物聯網與智能家居
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物聯網與智能家居范文第1篇
智能家居就是以住宅為平臺，兼備建筑、網絡通信、信息家電、設備自動化，集系統、結構、服務、管理為一體的高效、舒適、安全、便利、環保的居住環境。智能家居系統可以為您提供家電控制、照明控制、窗簾控制、電話遠程控制、室內外遙控、防盜報警、以及可編程定時控制等多種功能和手段，使您的生活更加舒適、便利和安全。筆者所在的課題組利用當前智能家居技術的新理念與技術，開發技術先進、性能卓越、實用性強的物聯網智能家居實現系統，并指導學生掌握其管理與維護技術。
1 物聯網智能家居實訓系統組成和內涵
物聯網智能家居實訓系統由智能照明、智能安防、人臉識別門禁、智能音響、智能冰箱、能耗監測、環境監測、智能窗簾等子系統，及物聯網應用上位機管理軟件組成，各子系統通過連接電纜進線連接，采用 ZigBee、wifi、3G 多種網絡技術傳輸傳感及控制信息。系統支持智能家居設計、安裝、調試以及應用編程等多種方式來鍛煉師生的技術水平，是一套既能展示物聯網智能家居應用，又能掌握相應技能和知識的實訓系統。
本開發平臺實現對物聯網三層（感知層，網絡層，應用層）的全方位技術運用，比較全面的兼顧了物聯網所涉及的各類技術，包括無線傳感器硬件、嵌入式軟件系統、Wifi、Internet 端應用軟件開發教學，設計提供了智能家居多個子系統的應用實訓，該系統所涉及到的技術主要包括：電子電路、2.4GHz 高頻通訊、ZigBee 無線網絡、無線傳感器、無線 SoC、嵌入式 ARM、UHF RFID 射頻識別、3G、Ethernet、服務端軟件開發。
開發平臺提供了功能強大的以 ARM 處理器為內核的網關硬件和自主研發的網關核心軟件，不僅能完成多種無線網絡管理，傳感器和射頻識別信息處理，而且可以通過不同無線和有線網絡路徑，將數據傳輸到上位機管理平臺，并存入數據庫，支持遠程訪問，并運用虛擬技術仿真智能家居場景及設備解決場地及設備制約因素。
2 系統功能
針對職院學生，主要鍛煉的是學生的動手能力和實際操作的技能。學生可以根據自己的設計想法改變模擬房間內環境，也可以通過一體式計算機通過因特網訪問房間內自動化服務器，對智能設備、視頻監控等遠程控制、訪問。該裝置能進行智能家居系統設計、線路的設計與連接、調試、故障排除、系統配置等實驗和實訓。
在打分環節考慮到人為因素對比賽結果的影響，在系統中，特別設計了自動評分功能，對各個系統網絡連通性、電源接線、軟件配置進行自動化檢測，為實訓成績提供客觀的依據。
2.1 智能照明
包括智能照明管理軟件模塊、燈控模塊/調光模塊、通信模塊、燈具，通過和網關通信，支持本地控制和管理軟件遠程控制，本地可以設置感應開/關閉，并和光敏檢測模塊聯動，實現自動化。
2.2 智能安防
包括智能安防管理軟件模塊、窗磁、煙霧感應器、主動紅外入侵探測器、攝像機、雙鑒探測器對非法入侵、火情、煙塵等監測，針對突發事件做出緊急處理，與 GSM/GPRS 短息貓聯動，當發現有異常時攝像機自動截取畫面并發送消息至指定手機或報警。
2.3 人臉識別門禁
人臉識別門禁系統由主人臉識別門禁機、門禁控制器和電鎖組成（聯網時外加電腦和網絡通訊設備），使用方式屬非接觸方式，出入人只要在人臉識別門禁機附近（30-80 厘米）晃動一次，人臉識別門禁機就能將識別結果發送到門禁控制器上，然后由門禁控制器進行檢查核對合法性，決定是否進行開門動作。整個過程只要在有效的使用范圍內均可實現門禁管理功能。人臉識別門禁機安裝門邊墻內外，而不影響其工作。
人臉作為每個人身體的一部分、不能復制、安全可靠。并通過網絡與電腦進行實時監控（可由電腦發指令開/關所有門，并可實時查看所有門的狀態）、數據處理、查詢、報表輸出等。
2.4 智能音響
包括智能音響管理軟件模塊、情景音樂系統主機、高保真音箱，通過軟件平臺來控制音樂的播放。
2.5 智能冰箱
包括智能冰箱管理軟件模塊、RFID 讀寫器、食物冷藏柜。通過 RFID 技術實現食物管理功能，通過 PC管理平臺訪問，配合食品圖示，能看到冰箱內的食物信息，食品提醒設置，一旦冰箱內食物短缺或過期，就會發送短息到指定手機。
2.6 能耗監測
包括能耗管理軟件模塊、智能插座、能耗統計模塊。通過智能插座實現所有電器通過數據采集終端，無線網絡，實現無線抄表、管理功能。可以定制統計分析功能，并通過監控系統控制臺、智能手機實現可視化查看和管理，體現綠色節能理念。
2.7 環境監測
本系統包括環境監測管理軟件模塊、溫濕度、光敏無線通信模塊。實現溫度、濕度、光敏等監測，針對環境參數設備智能開啟相關設備自動調節環境溫濕度或與其他系統進行聯動，對突發事件做出緊急處理。
2.8 智能窗簾
本系統包括智能窗簾管理軟件模塊、窗簾控制器、電動窗簾，通過和網關通信，支持本地和管理軟件遠程控制， 本地可以設置感應開/關閉，并和光敏檢測模塊聯動，實現自動化。
2.9 上位機管理軟件
系統包括照明、窗簾、能耗、電器、安防、環境監測、實訓評估模塊，本實訓管理平臺是以上各個系統的一個綜合性、集中管理平臺。內容包括：系統的實時狀態查看、遠程控制、數據存儲、統計分析、參數設置、預警。如圖1所示。
3 系統特色
真實的家居環境需要投入大量的人力物力，從實訓的角度來說，需要耗費大量的時間和經歷建造樣板房，投入巨大。因此，設計采用模擬家居環境的智能家居系統，將涉及到的應用及控制模塊和設備安裝部署在可收縮的網孔板機柜上，減少對空間的占用，并可應用于以后的實訓教學中。
智能家居實訓系統安裝在一個網孔板機柜上，可以收攏展開，展開后尺寸為 2.4m*0.8m*1.9m（長*寬*高），收攏后尺寸為 0.8m*0.8m*1.9m（長*寬*高），實訓設備可以自由安裝，具有很大的靈活性。
各系統的控制模塊均安裝在 86 盒內，可靈活部署在網孔板的任意位置，方便師生根據自己的設計完成施工。
4 總結
本文介紹了一個物聯網智能家居實訓系統的設計與實現，系統中模擬了智能家居中的部分場景，并在實驗室環境中做了大量的模擬測試，程序運行良好。總之，進行基于 ZigBee 技術的物聯網智能家居系統的設計分析，有利于提升基于物聯網智能家居系統設計水平，促進在實際中的推廣應用，具有積極作用和價值意義。
參考文獻
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作者簡介
江進（1981-），男，江蘇省句容市人。碩士學位。現為江蘇農林職業技術學院信息工程系教師。研究方向為計算機技術。
物聯網與智能家居范文第2篇
[關鍵詞]物理網 智能家居 應用現狀 開發
中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）16-0249-01
傳感器技術的逐步應用和網絡技術的全面拓展，外加性能優良的傳感器的大力應用，使得智能感知有所實現。無論是家居系統產品，還是網絡概念家居均表明智能家居取得了一定的成效。因此，本文將依托物聯網，重點探討智能家居開發問題，不斷增強家居功能，達到遠程網絡互聯。
一、物聯網的內涵
物聯網形成于研究人員在不同領域的探索成果的匯總，研究人員在普適計算機方面開展的探索活動是物聯網問題的根本原因。各個學者面向物聯網給出了不同的定義，其中歐洲項目組認為物聯網是商業和信息交流之間的參與者，可促進社會的前進，是可有效互動、和外部環境發生交換獲取的信息數據，免受人為干預，能夠自發做出某些行為，提供所需服務，可精準展現和作用真實生活的某些事件。但RFID項目組將物聯網看作形成于標準通信協議之上，通過具備位移地址對應互聯網物體組建的網絡。物聯網能夠劃分成不同的層次，其核心技術為射頻識別以及納米技術等。
二、智能家居概述
智能家居系統主要包含內網、外網以及網關這三個部分。對于內網主要是在家電及其余設施之間建立聯系，屬于局域網，而外網通常為小區局域網，可進行遠距離傳輸。對于網關主要聯系內網與外網，達到外網對內網的全面控制。
當下智能家居系統通常具備下述功能：其一，燈光智能控制。參照室內光線強度合理調整照明設備開光，進而讓室內光線處于理想狀態；其二，家電智能控制。圍繞家電實施自動控制，可參照室內溫度合理開關空調；其三，智能安防功能。現有家庭安防系統具備火警異常情況監控功能，如果出現異常，則安防系統便即發出警示，通過緊急處理將損失減小到最低程度。
另外，也涉及家居設線系統等內容。因在技術水平與經濟成本等內容上存在制約，現下并未研制出成熟的家居系統，然而借助無線傳感器自身突出的擴展能力，當設計系統時提前保留擴展接口，即便要增設設備或優化技術也無需面向現有系統開展改造調整活動，只要經由FIRMWARE升級，利用節點擴充便能夠達到系統升級的目的。
三、物聯網當前的應用情況
現階段，對智能家居而言，物聯網應用一般表現在家庭自動化以及安防系統等內容中。家庭自動化主要指代面向傳統家用電器裝設傳感器，配置執行器，轉變為智能家電，是傳感器網絡的基本節點，同時，利用互聯網和外部網絡形成互聯，讓用戶能夠面向家電實施遠程操作。而安防系統主要指代針對住宅設置傳感器節點，以此來監控火警等異常狀況，如果出現意外，上述節點便把危險信息傳輸至終端，第一時間警報，進而能夠馬上處理險情，以免進一步擴大。
四、基于物聯網的智能家居開發
形成于互聯網之上的智能家居具體包含居住環境體會和互動、相關數據傳送以及應用服務層。其中居住環境體會和互動指代把所有的傳感器構建連接，以此來提供贏得居住環境主要物理信息與居民基本生活狀態等項目。網絡數據輸送可實現居住環境狀態與居民信息的有效傳輸。而應用服務層可依照收集的數據達到自主支配家居設備這一目的。
（一）整體設計
1.智能網關設計
家庭智能網關在智能家居設計活動中占據著核心位置，可采集并整合各個網段的信息。從內部家居網絡層面而言，其和ZigBee協調器緊密相連，且為住宅信息的基本出口；從外部網絡層面而言，其和互聯網緊密相連，它為遠程操作指令連進家庭內部網的末尾工序。因內部及外部信息均借助家庭智能網關完成傳輸，由此可知，該設計可提升智能家居的可靠性和安全性；
2.網絡層設計
形成于物聯網之上的智能家居內部的網絡傳輸主要負責管理每一個住宅設備自身的網絡信息傳送，且具備遠距離控制平臺的關聯系統。對于網絡層設計主要涵蓋家庭智能網關以及控制中心等多項內容，其中傳輸的信息強調控制與數據信息，具體存在有線及無線傳輸類型。比較有線及無線傳輸發現，無線傳輸更容易管理，由此可知，無線傳輸將更為常用；
3.感知層設計
依托ZigBee節點構建形成的ZigBee主要分布在感知層中。其內部的傳感器可借助ZigBee節點把居住環境信息發送至智能網關，同時，應用層自身的指令信息可借助ZigBee節點傳達給執行設備，進而完成預定操作。借助一系列傳輸，達到底層ZigBee節點的有效連通；
4.應用層設計
應用層設計在智能家居設計活動中占據著重要位置，當下的智能家居，其應用層設計以家居安防監管、家庭信息規劃、家庭信息加工和家庭環境監控。
（二）硬件設計
具體分部如圖-1，形成于物聯網之上的智能家居，其硬件設計一般把節能看作重點內容進行探究。局域網自身的微處理元件及通信設備選取關乎智能家居系統實際功耗與具體的傳輸效率，且末端節點的可靠性及工作效率關乎著整個系統的穩步工作時間與安全性。因此，形成于物聯網之上的智能家居自身的硬件設計需重視微處理元件以及通信方式自身的節能設計。
結語：
我國在智能家居中的起步較晚，然而因生活水平的不斷提升，人們在家居環境方面提出了嚴格的要求，通過國家政策的支撐，智能家居的探索越來越頻繁。一些大企業更是爭相推廣、大力宣傳智能家居，部分通信商甚至把物聯網服務看作主要發展方向，這為智能家居的提升與發展創造了難得的契機。
參考文獻：
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作者簡介：
物聯網與智能家居范文第3篇
關鍵詞：ZigBee；嵌入式；物聯網
中圖分類號：TN92-34
進入21世紀后，數字化技術發展迅猛并滲透到各個領域，將安防設備、家用電器與通訊設備等各自獨立的設備功能綜合為一體，而形成了住宅自動化概念簡稱智能家居。普通的家居系統由于當前技術的限制，管理缺乏智能化，家庭布線復雜，后期的改裝和安裝成本都偏高，系統的升級麻煩，系統的工作效率低下。而智能家居系統合理設計可以克服傳統的家居系統的系統缺陷。通過無線組網的方式，將家庭內部設備與中央控制器智能結合，無須考慮繁瑣的布線約束，降低安裝成本的同時也提高了家庭內部網絡的擴展性。
1 智能家居系統總體方案設計
1.1 智能家居的系統需求分析
目前我國的智能家居行業發展還處于興起階段，國內還沒有統一的行業設計標準可以參照。智能家居的系統設計一般要依據用戶的需求和家居環境進行差別式設計，滿足不同用戶的需求。智能家居系統需要滿足以下基本要求：1、數據傳輸的可靠性。無線數據的信息傳輸必須保證安全可靠，才能使中央控制中心對內完成對其它家居模塊的信息處理，對外向用戶端傳輸數據或接受指令。2、無線的信息傳輸。智能家居系統的安裝，考慮到不影響整體家居的美觀，施工便捷，需采用無線數據傳輸技術。3、成本低廉。智能家居系統要推廣普及，就要考慮普通消費者的實際消費能力。所以系統選擇的技術和硬件選型，應在消費者的承受范圍之內。4、整體功能系統集成。整體功能系統的集成，是將上述的功能都集中在系統的中央控制平臺上管理，包括家中狀態的查詢，設備的管理。通過中央控制平成對各個分散功能的集中管理。
1.2 智能家居功能結構
在智能家居系統中，中央平臺控制器是整個系統的核心。智能家居系統可以理解為以家庭中央控制器為基礎，通過其對各種網絡數據進行分析、轉換、轉發和管理的過程，實現智能家居系統的人性化及智能化功能。智能家居系統的網絡組織結構模型如圖1所示：
圖1 智能家居網絡組織結構模型
在智能家居的網絡組織結構中，中央控制器通過無線的ZigBee、WiFi網絡或者其它的通信方式，完成對燈光，安防和家居環境監控系統的交互信息連接。用戶可以通過中央控制器，完成對各個子系統的統一管理和數據采集。控制中心還需要有統一的家電聯網接口，完成家電設備的組網，這樣用戶可以通過智能手機、電腦，完成對家中電飯煲、空調、加濕器等電器的狀態查詢和控制。
2 智能家居系統子網設計
2.1 基于ZigBee技術的智能家居網絡組建
在ZigBee技術組建的網絡中，每個節點上的設備都有個64位的IEEE長地址和一個16位的網絡短地址。長地址是由設備生產廠商，在設備出廠前就設定好的，是其在全球設備識別的唯一地址。而在一般的個域網組建中，為了使用方便，是以短地址作為其網絡標識。ZigBee網絡建立過程如圖2所示。
2.2 ZigBee網絡組建
ZigBee網絡協調器主要負責網絡的組建和維護，也對網絡中的數據接受和轉發。協調器上電工作后回自動掃描DEFAULT_CHANLIST指定的通道，在其上建立起網絡。若ZDAPP_CONFIG_PAN_ID被定義為0xFFFF，則協調器將會依據自身的IEEE地址建立一個隨機的PANID；否則協調器建立的網絡的PANID將由ZDAPP_CONFIG_PAN_ID來指定。網絡建立成功后，協調器查詢周圍是否有其他節點申請加入，若有其他節點加入網絡，則由協調器為該設備分配網絡地址等信息。當ZigBee網絡建立成功后，網絡中的各個設備之間就可以實時的進行數據的傳輸和信息的共享了。
3 智能家居系統部分模塊的設計與實現
3.1 中央控制器人機交互界面的實現
在ARM-Linux系統下，利用QT圖形用戶開發工具，實現對硬件模塊的控制和傳感器數據采集的人機交互界面程序設計。
（1）人機交互界面的軟件設計
通過測試，用戶可以通過觸摸屏控制各個傳感器的開關，并可以查看其狀態。
中央控制器主要可以實現以下功能：（1）在本設計系統中，中央控制器主要通過各個ZigBee模塊，實現對家居內部網絡節點設備的控制和信息采集。（2）通過QT強大的跨平臺圖形界面開發框架，在中央控制器上實現圖形界面的觸摸操作，便于用戶體驗。
4 結論
物聯網與智能家居范文第4篇
摘要：物聯網技術是智能家居的核心技術支撐，智能家居是物聯網技術在智能家庭中的應用體現。當前網絡和智能技術高速發展融合的背景下，智能家居作為具有巨大市場潛力的新興產業，無論是IT終端制造廠商、互聯網運營商、服務商和傳統家電制造商均把它視為新的增長爆發點。本文通過對物聯網技術在智能家居領域的應用來說明物聯網的運用對智能家居系統技術進步、功能擴展、服務、達到滿足人們對安全、舒適、方便和綠色環保的需求的作用。
關鍵詞 ：物聯網技術；智能家居；應用
一、物聯網概述
物聯網的英文描述為“The Internet ofthings”，即“物——物相連的互聯網”[1][2]。物聯網的基礎核心仍舊是互聯網，它在傳統互聯網人與物互通的基礎上，實現物與物互通，是互聯網發展的應用和業務層面的拓展。其主要特征是全面感知、可靠傳遞和智能處理。全面感知是指利用RFID、二維碼、傳感器等隨時隨地獲取和采集物體信息；可靠傳遞是指通過無線網絡和互聯網的融合將物體信息準確傳遞；智能處理是指利用云計算、數據挖掘及智能識別等人工智能技術對海量數據信息進行分析處理，完成對物體的智能化控制。
物聯網的概念在1999 年被提出，是在互聯網的基礎上，利用射頻識別技術、無線數據通信技術等構造出的一個實現全球物品信息實時共享的實物互聯網。2005 年11 月17 日國際電信聯盟《ITU 互聯網報告2005：物聯網》，重新提出了物聯網的概念[3]，并對其進行了擴展，不僅局限于RFID技術。2009年1月28日，IBM 首次提出“智慧地球”的概念。隨后，美國將物聯網列為振興經濟的一個重點。此外，歐洲、韓國、日本等國家也把物聯網產業作為振興國家經濟的一個核心產業[4]。2009年8月，溫總理提出了“感知中國”的概念，自此物聯網被列為國家五大新興戰略性產業之一，在中國受到了極大的關注[5]。
物聯網是在網絡技術、傳感技術及通信技術日趨成熟的條件下出現的，它是一種體現物與物之間新型關系，將所有物品通過射頻識別、二維碼、無線數據通信等智能感知技術與互聯網連接起來，的具有智能化識別、控制與管理功能的網絡系統，其中可能涉及多種信息傳感設備，比如射頻識別裝置、二維碼掃描裝置、紅外感應裝置、各種傳感器等。
物聯網從產生之初到現在，已經被應用到眾多領域，如智能交通、智能消防、工業檢測、老人護理、食品溯源和情報搜集等。毫無疑問，物聯網也將對智能家居領域產生深遠影響。基于物聯網的智能家電必將為人們提供未來生活方式的全新解決方案。將物聯網技術應用到家用電器中，可以使家電具有智能感知及信息網絡功能，能使家庭中的家電設備之間信息交互、家電設備與產品和用戶之間也可以進行信息交互，方便人們的日常家居生活，使生活方式更加合理，生活模式更舒適、健康、環保。
關于物聯網的概念，目前沒有統一的標準。但是綜合來看，物聯網是一種實現物-物相連的智能網絡，它主要依賴于智能感知技術、無線通信技術、遙感技術、智能數據處理技術[5]等，是在互聯網的基礎上發展起來的。物聯網從產生之初到現在已經被應用在越來越多的領域，如物流、交通、產品安全監測、路燈管理、智能電力[6]、醫療[7]等。智能家電與智能家庭的發展，用戶新增的需求，使廣大廠商和研究人員發現，智能家居也是物聯網發展的一個重要領域。[8]IT終端制造廠商、互聯網運營商、服務商和傳統家電制造商正在進行此方面的研究，也逐漸推出基于物聯網技術的產品。物聯網技術使得家電在智能化控制的基礎上，實現了商品與設備的關聯及設備之間的關聯，展現出了一種更加智能化的便捷、健康、環保的家居場景。
二、智能家居系統概述
目前，智能家居系統沒有一個統一的定義或者概念，百度百科的解釋是：“智能家居（英文：smart home, home automation）是以住宅為平臺，利用綜合布線技術、網絡通信技術、安全防范技術、自動控制技術、音視頻技術將與家居生活有關的設施集成，構建高效的住宅設施與家庭日程事務的管理系統。能提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術性，并實現環保節能的居住環境。”
2012年4月5日中國室內裝飾協會智能化委員會《智能家居系統產品分類指導手冊》把智能家居系統產品共分為二十個分類包含了：控制主機（集中控制器）、智能照明系統、電器控制系統、家庭背景音樂、家庭影院系統、對講系統、視頻監控、防盜報警、電鎖門禁、智能遮陽（電動窗簾）、暖通空調系統、太陽能與節能設備、自動抄表、智能家居軟件、家居布線系統、家庭網絡、廚衛電視系統、運動與健康監測、花草自動澆灌、寵物照看與動物管制。
由此可知，智能家居是一個系統的概念，融合了網絡信息技術（有線、無線）、智能家電技術、自動控制技術等技術，將家庭平臺上與信息相關的信息設備、智能家電和家庭安保裝置，通過綜合布線技術連接到一個家庭智能化系統上進行集中的或異地的監視、控制和家庭事務性管理，并保持這些家庭設施與住宅環境的和諧與協調。這些功能都是通過智能家居系統中的家庭網絡控制來實現的，通過家庭總線系統提供各種服務功能、并和住宅以外的外部世界相通連。智能家居系統通過網絡化的綜合管理家中設備，來創造一個優質、高效、舒適、安全、便利、節能、健康、環保的居住生活環境空間。[9]
筆者認為智能家居強調的是整體的環境，包括健康環境、人機互動的環境、安全的環境、經濟的環境，以用戶體驗為核心的整體環境的創造。
健康的環境包含舒適的溫度、優質的空氣、適宜的水溫等；人機互動的環境主要指智能化的體驗、便捷的人機互動的界面和高集成度的人工智能應用；安全的環境包括家庭安防監控和網絡環境自身的安全；經濟的環境主要體現在系統本身的經濟合理（如系統價格）及家庭應用的經濟合理（如節水、節電、擴展方便）。
三、物聯網技術在智能家居領域的應用
物聯網技術主要包含三個層面，即感知層面、網絡層面和應用層面。物聯網常見的感知技術包括RFID 技術、二維碼技術、傳感器技術、攝像頭、gps 等；進行網絡傳輸的技術主要包括3G、Wi-Fi、藍牙、接入網等；計算技術主要是指進行海量數據處理的技術包括數據挖掘和數據推送。網絡層面包含電信運營（移動、有線、衛星通信網絡等）、物聯網運營（信息中心、管理中心等）、平臺、軟件、系統設備、系統集成及終端設備。應用層面包含環境監測、智能交通、智能建筑、智能家居、遠程醫療、城市管理、公共安全、工業監控、綠色農業、資源管理等。
物聯網技術在智能家居的應用包含了家居環境控制、家庭安防、智能家電等多個領域，一個完全的智能家居系統按照前文所述包含了20個子系統。在物聯網技術支撐下，用戶可以將家用電器之間組成一個物物相連的網絡，然后在互聯網的基礎上，對家庭中的設備、產品進行監控；在家電或者產品發生故障時能夠通過網絡自動進行短信、電話等智能報警；家用電器能夠智能地記錄用戶的生活習慣和生活方式，利用數據挖掘、情境感知等技術為用戶進行合理的信息推送，實現人與家電、環境、產品的自然交互。
物聯網技術貫穿智能家居從終端設備的研發、系統集成及運行到用戶使用的全過程。從技術角度來看，物聯網智能家居技術的核心技術是通訊或控制協議，涉及硬件接口和軟件協議兩部分，可以簡單的劃分為無線與有線技術。
有線技術包含了RS485、IEEE802.3(Ethernet)、EIB/KNX、LonWorks、X- 10、PLC-BUS、CresNet，AXLink 等。其中X-10，PLC-BUS 是專門針對智能家居行業制定的通訊技術。X-10電力線載波技術在上世紀70年代產生，在我國2000年前后引入并開始推廣，該技術可以在電力線上通訊，免于智能家居系統部署的時候另外布線。該技術對電網運行環境依賴性較高，由于設備成本、技術穩定性及信息安全等問題市場局面一直難于打開。PLC-BUS 提高了一定的通訊穩定性，但是難以保證持續穩定的質量，對電網環境的依賴性仍舊很強，使用成本和信息安全的問題無法根本性解決。盡管電力線載波技術已經有40多年的技術積淀，但是由于成本和技術瓶頸，智能家居產品在有線技術開發方面不斷地進行新的嘗試，各種技術的優缺點暫時不能滿足客戶的需求，也許這也是今天多種有線技術并存的原因。
無線技術包含了RFID 智能識別技術、藍牙(Bluetooth)、WiFi、Zigbee、ZWave、Enocean等。RFID是一種通過無線電波進行數據傳輸的非接觸式的自動識別計技術，它通過無線電信號進行數據讀寫并識別特定目標，具有無接觸、識別速度快、自動化程度高、抗干擾、識別多個物體等優點。RFID 是20 世紀90 年代興起的，發展至今被認為是自動識別領域中應用最廣泛的、識別效果最好、最重要的一項技術。[8] WiFi作為低成本、最易與互聯網連接的智能家居技術解決方案被廣為應用。ZigBee ZigBee 技術的特點包括：低功耗、成本低、低速率、時延短、高容量、工作可靠、高安全等。ZigBee的設計可用于支持特定應用軟件的開發和部署。應用規范和ZigBee 的堆棧相連，讓制造商更快、更容易地推出特別針對某些應用的無線產品。可用的應用規范包括家庭自動化、智能能源、通信、醫療、遠程控制（RF4CE,或稱消費電子射頻）、建筑自動化和零售服務。Z-Wave主要針對家庭和小型商用建筑的監控和控制，廣泛適用于照明控制、安全和氣候控制。其它應用包括煙霧探測器、門鎖、安全傳感器、家電和遠程控制。[10]
物聯網智能家居系統從技術和應用的角度來說穩定性、可拓展性（靈活性）、安全性及經濟性都是重要衡量指標。目前為止，無論是有線技術還是無線技術都沒有一個得到廣泛認可的技術標準。有線技術基于專用通訊線纜，某種程度上來說其穩定性較好，但是可拓展性較差（系統擴展、改良需要重新布線）、成本高也是其難以跨越的門檻。與之相比無線技術的高速發展在可拓展性（靈活性）及經濟性方面都具有優勢。穩定性和安全性方面兩者各有千秋，都在不斷發展完善。
四、國內智能家居的現狀和問題
智能家居在中國經歷了近6 年的起步階段，發展速度緩慢，主要是因為沒有投入大量的資金，開發技術短期內也不成熟。[9]目前整個智能家居行業發展主要的成果還是反映在智能化的攝像頭、電視、電冰箱、傳感器、手機、空調、醫療設備、穿戴設備等一系列終端產品，及一些分散的智能家庭控制子系統的研究上，比如，三表抄送系統、門禁系統、可視對講系統、燈光控制系統、窗簾控制系統等。以“智能家居”系統作為產品目前仍沒有在市場上大規模出現，基本停留在概念階段。
隨著物聯網技術的日趨成熟，不斷融入智能家居，其內容發展越來越豐富，想象空間越來越大。但由于早期開發技術的不成熟，智能家居發展至今仍沒有普及，在技術、需求、經濟適用性等方面仍有諸多的問題有待解決。
1．技術層面
如上文所述，由于穩定性、經濟性、安全性、可拓展性等原因，當前無論有線技術還是無線技術都沒有一個得到廣泛認可的技術標準，處于百家爭鳴的階段。由于沒有開放的協議、統一的接口和數據庫，使得技術協調和系統整合比較困難。各設備之間、子系統之間難以實現互聯、互通和互操作，使得各個子系統之間形成“信息孤島”，且兼容性和可拓展性較差，難以實現真正智能化，也給系統集成商、服務運營商和客戶使用帶來困擾。
筆者認為，當前網絡和智能技術高速發展融合背景下，智能家居作為具有巨大市場潛力的新興產業，互聯網相關企業無論IT終端制造廠商、互聯網運營商，還是服務商和傳統家電制造商均把它視為新的增長爆發點。在巨大的市場利益驅動下，各種技術創新、改良都向著好的方向發展。但相關標準的建立、接口的統一，需要一個適應淘汰的過程。它無法由哪個組織或部門單獨完成，需要在市場競合過程中由相關企業、科研院所、相關協會等組織在用戶的認可下共同努力實現。
2．需求和經濟適用層面
目前，智能家居產品在滿足用戶需求和經濟適用方面存在的主要問題是，產品較為單一（受技術等原因限制）且價格高昂。筆者認為任何產品成功最核心的原因，是建立在滿足客戶需求的基礎之上。對于智能家居而言，客戶的需求具有多樣性、時效性、經濟合理性等特點。如前文所述，智能家居強調的是整體的環境，包括健康環境、人機互動的環境、安全的環境、經濟的環境，以用戶體驗為核心的整體環境的創造。要滿足上述需求，智能家居產品在技術滿足的前提下，要能夠做到解決方案多樣化、系統擴展便利化、用戶體驗簡單化、產品成本最低化。解決方案多樣化與系統擴展便利化是指，系統方案靈活多樣，既可以提供整體解決方案，也可以分部、分步提供。從客戶角度來說，最好能夠與不同品牌的系統解決方案兼容。客戶經過初步體驗后能有更大的選擇空間，同時在增加新系統或改良現有系統時不會給客戶造成過多不便。用戶體驗簡單化是指產品的控制界面或人機交互界面應想用戶所想，盡可能的“傻瓜”與智能，盡最大可能的從用戶角度出發。產品成本最低化是指在保證質量和功能完整性的前提下，盡可能降低生產、開發成本，在合理的利潤空間下投放市場。否則完美但溢價過高的產品是很難得到用戶認同的。
五、結論
本文通過對物聯網技術在智能家居領域應用的簡要分析認為，智能家居強調的是整體的環境，包括健康環境、人機互動的環境、安全的環境、經濟的環境，以用戶體驗為核心的整體環境的創造。基于物聯網技術的智能家居需要從技術層面、滿足用戶需求和經濟適用改善提高著手。技術層面的提高目前主要需要完成標準的建立和接口的統一，在市場競合的過程中由相關企業、科研院所、相關協會等組織在用戶的認可下共同努力實現。需求和經濟適用層面，需要企業在以用戶體驗為核心的基礎上不斷努力提高。使物聯網的運用在智能家居系統技術進步、功能擴展、服務方面，最終達到滿足人們對安全、舒適、方便和綠色環保的需求。
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物聯網與智能家居范文第5篇
【關鍵詞】物聯網 智能家居 標準化 無線通信技術
1 國內標準化現狀
我國政府對智能家居產業的重視程度逐步提高,工業和信息化部、發展和改革委員會、科技部已將家庭網絡列為未來中國高新技術發展領域的重點方向之一。而早在政策升溫之前,國內一些有產業前瞻性的企業已經在家庭網絡的技術研究、標準制定、產業推進等方面加大了投入力度,力圖在產業規模化之前占領市場先機。智能家居關聯的技術、產業眾多,而統一的技術標準體系可以理順關系,為產業的發展提供規范和引導,利于實現產品的互操作和產業規模化。經過幾年的發展,中國已經在電子、通信、建筑業、家電等幾個領域出臺了首批結合中國產業基礎、針對中國市場需求的智能家居標準。
(1)電子信息領域
智能家居是傳統電子信息產業發展的驅動力之一,它的應用推廣是產業升級換代的一個環節。因此,原國家信息產業部(現國家工業和信息化部)在家庭網絡標準領域首當其沖,先后組建了“信息產業部家庭網絡標準工作組”和“資源共享、協同服務標準工作組(IGRS)”等兩個部直屬標準工作組,并成立了“數字電視接收設備與家庭網絡平臺接口標準”工作組,該工作組以海爾集團為組長單位,其目的是制定家庭網絡系統平臺標準,共同開發擁有自主知識產權的相關標準規范。2004年7月26日,海爾集團聯合其他六家致力于中國家庭網絡產業的企業發起組建了“e家佳聯盟”。這些組織聯盟單位在消費電子和信息設備同時開展技術攻關與標準研究,并于2005年了“信息產業部家庭網絡標準工作組” 、“資源共享、協同服務標準工作組(IGRS)”、“e家佳聯盟”提出的標準,列舉如下:
SJ/T11311-2005 《信息設備資源共享協同服務 第4部分:設備驗證》;
SJ/T11313-2005 《家庭主網接口一致性測試規范》;
SJ/T11315-2005 《家庭控制子網接口一致性測試規范》;
SJ/T11316-2005 《家庭網絡系統體系結構及參考模型》。
基于上述標準,中國電子技術標準化研究所積極組織相關國內企業在IEC/TC100提交了家庭多媒體網關規范(現已進入CD階段),在ISO/IEC/JTC1/SC25提交了閃聯系列技術標準(現已進入FCD或CD階段)。
國內企業力圖通過國際標準化的方式,實現中國自主技術的國際化,爭奪技術標準制高點,同時為自主標準與國際技術標準的兼容和融合提供可操作的平臺。
(2)通信領域
在電信業,智能家居可作為電信網絡的延伸,將高速數據業務引入家庭內部,構建服務于電信業務的終端網絡,有利于豐富電信業務模式,帶來更多的商業利潤,因此它被電信業當作未來發展的重點業務之一。
2005年,中國通信標準化協會組建了家庭網絡特別工作組,研究基于電信網絡的家庭網絡技術標準。原信息產業部于2006年頒布了首批2個標準:
YD/T 1449.1-2006 《基于公用電信網的寬帶客戶網絡設備技術要求 第1部分:網關》;
YD/T 1448-2006 《基于公用電信網的寬帶客戶網絡總體技術要求》。
上述2個標準初步解決了家庭網絡的電信網關與電信網絡的銜接問題。
隨著3G的開展,與第三代通信網絡有關的IPv6也成為推動智能家居發展的重要標準內容,目前,中國IPv6標準化工作已經啟動。首批列入標準制定的內容包括IPv6基本協議、IPv6網絡總體要求、鄰居發現、無狀態地址配置、移動IPv6、路由協議OSPF和BGP4等。以后將分批陸續制定相關的中國IPv6標準。3GPP已與IETF合作制定出與IPv6相關的移動通信標準。中國作為3GPP的主要參加方之一,正提出與輕量級IPv6相關的移動通信標準。
(3)建筑與社區信息化領域
據國家標準化管理委員會要求,2003年,國家建設部牽頭成立了《建筑及住宅社區數字化技術應用》國家標準編制委員會,負責起草用于社區物業管理、建筑與家庭的安防、報警、三表等系統的標準化工作。國家標準化管理委員會于2006年頒布了由國家建設部制定的《建筑及居住區數字化技術應用》系列國家標準,包括四個子標準:
GB/T 20299.1-2006《建筑及居住區數字化技術應用第1部分:系統通用要求》
GB/T 20299.2-2006《建筑及居住區數字化技術應用第2部分:檢測驗收》
GB/T 20299.3-2006《建筑及居住區數字化技術應用第3部分:物業管理》
GB/T 20299.4-2006《建筑及居住區數字化技術應用第4部分:控制網絡通信協議應用要求》
2008年4月,全國智能建筑及居住區數字化標準化技術委員會(SAC/TC426)”獲得國家標準委員會的正式批復(國標委綜合【2008】108號)。其工作領域與國際標準化組織ISO/TC205 WG3建筑物環境設計技術委員會建筑物控制系統設計工作組相關聯,主要負責全國智能建筑及居住區數字化標準化的技術工作,包括智能建筑及居住區數字化技術、標準制修訂,相關產品檢測、認證等。2009年6月6日技術委員會(SAC/TC426)正式成立,并在京召開了成立暨第一次工作會議。技術委員會主要負責智能建筑物數字化系統領域國家標準的制修訂工作。
(4)家電行業
家電產業特別是傳統白色家電行業對于家庭網絡應用同樣存在自身需求。為了能夠將通信體制落實到家電終端,在中國家用電器研究院于2006年成立了標準工作組,負責起草用于白色家電的網絡家電控制規范。
國家發展和改革委員會于2006年頒布了由中國家用電器研究院制定的QB/T2836-2006《網絡家電通用要求》。該標準解決了白色消費電子產品中的網絡家電終端產品內部與家庭網絡接口的技術要求,其技術標準也部分支持了信息產業部頒布的家庭網絡標準技術標準。
(5)中國家庭網絡標準的未來走向
從已頒布的標準來看,中國電子信息產業在家庭網絡技術標準化進程中一直是一支重要的主導力量,電子信息產業發展的速度和活躍性使之有可能影響中國家庭網絡產業發展的方向。通過幾年的推進,在完善已有技術體系的基礎上,電子信息領域率先提出了國家標準制定計劃,力圖促進在更多的行業使用已有技術體制,推動多行業共進的局面。2007年12月,國家標準化管理委員會批準了由“信息產業部家庭網絡標準工作組”和“資源共享、協同服務標準工作組(IGRS)”骨干單位提出國家標準立項計劃共19項(略)。
因電信領域網絡側設備、協議還需要不斷完善,尤其是物聯網的發展給智能家居帶來新的內容,因此近期基于物聯網的智能家居還需要進一步開展標準化工作。
2 國外標準化現狀
智能家居的國際標準還缺乏完整的體系,而且智能家居的不同環節都有多種標準共存,如家庭網絡、綜合布線、通信技術等方面都存在此類現象。
(1)家庭網絡
關于智能家居的國際標準,目前主要集中在家庭網絡方面,家庭網絡的國際標準目前是多種并存,如HAVi、DLNA、HomePlug、ECHONET、HomePNA、PLC等協議。各家標準還存在需統一的問題。
1998年5月,松下、索尼、夏普、東芝以及飛利浦等8家公司成立標準制訂團體HAVi推動協議會,將電視機、錄像機以及大容量硬盤等視聽家電通過IEEE1394接駁到網絡上,并通過各個家電網絡進行遠程操作以及收發動態圖像數據的技術,2000年1月份公布了該標準的正式版本1.0。
HomePlug是美國家庭插電聯盟(HomePlug Powerline Alliance)的電線通訊標準接口之一,該標準由近50家公司共同制定,現時版本為1.0,其技術規格可把多組設備透過供應電源的電線互相聯系,而經HomePlug認證的產品可應用在個人電腦或支援以太網、USB及802.11的設備。
HomePNA是HomePhonelineNetworkAlliance,家庭電話線網絡聯盟的簡稱,該聯盟是一個非盈利性組織,致力于協調采用統一標準,統一電話線網絡的工業標準。該聯盟在1998由11個公司(包括3com、AMD、IBM等)共同建立,如今已有100多個公司加入,涉及的領域包括:網絡、電信、電腦硬件及其他電子工業。HomePNA接入方式是眾多家庭網絡接入方式競爭方案之一。HomePNA3.0于2005年5月被國際電聯(ITU-T)接受成為國際標準(G.9954)。
(2)綜合布線及總線技術
智能家居還涉及到綜合布線等技術內容,在綜合布線技術標準中,ITU了G.hn通用標準,涵蓋家庭電力線網絡、電話線和同軸電纜等基礎設施。此標準將允許每秒1GB的速度。而同軸電纜多媒體聯盟(MoCA)和HomePlug電力線聯盟也提出相應的標準,目前在此層面上的標準還缺乏統一。
現場總線控制技術是智能家居中控制技術的重要應用,具有數字處理和雙向高速通訊的能力,分散控制,網絡規模大且具有高度的穩定性。目前世界上現場總線的標準有200多個,有很多應用于建筑物的總線技術,它們中大多數是某個具體應用的解決方案。當前國際上具有代表性的現場總線技術與產品有FF總線、PROFI 總線、LON總線、BAC net、CAN 總線、INTER 總線和CC Link總線等。在智能家居領域常見的現場總線標準有:LonWorks、EIB、BACNET、CAN、PROFIBUS、CEBUS、APBus、X10等。LonWorks為80年代美國Echelon公司所提倡,并由世界各地LonMark協會的推動,由于其技術的先進性獲得廣泛支持,LonWorks總線已成為美國國家標準。
(3)無線通信技術
智能家居環境下,涉及到無線通信技術實現家居各個元素之間的互聯及互通,目前適于智能家居的技術主要有802.11系列、Bluetooth、Home RF、M2M等多種方案。
802.11b技術,是IEEE的無線局域網標準,目前802.11b、g標準已經完善,802.11n和UWB標準正在審定中。WLAN以其移動性和便捷性受到各方的青睞,尤其是基于OFMA和MIMO技術的802.11n的出現使之成為大眾所期望的終極互聯技術。經過多年的技術討論,802.11n的draft4.0已經通過,困擾11n的標準問題和互通問題也有望得到徹底解決。802.11n技術能帶來高達600Mbps的理論帶寬以及更高的無線覆蓋能力,使得無線承載多媒體應用,尤其是視頻媒體成為可能。當然作為一種無線技術,在家庭應用時受限于功率以及家庭建筑的影響,仍然不可避免地存在覆蓋問題以及在傳輸質量上無法達到有線傳輸的效果等問題。
藍牙技術是一種廉價的、低功能的無線網絡技術,用戶可以控制10m之內的藍牙設備。工作在2.4GHz頻段,數據速率為1Mbps。
HomeRF工作組是由美國家用射頻委員會于1997年成立的,其主要工作任務是為家庭用戶建立具有互操作性的話音和數據通信網。它推出HomeRF的標準集成了語音和數據傳送技術,工作頻段為10GHz,數據傳輸速率達到100Mbit/s,在WLAN的安全性方面主要考慮訪問控制和加密技術。HomeRF是對現有無線通信標準的綜合和改進:當進行數據通信時,采用IEEE 802.11規范中的TCP/IP傳輸協議;當進行語音通信時,則采用數字增強型無繩通信標準。該標準與802.11b不兼容,占據了與802.11b和Bluetooth相同的2.4GHz頻率段,應用范圍主要是在家庭網絡中使用。
M2M是智能家居結合移動通信網絡的無線通信技術,越來越受到電信運營商的重視,3GPP在M2M標準制定方面已經開展了大量工作,3GPP SA1工作組在2005年9月開始就針對M2M進行了研究,到2007年底完成了研究報告:TR 22.868《Facilitating M2M Communication in GSM and UMTS 》,并在2008年5月開始了TS階段的工作:TS 22.368 《Network improvement for MTC 》(NIMTC),3GPP SA3工作組在2007年9月成立了WI:TR 33.812 《Study on Remote management of USIM application on M2M Equipment 》研究UICC應用遠程管理的安全問題,包括分析安全威脅以及定義安全需求。ITU-T、ETSI、ISO/IEC主要從整體架構方面開展包括SG13的USN網絡的需求和架構設計,ETSI M2M TC的M2M需求和功能架構以及ISO/IEC JTC1 SC6 SGSN的SN研究報告的研究。
(4)智能建筑及多媒體
在智能建筑領域專門針對智能建筑的總線和通信協議,主要有美國的BACnet和CEBus、歐洲的EIB等。樓宇自動控制網絡數據通信協議BACnet由美國供熱、制冷與空調工程師協會組織的標準項目委員會于1995年6月正式通過制定。標準編號為ANSI/ASHRAE Standard 135-1995,同年12月正式成為美國國家標準,并得到歐盟標準委員會的承認,成為歐盟標準草案。2000年1月ISO/TC205委員會的15個國家(中國、法國、日本、英國、美國等)的代表一致通過決議,將BACnet作為“委員會草案”進行廣泛評議,適當修改后列為“國際標準化草案”,最后成為國際標準。
國際電工委員會音頻、視頻、多媒體系統和設備分技術委員會(IEC/TC100)與ITU等國際組織和廠商進行聯絡,在網絡側的內容管理與維護、終端側的機頂盒(或多媒體終端)軟硬件設計、接口、人機交互界面等開展合作,IEC/TC100針對網絡多媒體的標準化工作也在穩步推進。IEC/TC100的TA11(多媒體信息質量,Quality of Multimedia Information)已開展PWI61966第十部分網絡彩色圖像質量評估和第11部分網絡視頻質量評估等標準的編制工作。IEC/TC100的AES(Audio Engineering Society)和SMPTE(Society of Motion Picture and Television Engineers)在家庭多媒體國際標準中具有較大的影響力。
3 標準化小結及發展建議
物聯網作為國家戰略性新興產業的重要部分,智能家居作為物聯網的重要應用得到政府的支持,由于智能家居和物聯網涉及的行業較為廣泛,各行業之間、用戶之間有較強的相對獨立性,使得基于物聯網的智能家居在現有的架構下,沒有統一的標準可以遵循,終端和網絡配合欠佳、重復開發現象嚴重、行業用戶開發和維護成本居高不下、各類應用無法有效管理、服務質量無保證等問題,這在一定程度上制約了智能家居的快速推廣和規模化發展。
智能家居系統的可集成性是建立在系統的開放性基礎之上的,這就要求系統所采用的協議必須有廣泛的產品支持,單一廠商的子系統不能構成智能家居系統。
關于智能家居的標準問題,在國際上也沒有統一,目前也只是在個別領域方面有些規范。例如消費電子產品的CEB行業標準、lonwork的工業標準和EIB的低壓電氣的安裝標準等。國內剛開始是獨立功能的產品,所以在自成小體系中各有自定義的標準(國外標準的變異)。家庭網絡標準繁多,如UPNP、DLNA、UOPF、ECHONET、HomePNA、PLC等協議。在原信息產業部的主持下制定和了“e家佳”和IGRS兩個與智能家居有關的標準,但也不完善。局域網絡(TCP/IP)和輕量級IPv6是未來的智能家居主要的通訊協議,與常規的網絡標準基本統一。
當前,由于技術標準目前還難以統一,電信運營商、智能家居設備制造企業、應用開發商、業務集成商、智能小區開發商等一系列商家的配合還尚需時日;另一方面,用戶現階段也有不同的實際功能需求等因素。因此,對于分步實現、個體住宅,也不必等待統一的技術標準,可以先行一步。采用標準與非標準并舉方式,更符合千差萬別的市場實際,更有利于啟動市場。
但在國家層面,從規范市場和可持續發展的角度,標準的制定至關重要,可以從以下幾個方面制定技術標準:
智能家居傳感器終端接口標準;
智能家居通信協議標準;
智能家居系統架構標準;
智能家居集中控制技術標準;
智能家居業務提供平臺技術標準。
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