未来智讯 > 智能家居论文 > 基于WSN的智能家居系统方案设计

基于WSN的智能家居系统方案设计

发布时间:2018-11-23 01:06:05 文章来源:未来智讯    
    基于WSN的智能家居系统方案设计作者: 陈钰莹 付蔚 刘谋黎   摘 要:介绍了智能家居的背景、功能和研讨现状, 通过对比传统有线组网方式和无线传感网络技能, 提出了基于无线传感网络的智能家居系统设计方案, 包括整体结构、家庭网关、小区服务器、无线传感节点的设计,从而解决了有线施工布线带来的困扰;文中同时研讨了一套通用的WSN智能家居平台,该平台具有推动相关技能验证及实现的价值。
  关键词:物联网;智能家居;无线传感网络;系统设计
  中图分类号:TP29 文献标识码:A 文章编号:2095—1302(2012)10—0057—03
  0 引 言
  20世纪80年代初,随着大量选取电子技能的家用电器的面市和住宅电子化(Home Electronics,HE)的出现,在80年代中期,将家用电器、通讯设备与安保防灾设备各自独立的功能综合为一体后 ,便变成了住宅自动化(Home Automation,HA)观念。而在80年代末,由于通讯与信息技能的发展,出现了对住宅中各种通讯、家电、安保设备通过总线技能进行监视、抑制与管理的商用系统,这在美国称为Smart Home,也便是如今智能家居的原型[1]。一般情况下,无线传感器网络( Wireless Sensor Network,WSN)大多由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成,通过无线通讯变成一个多跳自组织的网络系统。该系统能实时监测、感知和采集网络分布区域内监视对象的各种信息并加以处理,从而完成数据采集和监测任务[2]。将WSN技能与传统智能家居相联合,便可变成目前主流的智能家居系统,本文将基于WSN来讨论智能家居系统的设计方案。
  1 国内外智能家居的发展现状
  在智能家居发展过程中,美国一直处于领先水平。近年来,以美国微软公司及摩托罗拉公司等为首的一批国际知名企业,先后跻身于智能家居的研讨与开发中,例如微软开发的“梦幻之家”、IBM公司开发的“家庭主任”、摩托罗拉公司开发的“居所之门”等[3]。在我国的 《国家中长期科学和技能发展规划纲要》的重点领域中,无线传感器网络及智能信息处理也被列为信息家当中7个主题之一[4]。目前的智能家居主要都是高成本产品,出现各种档次和百家争鸣的景象,其市场化普及尚需时日。我国的智能家居系统还处于从无到有的初级阶段,如何建立一个高效率、低成本、与国际标准接轨的系统已成为当前社会的一个热点问题。
  在智能家居的发展中,目前还存在协议、标准、接口等不规范,家居内有线组网方式相当麻烦,而传统无线组网方式又太昂贵,系统运行不可靠、不稳定等问题。用无线传感器网络取代传统智能家居系统中以RS 485 总线或CAN 总线的有线组网方式,无需施工布线,安装简便,能够方便地变成智能家居网络。传统家居系统和WSN家居系统的对比如表1所列。
  2 智能家居系统的功能分析
  智能家居以住宅为平台,将与家居相关的安防、电器、节能、医疗等设备有机联合起来,并对其进行单独或集中抑制管理,从而创造出高效、舒适、平安、环保的居住环境。主要的系统功能由以下一些子系统组成:
  (1) 可视对讲系统:包括呼叫户主、对讲、摄像、室内监视室外、室外密码开门等;
  (2) 照明抑制系统:可提供灯光的调控、开关、场景抑制;
  (3) 家居安防系统:即红外报警、窗磁门磁、传感器报警、远程监控等;
  (4) 电器抑制系统:对窗帘、通风设备、空调器、红外家电进行抑制;
  (5) 手持设备、PC抑制:通过平板电脑、智能手机,网页浏览器随时随地抑制家中设备;
  (6) 节能抑制系统:自动监控能耗状况,对耗能进行管理,过载自动断电;
  (7) 网络视频监控:在有网络的任何地方,通过网页都能够看到家中的情景。
  这些子系统主要是从功能的角度进行划分的,实际上,它们是一个总体,某些模块可能同时在几个子系统中发挥作用,而且各个子系统之间也能够建立相当紧密的联系。
  3 智能家居系统设计方案
  本系统由无线智能网关、小区服务器、分布式家电抑制、网络接口、抑制终端设备等局部组成。系统功能设计如下:
  (1) 由各类传感器分辨检测收集居室的温度、湿度、烟雾、CO、甲烷、安防参数以及电、气、水能耗等家居信息;
  (2) 将所有传感器节点采集到的信息上传到网关,由网关采集并转发数据到服务器;
  (3) 服务器后台接收到网关上传的数据后,将其转发到手持设备,并存储到数据库中,若前台页面需要显示相关数据,能够随时从数据库中读取;
  (4) 用户手持设备或远程PC的抑制下令通过GPRS或Internet与服务器相连,服务器后台接收到相关的下令之后转发给网关,再由网关下发抑制下令,以实现手机或远程PC抑制设备的功能。
  智能家居系统的核心局部是多功能网关,基于IEEE 802.15.4E协议的无线传感器网络具有近距离、低功耗、低成本的特点,能够移植到多种嵌入式设备中。由于IEEE 802.15.4E设备事务在2.4 GHz频段,选取自组织方式组网,对网络内部的设备数量没有限制,新添加的设备节点会被网络自动发现,因而提升了网络的可靠性[5]。图1所示为智能家居的网络拓扑图。
  3.1 家庭网关的设计
  家庭网关在智能家居中起着桥梁作用,可将家庭内部无线传感器网络与互联网建立连接,通过现有的计算机网络技能,将家庭内各种家电和设备进行联网,从而实现家庭设备的网络化,而嵌入式系统具有体积小、专业化强、配置要求低、使用大略、实时性强、成本低廉等特点。嵌入式网关便是把 TCP/IP 协议栈固化在单片机内,使单片机具有以太网接入功能的一种廉价的网络接入装置。只要微抑制器对网络接口芯片进行抑制和通讯,并通过自主开发TCP/IP 协议栈,把标准网络技能(TCP/IP)运用到嵌入设备中,就能在网络环境下的任何时间和地点对它进行监控。利用传统的Web 和 Internet 远程监视数据,并对运行情况进行抑制[6]。
转载请注明来源。原文地址:https://www.7428.cn/page/2018/1123/45807/
 与本篇相关的热门内容: