基于物聯(lián)網(wǎng)技術的智能家居控制系統(tǒng)設計方案

　　隨著人們生活水平的提高和科技的發(fā)展，家庭智能化已成為一種必然趨勢而深入千家萬戶。家庭智能化即智能化家居（Smart Home），亦稱數(shù)字家園（Digital Family）、家庭自動化（Home Automation）、電子家庭（E-home）、智能化住宅（Intelligent Home）、網(wǎng)絡家居（Network Home）、智能屋（Wise House，WH）、智能建筑（Intelligent Building）等。它是利用計算機、通信、網(wǎng)絡、電力自動化、信息、結構化布線、無線等技術將所有不同的設備應用和綜合功能互連于一體的系統(tǒng)。它以住宅為平臺，兼?zhèn)浣ㄖ?、網(wǎng)絡家電、通信、家電設備自動化、遠程醫(yī)療、家庭辦公、娛樂等功能，集系統(tǒng)、結構、服務、管理為一體的安全、便利、舒適、節(jié)能、娛樂、高效、環(huán)保的居住環(huán)境。其從控制層次來分，一般由中央控制中心、家居智能控制終端、小區(qū)智能控制系統(tǒng)、家庭網(wǎng)關和外部網(wǎng)絡幾部分組成。

1 智能家居系統(tǒng)體系結構

　　家居系統(tǒng)主要由智能燈光控制、智能家電控制、智能安防報警、智能娛樂系統(tǒng)、可視對講系統(tǒng)、遠程監(jiān)控系統(tǒng)、遠程醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)等組成，框圖如圖1所示。

圖1 智能家居系統(tǒng)結構框圖

2 系統(tǒng)主要模塊設計

　　2.1 照明及設備控制

　　智能家居控制系統(tǒng)的總體目標是通過采用計算機、網(wǎng)絡、自動控制和集成技術建立一個由家庭到小區(qū)乃至整個城市的綜合信息服務和管理系統(tǒng)。系統(tǒng)中照明及設備控制可以通過智能總線開關來控制。本系統(tǒng)主要采用交互式通信控制方式，分為主從機兩大模塊，當主機觸發(fā)后，通過CPU將信號發(fā)送，進行編碼后通過總線傳輸?shù)綇哪K，進行解碼后通過CPU觸發(fā)響應模塊。因為主機模塊與從機模塊完全相同，所以從機模塊也可以進行相反操作控制主機模塊實現(xiàn)交互式通信。系統(tǒng)主框圖如圖2所示，系統(tǒng)主從模塊的程序流程圖如圖3所示。其中主機相當于網(wǎng)絡的服務器，主要負責整個系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作。

圖2 燈光及家居設備控制框圖

圖3 系統(tǒng)模塊程序流程圖

　　對于燈光控制，可以形成不同的燈光情景模式，以營造舒適優(yōu)雅的環(huán)境氣氛。為了提高系統(tǒng)的可維護性及可靠性，設計時應使系統(tǒng)具有智能狀態(tài)回饋功能、故障自動報警功能、軟啟動功能。系統(tǒng)能自動檢查負載狀態(tài)，檢查壞燈、少燈，保護裝置狀態(tài)等；也可以根據(jù)季節(jié)、天氣、時間、人員活動探測等作出智能處理，達到節(jié)能目的。

　　對于其他家電設備及窗簾控制，與照明控制類似，均可采用手動和自動控制兩種方式。

　　2.2 智能安防及遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計

　　智能安防系統(tǒng)主要由各種報警傳感器（人體紅外、煙感、可燃氣體等）及其檢測、處理模塊組成。入侵檢測報警電路及其他火災、燃煤氣泄漏報警電路類似，其中入侵檢測報警框圖及電路如圖4所示。

圖4 入侵檢測報警框圖及電路

　　圖4中，DTMF（雙音多頻）收發(fā)電路如圖5（a）所示，其核心芯片為MT8880，可接收和發(fā)送DTMF全部16個信號，具有接收呼叫音和帶通濾波功能，能和微處理器直接對接。其自動摘掛機可以通過單片機I／O口控制一個繼電器的開關，繼電器的控制端連接一個電阻接入電話線兩端，從而完成模擬摘掛機。

　　GPRS通信模塊——TC35模塊主要通過串口與單片機連接，實現(xiàn)單片機對TC35模塊的控制，從而實現(xiàn)遠程控制功能。電路如圖5（b）所示。

圖5 接口電路

　　2.3 遠程醫(yī)療系統(tǒng)設計

　　智能家居系統(tǒng)中，遠程醫(yī)療應用應該說還沒有引起廣泛關注，但實際上它又是今后智能家居發(fā)展的一個方向之一。本系統(tǒng)提出的基于GPRS的遠程醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng)由中央控制器、GPRS通信模塊、GPRS網(wǎng)絡、Internet公共網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)服務器、醫(yī)院局域網(wǎng)等組成。其框圖如圖6所示。

圖6 遠程醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)框圖

　　系統(tǒng)工作時，患者可隨身攜帶的遠程醫(yī)療智能終端首先實現(xiàn)對患者心電、血壓、體溫進行監(jiān)測，當發(fā)現(xiàn)可疑病情時，通信模塊對采集到人體現(xiàn)場參數(shù)進行加密、壓縮處理后，以數(shù)據(jù)流形式通過串行方式（RS 232）連接到GPRS通信模塊上，并與中國移動基站進行通信，基站SGSN再與網(wǎng)關支持節(jié)點GGSN進行通信，GGSN對分組資料進行相應的處理并把資料發(fā)送到Internet上，并且去尋找在Internet上的一個指定IP地址的監(jiān)護中心，并接入后臺數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。這樣，信息就開始在移動病人單元和遠程移動監(jiān)護醫(yī)院工作站之間不斷進行交流，所有的診斷數(shù)據(jù)和病人報告電子表格都會被傳送到遠程移動監(jiān)護信息系統(tǒng)存檔，遠程移動監(jiān)護信息系統(tǒng)存儲數(shù)據(jù)以供將來研究、評估、資源規(guī)劃所用。該GPRS遠程醫(yī)療智能終端的硬件框圖如圖7所示。系統(tǒng)監(jiān)護中心由監(jiān)控平臺和信息管理系統(tǒng)、電子地圖、電子病歷等組成，系統(tǒng)軟件的框圖如圖8所示，其中電子病歷系統(tǒng)中的病人詳細病歷界面如圖9所示。

圖7 遠程醫(yī)療智能終端的硬件框圖

圖8監(jiān)護中心系統(tǒng)框圖

圖9 病人詳細病歷界面

3 系統(tǒng)部分軟件設計

　　3.1 電話報警部分程序

　　電話報警部分程序如下：

　　MT8880 寫狀態(tài)函數(shù)

　　RS= 1, RW= 0, 寫狀態(tài)寄存器

　　3.2 防盜報警及遠程控制軟件

　　系統(tǒng)開機初始化，首先進入開機界面，然后進行參數(shù)設置。若直接選擇確定則默認原設置，也可對默認設置進行重設。設置完成后，各傳感器開始采集、處理參數(shù)，在液晶上顯示各參數(shù)并通過GPRS將數(shù)據(jù)發(fā)送至用戶手機，流程圖如圖10所示，數(shù)據(jù)短信收發(fā)流程如圖11所示。

圖10 遠程控制流程圖

圖11 數(shù)據(jù)采集流程圖

　　部分程序代碼如下：

4 結語

　　本智能家居系統(tǒng)提供廣泛的信息交互功能，優(yōu)化居住環(huán)境，幫助人們有效地利用空間、節(jié)約各種能源，實現(xiàn)了對家電、防盜報警、環(huán)境、設備等控制，實現(xiàn)了遠程控制功能，與其他系統(tǒng)的一大區(qū)別是加入了遠程醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)。由于物聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)體系標準尚未統(tǒng)一，各種子系統(tǒng)較多等原因，系統(tǒng)的兼容性和穩(wěn)定性需要進一步提高和改進。