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智能家居控制系统的设计研究

发布时间:2017-12-07 09:22:00 文章来源:未来智讯    
    【关键词】智能家居 WLAN RFID 嵌入式Internet
    1 引言
    随着我国工业化、城镇化不断发展,人们工作场所与生活的家越来越远,然而家庭属于每个人温暖的港湾,社会老龄化的问题也致使每个家庭需要照顾的老人数量日益增多,因此笔者考虑利用中国移动全国良好覆盖的EDGE、TD-SCDMA网络和在城市有着很好覆盖效果的WLAN网络,设计一种可以实时监控的智能家居系统,分别连接到无线城市的110服务中心、社区医疗保健中心、市政事业等公共服务云,让智能家居成为无线城市的一个有机组成部分,从而为我们提供一个更加舒适、安全和便利的家居生活。
    智能家居的发展必须依赖于物联网技术。物联网是指在全球统一编码系统基础上,利用互联网技术和射频识别技术、无线数据通信技术、计算机网络技术等基础上形成的广义技术体系,并以此构造覆盖世上万物的实物互联网。物联网已经上升至国家政策层面,根据工信部牵头制定的《物联网“十二五”发展规划》内容,政府将支持重点领域应用示范工程,具体包括智能工业、智能农业、智能物流、智能交通、智能电网、智能环保、智能安防、智能医疗与智能家居九大领域[1]。这九大领域并不是孤立的个体,而是互相有机融合在一起的。智能家居就包含有智能安防、智能环保、智能医疗、智能电网、智能交通、智能物流等领域部分内容。本方案采用嵌入式DSP芯片为基础,使用模块化结构有利于系统的功能扩展和二次开发,也有利于满足不同消费层次用户对智能家居不同需求的定制,以μC/OS-Ⅱ为开发环境、使用人机易于交流的触摸式图形用户界面(GUI),设计一个基于中国移动现有无线通信网络的嵌入式智能家居系统。
    2 国内智能家居的现状
    自2000年起,国内的智能家居行业逐渐形成,可用的产品不断增加,不少高校科研机构、集成商、开发商已经积累了很多经验。在2011年11月28日出台的由工信部牵头制定的《物联网“十二五”发展规划》为国内智能家居的发展提供了一个开放的标准化平台,指明了智能家居研究领域正确的发展方向。
    国内现时从事智能家居开发的厂商非常多,有专门做无线射频识别的、智能安防的、远程抄表的、综合布线的、系统集成的;换言之,是存在许多行业细分的企业但还没有真正形成一个行业。但是智能家居是信息社会发展的必然趋势,无论是在国外还是国内,市场都将是巨大的。而发展以家庭为单位的智能家居将成为今后一段时间内国内市场发展的主流方向,同时也会带动相关产业的迅猛发展。
    3 智能家居系统
    3.1 整体机构
    基于EDGE/TD-SCDMA/WLAN的智能家居系统的整体结构如图1所示,家居智能管理终端采集和输出各种开关量和模拟量信号,通过EDGE/TD-SCDMA/WLAN网络上传给公共服务云,远端相关部门可以通过远程监控终端与相关家居互动,家庭成员可以使用智能手机实时获取家居一切信息以及通过EDGE/TD-SCDMA/WLAN网络向家居智能管理终端下达各种控制和调节命令。
    3.2 具备的特点
    智能家居系统作为无线城市的重要组成部分,具有以下几个鲜明特点:
    (1)用户借助平板电脑或智能手机可以随时随地通过移动互联网掌控家居一切情况;
    (2)与用户工作、生活、学习等息息相关的资讯都可便捷地从开放式公共服务云获取;
    (3)多网络的融合以及多终端的应用为今后的发展趋势;
    (4)开放式的公共服务云对用户安全认证鉴权和运营商的网管计费要求更加灵活高效;
    (5)智能家居的彻底实现要求包括家电在内所有设备具备IPv6因特网接入功能。
    智能家居系统实际应用还需要通盘考虑到上层用户使用的感知度、中间层运营商运营成本、底层硬件开发应用厂家行业进入门槛这三者的关系,需谋求共赢,共同推动产业发展。
    4 智能家居系统的设计
    智能家居系统的内容如下:
    (1)家居智能安防内容:智能人脸识别、门窗红外监控、大门门禁、火警监测、温湿度监测、可燃性有毒气体监测,出现警情将通过网络通知相关家庭成员和110指挥中心。
    (2)家居智能环保内容:根据环境实际情况,满足人体舒适度需要,控制室内门窗、窗帘、空调系统的开闭及控制室内灯光开关和光亮度。
    (3)家居智能医疗内容:实时采集家庭成员的血压、心率、血糖、体温、身高、体重,数据除本地保存留底之外还将自动上传社区卫生服务中心,另外家庭成员可通过无线城市的公共服务云在本地所有医疗机构实现预订挂号、专家预约、远程诊疗等业务。
    (4)家居智能电网内容:主要实现家居家电的智能用电管理和水、电、气三表的远程抄表。
    (5)家居智能交通内容:家庭成员通过无线城市的公共云可以实现出行票务服务、车辆租赁、出租车预约等业务,实时了解城市道路通行状况以及公交线路的查询,还能实现自有车辆的管理。
    (6)家居智能物流内容:实现居家个人电子商务与金融理财业务。
    智能家居系统的关键核心是家居智能管理终端,它将实现家庭内部和外部公网的访问和交互,除了负责用户从外部公网对家庭网络的访问和控制之外,还负责家居内部所有设备的互联互通。它需具备以下功能:
    (1)上层接口功能:公共服务云或Internet接入、LAN接入、电话接入等;
    (2)下层接口功能:家居内部各种网络的连接,包括各种有线/无线的智能家电控制网络和传感器网络、数字信息网络等;
    (3)协议转换功能:提供所连接各种网络不同协议的相互转换,实现各种网络之间互联互通;
    (4)媒体信息功能:支持各种信息处理和服务。
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