實現了連接傳感網與互聯網間的網關功能。同時，在互聯網中搭建一個基于 Microsoft SQLSever 2005 的數據庫服務器，用于與上述路由器進行數據交互，并對這些數據進行智能分析處理和存儲； 另外搭建一個基于NET 框架的Web站點服務器，通過訪問上述數據庫服務器獲得實時的家居環境數據，并通過Web站點發布給用戶；接著將在Web頁面上接收到的用戶指令交遞給數據庫服務器。最終，遠程用戶通過各類搭載了Web瀏覽器的終端設備訪問Web站點，以實

10、現對家居設備的監視和控制。整個系統主要由無線傳感網絡、監控用 PC、路由器、數據庫服務器、Web 站點服務器以及各類終端設備組成，系統硬件架構如圖 2 所示。5 系統軟件設計位于智能家居系統網絡層的數據庫服務器，匯聚了由感知層傳來的各類節點的數據信息。為了將眾多數據進行有效的歸納匯總，并且最終實現智能的分析管理，就需要用到數據庫管理系統。數據庫管理系統是一個通過數據結構來管理和存儲數據的計算機軟件系統，具有數據安全性控制、數據完整性控制、并發控制以及故障發現和恢復等功能，能夠對存儲在計算機內的數據集合提供高效、靈活的訪問方式。本系統采用 Microsoft SQL Sever 2005 作為數

11、據庫管理系統，并通過設計用戶信息管理模塊、設備信息及活動狀態管理模塊和漢英互譯模塊三個模塊，來滿足智能家居應用的具體需求。用戶信息管理模塊包括一張存儲用戶 ID、用戶登錄名、登錄密碼、訪問權限以及計費信息的表單。計費信息表單以用戶 ID 作為主鍵，每個用戶 ID 對應一條不重復的記錄。用戶只有在通過認證后才能登陸 Web站點并獲取數據服務，同時依據其具有的訪問權限對自有設備進行管理和控制，并且按照一定的計費方法支付給服務提供商費用。設備信息及活動狀態管理模塊由四張表單組成，分別為節點信息注冊表、設備實時活動狀態記錄表、設備歷史活動記錄表和節點類型記錄表。 節點信息注冊表，它用于保存節點的靜態描

12、述信息，包括節點 ID、節點類型和節點所有者等信息。該表單使用節點 ID 作為主鍵，每個節點通過節點 ID 對應一條不重復的記錄，用于記錄節點的各種基本屬性。 設備實時活動狀態記錄表，它用于保存節點的動態描述信息，即節點當前的活動狀態信息，包括節點ID、當前指令執行內容、當前指令執行狀態和當前節點活動狀態。該表使用節點 ID 作為主鍵，每個裝置節點通過節點 ID 對應一條不重復的記錄，并根據感知層發送上來的信息對其進行實時更新。 設備歷史活動記錄表，它用于保存節點的歷史活動信息，包括節點 ID、節點歷史事件時間記錄和節點歷史事件內容記錄。該表使用節點 ID 作為主鍵，每個裝置節點通過節點 ID

13、 對應多條不重復的歷史活動記錄，以備數據庫管理系統訪問調取。 節點類型記錄表，它用于保存不同類型節點的能力描述信息和指令集信息，包括節點類型和節點可執行指令。該表單以節點類型為主鍵，每個節點類型對應多條不重復的記錄，每條記錄對應一條不同的可執行指令，如照明類型節點需要有開關指令和亮度調節指令，空調設備需要有模式控制和溫度設定等指令。在感知層和網絡層的信息及指令交互過程中，為了便于各個功能模塊對數據進行處理以及轉發操作，系統內部均采用了英語作為交互語言； 而在通過 Web頁面向用戶呈現節點狀態及接收用戶控制指令時又需要將上述信息進行漢化，故設計了英漢互譯模塊。英漢互譯模塊包括一張用于英漢互譯的漢

14、英字符串互譯對照表。該表單以英語字符串為主鍵，每條英語字符串對應一條相應語義的漢語字符串。為了在應用層向用戶提供更為直觀的數據服務，需要將這些數據在 Web 頁面顯示時進行漢化。6 物聯網的未來場景 盡管物聯網現在還存在著的一些問題，但我們依然認為，應用的發展是伴隨著技術的成熟而逐漸應用到各個方面的，并不是應用在等待技術完全成熟以后才會開始。物聯網可能是續互聯網、無線互聯網和綠色革命之后全球重大的科技革命，也是影響人類生產和生活的歷史大趨勢之一。從長期角度來看，任何變革都會帶來某些產業的興盛和另一些產業的衰落；因此關注物聯網發展的趨勢及其影響，一方面是在物聯網的發展過程中尋找新的投資機會，另一

15、方面是要避免自己的投資在物聯網發展過程遭受損失。7 結束語隨著物聯網技術的發展，智能家居作為其中一塊應用前景廣泛而且潛在市場巨大的應用領域，其價值越來越引起各大廠商的關注。本文從智能家居系統的具體應用需求出發，針對用戶服務訪問設行效率，特別適合應用于服務器和用戶信息交互頻繁的智能家居系統。針對管理員、普通用戶和來賓這三種不同的用戶服務訪問設備資源有限的特點設計了一個基于B /S架構的物聯網智能家居系統，提出了一種有效的智能家居系統實現方式。參考文獻：1 方彥軍，孫健.智能儀器技術及其應用M.北京:化學工業出版社， 20032 潘永雄，沙河，劉向陽.電子線路CAD實用教程M.西安:西安電子科技大學出版社，20013 余錫存，曹國華編著.單片機原理及接口技術M.西安：西安電子科技大學出版社，2007 4 張偉，張杰.單片機原理與應用M.北京: 機械工業出