基于物联网技术的家居智能制造关键技术的研究与应用.pdf

系统解决方案自动化应用基于物联网技术的家居智能制造关键技术的研究与应用宋欣桦（山西工程职业学院信息工程系，山西太原0 30 0 0 0）摘要：家居智能制造利用物联网技术将各种家居设备和系统进行互联互通，实现智能化的家居管理和控制。家居智能制造关键技术的研究与应用是推动其发展的关键。传感技术是家居智能制造的基础，通过各种传感器可以获取家居设备和环境的数据，如温度、湿度、光照等。通信技术则是实现设备之间互联互通的关键，可以通过无线通信技术实现设备之间的数据传输和控制。数据处理与分析技术则可以处理和分析获取的数据，提取有用的信息，为家居管理和控制提供支持。此外，安全与隐私保护技术也是家居智能制造中必不可少的一环，能确保家庭信息的安全并保护隐私。本文重点介绍了基于物联网技术的家居智能制造关键技术的研究和应用，探讨了其在智能家居领域的意义和潜力。关键词：物联网技术，家居智能制造，关键技术中图分类号：TP273文献标识码：AResearch and Application of Key Technologies of Home Intelligent Manufacturing Based onInternet of Things TechnologySONG Xinhua(Information Engineering Department of Shanxi Engineering Vocational College,Taiyuan,Shanxi 030000,China)Abstract:Home smart manufacturing utilizes internet of things technology to interconnect various home devices and systems,achieving intelligent home management and control.The research and application of key technologies in home intelligentmanufacturing is the key to driving its development.Sensing technology is the foundation of smart home manufacturing,andvarious sensors can obtain data on home equipment and environment,such as temperature,humidity,lighting,etc.Communication technology is the key to achieving interconnectivity between devices,and data transmission and controlbetween devices can be achieved through wireless communication technology.Data processing and analysis technology canprocess and analyze the obtained data,extract useful information,and provide support for home management and control.Inaddition,security and privacy protection technology is also an essential part of smart home manufacturing,ensuring thesecurity and privacy protection of home information.This paper focuses on the research and application of key technologies forhome intelligent manufacturing based on the Internet of Things technology,and explores its significance and potential in thefield of smart homes.Key words:internet of things technology,home intelligent manufacturing,key technologies0引言随着物联网技术的不断发展，人们的生活方式和消费习惯也在不断变化。在家居生活领域,智能家居技术已成为一种趋势。智能家居技术的应用可以为人们提供更加便捷、舒适、安全的生活环境。基于物联网技术的家居智能制造是智能家居技术的重要组成部分，可以实现智能家居设备的互联互通，提高智能家居设备的智能化程度，为人们基金项目：山西省教育科学“十四五 规划2 0 2 1年度课题(PJ-21072)；山西工程职业学院2 0 2 1年院级课题(KY2021-19)作者简介：宋欣桦，女，19 9 5年生，硕士研究生，助教，研究方向为物联网电子信息。带来更好的使用体验。1家居智能制造面临的挑战和需求1.1智能家居的概念智能家居的概念起源很早，但一直未有具体的建筑案例出现，直到19 8 4年美国联合科技公司（United Technolo-gies Building System)将建筑设备信息化、整合化概念应用于美国康涅狄格州哈特佛市的CityPlaceBuilding时，才出2023|16 期|41自动化应用系统解决方案现了首栋的“智能型建筑”从此揭开了全世界争相建造智能家居派的序幕。智能家居是以住宅为平台，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，集成家居生活相关的设备，构建可集中管理、智能控制的住宅设施管理系统，提升家居的安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。智能家居并不是单一的产品，而是通过技术手段将家中所有的产品连接成一种有机的系统,用户可随时随地控制该系统!。物联网技术下的全屋智能家居如图1所示。健康水系统云服务平台健康环境系统移动终端影音娱乐系统智能照明系统图1物联网技术下全屋智能家居1.2智能家居设备市场需求持续增长在5G、物联网以及互联网家装市场的快速发展等多重因素的作用下，我国智能家居市场展现蓬勃发展态势。据中国电子技术标准化研究院电子设备与系统研究中心所述，我国智慧家庭市场规模正以每年2 0%30%速度增长，智慧家庭产业发展空间巨大。2016年一2 0 2 0 年，我国智能家居市场规模持续扩大，到2 0 2 0 年达到17 42 亿元的市场规模。2 0 16 年，随着产品成熟度的落地以及智能安防与智能家电市场的崛起,2 0 17年智能家居增长幅度达到40%以上，尽管之后增速有所减缓，但增速均保持在2 5%以上，直到2 0 2 0 年，因疫情的影响，我国智能家居市场规模增幅降到11.4%。2 0 16 年一2020年中国智能家居设备市场规模如图2 所示。1800174216001576140012561200100080060040020002016图2 2 0 16 2 0 2 0 年中国智能家居设备市场规模1.3市场存在的问题智能家居市场面临互联互通能力不足、用户接受度不高、安全性问题等一系列挑战。目前，虽然智能家居产品具备一定的智能化能力，但各设备间的互联互通能力较弱，无法形成闭环的智能家居生态系统2。用户在体验智能家居产品时，常会面临设备间无法协同工作、操作不便的问42|自动化应用题，智能化带来的便利性大打折扣。此外，智能家居产品的安全性问题也是制约市场发展的重要因素，由于缺乏统一的安全标准，用户的个人隐私及网络安全面临较大风险。为了满足市场需求，家居智能制造需要关注物联网技术的应用，通过感知、通信、存储和计算等手段，将传统家居设备转化为具备智能化能力的智能设备。此外，还需要研究智能感知技术、智能控制技术、智能决策技术等关键技术，以提升智能家居产品的功能和附加值。中国全屋智能解决方案市场发展趋势如表1所示。表1中国全屋智能解决方案市场发展趋势概念增长导向场景增长导向智能增长导向服务增长导向2015年2 0 2 0 年2 0 2 0 年2 0 2 5年2 0 2 5年2 0 30 年2 0 30 年2 0 35年全屋智能概念萌生智能场景不断丰富AI及IOT能力升级家电管理系统设备联动单一设备联动模式化流畅处理复杂需求品初创型厂商为主多类玩家参与布局厂商强化核心竞争力集中于高收入群体向中等收入群体拓展特殊群体友好度提升2基于物联网技术的家居智能制造的关键技术2.1传感器技术传感器技术在家居智能制造中是一项至关重要的技术,其以物联网技术为支撑,为用户提供了一种高效、智能的解决方案。目前,世界经济正面临新技术革命带来的巨大冲击和挑战，各国都在积极调整产业结构，大力发展新兴产业，抢占未来科技制高点，以赢得国际竞争优势。智能家居控制中心能够接收传感器采集的家居环境温度、湿度和光照信息，并将其传输至智能家居控制中心，以实现对家居环境的智能控制3。智能化设计智能家居时，需要使用大量传感器来实现各项功能，因此，选用合适的传感器至关重要。目前，温度、湿度和光照等多种传感器被广泛应用于测量环境中的光线变化。温度传感器数据采集公式为：T=f(t)式中：T表示温度，t表示时间。湿度传感器数据采集公式为：H=g(t)951式中：H表示湿度。6302.2无线通信技术无线通信技术在家居智能制造领域已成为至关重要20172018年份构建服务型生态人机交互自然化服务提供商倍增加速普及(1)(2)20192020的技术,其以物联网技术为基础,为人们提供了一种全新的解决方案。无线通信技术在智能家居系统建设过程中发挥着重要作用。智能家居设备可以通过无线通信技术实现互联，从而实现智能化控制。随着无线传感网的发展与成熟，无线通信技术得到了迅速的推广与应用，并逐渐形成一种全新的物联网架构。目前,Wi-Fi、Zi g Be e 和蓝牙等无线通信技术已成为人们日常生活中不可或缺的设备。数据传输速率公式为：R=b/d(3)系统解决方案自动化应用式中：R表示数据传输速率，b表示传输的数据量，d表示监测用户的健康数据,如心率、血压、体重等，并将数据传传输所需时间。输到智能家居系统进行分析和管理。2.3云计算技术3.2物联网与设备互联在智能家居制造领域，云计算技术以物联网技术为支在基于物联网技术的家居智能制造中，物联网与设备撑，为企业提供了强有力的技术支持，通过构建家庭网关的互联应用主要包括以下5个方面。系统，可以将家中各种智能设备连接到云端服务器上进行(1)设备远程监控和控制：通过物联网技术，将各种家集中化统一处理，从而实现对家居智能设备运行状态的监居设备连接互联网，实现设备的远程监控和控制。用户可控及数据记录。通过云计算技术，实现智能家居设备的远通过手机应用或电脑等终端设备，随时随地地远程监控设程控制和管理,提升了其智能化水平4。因此,在智能家居备的状态和运行情况，并进行远程控制，如开关、调节。中应用云计算是必然趋势。目前,云计算领域中备受瞩目(2)数据采集和分析：物联网技术可实现对家居设备的技术包括阿里云、腾讯云以及华为云。的数据采集和分析。通过传感器和设备的联网，可实时采2.4数据挖掘技术集设备的工作数据，如温度、湿度、能耗等。这些数据可以数据挖掘技术在家居智能制造领域是至关重要的技被传输到云端进行分析，帮助用户了解设备的使用情况，术,其发展离不开物联网技术的支持和推动。随着智能家优化设备的运行效率。居系统的发展，人们对生活质量要求越来越高，因此，需要(3)智能化的自动化控制：物联网技术可实现智能化提高家居环境的舒适度及安全性,这促使了数据挖掘技术的自动化控制。通过设定规则和算法，联动和协调各设备，的应用。利用数据挖掘技术深入分析和挖掘家居环境中的实现自动化控制。例如，当温度达到设定值时，空调自动开数据，实现对家居环境的智能化控制。目前，聚类分析和关启；当光线不足时，灯光自动调节等。联规则挖掘已成为数据挖掘领域中备受青的2 种技术。(4)设备之间的互联互通：物联网技术可实现设备间的互联互通。通过设备间的通信和数据交流，实现设备之3基于物联网技术的家居智能制造的应用间的协同工作。例如，当门锁打开时，可自动触发安防系统3.1家居自动化应用的关闭；当烟雾报警器触发时，可自动关闭燃气阀门等。基于物联网技术的家居智能制造可以实现各种家居(5)远程诊断和维护：物联网技术可实现设备的远程设备的互联互通和智能控制，从而实现家居的自动化应诊断和维护。通过远程连接设备，可实时监测设备的运行用。常见的家居自动化应用包括以下6 个方面。状态和故障信息，并进行故障诊断和维修，这可以提高设(1)照明控制：通过物联网技术，实现智能照明控制。备的维护效率，缩短停机时间和降低维修成本。用户可通过手机应用或语音控制，远程控制灯光的开关、通过物联网与设备的互联应用，家居智能制造可实现亮度和色温，也可根据时间、光线感应或用户习惯，自动调设备的智能化、自动化和远程化，提高家居的舒适性、便利节照明。性和安全性。(2)温度控制：利用物联网技术，实现智能温度控制。3.3健康监测应用用户可通过手机应用或语音控制，远程调节空调或暖气的基于物联网技术的家居智能制造可以实现健康监测温度和风速，也可根据用户的习惯和时间设置，自动调节应用，为用户提供更加便捷和精准的健康管理，一些常见室内温度。的健康监测应用包括以下5个方面。(3)家电控制：物联网技术可将家电设备连接到智能(1)生理参数监测：通过物联网连接的健康监测设备，家居系统，实现远程控制和自动化管理。用户可通过手机如智能手环、智能血压计、智能体重秤等，可实时监测用户应用或语音控制，远程开关电视、音响、洗衣机、冰箱等家的生理参数,如心率、血压、体重、血氧饱和度等。这些数据电设备，也可根据用户的需求和时间设置，实现家电的自可通过无线传输到智能家居系统，用户可通过手机应用或动化控制。电脑查看和分析自己的健康数据。(4)安防监控：利用物联网技术,实现智能安防监控。(2)睡眠监测：通过智能床垫或智能枕头设备，可实时用户可通过手机应用，远程监控家中的实时视频，接收安监测用户的睡眠质量，包括入睡时间、醒来次数、深度睡眠防报警信息，也可通过智能门锁实现远程门禁控制。和浅度睡眠等。通过物联网技术，用户可在手机应用中查(5)能源管理：物联网技术可实现家庭能源监测和管看自己的睡眠数据，并获取相关的睡眠建议和改善方法。理。用户通过手机应用，实时监测家庭的用电量和用水量，(3)运动监测：通过智能手环、智能鞋垫或智能运动器分析能源消耗情况，提供节能建议和优化能源使用策略。材等设备，可以实时监测用户的运动数据，如步数、距离、(6)健康监测：利用物联网技术，实现家庭的健康监卡路里消耗等。这些数据可以通过物联网技术传输到智能测5。例如,通过智能手环或智能体重秤等设备，可以实时家居系统，用户可通过手机应用或电脑查看自已的运动数2023|16期|43参考文献自动化应用系统解决方案据，并设定运动计划和目标。(4)健康提醒和管理：基于物联网技术,智能家居系统可根据用户的健康数据和设定的健康目标，提供个性化的健康提醒和管理。例如，根据用户的运动数据，提醒用户适时进行运动；根据用户的睡眠数据，提醒用户保持良好的睡眠习惯。(5)健康数据共享和远程监护：通过物联网技术，用户可将自己的健康数据共享给医生、家人或护理人员，实现远程监护和健康管理。医生可远程查看用户的健康数据，并根据数据提供远程诊断和建议。通过物联网技术的健康监测应用，用户可以更加方便地了解自己的健康状况，及时采取相应的健康管理措施，提高生活质量和健康水平。4结语物联网技术在家居智能制造领域具有广泛的应用前景，必须不断加强和提升相关技术的水平和质量，以满足人们对智能化家居的要求。1熊先青，岳心怡.中国家居智能制造技术研究与应用进展J。林业工程学报,2 0 2 2,7(2):2 6-34.2熊先青，岳心怡.面向智能制造的家居企业ERP/MES集成管理技术J.木材科学与技术,2 0 2 2,36(4)：2 5-31.3熊先青,张美,岳心怡,等.大数据技术在家居智能制造中的应用研究进展J.世界林业研究,2 0 2 3,36(2)：7 4-8 1.4朱兆龙，熊先青，吴智慧，等.面向智能制造的定制家居数字化设计虚拟现实展示技术J.木材科学与技术,2 0 2 1,35(5)：1-6.5熊先青，任杰.面向智能制造的家居产品数字化设计技术J.木材科学与技术,2 0 2 1,35(1)：14-19.（责任编辑：李顺）(上接第 40 页)3结语本文通过持续不断地给风门加热，可有效避免结冰，并及时排出融化水，还设计了单出口布置形式和多出口布置形式，利用Workbench软件中的Fluent模块对比仿真研究了加热装置的加热性能。结果表明,双出口布置形式的结构温升提高了2.8 2%，内部的流动和传热性能更好，说明风门始终能够保持在较高的温度而不会出现结冰，仿真结果验证了方案设计的合理性和可行性,对后期提高北方煤矿通风系统的可靠性具有一定的参考价值。1薛贵卿.煤矿通风系统新型风门的设计与研究J.机械管理开发,2 0 2 2,37(5):46-47.2谭晓林.煤矿矿井通风系统的设计及应用分析J.内蒙古煤炭经济,2 0 2 2(2 2):33-35.3张明,何云文.黄白茨煤矿智能通风系统建设研究与设计J.中国煤炭,2 0 2 2,48(9)：10 7-112.4姜军.塔山煤矿30 50 7 综放工作面均压通风系统设计J.中国煤炭工业,2 0 2 2,42 3(5):6 5-6 7.5黄贤锋.运河煤矿通风系统改造优化设计及应用J.煤矿现代化,2 0 2 2,31(2):10 4-10 7.6黄旭.基于层次分析法的煤矿通风系统优化设计J.能源与节能,2 0 2 1,19 4(11):12 3-12 5.7谭桂玲，井平安，李睿.基于PLC控制的煤矿通风系统模拟设计J.南方农机,2 0 2 2,53(8)：147-149.8白怡明.煤矿井下智能通风系统的设计及应用J.智能矿山，2022,3(1):76-79.参考文献9黄晓鹏.煤矿智能通风系统设计研究J.能源与节能,2 0 2 2(7):121-123.（责任编辑：黄霞）44|自动化应用