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物聯(lián)網(wǎng)智能家居實訓系統(tǒng)
智能家居就是以住宅為平臺，兼?zhèn)浣ㄖ?、網(wǎng)絡通信、 信息家電、設備自動化，集系統(tǒng)、結構、服務、管理為- - 體的高效、舒適、安全、便利、環(huán)保的居住環(huán)境。智能家 居系統(tǒng)可以為您提供家電控制、照明控制、窗簾控制、電 話遠程控制、室內(nèi)外遙控、防盜報警、以及可編程定時控制等多種功能和手段，使您的生活更加舒適、便利和安全。
我們利用當前智能家居技術的新理念與技術, 開發(fā)技術先進、性能卓越、實用性強的物聯(lián)網(wǎng)智能家居實 現(xiàn)系統(tǒng)，并指導學生掌握其管理與維護技術。
1物聯(lián)網(wǎng)智能家居實訓系統(tǒng)組成和內(nèi)涵.
物聯(lián)網(wǎng)智能家居實訓系統(tǒng)由智能照明、智能安防、人 臉識別門禁、智能音響、智能冰箱、能耗監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、 智能窗簾等子系統(tǒng)，及物聯(lián)網(wǎng)應用.上位機管理軟件組成， 各子系統(tǒng)通過連接電纜進線連接，采用ZigBee、 wifi、 3G 多種網(wǎng)絡技術傳輸傳感及控制信息。系統(tǒng)支持智能家居設 計、安裝、調(diào)試以及應用編程等多種方式來鍛煉師生的技 術水平，是一套既能展示物聯(lián)網(wǎng)智能家居應用，又能掌握 相應技能和知識的實訓系統(tǒng)。
本開發(fā)平臺實現(xiàn)對物聯(lián)網(wǎng)三層(感知層，網(wǎng)絡層，應 用層)的全方位技術運用，比較全面的兼顧了物聯(lián)網(wǎng)所涉 及的各類技術，包括無線傳感器硬件、嵌入式軟件系統(tǒng)、 Wifi、Internet 端應用軟件開發(fā)教學，設計提供了智能家 居多個子系統(tǒng)的應用實訓，該系統(tǒng)所涉及到的技術主要包 括:電子電路、2. 4GHz高頻通訊、ZigBee 無線網(wǎng)絡、無 線傳感器、無線SoC、嵌入式ARM、UHF RFID 射頻識別、3G、Ethernet、服務端軟件開發(fā)。
開發(fā)平臺提供了功能強大的以ARM處理器為內(nèi)核的網(wǎng) 關硬件和自主研發(fā)的網(wǎng)關核心軟件，不僅能完成多種無線 網(wǎng)絡管理，傳感器和射頻識別信息處理，而且可以通過不 同無線和有線網(wǎng)絡路徑，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C管理平臺并存入數(shù)據(jù)庫，支持遠程訪問，并運用虛擬技術仿真智能 家居場景及設備解決場地及設備制約因素。
2系統(tǒng)功能
針對職院學生，主要鍛煉的是學生的動手能力和實際 操作的技能。學生可以根據(jù)自己的設計想法改變模擬房間 內(nèi)環(huán)境，也可以通過一體式計算機通過因特網(wǎng)訪問房間內(nèi) 自動化服務器，對智能設備、視頻監(jiān)控等遠程控制、訪問。 該裝置能進行智能家居系統(tǒng)設計、線路的設計與連接、調(diào) 試、故障排除、系統(tǒng)配置等實驗和實訓。
在打分環(huán)節(jié)考慮到人為因素對比賽結果的影響，在系 統(tǒng)中，特別設計了自動評分功能，對各個系統(tǒng)網(wǎng)絡連通性、 電源接線、軟件配置進行自動化檢測，為實訓成績提供客 觀的依據(jù)。
2.1智能照明
包括智能照明管理軟件模塊、燈控模塊/調(diào)光模塊、通 信模塊、燈具，通過和網(wǎng)關通信，支持本地控制和管理軟 件遠程控制，本地可以設置感應開/關閉，并和光敏檢測模 塊聯(lián)動，實現(xiàn)自動化。
2.2智能安防
包括智能安防管理軟件模塊、窗磁、煙霧感應器、主動紅外入侵探測器、攝像機、雙鑒探測器對非法入侵、火 情、煙塵等監(jiān)測，針對突發(fā)事件做出緊急處理，與 SM/GPRS短息貓聯(lián)動，當發(fā)現(xiàn)有異常時攝像機自動截取畫 西開發(fā)送消甚至指定手機或報警。
2.3人臉識別門禁
人臉識別門禁系統(tǒng)由主人臉識別門禁機、門禁控制器 和電鎖組成(聯(lián)網(wǎng)時外加電腦和網(wǎng)絡通訊設備)，使用方式屬非接觸方式，出入人只要在人臉識別門禁機附近(30-80厘米)晃動一次，人臉識別門禁機就能將識別結果發(fā)送到 門禁控制器上，然后由門禁控制器進行檢查核對合法性， 決定是否進行開門動作。整個過程只要在有效的使用范圍 內(nèi)均可實現(xiàn)門禁管理功能。人臉識別門禁機安裝門邊墻內(nèi)
外，而不影響其工作。
人臉作為每個人身體的一部分、不能復制、安全可靠。并通過網(wǎng)絡與電腦進行實時監(jiān)控(可由電腦發(fā)指令開/關所 有門，并可實時查看所有門的狀態(tài))數(shù)據(jù)處理、查詢、報 衰輸出等。
2.4智能音響
包括智能音響管理軟件模塊、情景音樂系統(tǒng)主機、高保真音箱，通過軟件平臺來控制音樂的播放。
2.5智能冰箱
包括智能冰箱管理軟件模塊、RFID讀寫器、食物冷藏 柜。通過RFID技術實現(xiàn)食物管理功能，通過PC管理平臺 訪問，配合食品圖示，能看到冰箱內(nèi)的食物信息，食品提 醒設置，一旦冰箱內(nèi)食物短缺或過期，就會發(fā)送短息到指 定手機。
2.6能耗監(jiān)測
包括能耗管理軟件模塊、智能插座、能耗統(tǒng)計模塊。 通過智能插座實現(xiàn)所有電器通過數(shù)據(jù)采集終端，無線網(wǎng)絡， 實現(xiàn)無線抄表、管理功能?？梢远ㄖ平y(tǒng)計分析功能，并通 過監(jiān)控系統(tǒng)控制臺、智能手機實現(xiàn)可視化查看和管理，體 現(xiàn)綠色節(jié)能理念。
2.7環(huán)境監(jiān)測
本系統(tǒng)包括環(huán)境監(jiān)測管理軟件模塊、溫濕度、光敏無 線通信模塊。實現(xiàn)溫度、濕度、光敏等監(jiān)測，針對環(huán)境參 數(shù)設備智能開啟相關設備自動調(diào)節(jié)環(huán)境溫濕度或與其他系 統(tǒng)進行聯(lián)動，對突發(fā)事件做出緊急處理。
2.8智能窗簾
本系統(tǒng)包括智能窗簾管理軟件模塊、窗簾控制器、電 動窗簾，通過和網(wǎng)關通信，支持本地和管理軟件遠程控制,
本地可以設置感應開/關閉，并和光敏檢測模塊聯(lián)動，實 現(xiàn)自動化。
2.9.上位機管 理軟件
系統(tǒng)包括照明、窗簾、能耗、電器、安防、環(huán)境監(jiān)測、 實訓評估模塊，本實訓管理平臺是以上各個系統(tǒng)的一個綜 合性、集中管理平臺。內(nèi)容包括:系統(tǒng)的實時狀態(tài)查看、 遠程控制、數(shù)據(jù)存儲、統(tǒng)計分析、參數(shù)設置、預警。如圖1所示。
3系統(tǒng)特色
真實的家居環(huán)境需要投入大量的人力物力，從實訓的 角度來說，需要耗費大量的時間和經(jīng)歷建造樣板房，投入 巨大。因此，設計采用模擬家居環(huán)境的智能家居系統(tǒng)，將 涉及到的應用及控制模塊和設備安裝部署在可收縮的網(wǎng)孔 板機柜上，減少對空間的占用，并可應用于以后的實訓教 學中。
智能家居實訓系統(tǒng)安裝在一個網(wǎng)孔板機柜上，可以收 攏展開，展開后尺寸為2. 4m*0. 8m*1. 9m (長*寬*高)， 收 攏后尺寸為0. 8m*0. 8m*1. 9m (長*寬*高)， 實訓設備可以 自由安裝，具有很大的靈活性。
各系統(tǒng)的控制模塊均安裝在86盒內(nèi)，可靈活部署在網(wǎng)孔板的任意位置,方便師生根據(jù)自己的設計完成施工。
4總結
本文介紹了一個物聯(lián)網(wǎng)智能家居實訓系統(tǒng)的設計與實現(xiàn),系統(tǒng)中模擬了智能家居中的部分場景,并在實驗室環(huán)境中做了大量的模擬測試,程序運行良好?？傊?進行基于ZigBee技術的物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)的設計分析,有利于提升基于物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)設計水平,促進在實際中的推廣應用,具有積極作用和價值意義。
關鍵詞： 數(shù)控車床 實訓設備 實訓裝置 教學儀器 教學設備 實驗設備 實驗平臺 實訓臺 考核裝置 實訓系統(tǒng) 實驗裝置 數(shù)控技術 技能實訓 數(shù)控系統(tǒng) 電氣控制 實訓鑒定 實驗系統(tǒng) 數(shù)控軟件 數(shù)控實訓 電氣技術 實訓目錄 數(shù)控銑床 高教設備 職教設備 實訓車床 PLC控制 PLC技術 PLC實驗 變頻調(diào)速 PLC實訓
我們利用當前智能家居技術的新理念與技術, 開發(fā)技術先進、性能卓越、實用性強的物聯(lián)網(wǎng)智能家居實 現(xiàn)系統(tǒng)，并指導學生掌握其管理與維護技術。
1物聯(lián)網(wǎng)智能家居實訓系統(tǒng)組成和內(nèi)涵.
物聯(lián)網(wǎng)智能家居實訓系統(tǒng)由智能照明、智能安防、人 臉識別門禁、智能音響、智能冰箱、能耗監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、 智能窗簾等子系統(tǒng)，及物聯(lián)網(wǎng)應用.上位機管理軟件組成， 各子系統(tǒng)通過連接電纜進線連接，采用ZigBee、 wifi、 3G 多種網(wǎng)絡技術傳輸傳感及控制信息。系統(tǒng)支持智能家居設 計、安裝、調(diào)試以及應用編程等多種方式來鍛煉師生的技 術水平，是一套既能展示物聯(lián)網(wǎng)智能家居應用，又能掌握 相應技能和知識的實訓系統(tǒng)。
本開發(fā)平臺實現(xiàn)對物聯(lián)網(wǎng)三層(感知層，網(wǎng)絡層，應 用層)的全方位技術運用，比較全面的兼顧了物聯(lián)網(wǎng)所涉 及的各類技術，包括無線傳感器硬件、嵌入式軟件系統(tǒng)、 Wifi、Internet 端應用軟件開發(fā)教學，設計提供了智能家 居多個子系統(tǒng)的應用實訓，該系統(tǒng)所涉及到的技術主要包 括:電子電路、2. 4GHz高頻通訊、ZigBee 無線網(wǎng)絡、無 線傳感器、無線SoC、嵌入式ARM、UHF RFID 射頻識別、3G、Ethernet、服務端軟件開發(fā)。
開發(fā)平臺提供了功能強大的以ARM處理器為內(nèi)核的網(wǎng) 關硬件和自主研發(fā)的網(wǎng)關核心軟件，不僅能完成多種無線 網(wǎng)絡管理，傳感器和射頻識別信息處理，而且可以通過不 同無線和有線網(wǎng)絡路徑，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C管理平臺并存入數(shù)據(jù)庫，支持遠程訪問，并運用虛擬技術仿真智能 家居場景及設備解決場地及設備制約因素。
2系統(tǒng)功能
針對職院學生，主要鍛煉的是學生的動手能力和實際 操作的技能。學生可以根據(jù)自己的設計想法改變模擬房間 內(nèi)環(huán)境，也可以通過一體式計算機通過因特網(wǎng)訪問房間內(nèi) 自動化服務器，對智能設備、視頻監(jiān)控等遠程控制、訪問。 該裝置能進行智能家居系統(tǒng)設計、線路的設計與連接、調(diào) 試、故障排除、系統(tǒng)配置等實驗和實訓。
在打分環(huán)節(jié)考慮到人為因素對比賽結果的影響，在系 統(tǒng)中，特別設計了自動評分功能，對各個系統(tǒng)網(wǎng)絡連通性、 電源接線、軟件配置進行自動化檢測，為實訓成績提供客 觀的依據(jù)。
2.1智能照明
包括智能照明管理軟件模塊、燈控模塊/調(diào)光模塊、通 信模塊、燈具，通過和網(wǎng)關通信，支持本地控制和管理軟 件遠程控制，本地可以設置感應開/關閉，并和光敏檢測模 塊聯(lián)動，實現(xiàn)自動化。
2.2智能安防
包括智能安防管理軟件模塊、窗磁、煙霧感應器、主動紅外入侵探測器、攝像機、雙鑒探測器對非法入侵、火 情、煙塵等監(jiān)測，針對突發(fā)事件做出緊急處理，與 SM/GPRS短息貓聯(lián)動，當發(fā)現(xiàn)有異常時攝像機自動截取畫 西開發(fā)送消甚至指定手機或報警。
2.3人臉識別門禁
人臉識別門禁系統(tǒng)由主人臉識別門禁機、門禁控制器 和電鎖組成(聯(lián)網(wǎng)時外加電腦和網(wǎng)絡通訊設備)，使用方式屬非接觸方式，出入人只要在人臉識別門禁機附近(30-80厘米)晃動一次，人臉識別門禁機就能將識別結果發(fā)送到 門禁控制器上，然后由門禁控制器進行檢查核對合法性， 決定是否進行開門動作。整個過程只要在有效的使用范圍 內(nèi)均可實現(xiàn)門禁管理功能。人臉識別門禁機安裝門邊墻內(nèi)
外，而不影響其工作。
人臉作為每個人身體的一部分、不能復制、安全可靠。并通過網(wǎng)絡與電腦進行實時監(jiān)控(可由電腦發(fā)指令開/關所 有門，并可實時查看所有門的狀態(tài))數(shù)據(jù)處理、查詢、報 衰輸出等。
2.4智能音響
包括智能音響管理軟件模塊、情景音樂系統(tǒng)主機、高保真音箱，通過軟件平臺來控制音樂的播放。
2.5智能冰箱
包括智能冰箱管理軟件模塊、RFID讀寫器、食物冷藏 柜。通過RFID技術實現(xiàn)食物管理功能，通過PC管理平臺 訪問，配合食品圖示，能看到冰箱內(nèi)的食物信息，食品提 醒設置，一旦冰箱內(nèi)食物短缺或過期，就會發(fā)送短息到指 定手機。
2.6能耗監(jiān)測
包括能耗管理軟件模塊、智能插座、能耗統(tǒng)計模塊。 通過智能插座實現(xiàn)所有電器通過數(shù)據(jù)采集終端，無線網(wǎng)絡， 實現(xiàn)無線抄表、管理功能?？梢远ㄖ平y(tǒng)計分析功能，并通 過監(jiān)控系統(tǒng)控制臺、智能手機實現(xiàn)可視化查看和管理，體 現(xiàn)綠色節(jié)能理念。
2.7環(huán)境監(jiān)測
本系統(tǒng)包括環(huán)境監(jiān)測管理軟件模塊、溫濕度、光敏無 線通信模塊。實現(xiàn)溫度、濕度、光敏等監(jiān)測，針對環(huán)境參 數(shù)設備智能開啟相關設備自動調(diào)節(jié)環(huán)境溫濕度或與其他系 統(tǒng)進行聯(lián)動，對突發(fā)事件做出緊急處理。
2.8智能窗簾
本系統(tǒng)包括智能窗簾管理軟件模塊、窗簾控制器、電 動窗簾，通過和網(wǎng)關通信，支持本地和管理軟件遠程控制,
本地可以設置感應開/關閉，并和光敏檢測模塊聯(lián)動，實 現(xiàn)自動化。
2.9.上位機管 理軟件
系統(tǒng)包括照明、窗簾、能耗、電器、安防、環(huán)境監(jiān)測、 實訓評估模塊，本實訓管理平臺是以上各個系統(tǒng)的一個綜 合性、集中管理平臺。內(nèi)容包括:系統(tǒng)的實時狀態(tài)查看、 遠程控制、數(shù)據(jù)存儲、統(tǒng)計分析、參數(shù)設置、預警。如圖1所示。
3系統(tǒng)特色
真實的家居環(huán)境需要投入大量的人力物力，從實訓的 角度來說，需要耗費大量的時間和經(jīng)歷建造樣板房，投入 巨大。因此，設計采用模擬家居環(huán)境的智能家居系統(tǒng)，將 涉及到的應用及控制模塊和設備安裝部署在可收縮的網(wǎng)孔 板機柜上，減少對空間的占用，并可應用于以后的實訓教 學中。
智能家居實訓系統(tǒng)安裝在一個網(wǎng)孔板機柜上，可以收 攏展開，展開后尺寸為2. 4m*0. 8m*1. 9m (長*寬*高)， 收 攏后尺寸為0. 8m*0. 8m*1. 9m (長*寬*高)， 實訓設備可以 自由安裝，具有很大的靈活性。
各系統(tǒng)的控制模塊均安裝在86盒內(nèi)，可靈活部署在網(wǎng)孔板的任意位置,方便師生根據(jù)自己的設計完成施工。
4總結
本文介紹了一個物聯(lián)網(wǎng)智能家居實訓系統(tǒng)的設計與實現(xiàn),系統(tǒng)中模擬了智能家居中的部分場景,并在實驗室環(huán)境中做了大量的模擬測試,程序運行良好?？傊?進行基于ZigBee技術的物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)的設計分析,有利于提升基于物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)設計水平,促進在實際中的推廣應用,具有積極作用和價值意義。