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随着科技的不断进步发展,人们对于生活环境质量要求越来越高。在解决了基础物质生活需求的今天,高质量的生活水平逐渐为人们所追求。智能家居也随之而生,随着物联网络的出现,家居物联网的组建也日渐提上。
家居物联网的出现,将极大的改变我们的家居环境,甚至是社会生活习惯,其本质是物理无缝集成到信息网络中,实现真实世界与互联世界的融合。本文将结合物联网技术,着重介绍家居物联体系的建立、实现以及在物联环境中家电的新型应用。
体系架构
家庭家居物联网系统是物联网域中的最小集成单位,是实现统一融合的物联网络的最小系统,其技术构建可用”DCMC”来概括,即Device(设备)、Connect(连接)、Manage(管理)以及Customer(用户)。其组成如图所示:(附件)
家居物联网的设备层(Device)主要实现数据的采集以及信息的发布。包括了传感器、集成RFID识别等新型技术的物联家电终端、二维码标签以及通信模块等设备。
家居物联网的数据互联层(Connect)实现不同的数据传输类型的协议互联,是整个家居物联网的数据传输通道。通过数据的互联实现终端设备的组网通信,而不再是单一的信息孤岛,实现对于GSM、3G、RFID、WIFI、蓝牙等技术的互联。
家居物联网的控制管理层(Manage),是整个家居物联系统的核心,通过它可以对家中的终端设备进行控制、管理,以及提供智能的分析处理。并可以实现人与家居物联网络的交互,实现互联世界对物理世界的 *** 作。
家居物联网的用户对象层(Customer),是家居物联网的使用者。通过语音合成技术构筑的良好人机交互机制,通过对管理层下发命令来控制整个家居物联网络,而物联网的信息可以通过语音合成进行语音的播报反馈给使用者。
解决方案
家庭家居物联网系统(以下简称家庭联网系统)的技术方案主要涉及TTS技术、无线通讯技术、电子技术、计算机技术、网络通信等技术手段,实现家庭家居互联控制、通信以及家居网络的安防的功能,能与其他家庭网络互连组网。可以实现远程家电控制、报警,以及实时数据采集、网络互享等功能。
家庭联网系统主要分为三大部分组成:
1、家庭信息互联处理中心是家居物联网的联络中心,主要实现家中不同的家电的互联信息处理以及与外网的数据交流;
2、家庭控制管理中心是实现家居物联网的控制中心,处理远程 *** 控命令、采集传感器和标签信息,并兼容家庭安防控制系统,可以对局域网的用户设置访问等级等功能。;
3、移动互连处理中心是外网数据与家居联网数据的交互平台,主要实现物理局域网内、外数据与家居互联中心的数据交互,并能将外来请求提供给安防中心。如下图所示:(附件)
系统构成
家庭信息互联处理中心和家庭控制管理层的组成包括:物联终端设备、通信网关设备和提供信息管理处理的应用软件,而移动互联中心组成主要为通信网关和网络应用程序组成。
物联终端设备主要为家用物联电器,物联家电终端将是新技术综合的复杂元器件整体。如物联冰箱(产品中已集成了语音合成芯片SYN6288),在食物扫描进入冰箱时会自动的记录食物的生产日期,经过智能的判断后会通过TTS技术进行语音播报:“于2010年11月5日购买的牛奶,已经过期,请勿饮用。”或者在冰箱内的食物不够时,会进行语音提示给用户,在得到用户的采购单后,通过联网技术在允许接入的超市中进行购物。
除了白色家电控制管理应用外,家居物联环境中的物联黑色家电终端也将更智能,更娱乐。未来的家用物联TV会智能判断感知人观看电视节目时与电视的距离,当距离过近会自动的黑屏并通过内置的语音合成软件进行语音播报提示。而电视节目提供商在得到客户允许后,收集客户平时喜欢观看的电视节目,有新的客户喜欢的节目出现会第一时间通过TTS技术进行合成播报推荐,用户可选择接受或拒绝。终端生产商在客户使用电器过程中收集客户常用的功能,来制定针对目标客户的个性化产品。
物联家电终端出现产品故障等问题时,会第一时间通过语音合成技术对室内的客户报警,并将家电故障数据提交给厂商的售后部门以及指定的用户手机中。售后部门的服务处理中心得到数据,并从云处理中心得到准确的 *** 作步骤,反馈给客户,并指派工程师去提供维护服务。
通信网关与物联终端基于统一的互联通讯协议(如闪联标准),物联终端和传感采集装置可将整个家庭环境中的动静态数据信息通过通信网关与家庭控制管理进行数据的交互。当出现异常的数据信息能迅速的将数据上传,并进行室内的告警。用户在外出时,可以通过移动互连终端如手机,精确的对家中的电器进行 *** 控,在夏日的下班途中,可以远程控制家中的空调提前开启,等踏入家门中,将是舒适的温度。
每个家庭的家居物联网可以对外来访问请求设置相应的等级,最大的保障用户的隐私使用权益。按照不同访问等级,将访问不同权限的家居联网数据信息。
意义
家庭物联网的构筑将实现家用电器等一系列家用产品的触觉,而集成了语音合成技术实现了物品的说话能力,在物联终端或者通信网关中集成语音合成芯片(如SYN6288)实现物品开口说话的能力。通过语音的直接交流,才是最为合适的人机交互处理机制。
家庭环境中的一些数据信息需要与小区或者更大规模的物联网络进行集成,通过云处理中心来提供智能的判断能力,提供紧急事件的处理方法,最终实现物理环境与虚拟环境的融合。
结语与展望
家庭联网系统将是整个物联网络中的一个最小完整节点,只有家庭物联网系统的构成,才能实现小区以至国家范围内的物联系统。家庭家居物联网的建设最为迫切需要解决的问题则是物联通讯协议标准的确立,而不是几年过后互不相连的信息孤岛。
通过家居联网系统的建设推广,实现统一的物联小区局域网。家居物联网的主要应用场所也是在小区、办公楼等局域网络中的使用,通过家庭家居联网系统的构建来推动我国物联网的由点及面的发展。整套系统的构建将是小区物联网必不可分的基础结构,是实现物联小区的主力应用方向。语音合成带来的良好人机交互体验,也是物联终端所必备的功能。
物联网系统开发涉及的环节、人员及内容非常多,把物联网系统开发分成四大阶段,主要是需求阶段、研发阶段、测试阶段、发布阶段等,实现循序渐进,完成物联网系统项目开发。1、需求阶段
企业在开发前就需要清楚想要什么类型的系统,产品经理与客户进行沟通讨论时,就包括开发类型、开发平台、功能需求、页面设计、开发周期、开发预算等问题反复讨论,之后还将这些需求梳理、需求分类,整理出大致的物联网系统功能框架原型图,只到确认原型图符合要求。
2、研发阶段
在需求阶段梳理完成后,进入物联网系统项目研发时,UI设计师会根据互联网系统原型图进行界面设计,在经过过多次与项目经理沟通修改后,形成初步的互联网系统的页面设计效果图。页面设计完成后,项目开发的前后端工程师根据需求文档进行需求评审,需要程序编写人员根据计划表,按计划和模块进行编写;在编码阶段择合适的程序设计语言、制定编码规范、建立数据库系统、进行程序编码。
3、测试阶段
测试是项目中较为重要的环节,其保证软件系统最后的质量。在物联网系统开发的测试中大致环节包含:测试用例设计、单元测试、集成测试、系统测试、编写《测试分析报告》。在此过程中,测试人员会将出现bug的部分,按计划反馈给前后端的相关负责人或工程师,然后相应工程师进行修改,直至项目在测试环节无bug问题,与客户进行沟通开始验收。
4、发布交付
软件系统开发公司根据合同向企业交付相关程序和文档,22 计算机学院物联网专业课程
物联网专业核心课程按软件和硬件分为:硬件方面的电子电路基础、物联网硬件基础、计算机网络和无线传感网,软件方面的程序设计基础、 *** 作系统系统编程、数据库和数据挖掘。
下面的课程是笔者所在学院一个对嵌入式方向感兴趣的学生所学课程的基础上加了几门物联网专业必需的课,用黑体加重给出,要加其他的课就需要替换现有的课。一个学生要求的学分是固定的,学太多课没有太多的意义,关键是引导他们进行工程实践。这个学生毕设采用32位微控制器完成了传感器数据采集、无线传感网协议栈的移植,将采集数据通过串口和USB口传送给微机。由此看来,该学生所学的知识可以应对物联网应用项目开发。
专业基础课:物联网技术导论、计算机科学导论、程序设计基础(C语言)、离散数学、数字电子技术基础、电路分析基础、模拟电子技术基础、数值分析。
专业必修课:无线传感器网络、数据结构与算法设计、面向对象程序设计、计算理论与算法分析设计、数据库原理与设计、计算机组成原理、汇编语言程序设计、 *** 作系统、编译原理与设计、软件工程基础、计算机体系结构、计算机网络、微机接口技术、信号与系统、自动控制原理。
专业选修课:微控制器接口技术、计算机图形学、人工智能基础、嵌入式系统、多媒体技术、网络信息安全、软件体系结构、分布式计算原理与应用、Web软件技术、硬件描述语言与计算机硬件模块设计。
专业实践课:数字电子技术实验、模拟电子技术实验、 *** 作系统课程设计、程序设计方法与实践、Web开发基础、软件基础实习、数据库系统开发、汇编与接口课程设计、计算机组成原理硬件实验、软件工程综合训练、Visual C++数据通信编程实践。
学院的老师还打算开设微电子与传感器技术、无线自组网理论及应用、无线网络技术及应用、普适计算、服务计算与云计算、异构网络互联技术、传感器网数据融合技术、物联网信息处理技术和海量信息处理。
23 专业及特色课程
按物联网层次:
① 感知层——射频识别技术、传感器技术基础、嵌入式系统接口技术。最好在电路分析基础、模拟电子技术基础、数字电子技术基础等课程基础上开设。
② 网络层——计算机网络、无线传感器网络、通信原理。
其他基本上是应用层的课,可多可少,看学校偏重哪方面应用。专业入门课物联网技术导论是必需的,而想开设物联网技术与应用或物联网原理与应用这样广而全的课,在有限的学时内是不太现实的。
其他学校、学院不同于计算机学院的专业课及特色课有:密码学基础、信号处理基础、图像处理技术、射频识别技术、传感器技术基础、Linux *** 作系统编程、Android *** 作系统编程、无线传感网与自组织网络、电子商务、数据挖掘、移动通信、传感器与检测技术、Web系统开发与集成、下一代互联网、模式识别、网络管理、物流管理概论、智能交通概论和环境工程概论。
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