基于物联网的智能家居系统设计与实现

时间：2024-05-04

廖申雪

摘要：网络技术、信息化技术的快速发展改变着人们的工作习惯和生活方式，基于物联网技术的智能家居系统应运而生。文章根据实际需求构建了智能家居系统。该系统在netduino2上进行开发，并结合物联网等关键技术实现对整个家居系统的控制。该系统包括三个子系统：花园灌溉控制系统、泳池水枪控制系统和宠物娱乐系统。

关键词：数字信息化；物联网；智能家居； netduino2

中图分类号：TP274 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2016）06-29-03

Abstract： The rapid development of network technology and information technology has been changing people's work habits and lifestyle， the smart home based on Internet of Things came into being. According to the actual demand， a smart home system is built in this paper. The system is developed on netduino2 platform， and the key technology of Internet of Things is used to control the entire system. The system includes three subsystems， i.e. the garden irrigation control system， the swimming pool water gun control system and the pet entertainment system.

Key words： informationization； Internet of Things； smart home； netduino2

0 引言

智能家居[1-3]起源于20世纪80年代初的住宅电子化（HE，Home Electronics），随着通信与信息技术的发展，80年代末出现了智能家居的原型Smart Home。智能家居系统[4-5]主要指通过网络通信技术、自动控制技术、综合布线、音视频技术以及安全防范技术等与家居生活融合为一体，建设安全性与舒适性并存的家庭日常事务和住宅设施管理系统。IBM提出的“智慧地球”被列为美国国家战略以后，“物联网”在世界各地蓬勃发展[6]。其核心就是通过传感器和互联网衔接以实现对物体的远程控制与感知。

本文根据实际需求，为某别墅花园构建智能家居系统。该系统在netduino2上开发，并结合物联网等关键技术实现对整个家居系统的控制，该系统包括3个功能，分别是花园灌溉控制系统、泳池水枪控制系统和宠物娱乐系统，各个子系统独立设计、自主工作。

1 关键技术

1.1 物联网技术

物联网通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。物联网的发展为智能家居引入了新的概念及发展空间，智能家居可以被看作是物联网的一种重要应用。

1.2 中间件技术

中间件技术是伴随网络而发展起来的一种面向对象的技术。其主要作用是屏蔽网络硬件平台差异性和操作系统与网络协议的异构性，使应用软件能够比较平滑地运行于不同平台上。中间件在负载平衡、连接管理和调度方面起了很大的作用，使企业级应用的性能得到大幅提升，满足了关键业务的需求。

1.3 协议转化技术

通信协议转换模块是家庭网络标准化发展的必然产物，由于家庭网络国际标准众多，协议复杂，为了实现家庭网络内部不同子网之间的信息转换，诸如：1394-IEEE802.11、USB-1394、RF-485等等。

1.4 netduino2

netduino2是一个很棒的开源平台，netduino2的IDE就是Visual Studio，编程语言是C#，netduino2对仿真和在线调试（in-circuit debugging）都支持，也就是说，可以在代码里随意设置断点进行调试，代码易于维护，对于复杂的项目netduino2更具有优势。

1.5 Microsoft Kinect

Microsoft Kinect是一种3D体感摄影机，同时它导入了即时动态捕捉、影像辨识、麦克风输入、语音辨识、社群互动等功能。微软的Kinect不需要使用任何控制器，它依靠相机捕捉三维空间中的运动，让系统更加简易操作。Kinect的诞生，无疑会让未来的生活、娱乐方式发生很大的创意性的改变。

2 功能

随着人类应用需求的提高和住宅智能化的不断发展，今天的智能家居系统内容更加丰富，系统也越来越复杂[7]。本文根据实际需求构建控制系统，不仅费用较低，而且能减少传统智能家居系统中不必要的功能。主要功能有以下。

⑴ 花园灌溉控制系统。通过对温度和土壤湿度测控，发出报警指令，根据报警状态对相应区域进行灌溉，警报可以自动清除。

⑵ 泳池水枪控制系统。通过servo控制水枪模式及水枪被打开和关闭的时间。

⑶ 宠物娱乐系统。通过传感器测控宠物和玩具的距离，并根据距离大小控制玩具移动的位置和方向。

3 实现与代码简述

本文中的智能系统在netduino2上进行开发，并通过手机来进行整个智能系统的控制，各个组件之间的关系如图1所示。

[客户端][IIS 7

WCF][云端＼&][Laptop

Kinect API][netduino2＼&][Microsoft Kinect＼&][花园灌溉

控制系统][宠物娱

乐系统][泳池水枪

物控制系统]

图1 组件间的通信

3.1 花园灌溉控制系统

由于出差或其他原因家中长时间无人，而家中花草需浇灌。根据此需求构建自动花草浇灌系统。首先通过传感器来感知当前的温度和土壤湿度，根据这个数据判断是否发出灌溉警报，netduino2内的控制器会根据警报指令打开灌溉阀门并消除警报。灌溉系统是如何发出警报、开启灌溉系统的指令和对灌溉时间的控制，这些部分的关键代码如下。

3.3 宠物娱乐系统

家中无人时，宠物的照看和娱乐也是一个需求。我们想出了通过物联网给宠物构建一个玩具，这样就能在任何地方通过控制这个玩具和宠物进行玩耍。系统的重点和难点是如何让玩具根据与宠物的距离，控制移动的位置和方向，以下给出关键代码。

4 结束语

本文设计的智能家居系统涉及netduino2、物联网和Microsoft Kinect等关键技术的使用。该系统各个功能子系统独立设计、自主工作，发挥了各种技术的优势，为用户提供一个舒适、方便和高效率的生活环境。随着科学技术的迅猛发展，人们对生活环境质量要求不断提高，这对智能家居系统提出更高要求，今后将在该系统的基础上继续实现对车库、泳池等的智能控制，以实现对整个家居的全智能控制。

参考文献（References）：

[1] 王文中，袁丽，杨君顺.智能家居集成体系的探讨[J].制造业自

动化，2010.5：179-182

[2] 姜文刚，蔡蓝图.智能家居无线传感器网络的研究[J].江苏科

技大学学报（自然科学版），2010.24（2）： 169-173

[3] 刘余，孟小华.嵌入式智能家居终端通信模块的设计与实现[J].

计算机工程与设计，2010.8：1689-1692

[4] 闵丽娟，卢捍华，陈玲等.智能家居的系统结构及相关无线通

信技术研究[J].计算机技术与发展，2011.21（8）：169-172

[5] 王怡，鄂旭.基于物联网无线传感的智能家居研究[J].计算机

技术与发展，2015.25（2）：234-236

[6] 顾新建，代风，陈芨熙等.智慧制造与智慧城市的关系研究[J].