【摘要】：智能家居為我們展示未來家居生活環(huán)境和生活方式,滿足了人們對高度智能、舒適安全的家居生活的期待。本文綜合了人工智能與云計算技術(shù)的優(yōu)勢,結(jié)合現(xiàn)有的傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和無線通信技術(shù),設(shè)計了一種基于用戶數(shù)據(jù)的智能家居控制系統(tǒng)。重點介紹了多傳感器對家居環(huán)境數(shù)據(jù)采集和融合處理,以及利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學習和自適應(yīng)性對用戶的歷史數(shù)據(jù)進行學習,進而實現(xiàn)智能控制。首先,詳細闡述了智能家居的發(fā)展過程、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,并根據(jù)目前智能家居系統(tǒng)所存在的問題和發(fā)展趨勢擬定了本文的研究內(nèi)容。根據(jù)研究內(nèi)容設(shè)計智能家居系統(tǒng),并從采集層、傳輸層和控制層對系統(tǒng)各模塊設(shè)計的思路、需要實現(xiàn)的功能及所涉及的傳感器技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、云計算等技術(shù)做了簡要介紹。其次,完成智能家居系統(tǒng)的總體硬件設(shè)計。硬件系統(tǒng)由電源模塊、信號采集模塊、家居設(shè)備控制模塊、無線通信模塊四部分組成。其中電源模塊為整個系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行提供功率回路,為提高系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計了APFC電路;信號采集模塊以傳感網(wǎng)絡(luò)為核心,實現(xiàn)多傳感器信息融合和處理;家居設(shè)備控制模塊主要實現(xiàn)對家中主要家居設(shè)備的智能控制;無線通信模塊以Wi-Fi技術(shù)作為系統(tǒng)信息傳輸手段。再次,完成智能家居系統(tǒng)的整體軟件設(shè)計。該軟件系統(tǒng)由信號采集軟件、以Wi-Fi無線通信技術(shù)為基礎(chǔ)的信號傳輸軟件、家居設(shè)備控制軟件組成。家居設(shè)備的控制軟件借助BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對用戶數(shù)據(jù)進行學習。通過對BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的原理推導搭建控制軟件的網(wǎng)絡(luò)模型。通過對用戶歷史數(shù)據(jù)的訓練,基于用戶數(shù)據(jù)實現(xiàn)系統(tǒng)對家居設(shè)備的自動控制。最后,對所設(shè)計的智能家居控制系統(tǒng)進行了數(shù)據(jù)采集和設(shè)備控制的功能測試。通過對測試實驗的數(shù)據(jù)進行分析,本系統(tǒng)能夠準確采集實時的家居環(huán)境數(shù)據(jù)并傳輸?shù)接脩?供用戶隨時了解家居情況;引入BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對用戶歷史數(shù)據(jù)學習后的系統(tǒng)能夠自主根據(jù)環(huán)境的改變做出相應(yīng)調(diào)整。實驗證明,數(shù)據(jù)驅(qū)動技術(shù)能夠提高智能家居的智能程度。
【學位授予單位】：東華大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TU855
【圖文】：

圖 1-1 中國智能家居市場規(guī)模預(yù)測海爾公司的智能家居系統(tǒng)以 U-Home 系統(tǒng)作為平臺，將所有的家居設(shè)備網(wǎng)絡(luò)，從而實現(xiàn)了“家庭小網(wǎng)”、“社區(qū)中網(wǎng)”、“世界大網(wǎng)”的物物互臺涵蓋了娛樂、安全、健康、空氣、美食、洗護、用水七個生態(tài)圈，用慧生活戰(zhàn)略落地實施。這也是一個開放性的平臺，開放端口，允許各種入，并為合作者開發(fā)新的應(yīng)用和服務(wù)提供資源和標準[9]。小米智能家居展較快，其推出的米家應(yīng)用擁有著包括網(wǎng)關(guān)，燈，音箱等眾多智能設(shè)備批用戶[10]。此外，美的的 M-Smart 平臺，格力公司的智能環(huán)保公司，

圖 2-1 系圖 2-1 為本控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框輸層、系統(tǒng)決策控制層。采集層的溫濕傳感器等傳感設(shè)備完成對家居環(huán)境原始現(xiàn)對家具設(shè)備的控制，和對來自傳感設(shè)系統(tǒng)內(nèi)部信息傳輸?shù)闹饕绞�，Wi-Fi 模相連，處理器把預(yù)處理后的數(shù)據(jù)再通過戶手機，供用戶實時了解家庭情況，以做史用戶數(shù)據(jù)進行學習，基于用戶數(shù)據(jù)對行控制。當環(huán)境改變時，云計算服務(wù)平臺進行智能控制[24]。2.3 智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計與技術(shù)2.3.1 智能家居多傳感器信息采集

能家居系統(tǒng)而言等同于各類感官，它能夠進行視頻監(jiān)測，溫濕度檢測，為用供了解家庭情況最簡單直接的手段。傳感器技術(shù)在傳統(tǒng)的智能家居系統(tǒng)中的往往是一維的，如對家居燈光的控制，通過光照度傳感器采集家居環(huán)境的光，根據(jù)環(huán)境亮度的高低來調(diào)整燈光的亮度。而事實上，我們對于燈光的控制僅限于亮度，我們需要根據(jù)室內(nèi)是否有人調(diào)控燈光的開關(guān)，根據(jù)室內(nèi)溫度等調(diào)整燈光的色溫。而檢測是否有人和溫濕度信息就需要借助于人體感應(yīng)傳感溫濕度傳感器。其他家居設(shè)備的控制也是如此�；诖耍鞠到y(tǒng)借助于多傳感器融合技術(shù)進行信息數(shù)據(jù)的采集，如圖 2-2。多傳感器融合技術(shù)充分利用不同傳感器所采集的數(shù)據(jù)資源，運用計算機技這些數(shù)據(jù)進行綜合的分析與處理，進而做出控制決策[27]。運用多傳感器融合，我們所測數(shù)據(jù)的精度在多次融合過程中不斷提高，這有助于系統(tǒng)做出更精控制策略；其次，多傳感器所獲得的信息是多維度的，能多方面，多角度考控對象的影響因素，系統(tǒng)基于更全面的信息做出控制策略；最后，多傳感器能夠提高智能家居系統(tǒng)的穩(wěn)定度，即便在一個傳感器數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大誤差的情，系統(tǒng)也還能維持相對穩(wěn)定[28]。

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