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经过正确测试和仔细考虑后选择的协…物联网家庭自动化入门 家庭自动化由三个主要部分组成
硬件 软件/应用程序 通讯协议 对于为客户构建真正的智能家居体验这些部分都同样重要。拥有合适的硬件可以迭代开发物联网原型并轻松响应技术枢轴。
经过正确测试和仔细考虑后选择的协议可帮助您避免性能瓶颈否则会限制技术和设备与传感器和物联网网关的集成能力。
另一个重要的考虑因素是驻留在硬件中的固件用于管理数据、管理数据传输、固件 OTA 更新以及执行其他关键操作以使事情正常进行。
家庭自动化的应用 为了重建消费者的期望家庭自动化预计将针对新数字消费者的广泛应用。消费者可以期待看到家庭自动化主导的物联网连接的一些领域是
照明控制 暖通空调 草坪/园艺管理 智能家电 改善家庭安全 家庭空气质量和水质监测 基于自然语言的语音助手 更好的信息娱乐交付 人工智能驱动的数字体验 智能开关 智能锁 智能电能表 该列表仍然并不详尽并将随着时间的推移而不断发展以适应新的物联网用例。
现在您已经熟悉了家庭自动化应用程序让我们详细了解一下构建典型家庭自动化原型涉及哪些组件。
家庭自动化组件 我们之前已经讨论过它们但让我们清楚地分离我们的组件最终帮助您构建一个关于构建智能家居所涉及的主要组件的现实模型。主要组件可以分为
物联网传感器 物联网网关 物联网协议 物联网固件 物联网云和数据库 物联网中间件如果需要 家庭自动化涉及的物联网传感器有数千个家庭自动化网关也有数百个。大多数固件都是用 c、python、node.js 或任何其他编程语言编写的。
物联网云的最大参与者可以分为平台即服务paas和基础设施即服务iaas。
主要物联网 PaaS 提供商 AWS物联网 天蓝色物联网 Thingworx 乌比多特 事物说话 马车 科内克特 节奏 积极地 IBM Bluemix 物联网平台的特点 同样这些平台在其提供的物联网应用程序和安全相关功能方面存在极大分歧。其中一些平台是开源的。
让我们看看典型的物联网平台应该具备什么
设备安全和身份验证 消息代理和消息队列 设备管理 支持 coap、mqtt 和 http 等协议 数据收集、可视化和简单分析功能 与其他网络服务的集成 水平和垂直可扩展性 websocket apis for real-time 用于实时信息流 除了我们上面提到的之外越来越多的平台构建者正在向开发人员开源他们的库。 以arduino 的 ds18b20 的达拉斯温度库为例 由于开源开发它很快就移植到了新版本帮助开发人员将 ds18b20 与 linkit one 集成 。随着物联网不断发展理解这些事情变得至关重要并且拥有一个同样响应的平台可以使业务安全地进行。
现在让我们从物联网传感器开始深入评估每个组件。
家庭自动化传感器 可能有数千个这样的传感器可以成为此列表的一部分但由于这是对智能家居技术的介绍因此我们将保持简短。我们将通过其传感功能来细分用于家庭自动化的物联网传感器
温度传感器 勒克斯传感器 水位传感器 空气成分传感器 用于监控的摄像机 语音/声音传感器 压力传感器 湿度传感器 加速度计 红外传感器 振动传感器 超声波传感器 根据您的需要您可以使用其中的一个或多个来构建真正的智能家居物联网产品。让我们看一下一些最常用的家庭自动化传感器。
温度传感器 市场上充斥着它们但著名的温度传感器是TI的dht11/22、ds18b20、lm35和msp430系列。msp430 系列比其他系列更准确但同时它也是用于原型设计或初始产品测试目的的最昂贵的系列之一。msp430 优于所有温度传感器因为它们的精度和电池消耗极小。
dht11 的温度范围非常有限并且存在精度问题。另一方面dht22 更准确一些但仍然没有将其作为首选。
另一方面与 dht22 和 11 等数字温度传感器相比ds18b20 更准确。 达拉斯温度传感器是模拟传感器可以极其精确地低至 0.5 度。
家庭自动化传感器 请注意通常情况下您从这些传感器直接感测到的温度可能不是很准确无论您在做什么您偶尔都会看到 1000°F 或更高的值。
构建温度传感器有一个完整的逻辑我们将在另一篇博客文章中讨论这一点。
勒克斯传感器 勒克斯传感器测量亮度可用于触发各种功能从交叉验证运动到在太暗时打开灯。一些最流行的光传感器是 tsl2591 和 bh1750。
最近将 tsl2591 和 bh1750 纳入低功耗物联网设备的测试发现它们在大多数用例中都能很好地工作。
这是罗伯特和托马斯 所做的一项研究 展示了两者如何与光谱仪和光电二极管进行比较。
勒克斯传感器 为了更好地了解这两个传感器是否满足您的需求我们建议进行照度测试然后对数据进行标准化以观察各种情况下的偏差。
水位传感器 在构建原型时您可以考虑使用固态 etape 液位传感器或者像其他传感器一样仅使用 hc-sr04 超声波传感器来测量水位。
另一方面在这两者还不够的其他情况下必须利用可以提供更高性能的东西。
浮球液位传感器和 lm1830 等其他 IC 为物联网开发人员提供了更精确的测量功能 - 尽管它们比其他芯片贵得多。
空气成分传感器 开发人员使用一些特定的传感器来测量空气中的特定成分
通过 mics-5525 进行协同监测 mq-8 用于测量氢气水平 mics-2714 用于测量氮氧化物 mq135 感测有害气体浓度NH3、NOx、酒精、苯、烟雾、CO2 其中大多数传感器都有加热时间这也意味着它们需要一定的时间才能真正开始提供准确的值。
传感器加热改造 这些传感器主要依靠其表面来检测气体成分。当它们最初开始感知时它们的表面上总是有一些东西某种需要加热才能消失的沉积物。
因此当表面足够加热后真实值开始显现。
用于监视和分析的摄像机 在这种情况下通常会使用一系列特定于硬件开发套件的网络摄像头和摄像机。带有 USB 端口的硬件可集成相机模块来构建功能。
但利用 USB 端口效率不高尤其是在实时视频传输或任何类型的视频处理的情况下。
以树莓派为例。它配备了一个摄像头模块pi cam可以使用柔性连接器直接连接到开发板而无需使用 USB 端口。这使得 pi cam 非常高效。
声音检测 声音检测在各个方面都发挥着至关重要的作用从监控婴儿到自动开灯和关灯再到自动检测狗在门口的声音并为您的宠物开门。
用于声音检测的一些常用传感器包括用于快速原型设计的 sen-12462 和 easyvr Shield。
这些传感器不如 3dsignals 等工业级传感器 后者甚至可以检测超低水平的噪声并在各种噪声水平之间进行微调以构建均匀的机器故障模式。
湿度传感器 这些传感器为智能家居带来了感知空气湿度/相对湿度水平的能力。准确性和传感精度在很大程度上取决于多种因素包括整体传感器设计和放置。
但是与 hih6100 和 dig rh 等高质量传感器相比某些专为快速原型设计而设计的传感器例如 dht22 和 11的性能始终较差。
在构建可感测湿度水平的产品时请确保没有局部湿度层遮挡实际结果。另外请记住在某些狭小的空间中一端的湿度可能比其他端高。
当您观察空气成分可以自由移动的自由和开放空间时传感器周围的分布预计是均匀的因此正确校准所需的纠正措施较少。
家庭自动化协议 构建家庭自动化产品最重要的部分之一是考虑协议——您的设备将使用这些协议与网关、服务器和传感器进行通信。几年前唯一的方法是使用蓝牙、Wi-Fi 或 GSM。但由于蜂窝 SIM 卡的费用增加和 Wi-Fi 性能低下大多数此类解决方案都不起作用。
蓝牙幸存下来后来演变为智能蓝牙或低功耗蓝牙。这有助于为“移动服务器驱动的经济”带来大量连接。从本质上讲您的手机将充当中间件从BLE供电的传感器获取数据并将其发送到互联网。
在查看主要的家庭自动化协议时以下协议名列前茅
低功耗蓝牙或智能蓝牙具有网状功能、安全性、数据加密算法等的无线协议。非常适合智能家居的物联网产品。 Zigbee低成本、网状网络、低功耗、基于射频的物联网协议。不同的 zigbee 版本不会互相通信。 x10一种传统协议利用电力线进行信号发送和控制。 insteon通过无线和有线方式与设备通信。 z-wave专注于家庭自动化重点关注安全性。 wi-fi无需解释。 upb使用家中安装的现有电源线。降低成本。 thread智能家居自动化的免版税协议使用 6lowpan。 ant一种超低功耗协议可帮助开发人员构建具有网格分布功能的低功耗传感器。
