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物聯(lián)網智能家居實訓系統(tǒng)
智能家居就是以住宅為平臺，兼?zhèn)浣ㄖ?、網絡通信、 信息家電、設備自動化，集系統(tǒng)、結構、服務、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。
我們利用當前智能家居技術的新理念與技術, 開發(fā)技術先進、性能卓越、實用性強的物聯(lián)網智能家居實 現(xiàn)系統(tǒng)，并指導學生掌握其管理與維護技術。
1物聯(lián)網智能家居實訓系統(tǒng)組成和內涵.
物聯(lián)網智能家居實訓系統(tǒng)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(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、 智能窗簾等子系統(tǒng)，及物聯(lián)網應用.上位機管理軟件組成， 各子系統(tǒng)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(tǒng)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(lián)網智能家居應用，又能掌握 相應技能和知識的實訓系統(tǒng)。
本開發(fā)平臺實現(xiàn)對物聯(lián)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(lián)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(tǒng)、 Wifi、Internet 端應用軟件開發(fā)教學，設計提供了智能家 居多個子系統(tǒng)的應用實訓，該系統(tǒng)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(fā)。
開發(fā)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(fā)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(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C管理平臺并存入數(shù)據(jù)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(tǒng)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(jù)自己的設計想法改變模擬房間 內環(huán)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(jiān)控等遠程控制、訪問。 該裝置能進行智能家居系統(tǒng)設計、線路的設計與連接、調 試、故障排除、系統(tǒng)配置等實驗和實訓。
在打分環(huán)節(jié)考慮到人為因素對比賽結果的影響，在系 統(tǒng)中，特別設計了自動評分功能，對各個系統(tǒng)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(jù)。
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(lián)動，實現(xiàn)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(jiān)測，針對突發(fā)事件做出緊急處理，與 SM/GPRS短息貓聯(lián)動，當發(fā)現(xiàn)有異常時攝像機自動截取畫 西開發(fā)送消甚至指定手機或報警。
2.3人臉識別門禁
人臉識別門禁系統(tǒng)由主人臉識別門禁機、門禁控制器 和電鎖組成(聯(lián)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(fā)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(xiàn)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(jiān)控(可由電腦發(fā)指令開/關所 有門，并可實時查看所有門的狀態(tài))數(shù)據(jù)處理、查詢、報 衰輸出等。
2.4智能音響
包括智能音響管理軟件模塊、情景音樂系統(tǒng)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(xiàn)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(fā)送短息到指 定手機。
2.6能耗監(jiān)測
包括能耗管理軟件模塊、智能插座、能耗統(tǒng)計模塊。 通過智能插座實現(xiàn)所有電器通過數(shù)據(jù)采集終端，無線網絡， 實現(xiàn)無線抄表、管理功能?？梢远ㄖ平y(tǒng)計分析功能，并通 過監(jiān)控系統(tǒng)控制臺、智能手機實現(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
本系統(tǒng)包括環(huán)境監(jiān)測管理軟件模塊、溫濕度、光敏無 線通信模塊。實現(xiàn)溫度、濕度、光敏等監(jiān)測，針對環(huán)境參 數(shù)設備智能開啟相關設備自動調節(jié)環(huán)境溫濕度或與其他系 統(tǒng)進行聯(lián)動，對突發(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(lián)動，實 現(xiàn)自動化。
2.9.上位機管 理軟件
系統(tǒng)包括照明、窗簾、能耗、電器、安防、環(huán)境監(jiān)測、 實訓評估模塊，本實訓管理平臺是以上各個系統(tǒng)的一個綜 合性、集中管理平臺。內容包括:系統(tǒng)的實時狀態(tài)查看、 遠程控制、數(shù)據(jù)存儲、統(tǒng)計分析、參數(shù)設置、預警。如圖1所示。
3系統(tǒng)特色
真實的家居環(huán)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(huán)境的智能家居系統(tǒng)，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(tǒng)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(tǒng)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(jù)自己的設計完成施工。
4總結
本文介紹了一個物聯(lián)網智能家居實訓系統(tǒng)的設計與實現(xiàn),系統(tǒng)中模擬了智能家居中的部分場景,并在實驗室環(huán)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(lián)網智能家居系統(tǒng)的設計分析,有利于提升基于物聯(lián)網智能家居系統(tǒng)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。
我們利用當前智能家居技術的新理念與技術, 開發(fā)技術先進、性能卓越、實用性強的物聯(lián)網智能家居實 現(xiàn)系統(tǒng)，并指導學生掌握其管理與維護技術。
1物聯(lián)網智能家居實訓系統(tǒng)組成和內涵.
物聯(lián)網智能家居實訓系統(tǒng)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(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、 智能窗簾等子系統(tǒng)，及物聯(lián)網應用.上位機管理軟件組成， 各子系統(tǒng)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(tǒng)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(lián)網智能家居應用，又能掌握 相應技能和知識的實訓系統(tǒng)。
本開發(fā)平臺實現(xiàn)對物聯(lián)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(lián)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(tǒng)、 Wifi、Internet 端應用軟件開發(fā)教學，設計提供了智能家 居多個子系統(tǒng)的應用實訓，該系統(tǒng)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(fā)。
開發(fā)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(fā)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(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C管理平臺并存入數(shù)據(jù)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(tǒng)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(jù)自己的設計想法改變模擬房間 內環(huán)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(jiān)控等遠程控制、訪問。 該裝置能進行智能家居系統(tǒng)設計、線路的設計與連接、調 試、故障排除、系統(tǒng)配置等實驗和實訓。
在打分環(huán)節(jié)考慮到人為因素對比賽結果的影響，在系 統(tǒng)中，特別設計了自動評分功能，對各個系統(tǒng)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(jù)。
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(lián)動，實現(xiàn)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(jiān)測，針對突發(fā)事件做出緊急處理，與 SM/GPRS短息貓聯(lián)動，當發(fā)現(xiàn)有異常時攝像機自動截取畫 西開發(fā)送消甚至指定手機或報警。
2.3人臉識別門禁
人臉識別門禁系統(tǒng)由主人臉識別門禁機、門禁控制器 和電鎖組成(聯(lián)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(fā)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(xiàn)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(jiān)控(可由電腦發(fā)指令開/關所 有門，并可實時查看所有門的狀態(tài))數(shù)據(jù)處理、查詢、報 衰輸出等。
2.4智能音響
包括智能音響管理軟件模塊、情景音樂系統(tǒng)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(xiàn)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(fā)送短息到指 定手機。
2.6能耗監(jiān)測
包括能耗管理軟件模塊、智能插座、能耗統(tǒng)計模塊。 通過智能插座實現(xiàn)所有電器通過數(shù)據(jù)采集終端，無線網絡， 實現(xiàn)無線抄表、管理功能?？梢远ㄖ平y(tǒng)計分析功能，并通 過監(jiān)控系統(tǒng)控制臺、智能手機實現(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
本系統(tǒng)包括環(huán)境監(jiān)測管理軟件模塊、溫濕度、光敏無 線通信模塊。實現(xiàn)溫度、濕度、光敏等監(jiān)測，針對環(huán)境參 數(shù)設備智能開啟相關設備自動調節(jié)環(huán)境溫濕度或與其他系 統(tǒng)進行聯(lián)動，對突發(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(lián)動，實 現(xiàn)自動化。
2.9.上位機管 理軟件
系統(tǒng)包括照明、窗簾、能耗、電器、安防、環(huán)境監(jiān)測、 實訓評估模塊，本實訓管理平臺是以上各個系統(tǒng)的一個綜 合性、集中管理平臺。內容包括:系統(tǒng)的實時狀態(tài)查看、 遠程控制、數(shù)據(jù)存儲、統(tǒng)計分析、參數(shù)設置、預警。如圖1所示。
3系統(tǒng)特色
真實的家居環(huán)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(huán)境的智能家居系統(tǒng)，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(tǒng)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(tǒng)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(jù)自己的設計完成施工。
4總結
本文介紹了一個物聯(lián)網智能家居實訓系統(tǒng)的設計與實現(xiàn),系統(tǒng)中模擬了智能家居中的部分場景,并在實驗室環(huán)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(lián)網智能家居系統(tǒng)的設計分析,有利于提升基于物聯(lián)網智能家居系統(tǒng)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。
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