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基于物联网的智能家居系统设计

作者：吴晶晶 胡艳蓉

来源：《软件导刊》2011年第08期

摘 要：设计了一种基于物联网的智能家居系统，提出了系统的4层模型，包括应用层、中间件层、中心控制平台、感知层，在此基础上，应用3G、wifi技术实现各层之间的信息传递，并详细介绍了各层所实现的功能，以及系统的整体工作原理，实现了物与物、物与人的交互性控制功能和安全防范功能。

关键词：物联网；智能家居系统；安全

中图分类号：TP311.52 文献标识码：A 文章编号：1672-7800（2011）08-0069-

作者简介：吴晶晶(1991-)，女，浙江义乌人，武汉生物工程学院计算机与信息工程系本科生，研究方向为计算机信息管理；胡艳蓉（1981-）

，女，湖北武汉人，硕士，武汉生物

工程学院计算机与信息工程系讲师，研究方向为计算机信息管理。

1 物联网简介

物联网是一种“物物相连”的互联网，一方面其具有互联网的所有功能，同时物理实体与物理实体之间亦可通信；另一方面其将物理实体与虚拟网络相连，使人超越空间的局限性有效地控制物理实体。因此，物联网（The Internet of Things）是通过射频识别（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，进行信息交换和通讯，实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。 这里说的“物”必须具备一定的条件：具有唯一的标识；具有CPU存储功能；包含通信模块（信息的传输和接收）；遵守物联网的相关协议；实现控制功能。 2 物联网智能家居系统的定义与特点

物联网智能家居系统是通过各种信息传感设备，识别信息、判断信息、传递信息、接收控制信息，利用互联网技术将家庭中的各种家用电器、安全设备连接起来，构成集家庭通信、安全防护、设备控制等功能于一体的控制系统。

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物联网智能家居系统的特点：

实时性：可实时控制家中各种设备的运行。

及时性：一旦发生事件，可及时发现并及时解决，避免不必要的损失。

无地域性：只要具有系统的管理者权限，随时随地都可以通过互联网进入系统进行管理。

灵敏性：由于人的视觉、听觉、触觉会根据环境或身体的变化而变化，其灵敏度亦受到影响，而传感器是由高精密的、集成的电路制成的，其灵敏度受到严格的检测，并无人类这般的生命形态，因而其检测结果的准确性和灵敏性是强大的。 3 基于物联网的智能家居系统的系统构建与工作原理 3.1 四层体系结构构建

嵌入式智能家居系统是将家庭网关作为唯一的接口，并将各种家庭设备信息在家庭网关上进行处理、存储、转发的系统。因而每个家庭都有一个家庭网关，并将所有的功能都集中在家庭网关，一旦要进行系统功能的增加，需要为每个家庭进行更改，不利于系统的扩展。因此在嵌入式智能家居系统的基础上，本系统将无线传感网、3G网络、WIFI、物联网技术、中间件技术以有效的方式进行结合，使智能家居系统表现出强大的控制功能、信息的整合和系统的扩展，令其不再是一座座的信息孤岛，实现功能信息的融合，从而建立智能小区。从系统功能角度来看，此智能家居系统具有4层体系结构，如图1所示。

图1 智能家居的系统体系架构

(1) 感知层

通过光敏传感器、气敏传感器、声敏传感器、化学传感器、摄像头等传感设备和监控设备探测、感受外界的信号、物理条件（如光、热、湿度）或化学组成（如烟雾）以及监控外部环境，并将探知的信息传递给中心控制平台进行设备的管理和控制。 (2) 中心控制平台

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此层是实现系统功能最重要的层次，主要进行设备的管理和控制，由中央控制器和模拟启动器组成，同时每个用户都有一个专属于自己的一个中心控制平台，这样可以有效的屏蔽各种器件的异构性，实现应用程序功能时将更加容易。首先从感知层传递过来的信息由中央控制器接收，然后根据情况中央控制器发出控制信息命令某模拟启动器的执行方式，最后由与此模拟器相连的物体实现动作。同时，对于紧急事件具有自动报警功能。具体来说中央控制器接收到传感器通过3G或者wifi传来的信息后，通过判断模块判断突发情况是否严重，如果严重随即发出警报、通知用户，并通过模拟启动器启动应急方案，如果并未达到严重的指标，则模拟启动器自行解决。于此同时，中央控制器将各种信息存储到用户的数据库中，供用户以后查阅。当然，用户也可以通过应用程序给各种家具输送命令，通过中心控制平台进行执行。 (3) 中间件层

此层是成为智能小区的关键，包含服务器、大型数据库等设备。使用庞大的服务器和数据库使每个家庭的信息在此汇总，每个家庭都分配独立的存储空间，通过用户登录的方式进行管理。其中，数据库中记载了用户和属于该用户的详细信息，并且两个用户之间的电器设备可以互不干扰，动态添加，从而实现个性化的享受。 (4) 应用层

此层是与用户直接交互的图形用户界面接口（应用程序），提供简便的、个性化的服务，用户可通过软件或Web登录，操作各种设备及添加或删除服务，实现人机交互，同时屏蔽了下层通信。其中应用程序包括防盗安全管理模块、家居物品管理模块、自动报警模块等基础构件，实现各种功能，同时预留接口实现未来功能模块的添加、更新与删除，并与服务器、数据库相连，为每个用户分配特定的空间，实现个性化选择和设置。既实现用户的独立性也实现系统的整体性。

3.2 环境安全级别的构建

构建两个级别的安全控制信息：危险和安全。将用户认为属于危险级别的事件存储于中央控制器中，并用二进制数1来表示，列为安全级别的用0来表示，通过中央控制器的安全级别判断模块进行控制，判断是否需要报警。例如：房内出现烟雾时判断为发生火灾，处于危险状态，传感器传送房内温度，中央控制器通过判断功能模块判定需

要启动报警装置，通知用户，且通过模拟启动器开启水龙头作为应急方案。 3.3 智能家居系统工作原理