智能建筑中的物联网

智能建筑中的物联网（精选9篇）

智能建筑中的物联网 篇1

智能电网和物联网技术都是近几年新兴起的技术, 而将二者连接起来并使其在结合中充分发挥各自的优势更是一门高新科技, 也一直是电网技术人员以及从事物联网研究的专家共同思考的问题[1]。

一、智能电网概述

由于普通电网的安全性、稳定性无法满足当今电力系统的要求, 所以运用先进的传感和测量技术、控制方法以及决策支持系统技术使电网系统的各个环节进行智能化交流, 实现电网的可靠、安全、精确、高效的利用, 这种完全自动化、智能化的电网就被称为智能电网。

智能电网的特征主要有坚强、自愈、兼容、经济、集成以及优化。当电网发生巨大的扰动和故障时, 能够有效的抵御外界的干扰和破坏, 保持有效的供电能力;具有实时、在线和连续的安全评估和分析能力, 及时发现并自动隔离故障, 进行自我快速恢复;可以兼容多种发电方式, 满足多样化的电力需求, 实现与客户的高效互动;实现资源的合理分配, 提高电力设备以及能源的利用率, 降低损耗;实现整个信息网络的高度集成, 优化资产的利用, 做到标准化、规范化、精益化的管理。

二、物联网的概述

物联网就是指通过射频识别RFID技术、无线传感器技术和定位技术获取物品以及环境的信息, 经过网络传输到达指定的信息处理中心进行智能化处理, 从而将客观存在的物品与互联网连接起来的新型网架结构。其核心以及基础依然是互联网, 并且完全依赖于对电网的各个环节运行参数的监控以及实时信息的掌控, 在整个构架中处于末梢位置, 通过分析和优化技术, 实现对结果的最优化控制[2]。

物联网这一新型构架有全面感知、可靠传递和智能化处理三个要素。全面感知是在感知层通过包括RFID、传感器、二维码和GPS等感知终端随时随地的感知物体, 收集信息。采集信息后, 物联网能够适应各种异构网络和协议, 通过各种有线和无线网络与互联网融合, 将物体的信息实时准确地传递出去。最后物联网将传感器和智能处理相结合, 利用云计算, 模式识别等各种智能计算技术, 扩充其应用领域, 对海量的数据和信息进行分析、加工和处理, 从而对物体实施智能化控制。

三、智能电网环境中的物联网技术应用

目前, 物联网在智能电网中的每个环节都有应用, 协助实现了对电网的智能控制和优化配置, 提高电力规划的管理能力。第一:发电环节。对常规能源发电的机组的运行情况、设备之间的互动以及各种参数指标实行实时监控, 对风力、太阳能发电进行电机组的稳态特性和动态特性进行稳定性分析预测, 实现发电环节的自动、稳定和高效。第二:输送环节。运用物联网在每个节点上的监控能力, 对整个输送线路上的导线温度、线路电容、绝缘子污秽以及线路风振进行全程监测, 并作出评估和诊断。由于智能电网具有自愈的特性, 对发现破坏或者不正常的情况进行自我治愈, 对用户实现连续供电。第三:变电环节。将物联网应用到智能电网后, 可以通过物联网中的传感器对重要变电设备进行检测, 并将数据传送到管理终端, 实现对整个变电站的实时检修, 对周围的安全进行防护, 更好地提高变电环节的可靠性和智能化水平[3]。第四:配电环节。由于我国国土广阔, 所以配电规模和配电设备数量都十分巨大。物联网可靠传递特性恰好可以针对这一情况实现配电网络中的配电现场作业、配电网络设备以及运行状态信息的有效传递并进行安全防护, 避免大规模人力、物力的投入。第五:用电环节。物联网技术与门禁系统、防盗防火系统以及有情境控制的结合, 实现了电网与用户的双向互动。革新电力服务的传统模式为用户提供更加优质、便捷的服务, 提高了人民生活质量[4]。

四、总结

物联网在智能电网中的应用为全世界的电力工业在安全性、高效性以及智能化上都开辟了新的发展空间, 但是物联网的安全性一直没有得到很好的解决, 这将成为其应用在智能电网中的最大障碍。

参考文献

[1]潘睿, 刘俊勇, 郭晓鸣.面向智能电网的电力系统云计算[J].四川电力技术, 2009, 32 (增) :66-10.

[2]刘玮, 王红梅, 肖青等.物联网概念解析电信技术, 2010, (01) :5-8.

[3]刘志硕, 魏凤, 柴跃廷, 沈喜生.我国物联网的体系构架研究[J].物流技术, 2010, (212) :1-3.

[4]杨会平, 马振洲, 宁焕生.双频RFID标签平滑升级高速公路联网收费系统[J].智能卡与电子标签, 2006, (5) :36-38.

智能建筑中的物联网 篇2

杜圣东 2010年12月

一、引言

Windows操作系统统领PC时代近30年，Linux操作系统更是支撑起了高速稳定的互联网时代。从现在已经是步入发展快车道的移动互联网走到即将到来的全面物联网（Internet of Things）时代，是否拥有自主知识产权的智能终端操作系统，对我国物联网战略及信息安全来讲，十分关键。

如果用人体来比做物联网，那我们的眼睛、鼻子、耳朵、皮肤就是信息传感设备；触觉神经元链接系统就是高速网络；大脑自然就是后端海量数据中心里负责做任务处理、分析、反馈的服务器集群。下面的物联网定义是当前大部分学者普遍认同的观点:通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统(GPS)、激光扫描器等信息传感和采集设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

自从2008年初谷歌对Android这款轻量级的移动操作系统进行开源以来，吸引了摩托罗拉、高通、LG、三星、华为、HTC、思科、中国移动等制造商和运营商加盟研发和推广。谷歌把移动智能手机终端作为切入点，来引领其整合全球信息的战略，也是基于对下一代信息技术革命大趋势的把握。至今，搭载android系统的终端每天出货量超80万部。从2009年一款实现了可测量血压并实时传输个人记录到医院中心系统的Android终端面世开始，接下来还出现了可以作为车载导航的Android终端，可以扫描二维码、控制微波炉冰箱、可以控制机顶盒的Android终端。从中可以看出，Android不只是款手机操作系统，谷歌大力推广Android系统也不只是收广告费那么简单，而是其一直在引领和推动物联网的实实在在的应用和发展。如果说我们还在为物联网是什么、该怎么制定标准而争吵。那很可能在下一个信息10年，我国的信息战略要经受的不只是被微软追讨版权这么简单。因为物联网时代不仅仅是信息技术的革命：PC和互联网时代，机器是机器，人是人，通过灾备、防病毒等，对我们的影响谈不上深远；而在人和生产环境、生活环境、甚至是军事设施等物理环境进行大融合或局部融合（类似于公有云、私有云概念）的物联网时代，终端操作系统受制于人，是难以想象的

这也是为什么要开展物联网终端操作系统研究，而且具有必要性和紧迫性。以物联网最早的应用领域物流工程为例。嵌入标签的货物从识别、装箱、发货、运输到签收等每一个环节都可以在互联网上和物流中心系统进行查询和监控。但物流行业应用现状是，RFID扫读器、中心系统设备、GPS定位系统、GIS导航系统、仓储管理系统等这一系列的设备和软件并没有完成真正意义上的物连和互通，各环节之间或孤立或联系不紧密。后端物流行业大数据中心建立起来并不难，难点在于还没有很好的办法对前端各类设备和应用软件进行整合，过于分散的模式使得资源冗余浪费、成本太高且物流过程难以一体化管控。这也是本文提出基于Android的工业级物联网智能终端操作系统，来作为物联网前端中继节点这种设计思路的目的所在。

二、针对问题提出初步研究框架及思路

现有物联网定义中“按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来”这种说法很宽泛，没有阐明一种具体可行的应用模式和解决方案。本文提出一种更深入的广义物联网概念，那就是代表我们眼睛、鼻子耳朵的信息传感设备把采集到的信息直接推送到高速网络之前，需要经过一定的集中过滤处理或轻量级的实时数据分析和反馈处理。这个环节是通过一个智能终端操作系统（好比物联网小脑）来完成的。本文中的物联网终端不是传统物联网范畴中定义的各类分散的、自成一体的终端设备（比如红外感应终端、RFID扫读器终端等），而是对各类好比神经末梢的终端感应采集点进行整合，集中互联、管控的具有操作系统特性的一体化终端系统，主要具有如下核心功能：

（1）根据标准协议与周围感应设备和采集点进行集中的指令和数据交互

（2）根据标准接口和协议通过互联网或移动通信网与后端数据中心互联互通，来完成任务提交、分发、调度和物体识别、管控等功能，同时满足部分轻量级任务现场实时处理的功能需求。

通过这种物联网后端和终端设计架构，能有效利用带宽，提高响应效率，优化物联网整体规划、设计和组织管理。当然这个物联网终端操作系统相对于进行海量数据处理和应用服务分析的后端系统来讲，应该是轻量级的，并具有移动便携性（比如物流过程中的随车终端，集GPS定位、GIS导航、装卸货品扫描、与物流中心主系统对接进行任务提交、数据共享、移动办公等功能的一体化物流物联网终端设备）和快速定制性（比如在家庭应用中，集实时病人血压检测，人工心脏监控，医院主系统对接进行病情记录等功能的一体化远程医疗物联网终端设备，可通过硬件和软件模块化定制装卸的方式，快速转变为能够进行物品扫描和GPS定位的物流物联网终端设备）特点。

要支持上述多个典型物联网行业应用的终端操作系统，其架构应该是高度抽象化和通用的。区别于传统的PC操作系统和专业性很强的嵌入式系统，本文提出的物联网智能终端操作系统具有如下特点：

（1）轻量级特点：

传统PC操作系统架构复杂，需要较高性能的硬件配置和系统内核处理能力。

传统嵌入式系统专业应用领域过于细分，硬件和软件具有行业定制高度相关等特点，其扩展性、通用性有限。物联网智能终端操作系统只是起到一个中继节点的功能，复杂的数据处理和分析在物联网后端进行，相比传统的PC系统更轻量级；但这个物联网中继节点的功能相比传统嵌入式系统更强大、更通用，行业相关性程度小以便于扩展。

（2）移动便携性特点：

传统PC操作系统一般作为家用或服务器配置，通过有线或局域无线上网。

传统嵌入式系统一般也是内嵌或固定放置，对某一细分的专业领域提供支持

物联网智能终端操作系统应该是随处可配置的，家居、车载、交通运输工具等随处可挂载，这个中继点对局部范围“物”的扫描、识别、采集和数据初步处理之后，再通过移动通信网（或传统互联网、VPN）与物联网后端大数据中心进行交互。

（3）通用性特点：

传统PC应用范围有限，或只限于通常的家用和办公功能；嵌入式系统或只限于灯光控制、导弹控制等精细专业的应用领域。

而物联网智能终端操作系统架构需进行高度抽象化；通过定义好的标准协议与传感信息设备进行数据和指令互通，并作为物联网中继节点与后端数据中心交互，通过这种标准化方式可扩展到任何行业进行应用；

（4）快速定制性特点：

通过内置硬件模块化可插拔，软件模块化可装卸的方式，可以让一款医疗物联终端设备很快变成一款能扫描货品的物流物联终端设备，而做到这一切就像在windows系统上安装网卡设备、驱动和拨号软件后立刻上网这样便捷。

通过上述的分析，工业级物联网智能终端操作系统在整个物联网规划、设计、布局和组织管理中的地位十分关键。谷歌的策略更是在加速这个行业的发展，可喜的是国内如华为、联想、中兴这些大厂都已经着手对谷歌Android操作系统进行深入的研究，而将来这个移动操作系统会不断地演化和扩展，引领真正的物联网时代。

三、核心研究内容

要开展基于Android的工业级物联网智能终端操作系统研究，需要对如下关键问题进行分析和提出解决方案：

（1）物联网智能中间件研究：针对上文中的通用性和轻量级特性要求，智能终端操作系统可以理解为整个物联网架构前端中的轻量级中间件。在不同的空间和应用环境，集中联系和管控无所不在的信息传感、采集设备，结合可识别的“物”的特点，对各种感知和采集到的数据进行现场实时轻量级的分析，或通过互联网、移动通信网提交到物联网后端数据中心进行处理。如何让Android操作系统具有上述特性，拥有与物联网传感设备进行标准化的数据和指令交互功能、与后端数据中心进行互联互通的功能，需要对Android的系统结构和协议栈进行深入研究和改进。

（2）DavikVM虚拟机研究和优化：Davik Virtual Machine虚拟机是整个Android操作系统的核心，也是性能优化的关键。系统核心函数库中的组件，大部分已经是业界标准（如SSL）或约定成俗的标准（如WebKit、SQLite）；软件应用层则由广大软件商进行扩展，应用层框架及核心组件库会持续通过新开发应用的加入而增长、强化，这些都不是研究的重点。而DalvikVM虚拟机则是一个专为嵌入式设备打造的JAVA虚拟机，它不同于传统的JAVA虚拟机(JVM)，DalvikVM拥有自己的高度优化的code-byte格式，可以初步保证在嵌入式设备上高效运行。但要达到类似物联网应用的工业标准，如何进一步提高其性能和稳定性，是需要深入研究的课题。

（3）软硬件整合研究：Android的底层驱动在传统的诸多 Linux嵌入式应用上早有实现。但要满足本文所阐述的物联网终端系统便携性和通用性特点，需要对硬件层、驱动层、操作系统内核层进行进一步的抽象和提炼，并对现有的软硬件整合流程进行改造（应用层不能直接访问硬件、通过JNI与底层C/C++库交互、多硬件厂商驱动程序非开源情况下怎么维护驱动库，类似这些问题可能需要改进），使其系统结构达到满足硬件及软件模块化、构件化、可插拔的使用要求。

（4）行业应用示范及推广： 物联网作为继PC、互联网之后的世界信息产业第三次浪潮，关注和炒作不可谓不火爆。但涉及到某个具体的应用领域，具体应用的物连网前后端设计，具体应用的原型系统实现等等方面，业界却鲜有实用的提法和方案。

没有切实可行的行业解决方案，和迟迟提不出来的物联网技术标准是推进物联网战略的最大障碍。这个障碍只有靠在某个需求最大最贴近物联网原始概念的行业进行规模试验和推广，而物流工程领域是示范应用的首选。

四、结语

任何高科技如果只给大家勾勒出一个美丽的童话而迟迟不能变成现实的话，那么多先进的技术都失去了意义。物联网目前只是一些小范围的试验，而且多半是没有创新地对已有RFID扫描、传感等设备的堆砌和原有技术的应用，远未达到真正意义上的物连网高度和大规模应用的程度。国外3000元左右Android手机，华为能用900元人民币做出来，性能虽然有一定损失，但可见其耗能和成本不是根本原因。没有切实可行的行业解决方案，和迟迟提不出来的物联网技术及协议标准才是最大的障碍。这个障碍只有靠在类似物流工程这样最贴近物联网原始概念的领域进行行业推广和大规模试验，在对物流工程领域进行行业资源整合及物联网应用部署，并切实解决问题的过程中，才能提炼出最有效的物联网标准，和最具实用意义和价值行业扩展性物联网解决方案。

【备注】

（1）物联网后端：不管是公有云、私有云还是SAAS、ASP模式，作为物联网或云的后端处理中心，其组织形式和功能相似---提供海量数据处理、海量应用服务的服务器网格或集群（类似于提供公共云服务的谷歌机器农场；提供私有云服务的电信、银行等关键行业后端服务器集群环境）。

（2）物联网前端中继节点：物联网前端感应、数据采集点数量庞大，但好比人体神经末梢的每个采集点信息量很小，如何把局部范围内的一系列感应采集设备集中联系并管理起来是迫切需要解决的问题。物联前端中继节点将是物联网系统架构中必不可少的关键环节，它具有如下功能：a.根据标准协议与周围感应设备和采集点进行集中的指令和数据交互b.根据标准接口和协议通过互联网或移动通信网与后端数据中心互联互通，来完成任务提交、分发、调度和物体识别、管控等功能，同时满足部分轻量级任务现场实时处理的功能需求。

融合创新中的物联网 篇3

同时，IT自身的融合进程正在加速，融合创新主导着新一代信息技术的演进步伐，基于网络的新一代信息技术，服务模式，商业模式不断涌现，基于电子信息产品、软件服务与通信网络深度耦合，物联网，云计算、移动互联网等新兴产业应运而生。

第一桶金：技术驱动

物联网是技术应用和服务融合创新的产物，观察产业发展的态势，未来信息技术产业的重大技术变革和重要的商业机遇来源于感知技术、微电子技术、计算机技术、网络技术、软件技术，管理技术的深度融合，这种融合涉及芯片、传感器、电子标签。整机设备等，横跨了技术创新、商业模式创新，应用模式创新和用户体验的创新。

融合创新是未来物联网发展的重要方向，首先，是物联网技术的融合创新和产业的融合应用。物联网的传输融合了通信技术，移动通信、光纤通信、卫星通信、电力通信等各种通信网络技术其感知层融合了各种传感技术、感知技术，物联网的处理中融入了大数据处理，虚拟化，海量存储、信息安全和各种中间件等技术。

目前，国内的物联网处于建设期的第一个阶段，即物联网的第一桶金来源于技术驱动，这时成熟、完整的商业模式并未形成，发掘第一桶金市场的是技术公司、产品厂商、解决方案提供商，他们将在我国物联网发展的前期占到商机，并在物联网产业链中收益。

随着物联网技术的创新和应用，以及基础信息网络的更新需求，自动可控的软硬件物联网、智慧城市建设中将大有可为。目前我国信息化基础设施的底层核心技术和关键产品绝大部分基于国外的芯片、操作系统、数据库和高端服务器，即使采用科学的防控手段，依然存在着被渗透和控制的风险。近年来我国政府高度重视发展国产CPU、操作系统。数据库安全可控软硬件等，加快安全可靠关键软硬件在物联网、智慧城市建设的应用推广，关系到我国的信息安全和产业的自主安全，直接关系到产业的自主创新能力，加快推进势在必行。

第二桶金：商业驱动

其次，是物联网商业模式的融合创新。物联网商业模式的成熟程度是判断物联网发展进程的重要依据，目前物联网的商业模式有待进一步探索，投入成本高、投资回收慢等问题制约着企业和最终消费者用户的需求释放。可以预测，物联网市场爆发期来源于物联网市场的第二桶金：商业驱动。它基于物联网平台所构成的边际成本、强规模经济等平台经济效应，当一大批第三方物联网应用企业寻找到合理的商业模式、培育出各种创新的业态后，市场的爆发期就将到来。这时第三方的物联网服务平台成为主要的商业形态，商业资本挖掘第二桶金使物联网企业真正成熟。因此，物联网商业模式实际上主要是指第三方物联网运营企业的商业模式，只有探索出第三方物联网平台运营模式，才能培育出真正成熟的物联网服务市场。

在目前的移动互联网、云计算和物联网等新兴产业中，物联网正处在应用试点和应用推动期，而移动互联网的市场则相对更为成熟。他山之石可以攻玉，在移动互联网应用中，软件应用服务的垂直整合步伐正在加速，催生了成功创新的商业模式，涌现了社交，位置服务、微博等各种服务业态，带动了移动互联网的创新发展。以苹果，Google为代表的互联网企业成为这一竞争领域的佼佼者，并且涌现了IaaS、PaaS，SaaS新的商业模式。

面向智能农业的物联网应用研究 篇4

1 物联网概述

1.1 物联网的定义

物联网是指将所有现实物体通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来,实现智能化的识别和管理。其获取信息的途径为感知,以网络传输进行信息的传递和交换,通过计算机对信息进行处理,帮助人们感知和监控物理世界的信息。实现物联网技术的基础是嵌入式系统和互联网技术的应用。物联网通过连接物体,对其进行感知,然后通过计算机、决策终端等设备将信息反馈成人们所能识别的信息,使资源利用率和生产力水平得到提高,从而实现智能农业[3,4]。物联网目前正成为世界各国竞相聚焦的战略性新兴产业。

1.2 物联网的体系架构

物联网的体系架构可分为3层:感知层、网络层和应用层[5]。感知层由各种传感器以及传感器网关构成,主要任务是识别物体、采集信息并进行智能化识别,然后通过接入设备将信息与互联网进行资源共享与互交。网络层由各种私有网络、互联网、网络管理系统、通信网和计算机平台等组成,负责将感知层获取的数据进行分类、汇聚、处理和传输。应用层是物联网和用户(包括人、组织和其他系统)的接口,实现信息的处理和决策,解决特定的智能化应用和服务问题,实现物联网的智能应用。

1.3 物联网的关键技术

物联网的关键技术有射频识别技术(RFID)、传感器技术、传感器网络技术和网络通信技术等。射频识别(RFID)技术的识别不需要接触,不管环境是否恶劣都可以工作,其传输信息是利用射频信号和空间耦合(电感和电磁耦合)传输特性,可以实现无线双向通信,自动识别被识别的物体[6]。一个典型的RFID系统包括RFID标签、读写器和信息处理系统。RFID标签可以标识物体,由读写器收集所需要的信息,然后由信息系统对信息进行处理,从而实现物体信息的交换[7]。RFID在畜产品精细化养殖系统、动物识别与跟踪系统、农畜产品安全生产监控系统等很多方面已正式投入使用。

传感器是指能感知预定的被测指标并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置,一般由敏感元件和转换元件组成。物联网的传感器节点在传统传感器的基础上,具有感知、计算和通信能力,其功能为数据的采集、筛选、计算以及交互。其中,嵌入式智能技术将硬件和软件结合起来,具有低功耗、高集成度和高效率等特点[8]。因此,传感器是物体感知世界的“感觉器官”。

传感器网络是由部署在监测区域内大量的低功耗微型传感器节点通过无线通信方式形成的一个自组织的网络系统,能协作地感知、监测、采集网络覆盖区域中的各种微观环境信息,并对这些信息进行处理,发送给观察者[9]。传感器网络技术可分为近距离通信技术和广域网通信技术2类。传感器网络通信技术为物联网数据提供传送通道。通过IP互联网、固定和移动通信技术,可以将物体与物体、物体与用户相连,实现信息的交互与处理,从而实现网络层和应用层的功能。与传感器节点有关的近距离通信技术主要有蓝牙、Zig Bee、Wi Fi等。

2 面向智能农业的物联网技术

2.1 智能农业

农作物的生长与自然界的多种因素息息相关,如大气温湿度、土壤温湿度、光照强度、CO2浓度、气压、土壤养分等。在传统农业生产过程中,人们主要依靠自身的感知能力对影响农作物生长的环境参数进行辨识和管理,存在极大的不准确性,农业生产也成为一种粗放式管理。随着科学技术的发展,越来越多的劳动力从农业生产解放出来,劳动力成本的不断增加使得传统农业无法进一步的发展。因此,将先进技术应用于农业生产势在必行。

智能农业是指将人工智能技术应用于农业领域的一项高新技术。智能农业涉及的关键技术包括检测技术、嵌入式技术、通信技术等。智能农业系统覆盖了从影响农业生产的自然参数的采集,到利用知识推理和计算机技术进行参数分析,最终通过农业专家系统指导农业生产的整个生产管理链。显然,智能农业可以推动中国农业向实质意义上的“工厂化、现代化”方向持续快速地发展。

2.2 物联网应用于智能农业的意义

农业发展是我国的基本国策。在工业化、城镇化深入发展中同步推进农业现代化,是“十二五”时期的一项重大任务。我国“十二五”振兴农业规划中明确提出“加快农业科技创新:发展农业信息技术,提高农业生产经营信息化水平”[10]。物联网技术在农业中的应用,能改变粗放的、低效的农业经营管理方式,提高动植物疫情疫病防控能力,确保农产品质量安全,引领现代农业发展。

农业环境是一个开放复杂的生态体系。这个体系包含光照度、空气温湿度、土壤肥料、CO2浓度、土壤温湿度、养分等实时多变的环境因素。将物联网技术应用到农业现场,通过近距离无线传感技术、互联网远程通信技术,对现场的复杂多变的农作物生长信息进行实时采集和传输。一方面找出该区域内的环境性质和生产力空间变异,另一方面对农业现场的因素进行自主控制和实时反馈,定位“系统诊断,优化配方,技术组装,科学管理”,调动生产力,用最节省的投入实现更高的收入,同时改善生态环境,有效利用各类农业自然资源,增加经济效益和环境效益。

2.3 物联网在智能农业领域的应用

物联网技术在智能农业领域已经有了初步应用,如面向精准农业的传感技术、智能化专家管理系统、远程监测和遥感系统、生物信息和诊断系统、食物安全追溯系统等。国外方面,欧洲和美国利用卫星对土地信息进行实时监测,并将检测结果发送到各级监测站,进入信息融合与决策系统。与此同时,在地面利用GPRS定位系统,对区域农业的地理位置进行标定,实现对区域农业的合理规划,达到大区域农业统筹规划的目标;法国工作者利用物联网技术对土壤环境进行精确的数据分析,根据种植品种的具体需求,调节并改善智能感知环境,以提高农产品的产量与质量[11]。

我国农业目前正处于传统农业向现代化农业转型的发展时期,物联网的应用使农业生产的自动化、虚拟化、精细化、远程化成为可能。通过物联网的实时传感采集和历史数据存储,能够摸索出植物生长对温、湿、光、土壤的需求规律,提供精准的科研实验数据;通过智能分析与联动控制功能,能够及时精确地满足植物生长对环境各项指标的要求,达到高幅度增产的目的;通过光照和温度的智能分析与精确干预,能够使植物完全遵循人工调节[12]。目前,物联网在智能农业方面的应用主要有以下几方面。

2.3.1 农业大棚温室的环境信息监测。

采用温湿度传感器、p H值传感器、光传感器、生物传感器、二氧化碳传感器等传感器节点来测量土壤温湿度、土壤成分、p H值、空气温湿度和气压、光照强度、二氧化碳浓度等,再由无线传感器网络传输所采集的信息,通过互联网或移动通信传输至监控中心,来获得作物生长的最佳条件。工作人员根据接收的数据,适时调整、反馈控制信息,为作物选择和耕种方式提供指导,从而达到增加作物产量、改善品质、调节生长周期、提高经济效益的目的。

2.3.2 动植物生态信息监测。

通过布置多层次的传感器网络检测系统,利用物联网技术实现对牲畜家禽、水产养殖、稀有动物的生活习性、生存环境、生理状况及种群复杂度的观测研究,也可用于对森林环境监测和火灾报警。

2.3.3 农业自动化节水灌溉。

利用传感器感应土壤的水分,并在设定条件下与接收器通信,控制灌溉系统的阀门打开与关闭,从而达到自动节水灌溉的目的。可在庭院花园绿地、高速公路中央隔离带、农田井用灌溉区等区域,实现农业与生态节水技术的定量化、规范化、模式化、集成化,促进节水农业的快速健康发展[13]。

2.3.4 农产品质量的安全追溯。

农产品质量安全是重大的民生问题,关系到人民群众的身体健康和生命安全,关系到社会稳定和经济发展。基于物联网技术的“食品安全追溯系统”则实现了对农产品质量安全的追溯,完成对农产品从生产到流通每个环节的监管,将食品安全隐患降至最低。

2.3.5在农产品储运中的应用。

农产品储运过程中的储运环境对农产品的质量影响较大。物联网技术可以通过实时监测农产品储运过程中的环境变化,方便人们及时调整环境的温湿度等参数。在农产品的运输过程中,物联网技术可以监控运输车辆信息及车厢内外的环境,一旦车辆出现异常即可进行报警处理[11,14-15]。

3 结语

智能建筑中的物联网 篇5

一、智能家居系统的主要结构组成

在一个通用的智能家居系统中, 主要是根据用户的需求来设置智能节点, 通常包含门禁系统, 视频监控, 家用电器, 数据采集等。智能家居系统主要包括终端节点、智能网关和上机位系统等三个部分, 智能网关是统一管理终端节点的控制设备。如图1所示。

智能家居系统中终端节点主要有家用电器, 水表电表, 门禁节点, 视频监控, 防盗报警等等, 这些设备通过Zigbee网络与智能网关进行通信, 并把数据转输到网关中进行解析, 智能网关把解析后的数据通过以太网传输到用户的手中, 从而实现用户对末端节点的监测和控制。

二、网关的硬件结构

智能网关主要板载嵌入式处理器, Zigbee网关协调器, 天线, 串口, 以太网接口等模块。

1、网关采用三星公司主流Cortex-A8嵌入式处理器, 该处理器是采用的芯片是Samsung S5PV210, S5PV210采用了ARM Cortex TM-A8内核, ARM V7指令集, 主频可达1GHZ, 64/32位内部总线结构, 32/32KB的数据/指令一级缓存, 512KB的二级缓存, 可以实现2000DMIPS (每秒运算20亿条指令集) 的高性能运算能力。其该处理器支持TCP/IP协议, 安卓软件和Zigbee等应用。。

2、Zigbee网关协调器是采用德州仪器设备公司主流CC2530无线收发芯片组成智能网关协调器, 它作为Zig Bee网络的协调器, 负责家庭内网络的建立, 对各个终端节点的入网加以验证。Zigbee发收模块部分, 是将接收到的无线Zigbee信号通过串行通信的方式传送到处理器芯片, 另一个面, 处理器发送数据的时候, 也是通过串行通信的方式, 将数据传送到Zigbee收发模块, 然后模块将数据以Zigbee协议进行发送。其采用的无线协议是zigbee2007。

3、网关通过外扩LAN9220网卡芯片和RJ-45的水晶头来实现联网功能。LAN9220集成了以太网的MAC和PHY, 符合IEEE802.3/802.3u标准, 支持全双工和半双工的模式, 能够自动生成并检查32位的CRC, 其引脚数少且体积小巧, 适用于小型系统设计。

三、嵌入式Linux网关的软件设计

由于智能网关要处理的数据量比较大, 不同设备之间的协议转换复杂, 因此软件设计考虑采用多线程的编程技术。多线程的编程技术优点在它可以把上行数据和下行数据分开处理, 且两个线程可同时运行, 节省了运行时间。这样既充分发挥嵌入式Linux网关的网络性能, 又能获得最大的通讯效率和稳定性[1]。网关的网络编程是通过Socket接口来实现的, 系统在网关和上机之间建立了一个面向连接的服务, 使网关用无线或者有线的方式和上位机进行通信。在系统工作的主程序中, 网关服务器不断地检测来自设备终端和来自用户终端的连接请求, 当从任一端收到请求命令时, 服务器被激活并创建一个子进程与发送请求端通信, 直到通信结束服务器方才结束该进程, 而主程序返回继续检测来自其他终端的连接请求。智能网关软件设计主流程图如下图所示:

3.1网关数据库的选择

嵌入式系统可用的数据库是很多种, 本文选用SQLite数据库, SQLite是一种开源数据库, 免费使用, 功能完善, 体积小巧, 具有可自由授权, 可移植且有多种API接口等特点[2]。首先把SQLite源码移植到网关平台上, 然后在SQLite中创建一个用户终端信息表和一个设备终端信息表。用户终端信息表主要存储用户终端的信息, 包括用户名和密码等。设备终端信息表主要记录设备终端的状态, 从Zig Bee协调器发来的数据经解析后存在这张表中。

3.2创建网关的多线程

在嵌入式Linux系统中, 创建一个进程必须分配给它独立的地址空间, 同时还要建立从多的数据表, 而创建一个线程, 可以共享相同的地址空间和很多数据, 节约了运行时间。但时在创建线程时必须考虑到其执行的先后顺序, 这样线程运行时才不会冲突[3]。在Lunux中, 线程的创建要遵循POSIX线程接口, 称为pthread。在编写程序时要先要调用pthread.h做为头文件, 然后使用函数pthread_create来创建一个线程。在线程结束时, 通过函数pthread_exit来结束一个线程, 并返回相关参数。

3.3与串口RS-232的通信

RS-232是工业设备中常用的一种串口, 由于其通讯简单, 连线少而被定义为标准接口。嵌入式Linux网关调用串口进行通信的基本流程为打开串口, 初始化串口, 读写串口, 关闭串口。串口初始化包括串口选择、波特率设置、数据位数选择、校验码选择、停止位设置等。

3.4网关服务器的socket编程

Socket (套接字) 是两组网络数据实现双向通信并进行数据交换的一个端口, 主要是描述IP地址和端口。Socket可看成是在网络应用层和传输层之间的一个虚拟层, 当成一个接口以供不同程序的调用, 以实现网络进程之间的双向通信。网络的Socket数据传输是一种特殊的I/O, 因此Socket也是一种文件描述符, 常用的有以下三种类型:流式Socket、数据报Socket和原始Socket[4]。本文所采用的是流式Socket编程技术, 对客户端而言, 智能网关相当于Socket的服务器。

四、结语

本系统的中软件设计, 可以实现智能网关的功能, 一方面可以读取终端节点的数据, 另一方面可以通过Internet与电脑或手机通信, 使人们可以方便地通过手机、平板电脑等设备与智能家居系统进行通信, 远程读取信息, 远程控制系统中的终端设备。但是智能家居系统是非常复杂且庞大的, 涉及到的技术领域广泛, 在设计网关的过程中, 发现网关还有许多地方需要改善, 比如网关的功能还比较单一, 接口较少, 在未来的研究工作中, 还应多拓展网关的功能接口。另外, 网关的系统安全性能还有完善, 提高网关的安全性会使大大增加用户的满意度。

参考文献

[1]吴晟, 苏庆堂, 罗斌等, 基于Soctet和多线程技术的并发服务器的研究[J].昆明理工大学学报 (理工版) , 2006, 4:6-9.

[2]王京谦, 万莅新, 开源嵌入式数据库Berkeley DBt SQLlite的比较[J]。单片机与嵌入式系统应用.2005 (2) :5-7

[3]Stevens W.R, Rago S A, Advanced Programming in the UNIX Environment (Second Edition) , [M].London:Pearson Education, 2013.154-155

智能建筑中的物联网 篇6

1 智能电网与物联网的概念

智能电网也就是所谓的电网的智能化, 它是通过高科技的网络通信技术以及各种信息设备来实现的。智能电网是传统电网与先进的传感、测量技术以及先进的控制方法的结合, 通过这种结合使电网更加的安全、可靠、高效、经济。智能电网的概念一经提出就得到了世界各地的广泛重视, 未来的电网发展方向必将是智能电网。

物联网就是物与物连接的互联网, 它是一种在互联网基础上延伸和扩展了的网络。物联网将互联网的用户端延伸到了任何物品与物品之间, 通过射频识别技术、定位系统定位技术和无线传感器技术等, 自动的采集物品的信息, 然后把采集到的物品信息利用智能计算机进行分析和处理, 最终实现对外界物理世界的高度感知和智能化的控制。

2 物联网技术在智能电网中的应用

2.1 利用物联网技术进行智能电网设备的生产和检修

智能电网是一个十分庞大复杂的系统, 需要大量的设备的支撑, 这些数量繁多、种类各异的资产设备需要一个准确、高效的管理体系。物联网的射频识别技术能够对不同的射频标签进行识别, 对每一种物品进行跟综。在智能电网中可以把输电过程的设备、变电过程中的设备、配电过程中的设配以及用电过程中的设备分别贴上不同的物联网标签, 这样工作人员就能够对每一个设备的相关信息进行准确的跟踪调查, 便于对智能电网中大量设备资产的管理[1]。

物联网技术能够根据智能电网中各个设备间的拓扑关系以及电力设备的电气状态, 对设备之间的连通性、电源点能够供电的范围和检修需要停电的范围进行分析。另外, 物联网技术还能够采集设备电流、功率等的数据, 再结合设备台账中额定的技术指标对设备的过载、重载情况进行统计分析。

平板电脑等智能的手持移动设备, 是物联网重要的终端设备, 利用这些手持的智能移动设备, 智能电网的工作人员可以实现远程信息的即时交互。工作人员如果发现电力系统的设备有缺陷, 可以利用智能的手持移动设备并进行登记、记录、传输到相关的部门, 有利于故障设备的及时检修。

2.2 智能电网运用物联网技术进行运行调度

智能电网体系庞大, 涉及面十分的广泛, 其运行调度也存在很大的困难。智能电网的运行调度需要实时的监控与预警。物联网感知层有多种传感器的终端, 这些传感器终端能够采集到智能电网运行中各种状态, 这样就能够对每个设备进行实时的监控。感知层获取电网运行中的数据信息后, 经过传输层将这些数据信息汇集到物联网的应用层, 在这里依靠智能化的信息处理平台对数据进行在线的监控以及智能预警[2]。除了全过程的监控与智能预警外, 智能电网还可以利用物联网强大的采集信息的能力和处理信息的能力, 对智能电网全过程的稳定裕度进行科学有效的评估。

物联网技术在智能电网中的应用还能够对气象和水文的信息进行监测, 这些监测的数据能够为智能电网的负荷预测提供需要的信息, 而且能够利于电力系统调度计划的制定;另外, 智能电网利用物联网提供的信息以及可以操控的终端设备进行电网的闭环的调整, 为电网整体的调度和发展管理提供可靠地技术支撑, 利于智能电网的发展。

2.3 智能电网利用物联网技术扩展营销业务

通过物联网技术, 智能电网可以进行分布式电源管理以及储能管理。这两项业务的开展主要是通过通信信道、主站、并网逆变器以及智能的监控终端等技术, 再与用电信息的采集系统进行结合来实现的。依靠物联网技术开展分布式的电源以及储能管理业务不仅能够实现对分布式电源装置的灵活接入、储能装置的灵活接入, 并且能够实现并网的实时监控、智能小区、微网的智能化等等, 这些都有利于智能电网能源的综合管理。

智能电网依靠物联网的技术可以实现智能家居的服务。智能家居就是能够对家庭用电进行远程的调控, 实现减少电费、节约电能的作用。还可以有效地避免用电高峰, 给家居用电造成不良影响的现象。智能家居通过用户的控制终端和家里的用电设备的连接, 实现对智能家居环境的全真模拟, 再利用手持的移动设备查看用户的用电情况, 这样就能够对家庭的用电进行调控。智能电网中智能家居是一项重要的业务, 有利于智能电网的营销。除此之外, 智能电网利用物联网技术还可以对智能家居的用电分配以及节能省电模式提供咨询服务和技术方面的帮助。

智能电网利用物联网技术还可以构建高级的计量体系, 从而利于智能电网开展智能电网的营销计量业务。物联网技术能够对智能电网的用户信息进行实时的监控, 可以对用户的各种信息进行采集, 还可以对客户的用电负荷进行管理控制。这一体系根据业务性质的不同以及采集数据要求的不同编制采集的任务, 并且对采集任务的执行情况进行管理, 这样就能为广大的用户提供更多的服务[3]。智能电网的营销计量业务, 在满足用户更多要求的同时, 不仅提升了整个智能电网的服务形象, 也提升了智能电网的竞争力。

3 面向智能电网的物联网体系建设

3.1 体系构架

面向智能电网的物联网主要包括感知层、网络层以及应用层。如图1所示, 感知层包括控制子层和通信子层。利用感知子层获取外界的物理信息然后通过控制子层传输到网络层和应用层。网络层包括接入网以及核心层, 主要是进行信息的传输、控制和路由。应用层主要由应用的基础措施也就是中间件和物联网的各种应用组成, 利用应用的各种基础设施, 为物联网提供信息的处理分析, 进而实现物联网的各种应用, 如图1。

3.2 体系建设

基于物联网技术的智能电网要想实现其稳定运行以及创新发展, 就需要建立健全面向智能电网的物联网体系。上文讲过, 物联网体系包括感知层、传输层和应用层, 所以要建立科学的物联网体系就要加强各个层的建设。而且物联网的各个层都是相互关联的, 由各个不同的层构建一个统一的整体。依靠这个物联网体系的智能电网能够实现更好地运行。

3.2.1 感知层建设

(1) 贴标签。这里的标签是物联网应用的基础——射频识别标签。依靠智能电网设备上的不同的标签, 电网系统能够读取实物的各种信息来确定实物的身份。为智能电网的管理设备贴上物联网应用的标签, 有利于对智能电网的庞大的资产设备进行有序的管理[4]。

(2) 安放传感器。感知层主要就是获取所需的信息, 信息获取需要的设备就是传感器, 为了实现对电力系统全程的控制在输电、变电和配电的各个领域都要安置不同的传感器。这样就能对电网运行的各个环节的信息进行采集, 采集到的数据包括电网运行的数据、环境数据、事件数据等, 采集过程中接收到各种末端的信息数据, 有利于实现全程的控制。

(3) 安装智能表计。智能表计就是对用户的用电行为进行计量的设备, 主要就是在用户侧进行安装, 除了能够对用户的用电行为进行计量, 还能够为智能家居的服务提供信息处理的节点。

(4) 为不同的用户和工作人员安装配备必须的设备。例如, 外勤人员需要的手持的智能移动设备的配置, 能够为外勤操作人员进行工作汇报以及现场情况的反馈提供技术支持。还有可以为抢修的车辆安装全球定位设备, 工作人员依靠定位系统可以对车辆进行跟踪调查。

(5) 建设信息汇聚站。传感层获取的信息通过各种技术的支撑达到信息的汇聚, 把收集到的信息集中到汇聚站来, 集中进行处理。

3.2.2 传输层建设

(1) 巩固加强智能电网的主要信息平台。综合数据网络是智能电网的主要的信息平台, 它能够为物联网建设提供支撑。主要体现在综合数据网络利于软件平台的信息交换, 综合数据网络有利于将电力设备的远程监控转化为变电站的视频监控。这些都是综合数据网络的重要作用, 都需要进一步加强和巩固。

(2) 加强无线传感网络的应用。物联网中无线传感网络成本低、功耗小, 能够有利于短距离的网络的建设, 所以一定要加强这一网络的应用。

(3) 部署新的IP地址。物联网本身需要大量的IP地址, 所以基于物联网技术的智能电网的应用也需要大量的IP地址。但是传统的IP地址已经快要枯竭, 不能适应现代智能电网发展的需要, 因此需要部署新的IP地址[5]。

(4) 寻找合作运营商。电信业广泛的覆盖信息网络能够满足智能电网传输信息的需求, 所以智能电网要尽量与电信运营商进行合作, 扩展信息的传输。

3.2.3 应用层建设

(1) ONS系统的建设。为了能够实现EPC标准的实际应用, 一定要建立能够对实物编码体系进行统一管理的这一系统。从而为智能电网的应用提供电子编码查询的服务。

(2) 为企业建立定位系统。企业定位系统能够对企业的贵重的物品以及外勤人员进行定位, 进而能够进行跟踪调查, 支持企业的人员考核、车辆调度以及物资的运输等业务。

(3) 建设高级的计量体系。高级的计量体系能够对电网的运行进行新城的监督控制, 这样对采集的数据进行管理, 有利于电网的智能化运行。

4 结束语

智能电网与物联网技术的结合, 能够为智能电网的发展提供很大的帮助, 因此构建基于物联网技术的智能电网系统是十分必要的。未来的物联网与智能电网的结合将向着高级应用体系方向发展, 相关的学者还应继续探索研究促进物联网技术在智能电网中的应用。

参考文献

[1]饶威, 丁坚勇, 李锐.物联网技术在智能电网中的应用[J].华中电力, 2011 (02) :22-24.

[2]李林珍.物联网技术在智能用电社区中的应用[J].才智, 2010 (36) :113-115.

[3]汪洋, 苏斌, 赵宏波.电力物联网的理念和发展趋势[J].电信科学, 2010 (S3) :42-46.

[4]陈欢, 王斌.物联网与灰色神经网络在智能电网中的研究[J].价值工程, 2011 (09) :10-12.

智能建筑中的物联网 篇7

在这个信息化日益加剧的时代中, 智能家居产业也随之诞生, 随着人们对家居功能需求的增加与科技的不断创新, 可以预见, 未来智能家居的发展, 将不再局限于家电设备、灯光等遥控的控制, 而嵌入式的智能终端、无线WIFI技术, 以及Internet的广泛应用必将使家居控制变得更加完善, 更加的自动, 更加的智能, 甚至是将变得更加的人性化, 这赋予了智能家居更强大的竞争力, 也使它必将取代传统家居的地位, 从而获得更广阔的市场与应用。

2 Wi-Fi和它的优点

Wi-Fi是一种能够将个人电脑、手持设备 (如Pad、手机) 等终端以无线方式互相连接的技术。Wi-Fi是一个无线网路通信技术的品牌, 由Wi-Fi联盟 (Wi-Fi Alliance) 所持有。目的是改善基于IEEE 802.11标准的无线网路产品之间的互通性。使用IEEE 802.11系列协议的局域网就称为Wi-Fi。其实很简单, Wi-Fi就是比蓝牙更完美的一种传输方式, 它不再局限于短短的几米, 在开放性的区域, 通讯的距离可达305米, 即使在封闭性的区域中, 通讯距离也可以达到76米到122米, 这大大方便了与现有的有线以太网整合, 使得组网成本更低, 不仅如此, Wi-Fi最大的优点就是传输速度较高, 可以达到54Mbps。

Wi Fi是由AP (Access Point) 和组成的无线网络, AP一般称为网络桥接器或接入点, 是传统的有线局域网络与络之间的桥梁, 因此任何一台装有的PC均可通过AP去分享有线局域网络甚至广域网络的资源, 其工作原理相当于一个内置无线发射器的HUB或者是路由, 而无线则是负责接收由AP所发射信号CLIENT端设备。

3 相较于3G的Wi-Fi技术

从未来的中国3G市场来看, 语音业务对于移动运营商提高收入帮助不大, 而且由于移动运营商数目的增加, 语音业务带来的ARPU必然会呈现下降的趋势。因此, 提供更多的数据多媒体业务, 对于移动运营商维持用户忠诚度、提高网络利用率、增加业务附加值、获取最大利润等将会带来较大的帮助, 这也是在部署3G前运营商所必须要考虑的问题。相比之下在芯片厂商、PC制造商、Wi-Fi联盟成员、运营商的共同推动下, WLAN在部署上取得了实质性的进展。中国电信、网通、移动、联通都在实施自己的热点覆盖计划。前一段时期, 甚至还有用WLAN代替3G的论调。但是从覆盖范围、传输速率、基本业务类别、可移动速率、前向扩展、发展前景等多方面综合考虑, 3G与WLAN不是一种可以互相取代的竞争关系, 而是一种可以扬长避短的互补关系。目前, WLAN的推广和认证工作主要由产业标准组织Wi-Fi联盟完成, 所以WLAN技术常常被称之为Wi-Fi。

相比较传统智能家居系统采用的有线布网方式, WIFI技术的应用则减少布线麻烦, 具有更好的可扩展性、移动性。因此采用无线智能控制模式是智能家居发展的必然选择。也是未来市场的必然选择。

4 物联网家居

下面以物联网空调为例, 首先, 远程无线控制。物联网空调通过WIFI技术接入Internet, 用户的手机、电脑以及pad通过GPRS/3G/WIFI的方式连接到Internet, 通过软件或者网页的方式在回家之前把空调打开, 从而实现用户回到家之后有一个舒适的环境。其次是云访问, 空调里面的都装有温度, 湿度等等传感器, 可以通过WIFI技术周期性的把用户家里面的温湿度信息周期传输到网络服务器, 用户可以通过访问网络服务器, 来实时知道家里的环境状态来改变空调的运作。最后是终端取代遥控器。现在智能手机, pad, 笔记本的普及使得更多人想通过自己的设备去拥有更多的功能。以手机为例, 手机接入家庭局域网, 或者手机直接点对点连接空调设备, 从而实现手机控制空调的运作。可以取代现有的遥控器, 并且避免了红外遥控器的方向性的局限, 使得用户在家里的任何一个角落可以实现对空调的控制, 大大提高了家具设备的便利性与可操作性。

而WIFI智能网关就是室内机, WIFI智能网关就是家庭的一个智能化枢纽, 经过智能网关上的无线射频模块与收集中各子节点进行通信, 实现家电的控制;经过Web网络控制智能网关, 从而实现对家电的远程控制。

在科技日益发展的年代, 物联网成为现在科技的主流, 物联网家电也将会普及到千家万户, WIFI技术也将被广泛应用。随着网络的普及和推广, 将家庭中的各种带有网络功能的家用电器通过无线技术连接成局域网络, 并与外部Internet相连, 构成智能化多功能的现代家居智能系统将会成为新的流行趋势, 也必然会是人们对未来家居的功能需求。

参考文献

[1]唐思敏.WIFI技术及其应用研究[J].福建电脑, 2009 (10) :59-第17卷第5期, 2010年.

[2]孙利民, 等.无线传感器网络[M].北京:清华大学出版社, 2005.

[3]王殊, 等.无线传感器网络的理论及应用[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2007.

智能建筑中的物联网 篇8

1 方案的设计

1.1 智能停车场设计理念

“智能停车场”, 通俗地说, 它是融合了自动化控制系统、计算机网络系统和网络通讯技术于一体的网络智能化的停车场控制系统。将停车场的各种设备 (如音视频设备、导航系统、照明系统、空调控制、安防系统等) 通过停车场网络连接到一起。一方面, 智能停车场方便用户选择理想停车位, 比如, 通过LED指示灯、夜晶屏、无线遥控器等来实现多元化的控制, 使控制更加灵活。另一方面, 智能停车场内的各种设备相互之间可以通讯, 给用户带来最大程度地便利、舒适与安全。

1.2 系统功能

⑴智能泊车功能。具备空车位提示功能, 在任何停车场入口门前设立滚屏字幕或者夜晶屏, 实时显示停车场内停车位总数, 空车位总数及各楼层空闲停车位数;具备明显空闲车位指示功能, 使用感应器感应停车位是否泊车, 空车位棚顶LED指示灯显示绿色, 否则显示红色;具备车位识别功能, 车辆泊车后, 棚顶灯显示红色, 更新车位数量, 记录泊车时间、车牌号码等信息。⑵智能驶离功能。具备寻车导航功能, 停车场步行入口提供车辆导航终端, 通过触摸液晶屏, 输入停车位置 (如3D2, 表示三层D区2道) 或车牌号码, 显示车辆停放位置图片及取车步行路线;具备明显驶离标志, 墙壁标注指示牌, 标明就近出口的行车路线;具备车位识别功能, 驶出车位1分钟, 车位棚顶灯显示绿色, 系更新空车位信息。⑶停车场门控功能。具备门控系统, 智能感应开门和关门;具备智能收费系统, 根据停车场需求增减该功能。

1.3 整体设计方案

智能停车场系统应用于车流量较大的公共停车场, 主要目的是方便车主寻找停车位, 快捷找到车辆, 容易驶离停车场, 如有需要准确计费。如图1所示为该系统的总体设计框图。

2 方案的实施

2.1 数据采集模块

采用无线光照度传感器GZD-V1。优点:光照度传感器产品是GZD系统光照度变送器采用对弱光也有较高灵敏度的硅兰光伏探测器作为传感器;具有测量范围宽、线形度好、防水性能好、使用方便的特点。放在停车位地面上, 当泊车后遮光, 通过无线通信设备控制LED指示变为红色, 将数据传送给总控台。

2.2 数据传输模块

采用无线的通信方式, 采用无线射频模块完成功能。

2.3 主控器模块

采用ATmega16单片机作为主控芯片。优点:AVR是高速嵌入式单片机, 具有高速、低耗、保密的优点。其内部集成资源丰富, 具有功能强大的定时/计数器和A/D转换功能及通讯接口。数据中心对接受到的数据进行分析显示。

2.4 信息管理模块

3 设计总结

该系统使用大量传感器成功实现了车位情况实时显示、空车位白指示、行车路线标示及异地监控等功能。并以其独特的无线控制实现了异地控制网络化。通过对上位机技术的应用成功实现了对系统中滚屏字幕的智能管理和控制。

摘要：本文描述了一个三层地下智能停车场的设计方案, 使用无线光照度传感器、无线射频、单片机、LED指示灯、液晶触摸屏等物联网技术和设备实现了智能泊车、智能驶离、智能门控等功能。

关键词：物联网,智能停车场,传感器

参考文献

[1]崔逊学, 左从菊.无线传感器网络简明教程[M].清华大学出版社.2009.

智能建筑中的物联网 篇9

关键词：物联网,家庭网络,数据处理,广电模式

物联网,顾名思义,就是物物相连的互联网。其有两层意思:第一,物联网的核心和基础仍然是互联网,是在互联网基础上延伸和扩展的网络;第二,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。因此,物联网是指运用传感器、射频识别(RFID)、智能嵌入式等技术,使信息传感设备感知任何需要的信息,按照约定的协议,通过可能的网络(如基于Wi Fi的无线局域网、2G/3G等)接入方式,把任何物体与互联网相连接,进行信息交换通信,在进行物与物、物与人泛在链接的基础上,实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、控制和管理。

随着家居智能化的快速兴起,现代家居中的监测、对讲、安防、管理及控制等更多的功能被集成应用,从而使得可视对讲、家庭安防到家居的灯光、电器的智能控制等子系统越来越多,线路日趋复杂。在满足功能需求不断增长的同时,提高了系统的集成度,进一步提升系统的性价比,使安装及维护工作更为简单化,并能保证很好的灵活性,是现代家居智能化的发展趋势。

对于广电网络来说,其入户网络在建筑建成时就已布置入户,机顶盒也已成为每家每户必备的设备。此外,广电网络不仅拥有极高带宽的下行线路,可用于高质量视频信息的传输,同时也部署了数据上行线路,可以用于普通数据的上传或者下载。广电网路凭借其得天独厚的优势,在无需重新布线和特殊设备改造的前提下,便可通过已有的机顶盒、手机等终端设备实现对室内各种传感器数据的收集以及对不同智能家居设备状态的管理和控制。因此,广电系统无疑是承载智能家居综合控制和管理的最佳载体,并且能够为将来的三网融合及与物联网的接入提供更加丰富的应用,极大地推动了感知中国、智慧城市的建设。

基于此,陕西广电网络联合清华物联网实验室共同研发搭建了基于广电的物联网智能家居平台。该平台以家庭网关为家庭中心结合各类传感器,利用云计算、数据分析等技术实现了物联网应用的远程部署、升级、管控,同时为用户提供了机顶盒、手机、PC等多种终端的访问使用途径。

系统设计

1 设计思路

通过广电已建成的双向网络,在广电服务器机房搭建一个以智能家居平台后台管理系统为中心,家电智能控制、家庭网络、家庭能源智能计量等物联网应用子系统并行的平台系统,利用物联网家庭网关作为家庭接入终端,实现机顶盒、手机、PC等其他终端的物联网智能家居的管控,不但保持了原有广电业务,还可以扩展物联网智能家居业务,并可以根据不同的用户需求完成物联网智能家居业务系统的升级、维护。

其中,作为广电运营商主要建设、运营的智能家居后台管理系统,可同时完成与第三方物联网服务提供商相应的服务子系统的对接工作,从而实现整个智能家居平台系统的建设、运营。

2 平台架构

结合广电实际情况,陕西广电网络物联网智能家居平台系统逻辑架构分为五层(见图1):

感知层:感知层主要完成信息的收集与简单处理,该层由传统的WSN、RFID和执行器组成。

接入层:接入层主要完成各类设备的网络接入。该层重点强调各类接入方式,用户家庭内部以物联网家庭网关为家庭接入终端,以机顶盒、平板电脑、手机或者智能主控机作为家庭控制中心通过Zig Bee、红外等无线技术与感知层设备交互,将信息数据通过网络层传输给支撑层。

网络层:网络层为原有已建成的高清双向网络,主要完成信息的远距离传输等功能。

支持层:支持层又称中间件,或者业务层,对下需要对网络资源进行认知,进而达到自适应传输的目的。本层主要完成信息数据的表达与处理,最终达到语义互操作和信息共享的目的。对上提供统一的接口与虚拟化支撑,虚拟化主要包括计算虚拟化及存储虚拟化等内容。

应用层:应用层主要完成服务发现和服务呈现的工作,即主要的物联网服务提供层。

关键技术分析

1 感知层

智能家居旨在构建智能、舒适、安全的家居体验。作为物联网智能家居平台的基础模块,感知层为整套系统提供了最低层的数据支持。感知层通过环境感知、位置感知、RFID感知、控制感知和体感感知五大子模块,采用异构的感知设备获取智能家居中的环境信息、用户信息等数据,并将数据上传支持层,以支撑高层的数据分享、管理和控制等功能。

由于感知层主要利用原有传感器进行数据采集,因此,对于不同的数据源应采取不同的通信协议从而提高系统的整体性能。例如,针对室内环境感知主要依赖于智能家居内部署的大量无线传感器节点,这些节点能够采集到各项室内环境指标的实时信息,数据量较小,如使用Zig Bee通信协议进行数据传输,则可在保证传输质量的同时降低功耗;而对于视频监控这类视频数据量大且实时性要求高的数据则需要通过Wi Fi技术进行数据传输。

2 接入层和网络层

物联网智能家居平台的接入层负责智能家居中家庭网关与各用户终端(机顶盒、手机、PC等)、智能家居感知设备和智能家居的数据传输。家庭内各组件和终端之间的通信协议根据设备不同而不同,包括Zig Bee协议、Wi Fi协议和红外协议。通过物联网家庭网关完成协议转换,接收所有智能家居设备数据。

网络层负责物联网智能家居平台与数据中心、第三方的通信。物联网智能家居平台在家庭以物联网家庭网关为中心,通过已建成的广电双向网络,实现家庭设备与数据中心的互联;用户终端通过家庭网关连入广电双向网络,与数据中心进行数据交互,并经由数据中心发送指令到需要的控制终端,从而间接地实现用户终端与智能家居间的数据交互。

1)无线自组织传感网

部署在智能家居中的无线传感器节点配备有Zig Bee通信模块,可以通过Zig Bee协议相互传输数据。这些节点具有自组网的功能,可自动构成无线传感网。当周期性地获取到环境采样数据之后,这些节点经过单跳或多跳,将获取到的数据传输到所部署的Sink节点上。Sink节点通过家庭网关进行数据汇集,利用广电网络的上行线路将数据传输到广电系统的数据中心,进行记录备份。

2)协议转换

由于设备的异构性,平台系统中使用多种协议进行通信。其中,作为物联网家庭网关的扩展设备,Sink节点通过USB连接到家庭网关;Kinect体感设备通过USB连接到Sink节点;视频感知设备通过Wi Fi连接到Sink节点;环境感知设备通过Zig Bee连接到Sink节点;对家电的控制使用红外进行。

针对传输协议的多样性,陕广智能家居系统主要可实现以下协议的转换:第一种是Zig Bee与红外线转换。该转换由Zig Bee红外转换器实现。转换器接收Zig Bee数据,根据数据的编码信息,将信息转换为相应的红外信号,用于控制电视、空调等家用电器,见图2。

第二种转换为Zig Bee- Wi Fi转换。该转换由Sink节点实现。Sink节点接收移动设备通过Wi Fi传送控制信号后再将这些信号转换为Zig Bee信号发送至受控设备。同时,Sink节点也接收来自感知设备的Zig Bee信号,将其中的感知数据上传至广电网络数据中心,见图3。

3)服务质量(Qo S)

在陕西广电物联网智能家居平台系统中,数据随着应用的不同有着很大的差别。例如,传感器收集到的数据尺寸往往比较小,且数据产生的频率并不高。而摄像头采集到的视频数据尺寸则比较大,且数据产生的频率非常高。针对不同数据的不同特点,必须采取合适的策略,以保证数据准确无误地传输。

视频数据具有体积大、流量高、实时性高的特点。传感器数据则与之相反,具有体积小、流量低、实时性低的特点。为了实现各项数据高效正确的传输,本项目采取以下措施来优化数据的传输方式:

在大数据传输时加入间隔,小数据设备监听传输信道,如果信道上无数据传输,则利用此间隔传输;

对小数据打包,使它们大小达到一定尺寸后再发送,提高带宽利用率。

3 支持层

1)数据中心

数据中心是平台系统中最为关键的技术之一,最大的特点是数据成流状形式。流数据是一组顺序、大量、快速、连续到达的数据序列,一般情况下,数据流可被视为一个随时间延续而无限增长的动态数据集合。流数据具有4个特点:(1)数据实时到达;(2)数据到达次序独立,不受应用系统所控制;(3)数据规模宏大且不能预知其最大值;(4)数据一经处理,除非特意保存,否则不能被再次取出处理,或者再次提取数据时将付出昂贵的代价。

2)数据架构

数据库集群:用多台PC Server组成一个存储节点阵列,通过My SQL自身的Replication或者应用自身的处理,可以很好地保证容错(允许部分节点失效),保证应用的健壮性和可靠性。在集群环境中,开启My SQL数据库服务器的master-slave模式,利用数据库服务器在主从服务器间进行同步,应用只把数据写到主服务器,而读数据时则根据负载选择一台从服务器或者主服务器来读取,将数据按不同策略划分到不同的服务器(组)上,以分散数据库压力。

服务器集群与负载均衡:服务器群集中每个服务结点运行一个所需服务器程序的独立拷贝,而网络负载均衡则将工作负载在这些主机间进行分配。负载均衡建立在现有网络结构之上,其提供了一种廉价有效的方法扩展服务器带宽和增加吞吐量,以加强网络数据处理能力,提高网络的灵活性和可用性。其主要完成以下任务:解决网络拥塞问题,服务就近提供,实现地理位置无关性;为用户提供更好的访问质量;提高服务器响应速度;提高服务器及其他资源的利用效率;避免了网络关键部位出现单点失效。

缓存集群:使用缓存能有效应对大负载,减少数据库的压力,并显著提高多层应用程序的性能,如果某个用户多次请求同一资源,则可以从缓存返回该资源,从而避免了重新从服务器或数据库请求该资源而产生的系统开销。缓存可以通过减少获取请求资源所需的时间,提高应用程序性能。缓存还可以通过减少到服务器的往返次数,降低网络通信量。

4 应用层

物联网智能家居平台可为用户带来智能化、人性化、可视化的家居体验,为用户提供便捷舒适的生活。整个平台提供了多样化的用户终端,配合感知层感知获得的数据,用户随时随地可以掌握智能家居内的各项指标数据,并且对智能家居进行管理和控制。

该层主要利用支持层数据接口,对接第三方应用从而结合相应传感器,以实现第三方物联网应用的引入。例如,位置服务(ILocation Service)接口提供了某个设备在一段时间内的位置跟踪,内部只包含一个方法:

List find Positions(Long devi-ce Id, Long start Time, Long end Time)

返回值为设备的位置信息,位置信息包括四个属性:Longtitude经度;Latitude纬度;Altitude高度;limestamp(时间戳)。

基于广电的物联网智能家居平台可实现功能见表1。

功能实现

1 室内环境检测

通过在室内关键位置,例如厨房、客厅、卧室和卫生间等,分别布置各种相关的传感器,包括一氧化碳传感器、二氧化碳传感器、湿度传感器、温度传感器、光照传感器和粉尘颗粒传感器等等,用于实时地收集和检测室内各个部位的环境情况,并将数据传输给后台,用于在前端设备实时显示和数据分析。用户也可以向数据中心请求查看历史数据。

2 数据收集及保存

从各式传感器、智能家居设备中记录下来的数据和摄像头记录下来的视频数据均通过Zig Bee首先传输给物联网家庭网关,然后再由物联网网关通过广电网络上传到后台数据中心保存。

3 智能用户控制

将各个智能家居设备通过Zig Bee与物联网网关进行无线连接,对于智能家居的控制,可分为以下3种模式:

1)用户在室内时,可以通过机顶盒、手机等终端发送控制命令给物联网网关或者通过移动控制主控机将命令发送给物联网网关,物联网网关再对命令进行解析,发送给相应的智能家居设备,进行相应的控制。

2)用户在室外时,可以通过移动终端连接Internet访问广电系统后台服务器来发送控制命令,服务器再将命令发送到相应物联网网关,最后物联网网关发送该控制命令到具体的智能设备进行相应控制。

4 智能感知控制

在平台系统中,该平台通过环境监测、用户位置识别、用户指令识别等方式,获取智能家居中的各项环境指标以及用户的需求情况,通过智能化计算,并且配合用户的预设需求,智能家居就可智能地提供给用户最需要的服务。

5 智能安防系统

通过在智能家居内设置摄像头、红外探测等方式,实时监测室内异常、非法物体进入,以实现智能家居内的安全防护功能。同时,可根据用户当前活动状态和位置,自动转换智能家居当前的安防等级,且可兼顾安全性、节能性和智能性。

6智能健康服务平台

通过智能家居的感知能力,获取用户及其周边环境的信息,创建用户电子健康档案,通过医疗机构的统计和分析,为用户提供量身定制的疾病预防、发现、监测、治疗等一系列远程健康服务。

应用与发展

物联网并非新技术,而是将现有的传感技术、计算机网络技术、通信技术以及自动控制技术等进行高度融合。因此,如何利用已有设备,构建符合广电产业需求的实验环境将是物联网实验室平台建设的关键。

基于广电的物联网智能家居平台系统合理地利用了广电的自身优势,对下可接入多种行业终端,对上则可支持多种行业应用,把各种垂直的物联网应用整合成一个扁平的应用网络体系,建立了一套适合广电的物联网应用模式:在用户家庭通过物联网家庭网关完成组网,利用广电的双向网络实现物联网智能家居平台的远程升级、管控。例如,当用户想要添加物联网智能安防系统时,对于广电,首先应对接第三方专业智能安防服务公司,完成接口对接以确保平台支持智能安防业务;对于用户,只需要购买所需的监控摄像头或者红外探测仪,即可在广电开通智能安防业务体验服务(传感器设备也可根据广电业务打包向用户赠送等)。通过以上方式,可以降低成本,快速地部署广电物联网智能家居业务,从而扩展服务范围,加速广电与物联网产业的融合。

小结