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摘要：随着科技的发展与网络技术的广泛应用，智能家居技术逐渐运用于人们生活当中。物联网是指运用自动化的传感设备实现物质与互联网的交融，进行信息通讯与智能化操作管理的一种网络模式。智能家居利用基于互联网技术的智能管理系统能实现家居舒适、安全的特性，为人们提供更好的家庭居住环境，实现数字化与智能化的生活。本文首先阐述了物联网的含义与核心技术，然后对家居物联网技术在智能家居系统中的应用做出了具体的说明，对智能家居在未来生活中研究与应用提供了参考。
关键词：物联网技术；智能家居系统；设计
前言：
21世纪是物联网的时代，在科技日新月异、生活水平不断提高的今天，对于家居环境人们也提出了更高的要求，20世纪70年代美国就提出了智能家居的概念，发展到今天，家智能家居系统已颇为成熟。一般来说智能家居系统是利用网络技术、通信技术将家用电器、通信设备、安保监控设备等进行有机整合，并进行远程控制和管理的家居设备系统。智能家居正在日渐兴起，由于其便捷化、人性化、自动化、智能化的特点，受到越来越多的人民追捧。
一、物联网的定义与核心技术
智能家居的概念在20世纪中期就已经出现，随着计算机信息技术和互联网技术的发展，为智能家居注入了新的内容，但是目前智能家居并没有在每家每户中普及。智能家居作为物联网的一部分和人们的生活息息相关，是人们感受物联网最直接的方式。通过普及智能家居系统，人们将充分感受到物联网革命带给人们的方便、快捷与智能化（图1所示是智能家居系统的基本框架图）。近年来随着物联网技术研究的不断深入、云计算技术也日趋成熟，这带动了智能家居系统的相关设备的发展，为智能家居的普及提供了新的机遇及挑战。
物联网（InternetofThings，简称：IOT）是一种基于互联网发展与延伸的新兴网络模式，是以互联网为核心的扩展网络，是从用户端延伸到物品，实现了物与物间的信息交换与通信交流。物联网核心技术包括全球定位系统、传感器、红外感应等传感设备以及应用软件与网络服务等，其中比较重要核心技术有RFID技术、WSN技术与传感器。
图1智能家居系统框架
1，1信息家电
信息家电应该是一种价格低廉、操作简便、实用性强、智能化的家居电器产品。利用电脑、电信和电子技术与传统家居电器相结合的创新产品，是为数字化与网络技术更广泛地深入家庭生活而设计的新型家用电器。在目前的传统家居电器的基础上，将信息技术融入传统的家居电器当中，使其功能更加强大，使用更加简单、方便和实用，为生活起居创造更高品质的生活环境，比如模拟电视发展成数字电视，电饭锅、电冰箱、空调、洗衣机等也将会变成数字化、网络化、智能化的信息家电。
1，2信息处理模块
为了使相互独立的信息家居电器可以实现信息共享与协同工作，智能家居系统中必须设置专门的信息处理模块。它的功能等同人体的大脑，主要是收集家庭中各个家居电器的工作状态和服务请求，对各个家电数据进行实时处理，并将结果送入功能驱动模块。随着家庭中信息家居电器产品数量的不断增加，采用分布式的控制方式将会拥有具有更高的灵活性，这将会是未来智能家居系统的发展趋势。
1，3通信模块
如果说信息处理模块是智能家居系统的大脑，那么通信模块就是实现信息传导的神经网络。根据家庭组网的特点，通信模块常利用已有的布线（如综合布线系统），或者采用无线传输（如蓝牙、红外、Wi-Fi）等。传输不同的信息，家居电器对传输的带宽要求各不相同，因此，现实生活当中的通信模块常采用多种方式组网。
1，4功能驱动模块
功能驱动模块是各个智能家居电器的信息流入、流出接口。由于各个电器生产厂商的产品在功能和实现上都有很大的不同，所以必须通过功能驱动模块将信息处理模块的指令翻译成电器可以执行的电平信号，以及将电器的各种状态信息转换成信息处理模块可以理解的二进制信息。
1，5外界信息接口模块
该模块可以看成是一个家庭通向外界（如Internet）的网关，它在家庭内部各种家居电器信息共享的基础上，进一步实现了基于Internet的资源共享，从而更进一步实现了共享的深度和广度，也将是未来智能家居系统发展的热点。
二、智能家居的主要功能模块与解决方案
智能家居系统主要有五个模块：主控模块、电器控制子系统、照明控制子系统、安全控制子系统以及网络控制子系统，五个模块有不同的功能，但是互相之间相互关联、相互配合，组成完整的逻辑结构，指导并控制智能家居的整体运行，提高了家居的信息化水平，为人们提供安全、舒适、智能的家居环境。智能家居有不同的房间模式，根据用途的不同区分了功能分区，利用家电设备实现家居额外功能的满足，满足人们对家电设备智能的生活需求，为人们创造和谐、舒适的居家环境。
三、物联网技术
物联网被称为是继计算机和互联网信息产业后的第三次革命性创新，物联网应用无处不在。物联网是让所有的物品都能够远程感知和控制，并与现有的网络连接在一起，形成一个更加智慧的生活生产体系。物联网技术层次由感知层、传输层和应用层组成（图2所示是物联网技术的层次结构）。
图2所示是物联网技术的层次结构
物联网以传感器等传感技术为基础，实现信息采集和“物”的识别，通过传输层实现数据的传输与计算，经过应用层，实现所感知信息的应用服务。
四、智能家居的主要技术
智能能家居系统应用的主要技术包括网络控制技术、通信技术和移动终端技术。
3，1网络控制技术
3，1，1通过家庭网关的互联
家庭网关是智能家庭局域网的核心部分，主要完成家庭内部网络各种不同通信协议之间的转换和信息共享，以及同外部通信网络之间的数据交换功能。同时，网关一般还负责家庭智能设备的管理和控制。
3，1，2通过外部扩展模块实现与家电的互联
为实现家用电器的集中控制和远程控制功能，家庭智能网关通过有线或无线的方式，按照特定的通信协议借助外部扩展模块控制家电或照明设备。
3，1，3嵌入式系统的应用
以往的智能家居中，绝大多数是由单片机控制的。随着新功能的不断增加和性能的不断提升，将处理能力大大增强的具有网络功能的嵌入式操作系统和单片机的控制程序作相应的调整，使之有机地结合成为完整的嵌入式系统。
3，2通信技术
通信技术分为有线通信和无线通信技术，大多已日臻成熟。基于ZigBee技术的智能家居无线网络系统，由于具有低成本、低功耗、较远的覆盖范围及通用性强的特点，将成为智能家居系统中的又一亮点，必将给现代智能家居系统带来一场新的变革。
3，3移动终端技术
移动智能终端以智能手机为代表，另外还包含平板电脑、笔记本、智能电视等。移动智能终端内嵌嵌入式操作系统，目前被广泛推崇和得到迅速发展的是开放的、自由的Android系统，主要应用在移动互联网方面。移动互联网是将移动通信和互联网二者结合起来的、融为一体的移动通信网络，在最近几年里，移动通信和互联网是当今世界发展最快、市场潜力最大、前景最诱人的两大业务，它们的增长速度是任何预测家未曾预料到的。
五、基于ZigBee和移动终端技术的智能家居系统
6，1系统框图和主要实现原理
基于ZigBee的智能家居系统是未来智能家居系统的主流，该系统包含终端节点、路由器节点、传感器网络用户终端、远程监控终端（如手机移动终端）等（图3所示就是基于ZigBee和移动终端技术的智能家居系统图）。
图3基于ZigBee和移动终端技术的智能家居系统
在基于ZigBee和移动终端技术的智能家居系统中，终端节点是整个网络的关键，它的作用是开启并配置无线传感器网络。网络启动成功后，通过路由器节点、网络用户终端，无线传感器网络接收各节点的信息，并处理这些数据，将有用信息通过用户交互程序显示给用户，然后接收用户指令，再通过无线传感器网络将指令传递到相应的设备终端节点。如果要通过互联网远程控制，那么传感器网络用户终端还要连接到互联网，接收来自远程智能终端
的指令，起到无线传感器网络与远程终端通信桥梁作用。
6，2系统采用ZigBee技术的主要特点
6，2，1功耗低。具备多种休眠模式，在待机模式下，普通电池即可支持长达数月甚至一到两年的连续工作。
6，2，2可靠性高。ZigBee采用CSMA-CA碰撞避免机制，避免了数据包发送时信道的竞争和冲突。其MAC层采用完全确认的数据传输机制，设备发送出去的每一个数据包，接收设备在接收之后都必须回传一个确认信息，发送方才能开始新的传输。
6，2，3网络容量大。具有星型结构、树状结构、网状结构等拓扑，一个全功能设备可以管理254个节点设备，全功能设备之间还能组成覆盖范围更大的网络，网络的最大容量可达2542个节点。
6，2，4成本低。ZigBee网络的重要特点就是数据传输速率低，通信协议简单，极大地降低了组网的成本。大范围组网时，每个节点的成本可以降到3美元以下。
6，2，5数据安全。ZigBee提供了完整的安全机制，有效防止网络被篡改，防止信息的截获与窃听，并提供了多种加密方法保证数据传输的安全性。
6，2，6通用性。由ZigBee技术联盟主导ZigBee标准的制定与修改，并保持了设备和协议通用性和完好的开放性。
6，3系统采用移动终端技术的主要特点
移动终端应用移动互联网，而移动互联网是将移动通信和互联网二者结合起来的、融为一体的移动通信网络。在最近几年里，移动通信和互联网是当今世界发展最快、市场潜力最大、前景最诱人的两大业务，具有广阔的应用前景。
典型的移动终端平台是Android平台。Android是Google公司针对智能终端开发的一个平台，基于linux内核，是开放、开源的系统，其大部分应用主要是用java开发，具有很好的跨平台性。实际上，移动终端就是一个可移动的计算机。
结束语：
本文对基于物联网技术的智能家居系统进行了研究与探讨，分析了智能家居的架构和物联网技术层次，提出了一套基于ZigBee和移动终端技术的智能家居系统。该系统采用ZigBee技术和移动终端技术，具有诸多显著特点。本文在家居系统中选择ZigBee通信技术，系统在应用中选择移动终端技术，移动终端技术具有基于移动互联网和可靠的嵌入式等特点，使智能家居控制系统具有智能化和可移动性。基于ZigBee和移动终端技术的智能家居系统能将家庭中的家居设备连接到网络中，使传统家居设备具有自动化、智能化等新特征，是未来智能家居的主流发展模式。
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