基于物联网技术的智能家电管理模型设计与验证

樊翠玲

（驻马店职业技术学院，河南驻马店，463000）

0 引言

物联网技术是在互联网等网络技术的基础上，将相互联通的理念深入到人们的日常生活中，通过利用感应器的装备和嵌入，将生活中的实物连接成网络，在促进各类物品之间的交流的同时，实现人类社会的统一化和智能化。与此同时，物联网的发展也为智能家电的开发与运用提供了可靠的技术支持，物联网所包含的计算机、网络通信以及信息交换等技术使得家电物品具有了数据化的标识，实现了对内和对外的流动。智能化的家电不但转变了室内开关遥控的局限性，而且还具备方便、安全、健康等显著优势。

1 物联网技术分析

1.1 RFID技术

RFID技术指的是以无线电波的形式传输数据的一种不需要接触的自动识别技术，其具有抗干扰、识别速度快、自动化等优势。RFID系统组成均包括电子标签、读写器和天线三部分，具体组成如图1所示。RFID系统的工作原理为读写器将询问信号发出，电子标签在进入磁场中便会产生出感应电流，在接收询问信号之后反馈应答信号给读写器，读写器进而将数据传送给计算机网络处理。目前，RFID已被广泛运用在交通、医疗、生产等多个领域。

图1 RFID系统的组成部分

1.2 传感器技术

传感器为一种可感知人类感知不到的信号的装置，并按照一定的规律将感知到的信息转换为其他形式的信号。传感器一般由敏感元件、转换元件及转换电路组成，具体如图2所示。传感器的种类十分繁多，按用途不同可分为温度传感器、速度传感器、湿度传感器等，按工作原理的不同则可分为生物型、物理型及化学型等。传感器由于信息获得的可靠性和准确性，因而在工业控制、农业、科技等多个领域应用广泛。其中，传感器的扩展和运用便是无线传感器。无线传感器由众多传感器以无线通信的方式组成，具有动态性、规模性、移动性等特点，因而同样受到重视和广泛运用。

图2 传感器的组成部分

1.3 基于云计算的数据处理技术

云计算是一种通利用网络从共享资源池便利且按自身所需来获取存储、服务器、网络等计算资源的模式，适合大规模的信息存储和管理。本文以个性化数据挖掘技术为例，对基于云计算的数据处理技术展开具体分析。

在物联网环境下的应用平台中，涉及的用户数据众多，为了提取匹配用户个性化需求的信息，进行个性化数据挖掘尤为关键。本文以改进的SPRINT算法为例。SPRINT算法是一种模型简单、计算速度快的决策树算法。生成决策树算法的具体如下：

其中，S，S1，S2为集合，代表树的节点， S1，S2 代表的是两个分枝节点，运算结果是生成一棵二叉树来作为决策树。

属性表和直方图为SPRINT算法数据结构的组成部分，SPRINT剪枝采用的原则为最小描述长度，以Gini指数的方法将最佳分裂点及分类属性找出。如果集合S中包含了N个不用类别的记录，那么Gini指数则为，类j出现的频率为pj，如果集合分成两部分S1与S2，那么分割的Gini表达公式则为，其中，分割的标准则为最小。

2 智能家电管理模型的设计

随着科技的发展，人们对智能家电的需求量也越来越大，因此，家电设备需具备更为完善的功能和便捷的服务。

2.1 智能家电管理模型的感知层

物联网技术具有的一个显著特征便是通过RFID、GPS、摄像头、二维码、传感器等技术方法，随时随地采集和获取进行感知对象的信息。在智能家电管理模型中，人们的家庭环境及人本身则为感知对象，其执行设备为传统智能家电系统中的八大子系统。此外，无线门磁、窗磁，无线温湿度传感器以及无线燃气泄漏传感器等众多感知技术童谣被运用在智能家电管理系统中。

2.2 智能家电管理模型的网络层

由各种互联网及通信网络共同形成的融合网络为物联网中的网络层，此外，网络层还包括家电联网管理中心、云计算平台、信息中心及专家系统等信息智能处理部分。在智能家电管理模型的网络层中，不但需要具备充分的网络运营能力，同时还需加强如应用数据库等运营信息的能力。其中，保证信息传送的可靠性与信息处理的智能性为智能家电管理模型网络层需要重视的两个问题。

2.3 智能家电管理模型的应用层

所谓的应用层便是通过有效结合物联网技术和智能家电专业技术，从而满足家电智能化应用的方案集。物联网通过应用层的作用将传统的家电与现代化的信息技术进行深入融合，在智能电网，多媒体娱乐，家庭安防、医疗、控制等方面实现了智能自动化的应用。与此同时，家庭服务商通过应用层为人们的生活提供了各种优质服务。

3 智能家电管理模型的验证

由于冰箱不但在智能家电中较为常见，在食品管理系统中也是一项典型的应用，因而本文以智能冰箱的食品管理系统作为研究对象，深入分析智能家电管理模型的实际运用。

3.1 智能冰箱食品管理系统的需求

智能冰箱食品管理系统包括食品的录入与取出、购物清单的生成、账户管理等功能，具体如图3所示。

图3 智能冰箱食品管理系统的功能模型图

3.2 智能冰箱食品管理系统的设计

本系统采用的设计模式为MVC 模式，且分开数据与逻辑的处理，及UI设计，这三者之间相互独立，互不干扰。此系统软件层次结构的具体设计如图4所示。

图4 智能家电食品管理系统软件层次结构设计

智能冰箱首先将食品的信息保存在本地，然后在云平台上进行备份，并根据备份的信息进行挖掘、推送和查询。智能冰箱食品管理系统的具体主程序如图5所示。

图5 智能冰箱食品管理系统主程序图

3.3 智能冰箱食品管理系统的效果展示

本文以此系统主程序的效果为例。用户在进入应用程序后，首先看到的便是列表界面，将冰箱内所有的食品信息展示出来，如图6所示。列表的显示形式为list，按照过期天数进行降序排列。过期天数显示为负数说明食品还有多少天就要过期。

当用户点击了下面的冷藏区按钮时，界面便更改为处于冷藏区中的食品列表，点击冷冻区的作用也是一样。当点击一键清除的按钮时，当前页面的食品信息便会全部删除。

4 结语

综上可知，我国目前并没有完全实现基于物联网技术的智能家电开发，也并没有将物联网技术大规模地运用到各种家电中，这主要与物联网缺乏一定的安全性以及智能家电产品的成本过高有关。不可否认的是，物联网技术的大力推广在一定程度上促进了智能家信息化、网络化、智能化的发展。各种如RFID技术、传感技术等现代化技术促进物联网无线通信技术发展的同时，也有效降低了智能家电的成本。我们只有加大先进技术的运用力度，加强网络安全机制，才能使基于物联网技术的智能家电真正造福于人类。

图6