可扩展的智能家居研究报告学院： 哈尔滨师范大学计算机科学与信息工程学院 个人申报者姓名（集体名称）： 杨帆 类别： *自然科学类学术论文 *哲学社会科学类社会调查报告和学术论文 R科技发明制作目录一、研究背景 11.1物联网的概念 11.2物联网的体系结构 21.3智能家居的概念 4二、国内外同类研究状况 52.1 目前国内外同类技术研究状况 52.2同类产品的优缺点介绍 62.3与本产品比较、分析 9三、本系统的原理结构 103.1 原理： 103.2 试验系统各单元介绍： 113.3 试验流程： 11四、技术关键及创新 154.1 主要核心技术 154.2 技术创新点 15五、产品实验数据 16HMC5883L三轴电子罗盘传感器 16超声波传感器 18DS1302时钟模块 204017数字集成块扩展Arduino开关阵列 22光控LED模块 231602液晶显示模块 25LM35温度传感器 28一、研究背景1.1物联网的概念物联网的英文名称为“Internet of Things”，简称：IOT。
从字面上解释，物联网就是“物物相连的互联网”可以从两方面去理解：其一，物联网是在互联网基础之上的延伸和扩展的一种网络物联网的核心和基础仍然是互联网；其二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信关于物联网的定义到现在还没有一个统一的定义有一个较为普遍认同的定义是物联网通过射频识别(RnD)装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等各种信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络究其来源，其实只不过是在20多年前，提出的“泛在计算”框架下的一个小分支但是物联网的第一次提出源于1999年，美国麻省理工学院成立Au“rID研究中心．进行RFID技术的研发，将RFlD与互联网结合，提出了产品电子代码(EPC)解决方案这是物联网的雏形，一直到现在为止，RFID的发展还是物联网发展的重要部分2003年，美国《技术评论》提出传感网络技术将是未来改变人们生活的十大技术之首2005年在突尼斯举行的世界电联报告中明确提出了“物联网”的概念，国际电信联盟(ITU)发布了《ITU互联网报告2005：物联网》近几年金融危机之后的复苏时期．物联网概念迅速风行，受到各国政府的重视。
我国的《国家中长期科学与技术发展规划(2006--2020年)》和“新一代宽带移动无线通信网”重大专项中均将物联网列入重点研究领域1.2物联网的体系结构物联网应该具备三个特征，一是全面感知，即利用RFID、传感器、二维码等随时随地获取物体的信息；二是可靠传递，通过各种电信网络与互联网的融合，将物体的信息实时准确地传递出去；三是智能处理，利用云计算、模糊识别等各种智能计算技术，对海量数据和信息进行分析和处理，对物体实施智能化的控制[7]在业界，物联网大致被公认为有四个层次，底层是用来感知数据的感知层，第二层是数据传输的传输层，第三层是服务管理层，第四层是最上面则是内容应用层我在这里认为物联网分为五层次，底层是用来感知的传感器层，第二层是数据收集的网络信息汇聚层，第三层数据收集过来加以分析的信息分析层，第四层分析过的数据传输的信息传输层，最上面则是应用层传感器层是物联网的皮肤和五官——识别物体，采集信息传感器层包括二维码标签和识读器、RFID标签和读写器、摄像头、GPS、传感器、终端、传感器网络等，主要是识别物体，采集信息，与人体结构中皮肤和五官的作用相似网络信息汇聚层是物联网的神经中枢和大脑——信息数据的收集。
网络信息汇聚层包括通信与互联网的融合网络、网络管理中心、信息中心和智能汇聚中心等信息分析层是将网络信息收集的信息数据加以分析，ZigBee技术网络层的路由算法分析数据传输层将网络信息汇聚层获取的信息进行传递，经过有线网络，无线网络的传输，类似于人体结构中的神经中枢和大脑图1.1物联网四层结构图应用层是物联网的“社会分工”——与行业需求结合，实现广泛智能化应用层是物联网与行业专业技术的深度融合，与行业需求结合，实现行业智能化，这类似于人的社会分工，最终构成人类社会1.3智能家居的概念 智能家居又称智能住宅，英文名称为“Smart Home”智能家居是一个以住宅为平台安装有智能家居系统的居住环境智能家居集成是利用综合布线技术、网络通信技术．安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设备集成由于智能家居受产品生产厂家的限制在短时间内还没有统一的标准协议，所以一般都是一个厂家单独做系统研发方案的其中较为有影响力的一次是2007年微软推出的“未来之屋”，是物联网技术应用于日常生活的一个样板进人房屋时，安全系统会对来访者的面部进行扫描，确认身份后自动打开房门客厅冰箱的液晶显示器能列出保存的食物清单，厨房水槽能够根据使用者的身高调节高度，而排风机会根据油烟浓度自动开启。
此外，每个房间的墙壁颜色、装修风格和温度，都可以根据家庭成员的喜好和情绪自动更换二、国内外同类研究状况2.1 目前国内外同类技术研究状况智能家居系统又称为智能家庭局域网，是适应现代化家 庭生活而形成的多样化的网络结构智能家居(Smart Home)的概念是由美国、加拿大、欧洲、澳大利亚以及东南亚等经济比较发达的国家最先提出的其目标是将家庭中各种与信息相关的通信设备、家用电器和家 庭保安装置通过家庭总线系统(Home Bus SYSTEM，HBS)连接到一个家庭智能化系统上进行集中的或异地的监视、控制和 家庭事务性管理，同时保持这些家庭设施与住宅环境的和谐与协调一致智畿家居的基本功能包括网络接入系统、防盗报警系统、消防报警系统、电视对讲门禁系 统、煤气泄露探测系统、远程抄表（水表、电表、煤气表）系统、紧急求助系统、远程医疗诊断及护理系统、室内电器自动控制管理及开发系统、集中供冷热系统、 住宅网上购物系统、语音与服务系统、网上教育系统、股票操作系统、视频点播系统、付费电视系统、有线电视系统等智能家居在国外已获得长足发展，自世界上第一幢智能建筑于1984年在美国康捏迪格州出现后，美国、加拿大、欧洲、澳大利亚和东南亚等经济比较发达的国家和地区先后提出了各种智能家居方案。
目前，智能家居系统已从开始时的以PC为控制中心逐渐转向以嵌入式家庭网关为核心的嵌入式系统领 域，在美国已有近40 000户家庭安装家庭智能化系统，新加坡已有近30个社区近5 000户的家庭采用了家庭智能化系统三星也开始在中、韩两国同时推出其智能家居系统，通过机顶盒和网络，将家居自动化控制、信息家电、安防设备以及娱乐 和信息中心这4部分集成一个全面的、面向宽带互联网的家居控制网络2006年，日本NTT公司与上海交通大学合作进行数字家庭中传感器开关接入的研发，希望在智能家居领域有所突破，尽快在日本和中国打开市场在国内开发智能家居的公司中，在家庭内部组网中多采用有线方武（如X-10），基于无线通信的 也多是自己设计简单的协议，并没有采用比较成熟的适用于智能家居的协议国内典型的智能家具系统有：科龙集团研制的智能网络家居系统、海信的智能家居控制 系统、清华同方的Home数字家园等他们的产品具有不同的标准，为产品的相互兼容带来问题2005年6月，由联想牵头的“闪联”和以海尔为首的 “e家佳”同时被信息产业部确定为行业推荐性标准，从而拉开了数字家庭竞争的序幕2.2同类产品的优缺点介绍虽然目前智能家居系统有了一定的发展，并且市场上也开始出现相应的产品，但从总体的发展来看，不容乐观，特别是统一标准和权威产品的缺乏严重影响了家居智能化的发展。
传统智能家居尚未将物联网，传感器网络，WIFI网络，近场通信，蓝牙，红外信号，激光通信，ZIGBEE技术，GSM网络，多种方式相结合对家电进行控制，手持语音设备对家电操控也用之甚少更别说远程语音控制，在对室内情况进行实时监控也尚未引用无线视频传输技术，激光报警，红外热感，烟雾传感，空气质量检测等技术，同时我们采用开源硬件设计与面向对象的开发方式提高了底层透明度和后续开发维护的效率降低了整体开发成本，但这些应用在智能家居研发领域均有广阔的前景，同时也是技术难关随着科技的提高，经济的发展，人们的物质生活水平的提高，对家居环境的要求也越来越高，作为家居智能化的核心部分——“智能环境检测与管理系统”也越发显得重要不管国内还是国外，其智能家居系统对于人的体验做的都不是很充分，系统对用户不透明（底层硬件模块设计不透明，服务程序接口不透明，设计原理不透明等，用户相当于用了一个“黑盒”系统），用户只能被动的去接受你的系统，却不能让系统去适应用户，用户很难去组建自己想要的系统同时目前国内外智能家居的发展也遇上一系列的瓶颈，（1）安装、调试复杂，成本费用高据悉，一套功能比较完善的智能家居系统很复杂，综合布线的施工过程以及后期的调试都必须要专业的工程师进行，假如在使用中出现故障的话，维修起来也是一件相当麻烦的工程，加上动辄几万、几十万上百万的成本费，一般的老百姓根本承受不起这个高档的奢侈品。
2）功能华而不实据调查，目前大家比较关心的是安防报警、环境监测与控制、能源检测与控制等功能，对一些概念性的控制功能好像并没有引起广泛的兴趣总之，一般对智能家居有需求的用户还是把家庭安防放在首要位置另外，现在市场上智能家居智能产品的稳定性和可靠性还较差，有待进一步提高3）缺乏资金支持一方面，"智能家居"只是某些房地产开发商为增加卖点采取的促销手段并没有真正“智能”4)扩展能力弱5）使用不方便，设置不方便，对用户界面不够友好随着社会消费水平的提高，开发商们自觉的把智能家居考虑进来以增强自身的竞争力，同时又出于保护自身的经济利益，他们会最大限度的节省成本，因此在选择智能产品时不会投入太大的资金；另外，有很多内地的工程公司的老板对智能家居的市场缺乏信心和认识，在开发这部分市场的时候会有很多的顾虑，导致了一些工程商对智能家居工程采取观望态度另一方面，研发新智能产品、新技术需要有雄厚的资金支持，但又有很大的风险因此，一些企业在经多方寻求投资合作后，仍被拒绝在智能家居的大门外 智能家居系统仍然处于一个不断完善的过程，需要不断地完善其功能，才能更好的适应社会未来的发展要求而且国内外系统的可扩展性和灵活性受到多方面因素的限制，而正是因为这些缺点，使得他们在国内的发展缓慢，根据媒体调查，现阶段国内智能家居实际上处于初级阶段，没有占据过多市场份额的大公司。
2.3与本产品比较、分析“可扩展的智能家居”系统通过物联网技术与网络技术对家居系统进行远程控制；自由扩展的设计；多元化供电方案；利用对于手持终端设备进行远程操控；此外，还配置了手持语音遥控及远程语音遥控于此同时，通过小车进行无线视频采集，传送到任何终端采用开源硬件设计与面向对象的设计方式，提高底层系统透明度与后期开发维护效率，降低整体开发费用能满足友好，透明，高度自由可扩展，人性化与个性需求的核心系统，以及种类繁多的各类传感器节点，控制节点是我们的技术特点与优势可扩展的智能家居”系统可应用于各种场所根据用户需要个性化定制方块，如政府机关、企事业单位、居民住宅、学校等推广前景良好，因为技术型特点。