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摘要：針對房屋在日常中會遇到的安全使用問題，設計實現(xiàn)了一套基于WSN的智能家居監(jiān)測服務平臺，能夠實時監(jiān)測家庭內部的環(huán)境的基本情況，為家人帶來舒心的生活環(huán)境。系統(tǒng)設備主要通過ZigBee進行內部網通信傳輸采集的數(shù)據(jù)，通過樹莓派搭建本地服務中心進行局域網管理，在有網絡的環(huán)境中能夠自動地將數(shù)據(jù)備份到服務器中。當系統(tǒng)監(jiān)測到家庭的環(huán)境變化時會對戶主進行及時的安全提示，主要介紹了此套平臺架構的設計思路。

關鍵詞：智能家居；無線傳感器網絡；WSN；監(jiān)測平臺;樹莓派服務中心；智能安全提示

隨著5G網絡建設，物聯(lián)網得到了前所未有的發(fā)展，已經廣泛應用于生活中，智能家居設備已經隨處可見。智能音箱已經能夠正常與人對話并且按照人們的語音指令完成相應的控制操作，例如，通過語音控制電燈打開及關閉，調節(jié)窗簾的打開范圍。家居是越來越智能便捷，攜帶了各類傳感器的智能小家電也不斷地進入人們的眼簾［1］，讓我們更方便地體驗生活。與此同時，人們更加注重生活安全衛(wèi)生，注重各種裝修材料對身體造成的影響。在家居環(huán)境中，良莠不齊的裝修材料在一定程度上對身體造成了影響。例如日常使用的柜子、家具設備均會不斷地釋放甲醛，當其含量達到一定濃度時，對身體是有危害的［2］。在陰雨天，雨水是否會飄進房間對地板或室內家具造成不可逆的影響。家里的電器設備是否溫度過高而容易引發(fā)物品燃燒，空氣中是否存在令人過敏的粉塵，均需要安全的對其進行監(jiān)控［3］。目前市面上已經存在檢測有害氣體的工具，然后往往缺乏對人們安全的智能提醒［4］。對于人們居住時間最長的房屋而言，需要將室內的各項環(huán)境指標進行數(shù)字型、實時性、智能型、提醒性的智能監(jiān)測。為了更好地評估室內居住環(huán)境，室內有害氣體危害人體的健康［5］，本文提出了基于WSN的智能家居環(huán)境監(jiān)測服務平臺的框架。通過為建筑構建溫度、天然氣、煤氣等傳感器的監(jiān)測［6］，由低功耗、低成本的ZigBee網絡［7］進行匯集，中心設備進行數(shù)據(jù)傳輸和命令下發(fā)［8］，通過Wi－Fi發(fā)送到服務器，最后通過移動端對其進行查看監(jiān)控。

1智能家居監(jiān)測系統(tǒng)的設計思路

1．1智能家居系統(tǒng)的設計

WSN的智能家居環(huán)境監(jiān)測總體功能框架主要分為監(jiān)控子系統(tǒng)和控制子系統(tǒng)，具體功能如圖1所示。從圖1可知，在設計上圍繞環(huán)境監(jiān)測和系統(tǒng)控制兩大模塊進行設計，其中監(jiān)控子系統(tǒng)主要部署了網絡通信設施，包含傳感器終端節(jié)點組網、命令送達及數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?。關鍵環(huán)節(jié)是數(shù)據(jù)的采集，包含對環(huán)境中慢性影響健康的氣體傳感器監(jiān)測和短期傷害性較強的特征監(jiān)測。基于傳感器類型和房屋結構特征，根據(jù)區(qū)域特征設置傳感器及采集周期。例如，洗手間由于其使用特性導致比較重的濕度和浴霸瞬間增加空氣的溫度，需要為其設置溫度、濕度、空氣質量的傳感器，同時要求傳感器節(jié)點必須保證具有一定的防水性和耐熱性。洗手間在使用時采用密集采集的方式，而其余時間則采用稀疏采集模式。廚房是容易滋生細菌和各種小動物躲藏的絕佳地方，需要對空氣濕度、地面濕度、墻面濕度、燃燒氣體進行嚴格控制，還可以設置物體檢測傳感器。臥室是對居住環(huán)境要求最高的地方，主要監(jiān)測噪聲是否超標、空氣濕度是否在舒服的范圍內［9］、監(jiān)測窗戶是否出現(xiàn)飄雨的現(xiàn)象，提醒用戶及時關窗；監(jiān)測窗戶光照強度變化，及時調整窗簾的閉合程度。對于房屋而言，裝修材料的甲醛是威脅生命健康的重要因素之一，需要為各臥室和廳安裝甲醛傳感器。本套系統(tǒng)中主要選取空氣質量、溫度、濕度、光照強度、天然氣／煤氣、甲醛等作為監(jiān)測的對象。在無線通信環(huán)節(jié)中，主要采用ZigBee在節(jié)點與匯集節(jié)點間進行近距離通信，由匯集節(jié)點實現(xiàn)對子節(jié)進行自主組網、下達工作采集命令、收集傳感器數(shù)據(jù)、上傳傳感器數(shù)據(jù)等功能。由于無線傳感器節(jié)點是部署在居住的環(huán)境中，可以直接使用家用電作為其主要電源，鋰電池作為其備用電源。在控制子系統(tǒng)中，主要負責接收匯集節(jié)點接收到的數(shù)據(jù)，將其進行解析并保存并下達傳感器采集指令。信息數(shù)據(jù)主要通過公眾號進行顯示，用戶在公眾號可實現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示、命令下發(fā)、歷史數(shù)據(jù)對比等功能。

1．2實現(xiàn)流程

通過為用戶在房屋中部署傳感器節(jié)點及節(jié)點間組成Zig-Bee網絡，形成統(tǒng)一的局域互聯(lián)。與此同時，在本地搭建小型的網絡服務中心用于存儲基本的數(shù)據(jù)，在沒有網絡的情況下，用戶依然可以通過連接到本地路由器后，通過公眾號的內網鏈接進行對節(jié)點進行基本操作。待本地連接到互聯(lián)網后，由本地服務中心通過Wi－Fi模塊將本地數(shù)據(jù)進行遠程傳輸同步到服務中心，用戶在公眾號鏈接中可以查看屬于自己的房屋采集的基本信息。由于樹莓派具有體型小而易拓展性的特點［10］，本系統(tǒng)將為其搭建本地的服務中心，配置安裝SQlite數(shù)據(jù)庫和搭建nginx服務器系統(tǒng)，進而實現(xiàn)了公眾號的局域網訪問。

2數(shù)據(jù)的同步及管理

2．1數(shù)據(jù)內容同步

WSN的智能家居環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的初始配置信息存儲在本地服務中心，采集的數(shù)據(jù)在未連接網絡時可以通過TF卡進行備份，然后再通過網絡設備手動更新到服務器端。用戶在本地服務中心設置用戶名、傳感器個數(shù)、傳感器類型、傳感器位置、傳感器數(shù)值范圍等信息，并將此配置傳輸?shù)椒掌?。當服務器接收到不同家庭設備傳來的數(shù)據(jù)時，則自動的根據(jù)配置信息對其進行基本的格式處理。為減少本地與服務器端的通信頻率，則可以將數(shù)據(jù)在本地積累到一定的數(shù)量或符合設定的條件后再發(fā)送到服務器端。如用戶設置為實時查看數(shù)據(jù)時，則當采集到數(shù)據(jù)時立刻進行同步。在服務器端系統(tǒng)通過對比用戶采集的傳感器數(shù)據(jù)進行分析，當數(shù)據(jù)存在異常時則通過短信提醒用戶出現(xiàn)的異常情況。然而設備的使用者往往可能未攜帶手機等通信設備，為此，本系統(tǒng)要求用戶提供至少三個常用手機號，根據(jù)異常情況的嚴重性選擇通知提醒的號碼。例如，如果是天然氣或煤氣泄漏而導致監(jiān)測傳感器異常時，則為三個用戶均發(fā)送提醒信息；當洗手間濕度過大時，則可以只對戶主進行提醒。用戶通過公眾號訪問數(shù)據(jù)時，可以訪問歷史記錄數(shù)據(jù)，根據(jù)歷史情況設置各種傳感器的采集周期。一般情況下，用戶在家或特殊時間段的傳感器采集周期會設置為密集采集。例如，天然氣／煤氣主要集中在用戶做餐時間段和晚上洗澡時間段使用，故此時段設置為密集采集，而其余時間為稀疏采集。密集采集與稀疏采集的頻率是相對而言的，具體采集的時間間隔根據(jù)用戶習慣進行設定，密集采集周期往往可以設置為5～10分鐘，稀疏采集則以小時為單位。

2．2數(shù)據(jù)管理

數(shù)據(jù)管理的主要內容包含用戶設備管理、用戶連接管理、記錄的信息遷移、用戶數(shù)據(jù)顯示形式等功能，用戶可以選擇是否將傳感器數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒掌鳌７掌鬟€提供公眾號關于設備購買及設備維護服務。

3結束語

本文根據(jù)家居的環(huán)境特點，提高人民的生活環(huán)境質量，設計了一套基于WSN的智能家居環(huán)境監(jiān)測服務，為用戶更智能化的了解家庭環(huán)境的基本情況，提高了居住的安全性，更好地保持家庭衛(wèi)生。

參考文獻

［1］梁海珍．語音識別技術在智能家居領域應用［J］．電子技術與軟件工程，2021（4）：100－101

［2］劉祎，劉萍，佘勃．“互聯(lián)網＋”智能家居監(jiān)控系統(tǒng)研究［J］．南方農機，2021，52（7）：46－47，62

［3］胡春海，張越，齊廣學．高壓電器設備在線溫度監(jiān)測技術的研究［J］．自動化與儀表，2001（1）：50－52

［4］白劍銘，江思維，馮榮幸．市面上已有的室內環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)市場前景分析［J］．科技經濟導刊，2020，28．732（34）：116－117

［5］潘曉貝．基于ZigBee的家居環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)硬件設計［J］．湖南工業(yè)職業(yè)技術學院學報，2021，21（1）：73－77

［6］曹督尊，劉國彥，趙金才，等．基于STM32的智能室內空氣質量監(jiān)測系統(tǒng)設計［J］．科技視界，2020（16）：25－27

［7］李慶，黃傳翔．基于ZigBee技術的家居環(huán)境多參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)研究［J］．電子測試，2020（19）：43－45

［8］黃培燦，林錦峰，周培森，等．基于ZigBee技術的室內環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設計［J］．工業(yè)控制計算機，2020（5）

［9］楊晉，亢利軍，胡程勇，等．基于室內環(huán)境多參量傳感的監(jiān)測系統(tǒng)設計與實現(xiàn)［J］．工業(yè)控制計算機，2020，33（9）：64－66，70

［10］徐望，朱宜炳，張常泉．一種基于樹莓派的視頻監(jiān)控網絡設計方案［J］．南方農機，2021，52（5）：41－42，44

作者：周慧怡   單位： 桂林航天工業(yè)學院