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物聯(lián)網(wǎng)智能家居實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)
智能家居就是以住宅為平臺(tái)，兼?zhèn)浣ㄖ⒕W(wǎng)絡(luò)通信、 信息家電、設(shè)備自動(dòng)化，集系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、服務(wù)、管理為- - 體的高效、舒適、安全、便利、環(huán)保的居住環(huán)境。智能家 居系統(tǒng)可以為您提供家電控制、照明控制、窗簾控制、電 話遠(yuǎn)程控制、室內(nèi)外遙控、防盜報(bào)警、以及可編程定時(shí)控制等多種功能和手段，使您的生活更加舒適、便利和安全。
我們利用當(dāng)前智能家居技術(shù)的新理念與技術(shù), 開(kāi)發(fā)技術(shù)先進(jìn)、性能卓越、實(shí)用性強(qiáng)的物聯(lián)網(wǎng)智能家居實(shí) 現(xiàn)系統(tǒng)，并指導(dǎo)學(xué)生掌握其管理與維護(hù)技術(shù)。
1物聯(lián)網(wǎng)智能家居實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)組成和內(nèi)涵.
物聯(lián)網(wǎng)智能家居實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)由智能照明、智能安防、人 臉識(shí)別門禁、智能音響、智能冰箱、能耗監(jiān)測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、 智能窗簾等子系統(tǒng)，及物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用.上位機(jī)管理軟件組成， 各子系統(tǒng)通過(guò)連接電纜進(jìn)線連接，采用ZigBee、 wifi、 3G 多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)傳輸傳感及控制信息。系統(tǒng)支持智能家居設(shè) 計(jì)、安裝、調(diào)試以及應(yīng)用編程等多種方式來(lái)鍛煉師生的技 術(shù)水平，是一套既能展示物聯(lián)網(wǎng)智能家居應(yīng)用，又能掌握 相應(yīng)技能和知識(shí)的實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)。
本開(kāi)發(fā)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)三層(感知層，網(wǎng)絡(luò)層，應(yīng) 用層)的全方位技術(shù)運(yùn)用，比較全面的兼顧了物聯(lián)網(wǎng)所涉 及的各類技術(shù)，包括無(wú)線傳感器硬件、嵌入式軟件系統(tǒng)、 Wifi、Internet 端應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)教學(xué)，設(shè)計(jì)提供了智能家 居多個(gè)子系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)訓(xùn)，該系統(tǒng)所涉及到的技術(shù)主要包 括:電子電路、2. 4GHz高頻通訊、ZigBee 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、無(wú) 線傳感器、無(wú)線SoC、嵌入式ARM、UHF RFID 射頻識(shí)別、3G、Ethernet、服務(wù)端軟件開(kāi)發(fā)。
開(kāi)發(fā)平臺(tái)提供了功能強(qiáng)大的以ARM處理器為內(nèi)核的網(wǎng) 關(guān)硬件和自主研發(fā)的網(wǎng)關(guān)核心軟件，不僅能完成多種無(wú)線 網(wǎng)絡(luò)管理，傳感器和射頻識(shí)別信息處理，而且可以通過(guò)不 同無(wú)線和有線網(wǎng)絡(luò)路徑，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)管理平臺(tái)并存入數(shù)據(jù)庫(kù)，支持遠(yuǎn)程訪問(wèn)，并運(yùn)用虛擬技術(shù)仿真智能 家居場(chǎng)景及設(shè)備解決場(chǎng)地及設(shè)備制約因素。
2系統(tǒng)功能
針對(duì)職院學(xué)生，主要鍛煉的是學(xué)生的動(dòng)手能力和實(shí)際 操作的技能。學(xué)生可以根據(jù)自己的設(shè)計(jì)想法改變模擬房間 內(nèi)環(huán)境，也可以通過(guò)一體式計(jì)算機(jī)通過(guò)因特網(wǎng)訪問(wèn)房間內(nèi) 自動(dòng)化服務(wù)器，對(duì)智能設(shè)備、視頻監(jiān)控等遠(yuǎn)程控制、訪問(wèn)。 該裝置能進(jìn)行智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)、線路的設(shè)計(jì)與連接、調(diào) 試、故障排除、系統(tǒng)配置等實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)。
在打分環(huán)節(jié)考慮到人為因素對(duì)比賽結(jié)果的影響，在系 統(tǒng)中，特別設(shè)計(jì)了自動(dòng)評(píng)分功能，對(duì)各個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連通性、 電源接線、軟件配置進(jìn)行自動(dòng)化檢測(cè)，為實(shí)訓(xùn)成績(jī)提供客 觀的依據(jù)。
2.1智能照明
包括智能照明管理軟件模塊、燈控模塊/調(diào)光模塊、通 信模塊、燈具，通過(guò)和網(wǎng)關(guān)通信，支持本地控制和管理軟 件遠(yuǎn)程控制，本地可以設(shè)置感應(yīng)開(kāi)/關(guān)閉，并和光敏檢測(cè)模 塊聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。
2.2智能安防
包括智能安防管理軟件模塊、窗磁、煙霧感應(yīng)器、主動(dòng)紅外入侵探測(cè)器、攝像機(jī)、雙鑒探測(cè)器對(duì)非法入侵、火 情、煙塵等監(jiān)測(cè)，針對(duì)突發(fā)事件做出緊急處理，與 SM/GPRS短息貓聯(lián)動(dòng)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有異常時(shí)攝像機(jī)自動(dòng)截取畫(huà) 西開(kāi)發(fā)送消甚至指定手機(jī)或報(bào)警。
2.3人臉識(shí)別門禁
人臉識(shí)別門禁系統(tǒng)由主人臉識(shí)別門禁機(jī)、門禁控制器 和電鎖組成(聯(lián)網(wǎng)時(shí)外加電腦和網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備)，使用方式屬非接觸方式，出入人只要在人臉識(shí)別門禁機(jī)附近(30-80厘米)晃動(dòng)一次，人臉識(shí)別門禁機(jī)就能將識(shí)別結(jié)果發(fā)送到 門禁控制器上，然后由門禁控制器進(jìn)行檢查核對(duì)合法性， 決定是否進(jìn)行開(kāi)門動(dòng)作。整個(gè)過(guò)程只要在有效的使用范圍 內(nèi)均可實(shí)現(xiàn)門禁管理功能。人臉識(shí)別門禁機(jī)安裝門邊墻內(nèi)
外，而不影響其工作。
人臉作為每個(gè)人身體的一部分、不能復(fù)制、安全可靠。并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與電腦進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控(可由電腦發(fā)指令開(kāi)/關(guān)所 有門，并可實(shí)時(shí)查看所有門的狀態(tài))數(shù)據(jù)處理、查詢、報(bào) 衰輸出等。
2.4智能音響
包括智能音響管理軟件模塊、情景音樂(lè)系統(tǒng)主機(jī)、高保真音箱，通過(guò)軟件平臺(tái)來(lái)控制音樂(lè)的播放。
2.5智能冰箱
包括智能冰箱管理軟件模塊、RFID讀寫(xiě)器、食物冷藏 柜。通過(guò)RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)食物管理功能，通過(guò)PC管理平臺(tái) 訪問(wèn)，配合食品圖示，能看到冰箱內(nèi)的食物信息，食品提 醒設(shè)置，一旦冰箱內(nèi)食物短缺或過(guò)期，就會(huì)發(fā)送短息到指 定手機(jī)。
2.6能耗監(jiān)測(cè)
包括能耗管理軟件模塊、智能插座、能耗統(tǒng)計(jì)模塊。 通過(guò)智能插座實(shí)現(xiàn)所有電器通過(guò)數(shù)據(jù)采集終端，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)， 實(shí)現(xiàn)無(wú)線抄表、管理功能。可以定制統(tǒng)計(jì)分析功能，并通 過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)控制臺(tái)、智能手機(jī)實(shí)現(xiàn)可視化查看和管理，體 現(xiàn)綠色節(jié)能理念。
2.7環(huán)境監(jiān)測(cè)
本系統(tǒng)包括環(huán)境監(jiān)測(cè)管理軟件模塊、溫濕度、光敏無(wú) 線通信模塊。實(shí)現(xiàn)溫度、濕度、光敏等監(jiān)測(cè)，針對(duì)環(huán)境參 數(shù)設(shè)備智能開(kāi)啟相關(guān)設(shè)備自動(dòng)調(diào)節(jié)環(huán)境溫濕度或與其他系 統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，對(duì)突發(fā)事件做出緊急處理。
2.8智能窗簾
本系統(tǒng)包括智能窗簾管理軟件模塊、窗簾控制器、電 動(dòng)窗簾，通過(guò)和網(wǎng)關(guān)通信，支持本地和管理軟件遠(yuǎn)程控制,
本地可以設(shè)置感應(yīng)開(kāi)/關(guān)閉，并和光敏檢測(cè)模塊聯(lián)動(dòng)，實(shí) 現(xiàn)自動(dòng)化。
2.9.上位機(jī)管 理軟件
系統(tǒng)包括照明、窗簾、能耗、電器、安防、環(huán)境監(jiān)測(cè)、 實(shí)訓(xùn)評(píng)估模塊，本實(shí)訓(xùn)管理平臺(tái)是以上各個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)綜 合性、集中管理平臺(tái)。內(nèi)容包括:系統(tǒng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)查看、 遠(yuǎn)程控制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)分析、參數(shù)設(shè)置、預(yù)警。如圖1所示。
3系統(tǒng)特色
真實(shí)的家居環(huán)境需要投入大量的人力物力，從實(shí)訓(xùn)的 角度來(lái)說(shuō)，需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和經(jīng)歷建造樣板房，投入 巨大。因此，設(shè)計(jì)采用模擬家居環(huán)境的智能家居系統(tǒng)，將 涉及到的應(yīng)用及控制模塊和設(shè)備安裝部署在可收縮的網(wǎng)孔 板機(jī)柜上，減少對(duì)空間的占用，并可應(yīng)用于以后的實(shí)訓(xùn)教 學(xué)中。
智能家居實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)安裝在一個(gè)網(wǎng)孔板機(jī)柜上，可以收 攏展開(kāi)，展開(kāi)后尺寸為2. 4m*0. 8m*1. 9m (長(zhǎng)*寬*高)， 收 攏后尺寸為0. 8m*0. 8m*1. 9m (長(zhǎng)*寬*高)， 實(shí)訓(xùn)設(shè)備可以 自由安裝，具有很大的靈活性。
各系統(tǒng)的控制模塊均安裝在86盒內(nèi)，可靈活部署在網(wǎng)孔板的任意位置,方便師生根據(jù)自己的設(shè)計(jì)完成施工。
4總結(jié)
本文介紹了一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)智能家居實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),系統(tǒng)中模擬了智能家居中的部分場(chǎng)景,并在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中做了大量的模擬測(cè)試,程序運(yùn)行良好。總之,進(jìn)行基于ZigBee技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析,有利于提升基于物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)水平,促進(jìn)在實(shí)際中的推廣應(yīng)用,具有積極作用和價(jià)值意義。
我們利用當(dāng)前智能家居技術(shù)的新理念與技術(shù), 開(kāi)發(fā)技術(shù)先進(jìn)、性能卓越、實(shí)用性強(qiáng)的物聯(lián)網(wǎng)智能家居實(shí) 現(xiàn)系統(tǒng)，并指導(dǎo)學(xué)生掌握其管理與維護(hù)技術(shù)。
1物聯(lián)網(wǎng)智能家居實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)組成和內(nèi)涵.
物聯(lián)網(wǎng)智能家居實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)由智能照明、智能安防、人 臉識(shí)別門禁、智能音響、智能冰箱、能耗監(jiān)測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、 智能窗簾等子系統(tǒng)，及物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用.上位機(jī)管理軟件組成， 各子系統(tǒng)通過(guò)連接電纜進(jìn)線連接，采用ZigBee、 wifi、 3G 多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)傳輸傳感及控制信息。系統(tǒng)支持智能家居設(shè) 計(jì)、安裝、調(diào)試以及應(yīng)用編程等多種方式來(lái)鍛煉師生的技 術(shù)水平，是一套既能展示物聯(lián)網(wǎng)智能家居應(yīng)用，又能掌握 相應(yīng)技能和知識(shí)的實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)。
本開(kāi)發(fā)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)三層(感知層，網(wǎng)絡(luò)層，應(yīng) 用層)的全方位技術(shù)運(yùn)用，比較全面的兼顧了物聯(lián)網(wǎng)所涉 及的各類技術(shù)，包括無(wú)線傳感器硬件、嵌入式軟件系統(tǒng)、 Wifi、Internet 端應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)教學(xué)，設(shè)計(jì)提供了智能家 居多個(gè)子系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)訓(xùn)，該系統(tǒng)所涉及到的技術(shù)主要包 括:電子電路、2. 4GHz高頻通訊、ZigBee 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、無(wú) 線傳感器、無(wú)線SoC、嵌入式ARM、UHF RFID 射頻識(shí)別、3G、Ethernet、服務(wù)端軟件開(kāi)發(fā)。
開(kāi)發(fā)平臺(tái)提供了功能強(qiáng)大的以ARM處理器為內(nèi)核的網(wǎng) 關(guān)硬件和自主研發(fā)的網(wǎng)關(guān)核心軟件，不僅能完成多種無(wú)線 網(wǎng)絡(luò)管理，傳感器和射頻識(shí)別信息處理，而且可以通過(guò)不 同無(wú)線和有線網(wǎng)絡(luò)路徑，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)管理平臺(tái)并存入數(shù)據(jù)庫(kù)，支持遠(yuǎn)程訪問(wèn)，并運(yùn)用虛擬技術(shù)仿真智能 家居場(chǎng)景及設(shè)備解決場(chǎng)地及設(shè)備制約因素。
2系統(tǒng)功能
針對(duì)職院學(xué)生，主要鍛煉的是學(xué)生的動(dòng)手能力和實(shí)際 操作的技能。學(xué)生可以根據(jù)自己的設(shè)計(jì)想法改變模擬房間 內(nèi)環(huán)境，也可以通過(guò)一體式計(jì)算機(jī)通過(guò)因特網(wǎng)訪問(wèn)房間內(nèi) 自動(dòng)化服務(wù)器，對(duì)智能設(shè)備、視頻監(jiān)控等遠(yuǎn)程控制、訪問(wèn)。 該裝置能進(jìn)行智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)、線路的設(shè)計(jì)與連接、調(diào) 試、故障排除、系統(tǒng)配置等實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)。
在打分環(huán)節(jié)考慮到人為因素對(duì)比賽結(jié)果的影響，在系 統(tǒng)中，特別設(shè)計(jì)了自動(dòng)評(píng)分功能，對(duì)各個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連通性、 電源接線、軟件配置進(jìn)行自動(dòng)化檢測(cè)，為實(shí)訓(xùn)成績(jī)提供客 觀的依據(jù)。
2.1智能照明
包括智能照明管理軟件模塊、燈控模塊/調(diào)光模塊、通 信模塊、燈具，通過(guò)和網(wǎng)關(guān)通信，支持本地控制和管理軟 件遠(yuǎn)程控制，本地可以設(shè)置感應(yīng)開(kāi)/關(guān)閉，并和光敏檢測(cè)模 塊聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。
2.2智能安防
包括智能安防管理軟件模塊、窗磁、煙霧感應(yīng)器、主動(dòng)紅外入侵探測(cè)器、攝像機(jī)、雙鑒探測(cè)器對(duì)非法入侵、火 情、煙塵等監(jiān)測(cè)，針對(duì)突發(fā)事件做出緊急處理，與 SM/GPRS短息貓聯(lián)動(dòng)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有異常時(shí)攝像機(jī)自動(dòng)截取畫(huà) 西開(kāi)發(fā)送消甚至指定手機(jī)或報(bào)警。
2.3人臉識(shí)別門禁
人臉識(shí)別門禁系統(tǒng)由主人臉識(shí)別門禁機(jī)、門禁控制器 和電鎖組成(聯(lián)網(wǎng)時(shí)外加電腦和網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備)，使用方式屬非接觸方式，出入人只要在人臉識(shí)別門禁機(jī)附近(30-80厘米)晃動(dòng)一次，人臉識(shí)別門禁機(jī)就能將識(shí)別結(jié)果發(fā)送到 門禁控制器上，然后由門禁控制器進(jìn)行檢查核對(duì)合法性， 決定是否進(jìn)行開(kāi)門動(dòng)作。整個(gè)過(guò)程只要在有效的使用范圍 內(nèi)均可實(shí)現(xiàn)門禁管理功能。人臉識(shí)別門禁機(jī)安裝門邊墻內(nèi)
外，而不影響其工作。
人臉作為每個(gè)人身體的一部分、不能復(fù)制、安全可靠。并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與電腦進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控(可由電腦發(fā)指令開(kāi)/關(guān)所 有門，并可實(shí)時(shí)查看所有門的狀態(tài))數(shù)據(jù)處理、查詢、報(bào) 衰輸出等。
2.4智能音響
包括智能音響管理軟件模塊、情景音樂(lè)系統(tǒng)主機(jī)、高保真音箱，通過(guò)軟件平臺(tái)來(lái)控制音樂(lè)的播放。
2.5智能冰箱
包括智能冰箱管理軟件模塊、RFID讀寫(xiě)器、食物冷藏 柜。通過(guò)RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)食物管理功能，通過(guò)PC管理平臺(tái) 訪問(wèn)，配合食品圖示，能看到冰箱內(nèi)的食物信息，食品提 醒設(shè)置，一旦冰箱內(nèi)食物短缺或過(guò)期，就會(huì)發(fā)送短息到指 定手機(jī)。
2.6能耗監(jiān)測(cè)
包括能耗管理軟件模塊、智能插座、能耗統(tǒng)計(jì)模塊。 通過(guò)智能插座實(shí)現(xiàn)所有電器通過(guò)數(shù)據(jù)采集終端，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)， 實(shí)現(xiàn)無(wú)線抄表、管理功能。可以定制統(tǒng)計(jì)分析功能，并通 過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)控制臺(tái)、智能手機(jī)實(shí)現(xiàn)可視化查看和管理，體 現(xiàn)綠色節(jié)能理念。
2.7環(huán)境監(jiān)測(cè)
本系統(tǒng)包括環(huán)境監(jiān)測(cè)管理軟件模塊、溫濕度、光敏無(wú) 線通信模塊。實(shí)現(xiàn)溫度、濕度、光敏等監(jiān)測(cè)，針對(duì)環(huán)境參 數(shù)設(shè)備智能開(kāi)啟相關(guān)設(shè)備自動(dòng)調(diào)節(jié)環(huán)境溫濕度或與其他系 統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，對(duì)突發(fā)事件做出緊急處理。
2.8智能窗簾
本系統(tǒng)包括智能窗簾管理軟件模塊、窗簾控制器、電 動(dòng)窗簾，通過(guò)和網(wǎng)關(guān)通信，支持本地和管理軟件遠(yuǎn)程控制,
本地可以設(shè)置感應(yīng)開(kāi)/關(guān)閉，并和光敏檢測(cè)模塊聯(lián)動(dòng)，實(shí) 現(xiàn)自動(dòng)化。
2.9.上位機(jī)管 理軟件
系統(tǒng)包括照明、窗簾、能耗、電器、安防、環(huán)境監(jiān)測(cè)、 實(shí)訓(xùn)評(píng)估模塊，本實(shí)訓(xùn)管理平臺(tái)是以上各個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)綜 合性、集中管理平臺(tái)。內(nèi)容包括:系統(tǒng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)查看、 遠(yuǎn)程控制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)分析、參數(shù)設(shè)置、預(yù)警。如圖1所示。
3系統(tǒng)特色
真實(shí)的家居環(huán)境需要投入大量的人力物力，從實(shí)訓(xùn)的 角度來(lái)說(shuō)，需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和經(jīng)歷建造樣板房，投入 巨大。因此，設(shè)計(jì)采用模擬家居環(huán)境的智能家居系統(tǒng)，將 涉及到的應(yīng)用及控制模塊和設(shè)備安裝部署在可收縮的網(wǎng)孔 板機(jī)柜上，減少對(duì)空間的占用，并可應(yīng)用于以后的實(shí)訓(xùn)教 學(xué)中。
智能家居實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)安裝在一個(gè)網(wǎng)孔板機(jī)柜上，可以收 攏展開(kāi)，展開(kāi)后尺寸為2. 4m*0. 8m*1. 9m (長(zhǎng)*寬*高)， 收 攏后尺寸為0. 8m*0. 8m*1. 9m (長(zhǎng)*寬*高)， 實(shí)訓(xùn)設(shè)備可以 自由安裝，具有很大的靈活性。
各系統(tǒng)的控制模塊均安裝在86盒內(nèi)，可靈活部署在網(wǎng)孔板的任意位置,方便師生根據(jù)自己的設(shè)計(jì)完成施工。
4總結(jié)
本文介紹了一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)智能家居實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),系統(tǒng)中模擬了智能家居中的部分場(chǎng)景,并在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中做了大量的模擬測(cè)試,程序運(yùn)行良好。總之,進(jìn)行基于ZigBee技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析,有利于提升基于物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)水平,促進(jìn)在實(shí)際中的推廣應(yīng)用,具有積極作用和價(jià)值意義。