物聯(lián)網(wǎng)智能家居研究意義與現(xiàn)狀,軟件工程碩士論文

物聯(lián)網(wǎng)智能家居研究意義與現(xiàn)在狀況,軟件工程碩士論文本篇論文目錄導(dǎo)航：【第1部分】【第2部分】物聯(lián)網(wǎng)智能家居研究意義與現(xiàn)在狀況【第3部分】【第4部分】【第5部分】【第6部分】第一章緒論最近幾年，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得到越來越多的應(yīng)用，但關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)的定義到如今還沒有一個(gè)統(tǒng)一的定義從字面上解釋，物聯(lián)網(wǎng)就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)。能夠這樣理解：其一，物聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)之上的延伸和擴(kuò)展的一種網(wǎng)絡(luò)，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)；其二，其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物品與物品之間，進(jìn)行信息交換和通信[1]。通過物聯(lián)網(wǎng)把我們周圍的一切物體聯(lián)絡(luò)到一起，社會(huì)變得愈加智能，愈加方便安全。智能家居的概念早在上世紀(jì)80年代初就已經(jīng)提出。以住宅電子化實(shí)現(xiàn)，到了80年代末，逐步提出了住宅智能化，也就是如今所講的智能家居的原型。智能家居是一個(gè)以住宅為平臺(tái)安裝有智能家居系統(tǒng)的寓居環(huán)境[1]。它的研究與設(shè)計(jì)將優(yōu)化人們的生活方式，幫助人們有效布置時(shí)間，加強(qiáng)家居生活的安全性、舒適性，甚至合理控制各種能源的使用。家居智能的基本目的是：將家庭中各種與信息相關(guān)的通信設(shè)備、家用電器和家庭安防裝置通過家庭總線技術(shù)(HBS)連接到一個(gè)家庭智能化系統(tǒng)上進(jìn)行集中或者異地的監(jiān)視、控制和家庭事務(wù)性管理，并保持這些家庭設(shè)施與住宅環(huán)境的協(xié)調(diào)[2]。1.1研究背景智能家居是指通過家庭總線把家庭內(nèi)的各種信息傳輸設(shè)備、家居用電器、家居安防設(shè)備全部接入到網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，對(duì)家居狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程的監(jiān)控和管理，并使家居中的設(shè)施與住宅環(huán)境保持協(xié)調(diào)，提供工作、學(xué)習(xí)、休閑等服務(wù)項(xiàng)目，構(gòu)造出多功能、智能化的家居環(huán)境。家居智能化強(qiáng)調(diào)以人為本，把人和寓居環(huán)境的協(xié)調(diào)放在首位，從多方面方便寓居者的生活環(huán)境，全面提高寓居者生活的質(zhì)量。智能家居可以以定義為一個(gè)經(jīng)過，或者定義為一個(gè)系統(tǒng)。這個(gè)經(jīng)過或系統(tǒng)利用先進(jìn)的自動(dòng)化控制技術(shù)和綜合布線技術(shù)，以及網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)構(gòu)建和家居生活相關(guān)聯(lián)的各個(gè)子功能模塊，并將其嚴(yán)密地融合起來，經(jīng)過統(tǒng)一的管理，將傳統(tǒng)家居靜止被動(dòng)的構(gòu)造轉(zhuǎn)變?yōu)閾碛兄腔勰軇?dòng)的新型態(tài)，為住戶生活提供完備的信息交換功能，幫助家庭與外部、使用者與家庭環(huán)境之間保持信息溝通暢通，優(yōu)化人們的生活方式。物聯(lián)網(wǎng)成為近年來全球關(guān)注和研究的熱門領(lǐng)域，它經(jīng)過紅外線感應(yīng)設(shè)備、射頻辨別設(shè)備(RFID)，激光掃描器、全球定位系統(tǒng)等信息辨別與傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議把任何物品接入到互聯(lián)網(wǎng)并進(jìn)行信息的交換和通信，實(shí)現(xiàn)了智能化辨別、跟蹤、監(jiān)控、定位和管理[3]。物聯(lián)網(wǎng)的功用表示清楚物聯(lián)網(wǎng)在任何時(shí)間、環(huán)境、任何物品、人、企業(yè)、商業(yè)，采用任何通信方式，知足所提供的任何服務(wù)要求，實(shí)現(xiàn)了物品到物品、人到物品、人到人之間的互聯(lián)，將互聯(lián)網(wǎng)提升到了一個(gè)新的維度，是將來網(wǎng)絡(luò)通訊發(fā)展的趨勢(shì)。1.2研究目的和意義隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)構(gòu)造、家庭人口構(gòu)造以及信息技術(shù)的發(fā)展變化，人們對(duì)家居環(huán)境的安全性、舒適性、效率性、透明性提出了更高層次的要求。同時(shí)越來越多的家庭要求家居產(chǎn)品不僅要具備簡(jiǎn)單的智能，更要求整個(gè)系統(tǒng)在功能擴(kuò)展、外延以及服務(wù)方面能夠做到簡(jiǎn)單、方便、輕松、安全。很顯然，我們的家居生活需要改變。建筑技術(shù)、當(dāng)代控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息與通信技術(shù)的不斷發(fā)展成熟，智能家居正漸漸的走進(jìn)我們的生活。物聯(lián)網(wǎng)智能家居，讓你無論你身處何地，都能夠及時(shí)洞悉家中的風(fēng)吹草動(dòng)，它能夠?qū)⒛愕娘L(fēng)險(xiǎn)降到最低，舒適升到最佳，效率到達(dá)最優(yōu)。從此不必?fù)?dān)憂外出后忘記了關(guān)燈，關(guān)門，不用擔(dān)憂浪費(fèi)能源和時(shí)間，也不必?fù)?dān)憂室內(nèi)空氣污濁，更不必?fù)?dān)憂陌生的闖入者，你盡能夠享受高質(zhì)量的生活，一切，由物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)為您守候[4]。當(dāng)前對(duì)智能家居的控制主要通過兩種方式來實(shí)現(xiàn)：(1)有線控制，如LonWorks、X.10、RS485等；(2)無線控制，如Wi-fi，藍(lán)牙、ZigBee等。采用有線布局方式的智能家居，布線繁瑣，造價(jià)昂貴。另外有線傳輸方式增加和刪減設(shè)備都要重新布線，也不利于家居的美觀；并且系統(tǒng)可擴(kuò)展性差，系統(tǒng)安裝和維護(hù)成本高，移動(dòng)性能差。即使是X.10，固然不用重新布線，但在我們國家大部分地區(qū)的電壓還不是很穩(wěn)定，對(duì)系統(tǒng)的控制會(huì)造成一定的影響。再者智能家居內(nèi)部設(shè)備的通信和控制沒有一個(gè)國際上統(tǒng)一的通信接口標(biāo)準(zhǔn)，容易造成家居設(shè)備在家庭內(nèi)部的編碼方式隨意混亂[5]。智能家居就是以家庭為中心，建立一個(gè)實(shí)時(shí)，高效的控制網(wǎng)絡(luò)。在家居控制中為每個(gè)控制節(jié)點(diǎn)提供了安全、可靠的通道，在家居網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制之下，通過軟件及硬件相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)制，對(duì)所有連接到智能家居網(wǎng)絡(luò)上的各種設(shè)備實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)和控制。智能家居需要網(wǎng)絡(luò)的幫助下，構(gòu)成與外界的溝通渠道，以實(shí)現(xiàn)與外界的智能家居電器的信息交互。進(jìn)而知足用戶對(duì)家居實(shí)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，對(duì)對(duì)家用電器遠(yuǎn)程控制和狀態(tài)查詢，知足人們對(duì)安全，舒適，便利的生活需求。的事情，我們知足了智能家居，家電和檢測(cè)設(shè)備，內(nèi)置無線傳輸模塊，實(shí)現(xiàn)了三維空間數(shù)據(jù)傳輸?shù)纳鲜鲆?，互?lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，并減少因線纜布局的干擾。添加新的無線設(shè)備布局，降低系統(tǒng)維護(hù)成本和升級(jí)。與通信及子節(jié)點(diǎn)效率的定位是網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序支持的一項(xiàng)重要技術(shù)。要找到節(jié)點(diǎn)和控制設(shè)備和監(jiān)控是物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)關(guān)鍵的諸多應(yīng)用。智能家居控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)單一控制節(jié)點(diǎn)的智能家居跟蹤分析性能的操作經(jīng)過中，應(yīng)先了解發(fā)送到命令或從那里上傳監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。獲取監(jiān)控設(shè)備的位置和實(shí)時(shí)信息，讓每個(gè)監(jiān)控設(shè)備的實(shí)時(shí)控制非同尋常的意義，實(shí)現(xiàn)了智能家居控制系統(tǒng)?；谖锫?lián)網(wǎng)無線通信的控制形式智能家居控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)無需布線，操作簡(jiǎn)單，并提供了可靠的保證為人們實(shí)現(xiàn)智能家居：在嵌入式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)軟，硬件系統(tǒng)智能家居的切割和延伸，它提供了一種有效的解決方案，為人們實(shí)現(xiàn)家居方便，舒適，網(wǎng)絡(luò)生活。物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)知足了我們對(duì)智能家居的上述要求，通過在家電和各探測(cè)設(shè)備內(nèi)置無線傳輸模塊，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的三維空間傳輸，減少了有線布局帶來的各種干擾。無線布局便于新設(shè)備的添加，降低了系統(tǒng)維護(hù)、升級(jí)優(yōu)化的成本。與各子節(jié)點(diǎn)高效的通信和定位，是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的重要技術(shù)支撐點(diǎn)。對(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和控制設(shè)備的定位與監(jiān)控，是物聯(lián)網(wǎng)諸多應(yīng)用中的一個(gè)關(guān)鍵應(yīng)用。在智能家居控制系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)過中，為實(shí)現(xiàn)智能家居中單個(gè)控制節(jié)點(diǎn)的性能追蹤分析，應(yīng)首先明白命令發(fā)送至何處，或者所監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)自何處上傳。獲取監(jiān)測(cè)設(shè)備的位置與實(shí)時(shí)信息，對(duì)于實(shí)現(xiàn)智能家居控制系統(tǒng)對(duì)各監(jiān)控設(shè)備的實(shí)時(shí)控制有著非凡的意義?；谖锫?lián)網(wǎng)的智能家居控制系統(tǒng)以無線通訊作為控制方式，由于系統(tǒng)無須布線操作簡(jiǎn)單，為人們實(shí)現(xiàn)家居的智能化提供了可靠的保障：以嵌入式系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)智能家居系統(tǒng)軟、硬件的裁剪以及擴(kuò)展，為人們實(shí)現(xiàn)家居便捷的、舒適的、網(wǎng)絡(luò)化的生活提供了有效的解決方案[3]。1.2.1物聯(lián)網(wǎng)智能家居與傳統(tǒng)智能家居的區(qū)別傳統(tǒng)意義上一般都以為智能家居是帶來生活品質(zhì)的提升，其實(shí)物聯(lián)網(wǎng)型智能家居正在改變這些觀點(diǎn)，最顯著的變化就是實(shí)用、方便、易整合。每一個(gè)家庭中都存在著各種電器，不管是號(hào)稱智能的冰箱、空調(diào)還是傳統(tǒng)的電燈、電視一直以來由于標(biāo)準(zhǔn)不一都是獨(dú)立工作的，從系統(tǒng)的角度來看，他們都是零碎的、混亂的、無序的，并不是一個(gè)有機(jī)的、可組織的整體，作為家庭的主人面對(duì)這些雜亂無章的電器其消耗的時(shí)間成本、管理成本、控制成本通常都是很高的并且是非必要的。無線物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)，給傳統(tǒng)的智能電器、智能家居帶來了新的產(chǎn)業(yè)時(shí)機(jī)，通過它能夠?qū)⒓抑械母鞣N電器通過無線方式非常方便地有機(jī)組織起來，構(gòu)成一個(gè)完好的系統(tǒng)，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)無縫感悟并完好管理。這種以前無法想象并深具挑戰(zhàn)性的應(yīng)用今天一旦使用無線物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)連接就會(huì)變得輕松、方便并且非常有趣。這些應(yīng)用并不僅僅僅是生活品質(zhì)的提高，更大程度上能夠看作是當(dāng)代家庭的一種最基本需求。相比物聯(lián)網(wǎng)智能家居，傳統(tǒng)的智能家居不易擴(kuò)展，靈敏性低，兼容性差，升級(jí)成本昂貴，維護(hù)成本高[4]。1.2.2ZigBee智能家居產(chǎn)品與傳統(tǒng)智能家居產(chǎn)品的比擬物聯(lián)網(wǎng)一個(gè)重要特征就是能夠快速大規(guī)模部署并能夠長期穩(wěn)定運(yùn)行，這樣的特征就要求我們的家居產(chǎn)品必須具備無線、無縫、綠色、安全、可靠的能力，從這些基本能力來看，傳統(tǒng)的所謂智能家居產(chǎn)品顯然已經(jīng)不能適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的要求。從組網(wǎng)能力來看，藍(lán)牙、WiFi、315M/433M等無線技術(shù)只適用簡(jiǎn)單的星型網(wǎng)絡(luò)，組網(wǎng)能力有限，不具備網(wǎng)絡(luò)修復(fù)能力，而ZigBee網(wǎng)絡(luò)能夠組成除星型網(wǎng)絡(luò)之外的樹狀網(wǎng)和更復(fù)雜的網(wǎng)狀網(wǎng)。從安全性來看，ZigBee具備特有的安全層，采用128K的高級(jí)加密技術(shù)，具有非常高的安全性，而藍(lán)牙、WiFi、315M/433M等無線技術(shù)的安全性普遍較差，泄密事件頻發(fā)[4]。從可靠性來看，ZigBee同時(shí)采用了跳頻和擴(kuò)頻技術(shù)，有著極強(qiáng)的抗干擾能力，而藍(lán)牙、WiFi、315M/433M等無線技術(shù)的抗干擾能力一般，十分是315M//433M射頻更容易被控制截碼并很容易被模擬，可靠性很低。與傳統(tǒng)智能家居相比,基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居在很多方面都具有明顯的優(yōu)勢(shì)：具有安全層，安全性好，采用高級(jí)加密技術(shù)，至今在全球沒有破解先例;同時(shí)采用跳頻和擴(kuò)頻技術(shù)，抗干擾能力強(qiáng);采用經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)的通訊標(biāo)準(zhǔn)，可靠性高;自組網(wǎng)能力強(qiáng)，組網(wǎng)規(guī)模大，最大網(wǎng)絡(luò)可負(fù)擔(dān)6萬多設(shè)備;具備網(wǎng)絡(luò)自愈能力，任何節(jié)點(diǎn)的掉線或崩潰不會(huì)影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定;功耗低，很多傳感器適用普遍電視供電能夠工作1年以上;兼容能力強(qiáng)，可伸縮，采用國際通用的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，能夠兼容其他品牌的設(shè)備，隨時(shí)可擴(kuò)容擴(kuò)展；全覆蓋，無盲區(qū)，具有有線方式無法企及的優(yōu)勢(shì)[4]。因而，基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居控制系統(tǒng)具有一定的實(shí)用價(jià)值和廣泛的推廣價(jià)值。1.3現(xiàn)在狀況與發(fā)展趨勢(shì)1.3.1智能家居現(xiàn)在狀況20世紀(jì)80年代，發(fā)達(dá)國家的智能化住宅小區(qū)就開場(chǎng)起步，配備有各種安保、通信、家電等設(shè)備，經(jīng)過信息傳感技術(shù)、應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)與總線技術(shù)，完成監(jiān)控與智能化管理等功能。美國最先建造起智能化小區(qū)，由于市場(chǎng)與社會(huì)的需求，美國領(lǐng)導(dǎo)人公布成立了一個(gè)由住宅開發(fā)商、聯(lián)邦、保險(xiǎn)商、制造商與財(cái)政機(jī)構(gòu)等組成的組織：智能化住宅技術(shù)合作聯(lián)盟[3]。對(duì)住宅智能化技術(shù)、產(chǎn)品、應(yīng)用系統(tǒng)等進(jìn)行測(cè)試、規(guī)范，引導(dǎo)新技術(shù)進(jìn)行住宅設(shè)計(jì)和制造。應(yīng)用于智能化寓居小區(qū)的基礎(chǔ)產(chǎn)品，在發(fā)達(dá)國家己構(gòu)成系列。西班牙、意大利、美國等國的智能家居產(chǎn)品，由于通過了ISO認(rèn)證，牢牢的占據(jù)了國際市場(chǎng)。家庭綜合布線系統(tǒng)是智能化寓居小區(qū)的基礎(chǔ)。美國西蒙公司、朗訊公司、麗特公司與奧地利公司等已研發(fā)出成熟的家庭綜合布線系統(tǒng)產(chǎn)品，但價(jià)格都比擬昂貴[3]。國際市場(chǎng)上當(dāng)前的智能化家居類產(chǎn)品大體有NEYWELL開發(fā)的智能家居用品，NI智能家庭系統(tǒng)和ALdeluxe智能家居系統(tǒng)幾種。我們國家的一些廠家從2000年開場(chǎng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)家用電器進(jìn)行研究，并推出了一些成熟的產(chǎn)品。但與歐美等發(fā)達(dá)國家相比我們國家的智能化住宅發(fā)展較晚，沒有構(gòu)成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議，主要運(yùn)用外國的產(chǎn)品與技術(shù)，但是一些廠家還是推出了擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品[6]。1.3.2智能家居發(fā)展趨勢(shì)根據(jù)當(dāng)前的技術(shù)和社會(huì)發(fā)展，相對(duì)以往智能家居應(yīng)用主要是在高檔小區(qū)相比，智能家居正在一步步向平民化邁進(jìn)，將來的發(fā)展和研究趨勢(shì)具有統(tǒng)一的接口標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范、網(wǎng)絡(luò)化、無線化、脫離PC化、智能化、人性化、個(gè)性化、操作方式簡(jiǎn)單和多樣性、成本低廉化、群眾化等特點(diǎn)，也就是講將來的智能家居的發(fā)展不僅僅僅是高端、大氣、上檔次，而是低調(diào)、普及、有市場(chǎng)。1.4論文的組織構(gòu)造全文共分五個(gè)章節(jié)，內(nèi)容組織如下：第一章：主要對(duì)系統(tǒng)研究的背景、研究的目的和意義，國內(nèi)外的相關(guān)研究進(jìn)展和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了具體的闡述，并就文章的組織構(gòu)造進(jìn)行了講明。第二章：具體講明了物聯(lián)網(wǎng)智能家居控制系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)，從用戶的需求角度對(duì)智能家居控制系統(tǒng)硬件的各部分