基于物联网的远程智能家居控制系统的设计 The medIcaIaIarm of system famiIyemergency design basedontheinternetof things 袁敏 YUANMin (盐城工学院信息工程学院电子信息工程系，盐城224051) 摘要：针对当前的智能家居的控制系统中，控制方式单一、控制距离较短，控制器件较为单一等缺 陷。提出一种基于物联网计算的智能家居远程控制系统的设计方法。通过把控制信息运用互 联网或者手机发送给控制终端，在得到家居器件控制命令时，系统立即通过物联网向室内的 远程控制站自动发送控制命专，同时向控制人员发出处理信息。系统通过串口与各个带控制 的室内设备连接，将采集到的控制信息发送到每一个区域的控制主机上，通过宽带互联网与 远程控制系统连接。通过系统测试，本系统可以有效传递室内电气的控制信息，控制精度和 控制延迟都满足要求。 关键词：物联网；智能家居；远程控制 59 009—01 中图分类号：TMl 文献标识码：A 文章编号：1 34(2012)11(下)一0032—04 009一01 0 Doi：10．3969／j．issn．134．2012．11(下)．1 0 引言 部的控制信号口】，以确保获取有效的信号，进而 将这些信号与控制器件相对应。形成满足标准的 当代物联网技术迅速进步，给新一代智能家 居系统控制带来了新的思路。随着人们生活水平 实时有效的远程智能家居控制系统。 新一代的物联网智能家居控制系统应满足一 和质量的提高，对生活的便捷度要求也随之提高， 些特殊条件，比如对控制命令传感器信号的获取 例如现代家庭生活中，如果能对家用电器进行实 时准确以及远程快捷的操作，就会节省大量的时 需借助信号和系统的理论MJ；实时关注正常控制 间和精力。这样的系统依靠电子信息技术发展， 信号的情况，应准确操作获取的控制信号；通过 不同类别的信号对不同器件完成相应的操作睁J；并 称为智能家居控制系统n’21。当前的智能家居控制 且要具备信号处理、压力异常报警等子系统等等。 系统在实际应用中出现了大量的问题，如长距离 控制效率低、控制方式和工具过于简单化。为此 2室内远程控制信号的发送与采集 需要研究出更为完善的远程智能家居控制系统， 2．1远程控制信号的放大及其补偿 通过将控制系统全部的终端以及远程控制设备相 为了实现远程智能家居控制，控制精度与控 融合，成为一个更加完善的网络控制系统，即基 制距离对新一代的智能家居控制系统起到了重要 于物联网的远程智能家居控制系统。其中全部的 的作用。为了保证远程控制信号的准确性，需要 检测、监控终端设备同互联网相融合的网络即为 运用相应的放大电路对控制信号进行监视以确保 “物联网”。 零失误。这种放大电路的控制信号能量补给方式 1系统控制原理 有内外两种，它可以放大细微的远程控制信号， 新一代智能家居控制系统的形成得益于物联 从而增强了控制的实时有效性，该模块具备如下 网技术的不断完善。物联网技术可以运用网络中 四点功能： 的传感节点，控制用户室内待操作器件，使其具 1)高标准的灵敏度，不仅可以清理噪声同时 有完善的远程控制能力。这种技术的工作原理分 也成功的放大了差异远程控制信号。具备节能的 为：对外部的控制信息进行噪音分离以及融合数 功能，电路电流控制在：480vA；休眠时，工作电 据压缩与传递通信功能的操作。通过成功收集外 压是：2．6VA。 收稿日期：2012—08—21 作者简介：袁敏(1979一)，女，江苏徐州人，讲师，硕士，研究方向为测试信号获取与处理。 【32】 第34卷第11期2012—11(下) 万方数据 V～3．6 2)驱动电压保持在2．2 V之间。 程控制设备之间的群关系。wUSB主机和wUSB 3)高标准的灵敏度，可以有效地获取(，795 设备通过点对点传输方式实现相应的定向传输。 mV僖 @1．59)的电压变化信号，可以及时准确的反映电器 的工作情况。 设备也可以同时与两个不同的wusB主机相连接。 4)低通滤波器可以对内部信号进行相应处理。 当各类别的WUSB设备存在于一个相对狭小的环 图1是电路设计的硬件连接图，一旦输入的 境时，怎样提高设备的访问能力以达到合理使用 控制信号很小，则其使用小信号模型。场效应管 带宽是关键所在。此时可以利用拓扑决定使用设 微变等效电路同塑造双极型三极管小信号模型类 备的多少来实现相应的控制。 似，视场效应管为两端口网络，运用结型场效应 管，输入接口处丁栅极与源极范围内，输出接口 处于漏极与源极范围内。任何的场效应管，都视 栅极电流是零，输入接口相当于开路，因为栅源 极问仅有电压，因此可以实时准确的放大物联网 底端采集的控制信号类型转化的电压信号。 图2尤线)控制命令属性的判定 可以通过对设备无线串口命令的编码，实 现具体的控制属性区分。串口通信的工作模式 为：N一6—1格式，l位起始位，6位数据位，l位 图l信号放大电路 停止位，无校验；通讯波特率的范围为：1300一 2．2接收端的信号远程接收 为了保证信号在传递过程中的损耗可以被准 用命令尾“Oxod”结束，中间为指令代码和数据内 确接收，本设计运用串形接口以及USB接口采集 容。同时电脑接收到的数据包是以“0x02”开始， 远程控制信号信息数据，同时传送给相应的电器 以“OxOd”结尾，从而降低了误码率。数据包的指 控制终端。接受信号的设备如下： 令结构是： 1)无线APl是UAI盯接口半双工无线传输远程控制设备的指令集如表1所述。 模块，通常运行于325MHz／759MHz／826MHz公 表1 控制命令的具体编码意义 用频段。该模块遵守欧洲ETSI(EN300．220．1和 指令码 数据内容 数据意义 EN30l一439—3)以及FCC15．247／15．249认证规格 BB O~oxff 启动 和无线APl通过串 CB O—Dxf!f 关闭 口调试软件设置输出功率(0—24dBm)、串口速率 CC O—旬xff 整理幅度 (1．3KBPS一29．6KBPS)、RF速率(1．3KBPS一19KBPS)、 DB 0—Oxf!f 切断功能 ， 串口格式(8Nl，801)、工作频率、产品ID等等。 DC 0—0xff 报警启 2)多控制命令区分器 EB O—0xf!f 报警闭 为了更好的区分控制命令的属性，采用 BC 0加xf!f 切断全部功能 wUSB的原理。其基本连接原理为网络集线所示。在主机中运行的数据，通 3控制系统的远程控制软件设计 过wusB Host(wusB主机)流向不同设备并且 新一代智能家居控熊猫体育制系统的软件不仅能够提 配于相应的地址以及带宽，从而形成了设备与远 示信号安全与否同时也能对信号进行相应的处理。 第34卷第11期2012—11(下)【33】 万方数据 为了方便用户使用，注重设计更加直观便捷的操 极大值的相应变化，可以分辨出信号中的噪声、 作界面、更加及时完善的数据更新功能以及完善 误操作导致的极大值，以及没有受影响的控制信 的日志查询功能。图3是智能家居控制系统软件 号。将噪声部分的小波系数消除，重构其它相应 系统的相应模块。由图3可以得出智能家居控制 系数，就可以有效的采集控制信号。 软件系统由人机接口模块、信息显示模块、信息 处理分析模块以及数据存储模块四大部分组成。 3．1远程信号采集的软件设计 如果底端传感网络获取了准确的远程控制信 息，就可以存储和加1二控制信息。获取的控制信 息的属性有采集时间、命令特征，器件编号，是 否为实际的控制信息，控制信息越复杂就越能够 降低误操作率。 3．2控制信号属性的实时显示软件设计 通过这个模块能够更形象实时的描述控制信 号的相关属性，不仅可以显示也可以语音播播放 图3软件系统组成模块 相关信号的信息。此软件可以实时将相关数据写 入日志，用于记录不同时间段内的阀门压力数据。 4系统的实际应用 3．3控制信号的准确判断软件设计 为了验证本文方法建立系统的有效性，采用 这个模块是整个软件设计的关键。其中控制 计算机模拟的方法进行试验。根据不同的距离进 信号属性运算的基础为关联小波函数，如果山(t) 行控制信号的发送和采集。其中不同属性、不同 为连续可微，同时有m阶消失矩(m为整数)。当命令的信号被分成了不同的组，这里采用3组不 t在区间【ab]中时，一旦“t)的小波变换为： 同的命令属性控制信号进行协同发送。 J眵厂(f)I≤砌。 对不同的控制信号进行发送和采集，对两个 其取对数为： 不同信号进行采集，控制命令分别为发送命令和 关闭命令。发送命令和接受命令的信号模拟结果 logI睨厂(f)I≤logK+口log口 如图4所示。 表2控制信号属性对应的取值区间 Ⅱ取值区间 控制信号的属性 控制信号属性位于较小的波动范围内，因此 mdm+1 函数m+1次不可微 位于控制命令属性的临界值的访问内，形成 Ⅱ=l 的(t)为斜坡或一定宽度山形函数 O(仅1 位于误操作的情况下，函数不连续的 控制信号没有明显跳变，很可能没有控制命 0【=0 令传递 ‘‘ 仅=．1 位十整修状念．未发送任何控制要求 这里K为常数，则f(t)在区I司[a，b]中的 图4发送命令信号的波形图 Lipschitz指数均匀为0c。如果a_2j，上式则为 通过上面的统计可以看出，在距离较远的情 IK，。厂(刮≤K(2’)“ 况下，本系统能够在发送和接受多重命令信号上， 或 满足了一定的工作要求。系统的性能满足通常意 K+J『口 10921％，／(f)l≤l092 通过以上理论，观察控制命令信号跳变时模 【下转第102页】 【34】 第34卷第11期2012—11(下) 万方数据 新结构压力自平衡装置利用压缩弹簧在活塞 动搅拌器与反应釜物料的彻底隔离，而且避免了 两侧产生稳定的理想压差，压差不受压力值及压 物料对压力自平衡装置本身的各种影响，确保整 力变化幅度的影响。此装置的缸体内装有活塞， 个搅拌器长期有效地工作。 活塞的上部与磁传动搅拌器封液联通，下部与反 根据此底入式磁传动搅拌技术开发的绿色环 应釜相联。弹簧装在固联在隔板上的弹簧固定套 保新型磁传动搅拌器具有耐腐蚀、耐硬质颗粒、 上，弹簧的底部紧贴隔板，弹簧向上的回推力通 耐高温、高转速、高效率及低成本等特点，是一 过定位圈传递到调压螺母给活塞杆一个向上的拉 种具有潜力的绿色环保新型磁传动搅拌器，有很 力，从而在活塞两侧形成了压差。按工作要求压 好的发展前景。 差一般控制在0．05～0．1Mpa，通过调压螺母调整 参考文献： 弹簧的压缩量来调整活塞两侧压差。 [1】章志耿，叶子兆．磁传动技术在搅拌装置上的应用与计 活塞下方的缸体与反应釜相联处用一弹性隔 算[J1．机械传动，2006，30(1)：31—34． 离膜，使两者彻底隔离开，不仅使得反应釜内有 【2】曹红蓓，王君泽．带冷凝器的新型弹簧·活塞式压力自 害物质或硬质颗粒不再直接进入缸体内，而且又 平衡装置的开发设计【J】．润滑与密封，2004，3：126—127， 能保证隔离膜两侧即活塞下部的压力和反应釜的 142． 压力相等。活塞和汽缸之间有密封圈密封且活塞 【3】化工设备设计全书．搅拌设备设计IM】．上海：上海科技 技术出版社，1985． 的两侧一直充满封液，确保活塞在汽缸中平滑顺 【4】李进良，李承曦，胡仁喜等．精通FLUENT6．3流场分析 畅的上下滑动。 【M】．北京：化学工业出版社，2009， W F forthe 【5】A Nienow，M 3结论 Edwards，N．Hamby．Mixing Pmcess 采用密封罩罩壁内冷却系统，确保了磁组件 2000． 中的永磁体正常的工作环境温度。采用笔者自主 【6】陈志平，章序文，林兴华等．搅拌与混合设备设计选用手 研发的新结构压力自平衡装置，不仅保证了磁传 册[M】．北京：化学工业出版社，2004． {＆‘●童‘j矗·．■矗‘，●量●j矗‘＆‘．j^■．童‘■■●{矗o．j矗·j—k．j童·j盘‘．薯矗0．{矗‘文‘j●k．，■■．．I蠢‘．j童}{盘‘I■k 【上接第34页】 义下的性能要求，能够对采集的多信号进行接受 居器件控制命令时，系统立即通过物联网向室内 和发送。测试系统给出了协同检测算法的系统性 的远程控制站自动发送控制命令，同时向控制人 能，可以看出，系统能够满足基本的距离要求， 员发出处理信息。系统通过串口与各个带控制的 起到了很好的效果。 室内设备连接，将采集到的控制信息发送到每一 个区域的控制主机上，通过宽带互联网与远程控 制系统连接。通过系统测试，本系统可以有效传 递室内电器的控制信息，控制精度和控制延迟都 满足要求 I-} ‘．．．．·～·4‘……一··～·一 参考文献： ·噩 【1]吉顺平．工业以太网与物联网互联模型的研究【J]．计算 机测量与控制，2011，08． 。l口 【2】白净，张永红．家庭心电，血压监护网系统[J】．世界医疗 ．I{r…一肃～…一一，m一…．商一…，，帕r一一一+喇r…一—r，『一，． 器械杂志，l996，(2)：42—44． 【3]安源，沙洪，王慧艳，王妍，任超世．电线接收信号的波形图 监护系统的研制【J】；医疗卫生装备；200l(3)：6．8． 5结论 在远程多参数监护系统的应用【J】；电工技术杂志；2004 本文设计的提出一种基于物联网计算的智能

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