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基于物联网技术的智能家居系统设计研究

作者：杨沂

来源：《电子技术与软件工程》2016年第11期

摘 要

智能家居是物联网技术应用发展的重要方向，本文主要介绍了智能家居系统的几个功能模块设计与研究。利用ZigBee组网技术和Android平台实现了系统的监控和数据交互。具有结构灵活、操作便捷、安装调试方便的特点。 【关键词】物联网 智能家居 Android 1 需求分析

目前，智能家居还处于行业发展的初步阶段。不同的实际环境对智能家居有着不同的要求。有些着重家庭电器控制，有些可能关心家庭安全健康，还有用户希望建立各个方面的智能化家居环境。常见的智能家居模块有：智能照明系统、智能门禁系统、安防工程系统等。 2 系统总体设计 2.1 系统网络架构

智能家居系统的网络结构采用物联网中的三层分层体系架构，分别为感知层、网络传输层、应用层。

感知层：主要负责家居环境中相关传感器、控制器、识别装置、有线或者无线网络的物理连接构成。是物联网的核心层，主要对物品标识和信息智能采集。

网络传输层：主要分为外部网络接入和家庭内部组网传输。在家居系统中可通过IEEE802.3、无线局域网、RFID射频技术、ZigBee等进行组网。实现不同协议之间的规范互联，并与外部骨干网络连接。

应用层：把家居系统中感知和传输来的信息进行分析和处理，并作出判断，实现智能化的管理、应用和服务。

本系统的无线传感网络采用星型拓扑连接。主要包括控制中心、家庭网关主节点、若干的传感器无线通信子节点、服务器。通过传感器子节点上的ZigBee模块与网关上的ZigBee无线收发模块之间通信，进行采集的数据传输。系统结构如图1所示。 2.2 功能模块设计

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系统坚持模块化设计原则，有利于以后对功能模块进行扩展。智能家居系统主要模块由：智能门禁系统、环境监控系统、安全监控系统、智能灯光控制系统。 2.2.1 智能门禁系统

通过RFID和指纹识别技术改变传统的钥匙开门方式。 2.2.2 环境监控系统

该模块通过无线传感网络实时采集房间内的环境数据，用户可以直接在终端上进行查看相关信息，如温湿度、光线明暗程度、有害气体浓度等，并分析环境舒适度，根据数据库提供建议。

2.2.3 智能灯光控制系统

通过红外传感器、光线传感器、无线控制等完成设计。当有人进入房间时，红外传感器接收判断数据，对房间的灯光进行打开。同时通过移动控制端对灯光直接进行操控。 2.3 系统数据库设计

智能家居系统数据库主要分为两部分，用户相关数据和采集数据部分。用户相关数据包括了用户信息表、RFID卡表。用户信息表主要用于门禁管理，对用户身份进行识别，同时对系统进行管理。用户表结构如表1。

采集数据表主要用于存放各类传感器采集到的数据，方便控制中心进行访问处理。 3 系统实现 3.1 门禁模块实现

智能门禁系统利用RFID射频识别技术和指纹识别传感器进行设计。用户首先对卡进行数据注册，同时将指纹信息存入数据库中。

在工程项目中，通过创建RFID.java类，编写readData（）、writeData（）、selectCard（）、downloadKey（）、authenticationExternKey（）等方法实现对门禁系统的RFID的读写、寻卡、密钥验证等操作。创建SerialPort.java类，实现门禁系统模块中和RFID模块的串口连接操作。

3.2 环境监控模块实现

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本模块通过温度传感器、湿度传感器、光照传感器、烟雾传感器、火焰传感器等实现数据的实时采集监控。将数据通过ZigBee模块将数据发送给网关节点。在监控中心页面上可以实时显示出来，根据系统设置的阈值进行判断数据是否合理，并进行报警提醒。

传感器的数据采集后使用Modbus通信协议的RS232串口进行数据通信，Modbus通过编写线程ReceiveThread.java类实时获取传感器数据。

由于传感器采集到的值不是十进制，因此需要对传感器值进行转换。封装DataCovert.Java类进行转换和校验。 3.3 灯光控制模块的实现

通过手机控制中心向服务器发送开关灯的命令请求，服务器接收到后将数据命令转发到家庭网关主节点，通过ZigBee网络向各个灯节点传输控制信息，实现灯光的控制。同时系统根据光线传感器采集到的数据，结合系统预制定的相关参数，进行灯光最优合理化调节。为用户提供舒适的光感环境，同时节约能源。 4 结束语

通过物联网技术对家居系统进行智能化改造，能够大大提高生活质量、具有安全可靠、设备灵活添加等优点。但目前只是初步实现家居智能化，距离真正的实现智能化还有很长的路要走。 参考文献

[1]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，2010，34（9）： 16-20.

[2]俞文俊，凌志浩.一种物联网智能家居系统的研究[J].自动化仪表，2011， 32（8）：56-59.

作者单位

成都理工大学信息科学与技术学院 四川省成都市 610059