基于物联网的收费亭智能家居系统

1、基于物联网的智能家居系统在收费亭中的应用2015/8/10目录1.概述11.1系统概述11.2设计目标21.3设计原则32.应用背景43.需求分析64.系统总体设计方案84.1 系统设计分析84.2 系统设计原理104.3 系统总体架构115.系统主要功能145.1管理平台系统145.2空调控制系统175.3灯光控制系统175.4电器控制设备185.5门锁控制系统185.6温湿度监测系统195.7视频监控系统191.概述1.1系统概述随着计算机技术、通信技术和传感器技术的飞速发展,智能家居系统从概念进入到人们的生活中。智能家居系统将各种设备有机的结合在一起,进行智能化管理,为人们提供一个舒适的

2、、低碳的居住环境。智能家居系统由底层无线感知反应网络、网关和上层应用管理模块构成,无线感知反应网络作为信息世界与物理世界联系的纽带,其无线传感器分为感知节点和控制节点。应用管理模块的目标是对这些节点进行管理和控制,实现数据的采集和设备的控制,并对用户提供基于位置区域的能力展现和支持综合服务的规则设置。智能家居系统基于发布/订阅模式,节点发布服务能力信息,用户订阅相应的服务能力(组),服务订阅需要经过网关下发到底层无线感知反应网络,无线网络中的传感器节点根据用户下发的信息做出相应的处理,并发布服务结果。随着我国经济建设的发展,汽车拥有量的不断增加,汽车尾气对环境的影响越来越严重。公路收费亭由于其

3、所处的特殊位置和条件,造成亭内环境品质较为恶劣,收费亭室内工作人员的健康、安全也受到严重危害。因此将智能家居系统应用到收费亭采用智能化改善亭内空气品质、创造舒适、健康的工作环境以提高人员工作效率。将智能家居系统应用在收费亭中以改善收费亭内的环境，为收费员提供有健康舒适的工作环境，通过智能家居系统来在温度控制、湿度控制、新风量控制、空调控制、灯光控制实现智能管理，通过前端感应设备、后端控制设备对能够对公路收费亭室内工作环境进行有效的调控,改善收费亭内工作人员的工作环境。1.2设计目标1、从收费亭和收费区两个层面，提供安全、节能、健康 、智能化和便利自动化的工作的愿景规划。2、以适当的产品和软件，

4、提供各系统的联动或集成。 3、系统应周密而且最大限度地降低对值班工作人员的工作的影响，保证值班工作人员的安全不受侵害。 4、收费亭智能控制系统，要求安防、灯光、音响、视频、环境等各个系统，以工作场景的一键指令(如上班、下班、换班、短暂或长期离开等)为核心，实现"一键"控制-包括各系统之间的联动控制和监测； 5、重视产品及系统的易用性、简单化：应用科技的目的应使操作、编程和比例失调更简单，更经济，而不是更繁琐；特别是收费亭内设备的操作。 6、 重视产品及系统的可靠性：选择己经实用证明可靠的产品。7、 可扩展性：限于规划设计的进度安排及项目可预期的面积扩展，各系统的应具备100

5、%以上的扩展能力。1.3设计原则系统设计要能满足完整、安全、先进、经济、安全可靠、可扩展、实时的总体目标。 完整性：支持收费亭的常用设备的监控管理，包括收费亭的空调、灯光、环境、安防、网络等多种设备的监控管理，满足用户的各种控、监测的的要求。安全可靠性：保证各个业务部门网络和数据的安全性；保证各个业务部门的应用持续、稳定的运行；先进性：整个网络系统方案设计、设备选型能保证系统5年不落后；系统的设计以系统工程的科学思想为指导，以现代计算机科学、多媒体、通讯、控制和决策支持的理论与技术为基础，采用国际先进的中间构件技术和完全组态的方式，实现各类信息实时处理，数据库、决策支持系统的一体化。 

6、6;经济性原则：平滑扩容与升级：系统采用开放式的体系结构，易与第三方系统无缝集成，平滑扩容；设备选型：充分考虑收费亭现有的设备与资源，选用经济、实用、可靠、成熟的监控设备，避免资源浪费；监控管理平台的模块化结构设计使得系统的前期搭建、中期的实施、后期的升级维护简便、经济。统一性：保证不同部门、系统之间的互联与互通，同时节约总体投资；整个系统应便于管理，提供多层次的管理手段。 可扩展性：系统应能满足业务发展的需要，可随时扩展；在收费亭中联网监控智能家居系统中，设计通过传输网络，将收费亭监控数据传输到集中监控系统，我们不仅考虑了现有纳入此集中监控系统现有的内容及要求，而且考虑到了以后收费亭扩容造成

7、监控点数量的扩展，收费亭智能家居系统可以承受超过1000个监控点进行集中监控，也可以提供对外的数据接口供其他系统使用，充分的满足了收费亭监测管理的发展要求。实时性：系统设计能够365天*24小时地连续不间断运行，实现实时在线远程管理，在系统设计的过程中，从系统运行环境、资源信息、功能应用、新技术等多方面综合考虑，将各部分融合成一个高效、统一、实用的有机体。2.应用背景智能家居是在互联网的影响之下物联化体现。智能家居通过物联网技术将家中的各种设备（如音视频设备、照明系统、窗帘控制、空调控制、安防系统、数字影院系统、影音服务器、影柜系统、网络家电等）连接到一起，提供家电控制、照明控制、电话远程控制

8、、室内外遥控、防盗报警、环境监测、暖通控制、红外转发以及可编程定时控制等多种功能和手段。与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，提供全方位的信息交互功能，甚至为各种能源费用节约资金。随着经济的发展，人们对现代高品质生活需求日益增长，在这个大背景下，智能家居作为品质生活的代表，自然成了被热捧的对象，不仅是未来家庭生活的必然趋势，也将有更多的行业应用，如机房、收费亭、大棚等场所将也会应用到智能家居系统。会引得越来越多的人进来抢一杯羹。（1）智能安防监控系统防盗、监控在中国市场的需求呈现日益告诉增长的势头。据一些第三方机构统计，中国安防市场正在以每年

9、20%的增速增长，预计2015年中国安防市场将达到5,000亿元的规模。人们的需求也很旺盛，市场正在由商业楼宇、公共场所、学校等区域向家庭市场延伸，不少房地产开发商都已经将安防设备纳入到房屋销售的整体方案之中。目前，安防、监控的智能化开始似乎只有“一步之遥”在更大范围、更深层次上与移动终端紧密连接，让人们可以远距离监控居家空间、对一些特殊区域可以重点防护，甚至操控警报等等。（2）智能家电中国是全球最大的家用电器制造国和需求市场。以智能厨房为例，都市人渴望的生活：早上起床，咖啡煮好、面包烤好;晚上回家，米饭烧好，菜在锅中准备随时出锅享用。从终端上看，智能家电已经完全具备基础，自动咖啡机、自动炒菜

10、机、自动豆浆机等等已经纷纷出炉，现在可能更多需要如何让他们能够更系统、更智能化的集成到一起，并与用户的移动终端连接，从而产生“智能”价值。此外，智能音视频市场也大有可为。让音乐、影响在家庭的各个角落无处不在，人们在室内走到哪里都可以通过玻璃、镜面来展示图像、控制家里的各种设施等等。（3）智能照明、温控系统让家里的所有电灯、窗帘都用一个遥控器遥控，并且可以按照主人的喜好调节明暗，设置各种模式;温度控制也是同样，对于空调、空气净化设备厂商来说，智能化是新的起点。（4）前景分析智能家居一直以来留给大家的印象，多半也就是高科技、方便，什么远程、实时、定时控制，再有灯光控制、窗帘控制、电器控制、环境控制

11、、安防监控之类的，总而言之，无论是智能家居厂商的宣传，还是人们固有的印象，大家都觉得，智能家居的作用，那就是为了生活方便的。 随着互联网、工业4.0、外贸新政等利好政策下，物联网、云计算、大数据等信息技术的加速渗透，培育了移动互联网、跨境电商、农村电商、智慧城市等新的信息消费热点，有望成为推动经济转型的新动力。 3.需求分析根据收费亭的智能家居系统管理，该系统采用联网监控方式的系统，对道路管辖公司的各收费亭现有的空调、门禁、电加热器、温湿度、灯光、视频等各种收费亭的设备和环境实行监控，同时在道路管辖信公司建立监控中心，现场值班管理人员、监控中心管理人员可在监控中心随时了解到收费亭备和环境运行状

12、况。当发生收费亭空调未关、加热器未关、失窃等事件时，维护人员可在第一时间获悉情况，并迅速处理。维护人员还可以通过图像监视直接看到各收费亭的具体情况，从而可以更准确地判断故障状况。维护人员可通过监控系统遥控收费亭内的空调、电源等设备，从而大大减少了维护人员的工作量，有效降低了系统运行维护成本。系统整体实现采用“集中管理、分散控制”的模式：现场的设备环境系统将数据传输到在本地建立的独立的可完全脱网工作的各自现场监控本地站，实现现场设备环境系统的分散控制；再由各现场监控本地站通过网络将数据传输至管理中心，由监控中心管理站实现对分布在不同区域的现场监控本地站的集中管理。集中管理、分散控制实现方式满足了

13、对分散基站的集中统一管理的需要，更满足了对现场数据安全、实时、完整的存储和控制要求较高的领域。标准收费亭内的需监测安装的主要设备：序号设备名称数量单位备注1物联网网关1套2空调控制器1套 3门禁系统1套4灯光控制器（墙壁开关控制）1套5电加热设备控制开关（电源插座开关）1套6环境温湿度传感器1套7视频监控系统1套另外，由于除了上述的硬件设备，该智能家居还需有下列软件系统及设备：序号软件名称数量单位备注1适用于Android、ios系统的手机APP软件 根据收费亭数量计算2适用于Android系统的PAD软件 根据收费站数量计算3 PC端管理软件系统1套4 PAD1 台1个收费站1台此系统主要涵

14、盖以下几个方面：Ø 智能电器控制：所有收费亭里的电器集中式控制，组合场景控制，远程控制。Ø 智能灯光控制：对照明灯具进行组合场景定时控制，可与其他系统联动，实现可编程式控制方式，并能远程监测、控制。Ø 智能门锁控制：采用智能门锁，接入控制系统，通过各种控制终端可以对门锁的开关控制，并能与灯控系统等其他系统联动控制。Ø 视频监控：通过各种客户端软件，本地、远程查看安装在家中的摄像头视频，并可进行录像、联动控制等。Ø 基于互联网的可视对讲：新一代可视对讲构架，用平板电脑、手机等智能终端取代传统室内机，支持远程可视对讲及开锁功能。Ø 环境监

15、测：通过前端环境探测器、信号采集设备、后台处理软件，为收费亭的环境调节提供有效的数据支持，可根据采集到的温湿度数据，联动开关空调自动调节。Ø 空调控制：各收费亭均安装空调控制器，可单独调节空调的温度、模式，也可与灯光、门锁、温湿度系统联动自动开启或关闭，可以设定多种组合场景。4.系统总体设计方案4.1 系统设计分析 针对国内市场的实际情况分析，在收费亭中应用智能家居系统还没有，如今国内如火如荼的发展物联网系统的智能家居系统，不仅仅局限于家庭中。还应用在智能医疗、智能机房、智能交通等等行业。目前众多IT企业都是软硬件相结合的发展；而嵌入式技术在最近几年得到了广阔的发展。嵌入式处理器的性

16、能得到了显著地提高，这就为以嵌入式为基础的智能化家居系统的发展奠定了硬件基础，使较复杂的检测和识别算法在系统中得到应用。在软件方面，出现了丰富的支持嵌入式设备的软件，使嵌入式系统的开发的难度降低，出现了大量专注于嵌入式的企业，使嵌入式开发中能得到良好的技术支持。同时智能化家居的概念也更加明确，相关的智能化技术得到了显著地发展。收费亭智能家居系统单元结构图设计本智能家居系统应用在收费亭，需要满足以下需求。（1）能用手机APP通过实时控制收费亭的灯光的开关、空调的开关、门的开关以及电器设备的开关，检测收费亭内环境温湿度，视频实时查看收费亭内的情况。 （2）在收费站值班室内安装了PAD控制器，能管理

17、此站所有收费亭内的智能家居设备。 （3） 当收费亭内的门被非法打开时，会启动报警提示，值班班长或值班室内人员会快速做出反应，查看警情。 （4） 系统提供多层次的管理手段。系统分层管理保证不同部门、系统之间的互联与互通。即收费亭单个可以控制设备、收费站值班室可以控制此站所有收费亭的设备；道路管辖公司可以管理此辖区的所有收费亭的设备。智能家居系统在正常运行时，几乎每时每刻都在运行，必须高度重视系统的稳定性和可靠性，尽量提高系统的容错能力，同时一定要保证系统安全，性能良好。收费安装智能家居相关的设备都是跟人们生活息息相关的，因而智能家居系统必须要求用户界面友好，用户体验效果良好，并且使用户可以很容易

18、掌握操作流程，同时要求实用、舒适和有个性等。 4.2 系统设计原理智能家居系统应用在收费亭中，它的最基本目的是为收费员提供一个舒适、安全、高效、方便、实用的工作环境。给管理者提供一个方便、实用、智能、节能的一套设备管理系统；对产品来说，最重要的是应立足于客户的对家居环境的具体需求，以实用为核心，摒弃掉那些华而不实的功能。同时系统设计还要充分考虑到用户体验，注重操作的便利化和直观性，注重完美的图形化控制界面。智能家居系统大部分时间都在运行，必须高度重视系统的安全性、可靠性和容错能力，保证系统正常安全使用、质量、性能良好，具备应付各种复杂环境变化的能力。 根据目前国内外智能家居系统的发展现状，人们

19、不仅关注家居内部控制，更加注重对其他行业内的应用，如电器内部情况进行远程实时监控。在要求智能家居控制系统方便快捷的同时，还要求产品外观小、功耗低、成本低和扩展性号的特点。本系统主要针对收费亭内部进行远程控制，主要实现的功能有：通过远程监控电器运行情况、远程控制空调、灯光以节约能源，通过温湿度感器检测收费亭内温度、湿度空气质量的情况，通过门锁监控收费亭重要财产，视频远程监控实时观察收费亭情况。4.3 系统总体架构 本系统旨在设计一套应用在收费亭的智能家居系统，根据系统的设计需求，本控制系统采用分布式控制方式对智能家居的各部分进行统一控制，主要包括远程监控电器 (包括取暖器、风扇) 部分，远程空调

20、控制、门锁控制、灯光控制、温湿度监测，各个模块相互独立，某个模块出现故障不影响其他模块运行。本智能家居系统整体架构框图如图下所示。 收费亭智能家居设备总体设备框架图智能设备前端通过无线或者线的方式与智能物联网网关通信，网关设备连接互联网，将前端监测到的数据上传到基于物联网的智能家居云平台，用户可以使用手机、PAD或者PC 直观的查看收费亭的情况。同时用户还可以通过操作终端直接对收费亭的智能设备实现操控功能。此系统后台设计三层管理：收费亭APP软件管理系统，直接管理单个收费亭的智能家居设备，可实现对此收费亭的设备操控，场景操控；收费站值班人员或值班班长通过PAD管理此站的所有收费亭的设备，实现多

21、个收费亭统一管理，集中配置，一键操控。领导或者管辖单位通过PC端管理几个收费站多个收费亭，实现所有收费亭设备一目了然， 可以监测到到所有收费亭的空调开关状态，环境温度等设备的状态。具体结构图如下：收费亭智能家居分层管理结构图5.系统主要功能5.1管理平台系统（1）XX公司收费亭智能家居管理界面系统支持全中文界面，图形化设计，支持电子地图功能。界面的结构、层次应清晰明了，能够实时直观地显示设备的运行数据和运行状态，场景仿真。主界面应为包含所有子系统内监控设备的地图位置，在该界面上可直接点击子系统内（各收费亭）的任意监控设备进入其运行状态界面。同时，在本子系统的主界面上为各功能模组设置访问按钮，通

22、过点击进入各功能模组界面（电子地图），以便对分组的监控设备进行更清晰、更有针对性的监控。当操作者点击主界面或功能模组界面上某一监控设备后，画面会自动切换到该设备的运行状态图或者弹出对相关设备的操作界面，以便管理人员查看和控制该设备。在有报警或异常状态的情况下，有问题的监控设备界面可以自动弹出，同时启动帮助系统（调用知识库），利用预存于知识库中的信息给管理人员相应的操作提示。系统提供集成开发环境，利用各种界面元素（例如按钮、圆、矩形、直线、图片、实时曲线、历史曲线等）及编辑工具，使管理人员可以根据自己的需求设计个性化界面。例如对界面的框架结构进行调整、对监控单元的位置进行调整等。在使用过程中，对

23、界面的修改应能在线进行，修改效果即时生效。（2）权限管理通过在系统内核管理设置和数据库管理设置操作管理级别，实现权限管理功能。本子系统管理员的权限（包括操作权限和管理范围）设置，应与服务管理平台的权限设置完全一致并被后者包容。当服务管理平台不可用，用户需直接登录本子系统进行操作时，则由本子系统的权限设置进行相应的控制。用户需对本子系统进行操作，需先通过登录，输入用户名、密码，经系统验证后根据用户分配的操作权限和管理范围进行操作。在登录前系统应处于锁定状态，只能显示，不可操作，但报警界面的自动弹出应不受限制。操作权限：本子系统管理员（用户）的操作权限级别不少于4级：第一级： 登录系统查看管理界面

24、+设备运行状态查询+事件管理（事件确认、事件查看等）第二级：第一级+报表管理（报表设置、报表生成等）+日志管理（领班或班长管理账户）第三级：第二级+数据的备份与恢复+设备硬件操作能力（空调启停等）（收费站管理本站收费亭账户）第四级：第三级+管理员操作权限和管理范围分配+系统参数设置+系统模块的添加与删除（最高级别，管辖公司管理所有账户）用户管理范围的分配可通过对各功能模组的组合选择来实现和控制。用户只能对自己管理范围内的监控设备进行监控和管理。（3）查询管理通过把各监控单元数据存储到数据库，对数据进行分类归组，在查询数据时，过滤不相关数据，以实现查询功能。系统应对每一个监控单元（设备）的工作状

25、态、工作参量等内容提供简单、直接的的查询方式，查询的结果可以输出及打印。同时系统的查询方式可以根据查询条件过滤不关心的内容，要求直观、简洁，又不失完整性。快速查询：系统应支持快速查询功能，即在管理界面上设置查询窗口，当管理人员输入设备ID号、设备名称等唯一性信息时，系统可自动进入该设备的工作状态界面，便于管理人员随时查询。（4）数据分析实时数据：系统应能够监控到相关设备的实时参量，并能实时进行查询。系统应提供多种形式的实时动态曲线。历史数据：对预设的监控对象有关参数，系统应自动保存历史数据。任何历史数据不允许任何人进行修改，保证数据的可靠性、安全性。系统应能提供多种形式的历史数据曲线。 数据的

26、本地备份：系统应具备本地备份和恢复功能，系统能自动将历史数据、报警日志、数据库等数据备份到本地硬盘上并于必要时进行恢复。本地硬盘的容量应满足所有监控及门禁数据保存一年的要求。数据的异地备份：系统数据的异地备份在服务管理平台上完成。系统应提供自动备份和手动备份两种方式，并可灵活选择自动备份的时间、自动备份的范围、手动备份的时间段、手动备份的范围等进行备份和恢复（5）报表管理针对数据中心的大量数据可以进行全面的选择性保存和处理，生成固定格式或活动格式的报表，保证数据保存的可输出性。通过数据库功能，对相关数据进行分类归组，利用系统报表组态功能，按用户定义形成报表模板，从而实现报表管理功能。系统应允许

27、用户根据需要选择生成单项报表或组合报表：单项报表指针对系统内某一项参量生成的报表。报表内容由用户根据报表模块提供的组合条件进行定制，包括参量选择、自定义报表时间段等，而报表格式则由系统根据参量特点自动选择。组合报表指对系统内某些关键参量进行统计分析并组合生成的报表。报表内容由用户根据运营需要进行定制，报表格式可通过Excel导出。组合报表分为内部工作报表和对外发布报表两大类，按时间段又可分为日报表、周报表和月报表等固定报表以及按时间段自定义的报表。报表的生成分为自动和手动两种方式。通常日报表和周报表可设为自动生成，其他报表通过手工方式进行定制。保存数据和生成报表的方式可以选择定时保存和数据变化

28、间隔量变化保存，有效的降低系统负担，增加系统的可利用性和全面管理性能。（7）安防管理收费亭门锁监控系统，对收费亭内的门禁、视频、防盗进行综合监控，在统一的系统平台上进行管理，并与收费亭内的其他子系统进行有机的联动，方便管理人员实时了解收费亭的情况，更全面的管理收费亭。 （8）联动功能通过对采集数据与数据库内相关设定数值进行对比，当采集数据与设定值不符时，触发相关系统动作，从而实现联动功能。另外，系统提供图形化动态逻辑组态功能，以图形化界面方式实现逻辑定义，从而更方便的实现联动功能。通过设定联动逻辑，可以方便的将不同监控设备或不同子系统进行联动，即可以设定一些事件触发条件，当满足这些条件的时候，系统会自动执行某个功能或者启动另外一个设备工作等。例如：，如联动功能门被打开，视频自动拍照，将照片保存在云端，以便查看。系统的联动功能具有足够的灵活性，当联动逻辑需要改变时，系统应提供方便的组态工具，快速修改联动逻辑，实现对系统或设备的灵活、有效的控制。联动逻辑的修改应不需重新编程，在场景设置中可自行修改联动逻辑的方法。各子系统本身是独立工作的系统，