智能家居模拟实验模型的设计与实现

1. 引言

当今信息技术飞速发展的时代, 互联网以及物联网的相关技术已经逐步进入人们生活中影响着人们的衣食住行, 智能家居是在互联网影响下的实现物物相连的重要体现。智能家居是通过利用目前存在的网络技术、综合布线等, 在住宅内安装家居报警、可视对讲、照明控制、家电 (电视、空调等) 控制、手机远程控制等一系列的复杂高科技功能和手段, 最终实现整个生活的优化。智能家居使得住宅不仅具有最基础的居住功能, 更是兼备了一种极具现代化的家居生活方式。智能家居的发展正呈现出上升趋势, 也将会成为新的科技研发的主要目标之一。

智能家居是一个典型的3C (Computer, Communication, Consumer) 系统, 集计算机、通讯、消费于一体, 是一个巨型网络终端。简单说, 就是实现移动端和PC端对于家中的家电、照明等设备的数据监控和信息收集。目前市面上的智能家居系统主要功能包括三方面:

一是家庭安全防护系统, 主要包括家居报警 (防盗报警、消防报警、煤气泄漏报警等) 以及突发状况求助和可视对讲等。该系统与户主手机、计算机系统以及小区保安系统相连, 能够实现对突发的紧急事件及时报警, 对发生的盗窃、火灾、煤气泄漏、紧急呼救等发出报警, 实现户主、小区保安第一时间得到险情。

二是家庭化智能娱乐系统, 该系统以智能云电视展开, 网络控制中心, 同时连接上音响设备及游戏系统。通过云电视“云”里海量的音乐资源、视频资源、电视节目资源等, 足不出户, 便可尽得娱乐。

三是家庭自动控制系统, 主要包括对家庭电器 (电灯、电视、空调、冰箱等) 的自动控制。该网络化系统可以实现远程控制家庭照明及电器使用状况、家电能源合理分配等。

2. 模拟实验模型

2.1 控制平台的选用

目前市场上物联网控制平台主要有传感云、yeelink、机智云、云智易等, 本文选用One Net中国移动物联网开放平台, 该平台能够提供给用户优质的云端服务, 帮助用户上云更加轻松方便高效, 平台功能较为完善与丰富, 能为用户提供更加优质的选择有智慧农业、智慧生活、环境监测、工业制造、智能设备多种服务。此外, 该平台向开发者提供较为丰富的产品功能, 应用性强, 包括有流分析、设备云端管理、多协议适配、轻应用快速生成、开源的API和在线调试等。

2.2 控制板和传感器的选用

2.2.1控制板

本文采用Arduino控制板, 型号为Arduino Mega2560, 该开源电子平台它最大的特点就是具有多达54路数字输入输出, 特别适合需要大量IO接口的设计。Mega2560的处理器核心是ATmega2560, 同时具有54路数字输入/输出口 (其中16路可作为PWM输出) , 16路模拟输入, 4路UART接口, 一个16MHz晶体振荡器, 一个USB口, 一个电源插座, 一个ICSP header和一个复位按钮。Arduino Mega2560也能兼容为Arduino UNO设计的扩展板。

2.传感器

(1) 远红外火焰传感器:它能够探测到波长在700纳米~1000纳米范围内的红外光, 探测角度为60, 其中红外光波长在880纳米附近时, 其灵敏度达到最大。远红外火焰探头将外界红外光的强弱变化转化为电流的变化, 通过A/D转换器反映为0~255范围内数值的变化。外界红外光越强, 数值越小;红外光越弱, 数值越大。

(2) 土壤湿度传感器:DHT11温湿度传感器, 叉形设计, 方便插入土壤模块插入土壤后, 输出电压随着土壤湿度升高而增大。产品检测深度:38mm, 工作电压:2.0V~5.0V, 产品尺寸:20.0mm*51.0mm。

(3) 红外感应器:HC-SR501是基于红外线技术的自动控制模块全自动感应, 当有人进入其感应范围则输入高电平, 人离开感应范围则自动延时关闭高电平, 输出低电平。默认工作电压DC5V至20V, 静态电流65微安, 特别适合干电池供电的电器产品。

(4) 有害气体检测传感器:检测家庭的气体泄漏, 工作电压:2.5V~5.0, 产品尺寸:40.0mm*21.0mm。

(5) 灰尘传感器:灰尘传感器gp2y1010f检测室内灰尘, 粉尘是根据mild seven香烟的烟做的数据。无尘时输出电压 (vcc (v) ) :在没有灰尘、烟的状态下的输出电压, 有规定最大值。输出电压范围 (v oh) :是输出电压的最大电压, 有规定最小值。检出感度 (k) :粉尘浓度0.1mg/m3变化时的输出电压的变化, 有规定最小值和最值。

2.3 模块及设计

(1) 厨房火灾危险预警模块:这一模块主要有火焰传感器还有水泵和CDMA模块组成。当火焰传感器监测到厨房有火焰产生, 威胁家居安全, 当达一定数值, 自动触发水泵进行抽水灭火, 同时通过CDMA模块发短信给用户通知家中有安全问题产生。

(2) 自动浇灌植物模块:这一模块主要有土壤湿度传感器和水泵组成。将土壤湿度传感器插在植物土壤中, 当发现土壤湿度下降到某一固定数值时, 启动水泵为植物浇水。

(3) 红外感应模块:此模块安装于, 客厅挺, 走廊过道等地, 由红外感应和灯泡组成, 当用户在黑暗环境中走过红外感应的区域时, 灯泡可以自动的亮起。

(4) 房屋温度控制模块:这一模块有小风扇和空气温湿度传感器组成, 可由用户自定义设置房间所需温度的数值, 高于该数值会自动启动小风扇达到降温效果。

(5) 窗帘控制模块:用户可根据自己的需求而通过控制模块中的平台来控制家中窗帘的开关。

(6) 数值监测模块:由尘埃传感器, 有害气体检测传感器, 温湿度传感器组成, 用户通过Wi Fi模块连接控制平台通过控制平台的各种可视化的数据来直观的监测家住这些数据, 这些数据也实时的上传保存于云平台。

3. 新概念智能家居理念

智能家居的设计关键在于理念, 新理念智能家居是以用户体验为首, 其次为安全性能的提升, 之后是新的销售模式, 让智能生活理念真正走入千家万户。首先, 根据户型来确定智能家居系统的最基础的功能, 在根据用户的不同需求来由用户自定义的添加所需的功能。其次是最重要的安全性, 现如今数据的泄露会对用户带来很大的困扰, 新理念的家居系统就是要给用户最私密的生活空间, 最安静的家居生活。最后是新的销售模式, 直接与地产商的合作, 在建房之处就能内嵌高科技的智能系统。

4. 结束语

智能家居是有很多市场潜力的, 虽然目前面临诸多困境, 然而只有真正的遵从以人为本的设计理念和原则, 并实时的结合新理念才能使得这项技术服务大众生活。可以看到, 智能家居正搭上互联网、移动互联网顺风车, 并伴随传感器技术的不断提升, 使硬件具有全面感知功能, 在云计算平台的支持下, 智能家居渐渐形成一个软硬件结合的开放生态。只有尽可能在遵从市场原规则的基础上, 合理的应用新理念, 才会为智能家居系统的市场带来新的春天, 让新科技服务与大众, 优化大众生活。

摘要：智能家居的发展正呈现上升趋势, 产品花样繁多, 但实际生活当中的家居智能化与理想的智能化差距甚大。本文综述了目前智能家居的市场特点和技术现状, 认为智能家居的设计关键在于理念, 真正从客户的实际需求出发, 设计并实现了一个智能家居模拟实验模型。

关键词：智能家居,实验模型,云计算,物联网