25 Home Automation Ideas: Ultimate Smart Home Tour (volume 2)
今日主題 智慧城市\智慧建築家庭\智慧生活\醫護新科技 智慧城市\智慧生活應用科技 智慧健康醫護與生活新科技 |
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The Future of Smart Cities – powered by smartmicro Traffic Management Radars
Smart city spending to hit $158bn by 2022 London is one ... |
MY260 - Smart Building Energy Management System Using IoT and Big Data
目前建築設備的監控大部分是靠人工巡檢的,如對於一些需要即時監控的設備,一般會安排維護人員守在設備旁邊。當然,這種模式的弊端也是顯而易見的,不僅耗費了大量的人力資源,也大大增加了監控的成本。
而目前的網路設備故障監測系統,大多是採用採集卡和 PC 的模式。由採集卡負責採集數據,PC 負責數據處理與傳輸。這種系統體積龐大、成本昂貴,不適合應用在生產設備分散,和現場工作環境惡劣的地方。
為瞭解決這些問題,本文將智慧路由器相關技術,和網路技術應用到設備監控系統的設計方案中,使得設備故障檢測系統具備遠端監控功能。
1、遠端設備監控系統原理
本文設計的基於網路的遠遠設備監控系統,主要以建築設備或工業設備、PLC 控制櫃、智慧路由器、遠端伺服器四部分組成,如圖 1。
其中建築設備可以包括空調、燈光等、PLC 控制櫃的主要功能,是控制設備的開啓與關閉,遠端伺服器的作用是儲存設備的即時監控資訊,以便使用者可以透過電腦、平板或者是手機,即時進行查看,伺服器的另外一個作用,是當檢測到設備數據發生不正常的情況下,可以向使用者終端推送警報消息。
2、智慧路由器設計
本文將採用 Cortex-A8 嵌入式板來仿照智慧路由器。智慧路由器的軟體設計,主要包括嵌入式 linux 操作系統、Web 伺服器 lighttpd、數據庫 mysql、modbus 協議,以及監控設備的應用。智慧路由器上主要的硬體包括處理器、3G 模組、以太網口、串口以及 SD 卡卡槽。
2.1 數據採集
本文以 Modbus 作為設備即時數據的傳輸協議,以串口和乙太網口作為數據採集方式,最終數據透過乙太網或 3G 網路傳輸到伺服器端,並將數據保存在伺服器數據庫中。從設備獲取的數據,將全部儲存在智慧路由器的 SD 卡裡,而上傳到伺服器端的數據只需其中關鍵的部分。
當需要獲取全部詳盡的數據,是也可以遠端登錄智慧路由器進行查看。這樣做不僅可以大大減少伺服器儲存數據的容量,也可以大大減少客戶端所需寬頻流量。
2.2 主要軟體說明
Open Wrt 是一個開源的 linux 發行版,具有很好的擴展性和強大的網路組件,適用於各類嵌入式設備和路由設備。Open Wrt 的文件系統是可寫的,即使用者無需重新編譯整個系統韌體,就能隨意添加自己需要的功能。
Lighttpd 是一個開源的網頁伺服器軟體,專門針對高性能網站,具有性能好、內見記憶體開銷低、豐富的模組,以及非常低的 CPU 佔用率等特點。Lighttpd 是為了提供一個專門針對高性能網站,相容性好、快速、安全且靈活的網站伺服器環境而設計的。
3、系統部分軟體實現
3.1 添加新待監控設備
每個待監控的設備,都由自己的設備名、設備 IP、設備 ID、設備端口唯一確定,同時系統也會給該設備,生成一個唯一的 Hash 值。在數據監控中,系統也將該 Hash 值,作為該設備的唯一標識進行數據儲存。這樣做的目的是為了使將來修改設備的資訊,是可以不用修改過多的數據表。
一般情況下,為了更好的瞭解一個設備的運行狀態,往往不僅僅只是監控設備的一個設備點,而是多個且各個被監控點,可能由其自身數據的敏感程度的不同,而需要不同的數據監測速度。為了方便使用者添加新設備,及其需監控的設備點和警報點的各種資訊,系統為使用者提供了 TFTP 的傳輸模式,使用者可直接透過傳輸具有指定格式的監控文件,到智慧路由器端。使用者只需在添加新設備的同時,把相關文件名和 TFTP 伺服器 IP 填寫上去即可。
3.2 警報處理
本文所設計的監控系統,為了適用於大部分被監控設備,除了監控像燈泡這種只有開和關兩種狀態的開關量外,還需監控像溫度濕度這種數值量。
開關量與數值量相比監控起來會比較簡單。而數值量的監控,就稍微複雜些,因為數值量的值是平滑的,致使其值可能在外部干擾的情況下,上下波動於警報值。最終系統會出現時而警報時而不報警的情形。為瞭解決上述問題,本文為數值量的警報值設置了緩衝區。
當狀態為不報警的情況下,只有當數值量的值,比警報點的值大時才會啓動報警。而當狀態為報警的情況下,只有當數值量的值,比警報點的值小時才會取消警報。主要包括數據採集程序和警報程序。另外,考慮到數據可能因為外部干擾,出現數據抖動的情況,只有當數據值達到狀態變換區,且在該區持續一定時間才給予處理。
結語
本文重點闡述了系統工作的基本原理,並詳細介紹了系統主要部分硬體電路的設計及系統軟體。與傳統的 IT 運維服務相比,基於網路的 IT 運維服務具有更多的優點。隨著網路應用領域的不斷深入,智慧路由器將會得到更為廣泛的應用和發展,本文設計遠端監控系統,也將發揮積極的功能和作用。
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NB-IoT(窄頻物聯網)憑借低功耗、低成本、廣覆蓋的特點,能夠滿足依賴電池的低能源消耗裝置連接,和發送少量資訊的需求,越來越多的被應用於物聯網行業。隨著這一新技術的室內覆蓋增加、裝置成本的下降,能耗的降低,智慧家庭行業也對 NB-IoT 技術的應用開展了探索。
在一場「新物聯、新場景、新生態 —— 智慧家庭行業 NB-IoT 應用推廣高峰論壇」上,聯合制訂首個智慧家庭 NB-IoT 標準,發佈了智慧家庭行業首個 NB-IoT 解決方案 —— NB-UHomekit,並在現場展示涵蓋智慧家電、智慧社區、商用電器三套完整落地的 NB-IoT商用解決方案。下面請看記者智慧家電業者的採訪,瞭解 NB-IoT 是如何與智慧家庭實現融合的。
一、 技術背景
智慧家電業者首先對 NB-IoT 技術的發展,進行了介紹。他說到,無線通信憑借其方便快捷的先天優勢,在近幾年得到了飛速發展,不僅在商業上被廣泛的應用,在軍事應用上也得到了巨大的發展。隨著網路提供的服務內容愈漸豐富,通信終端資訊處理能力也隨之加強,行動辦公、手機購物等服務,也最終由幻想變為現實,智慧家電智慧家庭也走進一般百姓家。
在多種多樣的無線通信技術中,WiFi、Bluetooth、Zigbee、蜂窩行動通信等技術,被廣泛用於智慧家電智慧家庭。隨著智慧化要求越來越高,連接的設備種類越來越多,需求也呈現多樣化趨勢。目前,高速率使用 3G、4G 通信系統可以滿足,中速率使用 2G 通信可以滿足,低速率還沒有完善的低功耗蜂窩應用標準協議。4G、3G、2G 無法滿足低功耗、低成本、廣覆蓋和大容量的需求,Lora、Sigfox、WiFi,Bluetooth,ZigBee 在資訊安全、行動性、覆蓋範圍和容量等方面存在缺陷。
為滿足物聯網發展需求,窄頻物聯網通信標準隨之產生。
二、智慧家庭行業在發展過程中面臨的挑戰
目前智慧家庭市場已經有了一定規模,但在大部分普通消費者看來,智慧家庭所帶來的生活便利依然是屬於「錦上添花」。家電業者總監就目前智慧家庭行業發展所面臨的挑戰,進行了總結,他認為主要包含四個方面。
(一)操作便利性
智慧家庭的目的是使人們享受生活,讓生活變簡單。但由於技術特點的原因,多數智慧家電、智慧家庭組網、綁定、使用均有一定的難度。原想是享受更便捷、更從容的生活,但複雜的操作,反而讓使用變成了高難度,嚴重影響了消費者體驗。
如何使操作更簡單,功能更能為消費者所接受、所依賴,是行業面臨的第一個挑戰。
(二)網路容量及信號覆蓋
居家環境千差萬別,當智慧設備多到一定數量後,相互之間的通信就收到影響,從而影響消費者正常使用設備;複式或別墅等大房子的網路覆蓋是智慧家庭行業所必須面對的挑戰,陽台、衛生間等無線網路死角的熱水器、洗衣機等組網和或通信困難。
(三)安全隱憂
網路安全是通信行業都要面對的,智慧家庭同樣面臨該問題。如何在便利性和安全性之間權衡,是每一個廠商都需面對的問題。
(四)標準不統一
由於標準體系不成熟,不同品牌的智慧家電家居之間無法相互識別,相互通信。智慧家電智慧家庭在用戶家裡是一個設備,在消費者手中是一個 APP,背後是複雜度雲平台服務系統。設計開發智慧家電投入巨大,短時間難見成效。所以,對一些中小企業是巨大的挑戰,設計智慧家電家居投入大、週期長、問題多。
家電業者總監認為,如何面對挑戰,克服困難設計輸出簡單好用的智慧家電家居,是整個行業共同面對的問題。
三、NB-IoT解決方案 —— NB-UHomeKit
NB-IoT 技術標準的出現為低速率、低功耗、廣域網應用提供了一個非常好的解決方案,是目前設備接入技術的很好的補充。智慧家電 + 根據 NB-IoT 的技術特點,結合多年來在智慧家電家居領域的行業經驗,設計完成 NB-IoT 完整接入方案 —— NB-UHomeKit,並提供給行業使用。
家電業者總監就智慧家電開源應用解決方案,做了詳細介紹,他提到 NB-UhomeKit 是智慧家電 + 智慧生活平台,為使用 NB-IoT 技術接入智慧家電 + 平台,實現智慧家電和家居設計應用的解決方案和協議標準。
NB-UhomeKit 組成:由設備端 SDK、客戶端 SDK 和 M2M 接入 Gateway 等部分組成;
NB-UhomeKit 系統框架如下圖:
NB-UhomeKit 技術優勢包含以下五點:
1)專用壓縮算法:解決 NB-IoT 技術流量小與智慧家庭大數據需求的矛盾;
2)專用數據採集算法:解決 NB-IoT 技術低速率與智慧家庭即時性需求的矛盾;
3)標準協議:解決互聯互通的問題;
4)安全標準:解決安全需求與簡單易用的矛盾;
5)標準開發套件:減少開發投入,縮短開發週期,縮短上市時間。
四、解決方案實例:
家電業者總監還對智慧家電,在解決方案上的實際應用案例做了介紹,他說,2016 年 6 月 NB-IoT 標準凍結後,業者積極與網路業者、電信業者展開技術溝通和測略合作。智慧家電+ 在2016年年底完成 NB-IoT 在智慧家庭應用的標準;2017 年 7 月電信在實現 NB-IoT 網路全覆蓋。海智慧家電+在 2017 年 6 月底完成 NB-UHomeKit 解決方案設計研發和技術實現。7 月份使用 NB-UHomeKit 解決方案在短時間內使智慧空調、智慧門鎖、智慧社區洗衣機三類設備,以 NB-IoT 技術接入 智慧家電+平台;
智慧家電+現在已經完成三類設備的接入,可提供完整的三大商用解決方案:
家用電器類設備 —— 家用空調
1)採用優化的設備端、APP 端、雲端的 NB-UhomeKit,輕鬆接入。
2)通訊數據解壓縮技術,滿足 APP 對數據的要求。
3)無需配網,上電即入網
4)使用簡便,掃碼即操控
5)任何地方、任何地點,穩定連接
電池供電類設備 —— 智慧門鎖
1)採用優化的設備端 NB-UhomeKit,降低功耗。
2)採用智慧家電+安全 SDK,確保門鎖安全。
3)NB-IoT 門鎖,上電掃碼綁定即用
4)樓梯間信號強勢覆蓋
5)超低功耗,2 年電池免更換
6)開關鎖短信實時通知,居家安全,隨時掌控
7)通信可靠,售後無憂;
商用電器類設備 —— 社區洗洗衣機
1)採用優化的設備端的 NB-UhomeKit,設備狀態實施監控。
2)標準 API 接口,APP 端無需修改。
3)洗衣機上電即用。實施監控機器狀態,收入隨時掌控。
4)信號覆蓋廣,運用費用低。
透過家電總監的介紹,記者真切的感受到,智慧家電+作為智慧家庭行業的引領者,在智慧家庭領域始終走在前列,透過佈局與行業各領袖企業的合作,共同探索智慧家庭領域基於 NB-IoT 的行業應用解決方案。
智慧家電業者發佈的智慧家庭行業首個 NB-IoT 開源應用解決方案 NB-UhomeKit,為行業提供了快速接入、雲端一體、安全可靠、通信標準的 NB-IoT 解決方案,推進了 NB-IoT 與智慧家庭的深度融合,助力企業快速接入 NB-IoT,構建以 NB-IoT 在各智慧化產品適配為基礎的智慧家庭生態。
記者相信,隨著 NB-UhomeKit 的落地及應用,家電領域將突破性地提升 NB-IoT 應用能力。
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