面向智能家居的物联网原型系统的设计与应用
作者：郭广明
来源：《电脑知识与技术》2016年第03期
        摘要：随着科学技术的进步和居民生活水平的提高，人们对于家居环境的要求也逐渐提高，并且随着人们对于智能家居方面的研究深入，关于智能家居的相关产品也越来越多，使人们对于智能家居所具有的优越性体会更深，并且随着“物联网”研究越来越火热，以面向智能家居是物联网原型系统设计的重要方向，必然会为居民的生活带来全新的机遇和挑战。在本文中，笔者针对传统的智能家居相关的设计理念做出创新和改善，在此基础上提出新型的智能家居原型系统，以达到满足用户的需求、拥有更好的智能程度，同时节约资源降低成本的目的。
        关键词：物联网；智能家居；设计和应用
        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，它具有自身的灵活性功能，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发布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：
微服务网关设计        [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.
        [4] 章颢.基于Zigbee无线传感器网络的室内环境监测系统设计[D].湖南大学，2013.
        [5] 周广，王彬，冯立华，等.基于物联网技术的智能家居平台及协议的研究和实现[J].信息通信技术，2015（5）：33-39.
        [6] 汤雄.无线传感网路由技术及关键软件的研究与实现[D].北京邮电大学，2012.

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