基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居控制系統設計方案

　　隨著(zhù)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(wàn)戶(hù)。家庭智能化即智能化家居（Smart Home），亦稱(chēng)數字家園（Digital Family）、家庭自動(dòng)化（Home Automation）、電子家庭（E-home）、智能化住宅（Intelligent Home）、網(wǎng)絡(luò )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(luò )、電力自動(dòng)化、信息、結構化布線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)等技術(shù)將所有不同的設備應用和綜合功能互連于一體的系統。它以住宅為平臺，兼備建筑、網(wǎng)絡(luò )家電、通信、家電設備自動(dòng)化、遠程醫療、家庭辦公、娛樂(lè )等功能，集系統、結構、服務(wù)、管理為一體的安全、便利、舒適、節能、娛樂(lè )、高效、環(huán)保的居住環(huán)境。其從控制層次來(lái)分，一般由中央控制中心、家居智能控制終端、小區智能控制系統、家庭網(wǎng)關(guān)和外部網(wǎng)絡(luò )幾部分組成。

1 智能家居系統體系結構

　　家居系統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(lè )系統、可視對講系統、遠程監控系統、遠程醫療監護系統等組成，框圖如圖1所示。

圖1 智能家居系統結構框圖

2 系統主要模塊設計

　　2.1 照明及設備控制

　　智能家居控制系統的總體目標是通過(guò)采用計算機、網(wǎng)絡(luò )、自動(dòng)控制和集成技術(shù)建立一個(gè)由家庭到小區乃至整個(gè)城市的綜合信息服務(wù)和管理系統。系統中照明及設備控制可以通過(guò)智能總線(xiàn)開(kāi)關(guān)來(lái)控制。本系統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(guò)CPU將信號發(fā)送，進(jìn)行編碼后通過(guò)總線(xiàn)傳輸到從模塊，進(jìn)行解碼后通過(guò)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(jìn)行相反操作控制主機模塊實(shí)現交互式通信。系統主框圖如圖2所示，系統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(luò )的服務(wù)器，主要負責整個(gè)系統的協(xié)調工作。

圖2 燈光及家居設備控制框圖

圖3 系統模塊程序流程圖

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

　　對于其他家電設備及窗簾控制，與照明控制類(lèi)似，均可采用手動(dòng)和自動(dòng)控制兩種方式。

　　2.2 智能安防及遠程監控系統設計

　　智能安防系統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(lèi)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(gè)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(dòng)摘掛機可以通過(guò)單片機I／O口控制一個(gè)繼電器的開(kāi)關(guān)，繼電器的控制端連接一個(gè)電阻接入電話(huà)線(xiàn)兩端，從而完成模擬摘掛機。

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

圖5 接口電路

　　2.3 遠程醫療系統設計

　　智能家居系統中，遠程醫療應用應該說(shuō)還沒(méi)有引起廣泛關(guān)注，但實(shí)際上它又是今后智能家居發(fā)展的一個(gè)方向之一。本系統提出的基于GPRS的遠程醫療監控系統由中央控制器、GPRS通信模塊、GPRS網(wǎng)絡(luò )、Internet公共網(wǎng)絡(luò )、數據服務(wù)器、醫院局域網(wǎng)等組成。其框圖如圖6所示。

圖6 遠程醫療監護系統框圖

　　系統工作時(shí)，患者可隨身攜帶的遠程醫療智能終端首先實(shí)現對患者心電、血壓、體溫進(jìn)行監測，當發(fā)現可疑病情時(shí)，通信模塊對采集到人體現場(chǎng)參數進(jìn)行加密、壓縮處理后，以數據流形式通過(guò)串行方式（RS 232）連接到GPRS通信模塊上，并與中國移動(dòng)基站進(jìn)行通信，基站SGSN再與網(wǎng)關(guān)支持節點(diǎn)GGSN進(jìn)行通信，GGSN對分組資料進(jìn)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(gè)指定IP地址的監護中心，并接入后臺數據庫系統。這樣，信息就開(kāi)始在移動(dòng)病人單元和遠程移動(dòng)監護醫院工作站之間不斷進(jìn)行交流，所有的診斷數據和病人報告電子表格都會(huì )被傳送到遠程移動(dòng)監護信息系統存檔，遠程移動(dòng)監護信息系統存儲數據以供將來(lái)研究、評估、資源規劃所用。該GPRS遠程醫療智能終端的硬件框圖如圖7所示。系統監護中心由監控平臺和信息管理系統、電子地圖、電子病歷等組成，系統軟件的框圖如圖8所示，其中電子病歷系統中的病人詳細病歷界面如圖9所示。

圖7 遠程醫療智能終端的硬件框圖

圖8監護中心系統框圖

圖9 病人詳細病歷界面

3 系統部分軟件設計

　　3.1 電話(huà)報警部分程序

　　電話(huà)報警部分程序如下：

　　MT8880 寫(xiě)狀態(tài)函數

　　RS= 1, RW= 0, 寫(xiě)狀態(tài)寄存器

　　3.2 防盜報警及遠程控制軟件

　　系統開(kāi)機初始化，首先進(jìn)入開(kāi)機界面，然后進(jìn)行參數設置。若直接選擇確定則默認原設置，也可對默認設置進(jìn)行重設。設置完成后，各傳感器開(kāi)始采集、處理參數，在液晶上顯示各參數并通過(guò)GPRS將數據發(fā)送至用戶(hù)手機，流程圖如圖10所示，數據短信收發(fā)流程如圖11所示。

圖10 遠程控制流程圖

圖11 數據采集流程圖

　　部分程序代碼如下：

4 結語(yǔ)

　　本智能家居系統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、節約各種能源，實(shí)現了對家電、防盜報警、環(huán)境、設備等控制，實(shí)現了遠程控制功能，與其他系統的一大區別是加入了遠程醫療監護系統。由于物聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)體系標準尚未統一，各種子系統較多等原因，系統的兼容性和穩定性需要進(jìn)一步提高和改進(jìn)。