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物联网驱动的智能家居系统:趋势与应用探索
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更新于2024-06-23
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本篇学位论文探讨的是"基于物联网技术的智能家居系统",它是在互联网技术之后崛起的新兴信息技术领域,被誉为信息产业的第三浪潮。物联网的核心是互联网的延伸,通过射频识别(RFID)、光电感应器、全球定位系统(GPS)、激光扫描器等多种传感设备,按照预设协议将任何物体与互联网相连,实现物体的智能化识别、定位、监控和管理。这些传感器捕捉实时数据,支持物与物、人与物的实时交互,推动着2011年中国物联网市场规模超过2600亿元人民币。 智能家居系统是物联网应用的一个重要分支,它通过整合计算机技术、网络通信技术以及综合布线技术,构建起包括家庭安全防护系统、网络服务系统和家庭自动化系统的集成系统。目标是打造一个全面、安全、舒适的居住环境,并提供便捷的通讯网络。智能家居系统能够将家庭生活中的各种子系统如照明、温控、安防、娱乐等统一管理和控制,提升生活的舒适度、安全性及效率。 随着科技的进步和生活水平的提高,人们对于家居环境的需求不再仅限于基本功能,而是追求更高的智能化和个性化体验。智能建筑的兴起使得智能家居的概念得以不断拓展,涵盖了休闲娱乐等多个层面,展现出广阔的发展前景。因此,基于物联网技术的智能家居系统的研究不仅满足了现代家庭的智能化需求,也反映了信息时代下人们生活方式的转变。
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梁力源:基于物联网技术的智能家居系统
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住户提供安全舒适、高效便利的学习生活及工作环境。家居智能化系统将家庭中各种
与信息相关的通信设备、家用电器以及家庭保安装置通过有线或无线的方式连接起来,
并进行集中或异地的监控、管理,保持家庭住宅环境的舒适、协调。
1.2 国内外的现状及发展趋势
智能家居的发展分为三个阶段
[2]
:
首先是家庭电子化(Home Electronics)阶段,这个时期主要是面向单个的电器,
家庭电器之间并没有形成网络,亦没有大的联系。
其次是住宅自动化(Home Automation)阶段,这个时期是面向功能的阶段,一部
分的家庭电器之间形成了简单的网络,主要是为了实现某个特定单一的功能,例如单
一的自动抄表功能。
最后是家居智能化(欧洲称为 Smart Home,美国称为 Wise House)阶段,这个时
期是面向系统设计的阶段,系统通过家庭分布总线把住宅内各种与信息相关的通信设
备、家用电器、报警装置并到网络节点中进行集中的监控、管理,保持家电与环境的
协调,提供生活、工作、学习以及娱乐的各种优质服务,营造一种温馨舒适的家庭氛
围。
智能家居控制系统提供高效、舒适的家居环境,确保住户的生命财产安全;集中
或远程调节家居环境的温度、湿度以及风的速度等,同时检查空气成分,提高空气质
量;调节音响,电视等娱乐设施,愉悦心情;合理利用太阳能活周遭环境的变化,尽
可能的节约能耗,达到合理利用资源;提供现代化的通信、信息服务。
1.2.1 国外的发展现状
1984 年,世界上第一幢智能建筑在美国康涅迪格州落成,这栋意义非凡的建筑只
是对一座旧式大楼的一定程度的改造而完成的。它只是采用计算机系统对大楼的空调、
电梯、照明等设备进行监控,并提供语音通信、电子邮件、情报资料等方面的信息服
务。2000 年,新加坡有近 30 个社区的约 5000 户家庭采用了这种家庭智能化系统,而
美国的安装住户高达 4 万户。2003 年,网络化家居的建设带来了高达 4500 亿美元的市
场价值,这其中有 3700 亿美元是智能家电硬件产品的价值,剩余的部分则是软件和技
术支持服务的费用。现在,国外的智能家居系统技术己日趋成熟,预计今年,50%以
上的新房将具有一定的“智能型家居”功能。于此同时,由于技术的日益标准化,这
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2013 届计算机科学与技术专业毕业设计(论文)
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些新型智能家居系统将比比尔.盖茨耗资 6000 万美元的高端别墅便宜得多。
在智能家居系统研发方面,美国及一些欧洲国家一直处于领先地位。近年来,以
美国微软公司及摩托罗拉公司等为首的一批国外知名企业,先后挤身于智能家居的研
发中。例如:微软公司开发的“梦幻之家”、摩托罗拉公司开发的“居所之门”、IBM 公
司开发的“家庭主任”等均已日趋成稳。此外,日韩新等国的龙头企业纷纷致力于家
居智能化的开发,对家居市场更是跃跃欲试。
目前市场上出现得智能家居控制系统主要有:
(1)X-10 系统(美国),该系统是利用电力线作为网络平台,采用集中控制方式
实现。这套系统的功能较为强大,与其它家居控制系统如 ABB、C_BUS 等比起来更容
易接收,使用也相对简单。因为实现同样的功能,X-10 家居控制系统是利用 220v 电力
线将发射器发出的 X-10 信号传送给接收器从而实现智能化的控制,因此采用这套系统
不需要额外的布线,这也是这套系统的最大的一个优势,因为其它系统基本上都需要
布低压线,在墙上或地面开槽、钻孔,施工难度大、费用高、工期长。但由于缺乏在
国内市场推广的条件且价格昂贵,该系统在国内应用极少。
(2)EIB 系统(德国),该系统采用预埋总线及中央控制方式实现控制功能。但
由于其工程要求复杂严苛,并且价格较高,因此一直无法打开国内市场。
(3)8X 系统(新加坡),该系统采用预处理总线跟集中控制方式来实现功能。它
的优点在于利用的产品对系统进行扩展,系统较为成熟,比较适合中国国情。但是由
于系统架构、灵活性及产品价格等方面还难以达到要求,所以目前在国内还较少应用。
1.2.2 国内的发展现状
20 世纪 90 年代后期,我国的智能小区日益兴起。众所周知,我国的智能化住宅建
设最早起于上海、广州和深圳等沿海城市,并逐渐向内陆发展
[3]
。在 97 香港回归之际,
在建设部“97 跨世纪住宅小区案竞赛活动”中,上海中皇广场被建设部科技委员会列
为全国首家“智能住宅示范工程”,揭开了全国智能小区发展的序幕。1999 年,建设部
勘察设计司、建设部住宅产业化办公室联合组织实施全国住宅小区智能化技术示范工
程,标志着我国住宅小区智能化进入了一个新阶段。随着信息化走进了千家万户,由
国家经贸委牵头成立了家庭信息网络技术委员会,而信息网络技术体系研究及产品开
发已经被列为了国家技术创新的重点专项计划。据建设部要求,截止今年,我国将有
70%以上的家庭拥有 Internet 入网设备,大中城市中 50%的住宅要实现智能化。
我国的智能家居相对于国外起步较晚, 尚未形成一定的国家标准。目前,主要采
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梁力源:基于物联网技术的智能家居系统
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用国外的一些技术产品,但也有一些企业推出了自己的产品,主要有:
(1)e 家庭(海尔),该系列产品以海尔电脑作为控制中心,各种网络家电作为终
端设备,海尔移动电话作为移动数字控制中心。海尔在技术上同微软合作,利用微软
的 Windows Me 技术和海尔的网络家电,使“e 家庭”已具雏形,已推出了网络洗衣机、
网络冰箱、网络空调、网络微波炉等一系列网络家电。
(2)e-home 数字家园(清华同方),该智能家居控制系统是专门针对中国家庭设
计的,遵循国际技术标准,采用嵌入式软、硬件技术,提供网络、网络节点及末端设
备。产品以功能模块开发为主,基于国外成熟的智能家居标准之上。其智能家居控制
系统主要有以下三个部分:
A 系列:遵循 EIB 协议的家庭控制产品,适用于中高档住宅区。
B 系列:遵循 X-10 协议的家庭控制产品,适用于中档住宅区。
易家三代:配电箱集中安装式家庭控制产品。
国内各大软、硬件机构正在积极的研制、开发更为符合市场的智能化家居设备,
以解决当前智能化产品实用性差、使用复杂及产品价格昂贵等缺点,而技术创新性也
逐步向国际先进水平靠拢,这样的未来值得期待。
1.3 本课题研究的目的和意义
根据前面提到的一些调查结果及数据可以看出,虽然目前智能家居系统有了一定
的发展,并且市场上也开始出现相应的产品,但从总体的发展来看,不容乐观,特别
是统一标准和权威产品的缺乏严重影响了家居智能化的发展。随着科技的提高,经济
的发展,人们的物质生活水平的提高,对家居环境的要求也越来越高,作为家居智能
化的核心部分——智能家居控制系统也越发显得重要。家居智能化控制的开发和建设
是未来国家、经济发展的必然趋势
[4]
。
智能家居控制器可以为系统提供智能控制方案,使住户的控制更便捷,更高效,
更能为家庭的日常活动节约不必要的能耗。而且在现在这个注重绿色环保的世界里,
智能地为住户控制好空气的湿度、温度等,检查分析空气成分,让住户安心入住。同
时,智能家居控制器可以根据住户的要求调整方案,加强紧急处理,危机救护等急救
控制,充分达到只要是“用户想要的,就是我们追求的”宗旨。
1.4 本课题研究的基本内容
本次设计是基于 ARM9 的 S3C2440 核心处理器,以 Linux 嵌入式系统为家居总中
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