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智能家居設(shè)計范文第1篇

關(guān)鍵詞 智能家居 ZigBee 家庭網(wǎng)關(guān) CC2430 遠(yuǎn)程控制

中圖分類號：TP273.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1智能家居的國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

隨著社會的快速發(fā)展，越來越多的智能化、人性化、自動化的科技產(chǎn)品服務(wù)于人們的生活，智能家居已經(jīng)走進(jìn)了我們生活。美國在這方面處于國際領(lǐng)先地位，如微軟開發(fā)的“夢幻之家”等智能系統(tǒng)。

2000年以來我國開始意識到智能小區(qū)建設(shè)的重要性，逐漸步入智能家居領(lǐng)域，涉及燈光窗簾控制、室內(nèi)多媒體娛樂、設(shè)備安防報警、家居環(huán)境監(jiān)測等方面。但是智能家居設(shè)備產(chǎn)品多為有線組網(wǎng)，它的布線設(shè)計、連接串口和擴展性能等諸多方面存在很多問題，而無線通信靈活性、使用方便特性和無需布線等，因此很受市場青睞，這表明了無線通信技術(shù)是智能家居發(fā)展的最終趨勢。

2 ZigBee協(xié)議體系結(jié)構(gòu)

ZigBee協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)包括4層，即物理層、MAC層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層。物理層主要功能：負(fù)責(zé)ZigBee無線發(fā)射機的激活、關(guān)閉；檢測當(dāng)前信道的能量；接收鏈路服務(wù)質(zhì)量信息指示（LQI）等。

MAC層包括數(shù)據(jù)服務(wù)和管理服務(wù)。數(shù)據(jù)服務(wù)：保證MAC協(xié)議數(shù)據(jù)單元在物理層數(shù)據(jù)服務(wù)中正確收發(fā)。MAC層管理服務(wù)：維護(hù)存儲MAC子層協(xié)議狀態(tài)相關(guān)信息的數(shù)據(jù)庫。

網(wǎng)絡(luò)層是ZigBee協(xié)議體系核心部分，其主要功能：組建網(wǎng)絡(luò)路由、實現(xiàn)路由查找及傳送數(shù)據(jù)，接收、拋棄其它的節(jié)點等。

ZigBee應(yīng)用層包含ZigBee設(shè)備對象（ADO）、應(yīng)用支持子層（APS）和技術(shù)相關(guān)設(shè)備制造商定義的應(yīng)用對象。應(yīng)用支持層APS用于維持綁定表，根據(jù)需求，在綁定的設(shè)備之間實現(xiàn)信息互傳。

3 智能家居設(shè)計系統(tǒng)硬件構(gòu)成

3.1 系統(tǒng)硬件總體設(shè)計思路

本設(shè)計智能家居硬件部分主要包括五個部分系統(tǒng)模塊：S3C2440主控制器模塊、無線射頻收發(fā)模塊、溫濕度采集模塊、門窗安防模塊和GPRS模塊。用戶可通過GPRS模塊上的RS232接口與控制終端連接使用，監(jiān)控家庭中的各種設(shè)備工作。

3.2 智能家居系統(tǒng)硬件服務(wù)器

3.2.1 家庭網(wǎng)關(guān)

家庭網(wǎng)關(guān)是該家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的核心設(shè)備，其主要功能：連接家居無線網(wǎng)絡(luò)與外部公共網(wǎng)絡(luò)連接口，實現(xiàn)兩個網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息的交互功能。本設(shè)計采用32位ARM處理器S3C2440，其具有2個通道SPI，3個通道UART，4個通道DMA控制器，LCD控制器，還具有MMU虛擬存儲器單元等，可用于支持多種主流式嵌入系統(tǒng)[4]。

3.2.2 無線通信收發(fā)模塊

本設(shè)計采用系統(tǒng)芯片CC2430的COMS解決方案，ZigBee無線射頻收發(fā)器集成在CC2430上。ZigBee無線射頻前端CC2430模塊，是一款低功耗、低成本、高性價比的射頻模塊，還可滿足ZigBee技術(shù)的2.4GHz ISM 波段的應(yīng)用。

3.2.3 溫濕度傳感器節(jié)點

本設(shè)計采用SHT10溫濕度傳感器構(gòu)建ZigBee傳輸溫濕度檢測節(jié)點。SHT10是一種數(shù)字式集成溫濕度傳感器，具有抗干擾能力強，成本低，體積小，適合家居室內(nèi)溫濕度采集。

4智能家居網(wǎng)絡(luò)軟件設(shè)計

4.1 ZigBee協(xié)調(diào)器與網(wǎng)關(guān)模塊軟件設(shè)計

本系統(tǒng)的ZigBee協(xié)調(diào)器主要用于建立無線網(wǎng)絡(luò)，分配監(jiān)控ZigBee節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)地址，向監(jiān)控節(jié)點發(fā)送控制命令和接收來自監(jiān)控節(jié)點的環(huán)境信息和安防信息，并將接收到的數(shù)據(jù)全部上傳至ARM9微處理器S3C2440，最后通過移動網(wǎng)絡(luò)以短信的方式傳送到遠(yuǎn)端的用戶端。

4.2 ZigBee終端節(jié)點程序

ZigBee終端節(jié)點是指ZigBee協(xié)調(diào)器控制的無線ZigBee節(jié)點，首先ZigBee終端節(jié)點的初始化，接著嘗試加入ZigBee網(wǎng)絡(luò)。加入網(wǎng)絡(luò)成功后，ZigBee終端節(jié)點將其注冊信息發(fā)送至ZigBee協(xié)調(diào)器，ZigBee協(xié)調(diào)器完成對ZigBee終端節(jié)點的注冊。ZigBee終端節(jié)點每隔一定時間采集一次環(huán)境信息，并將該數(shù)據(jù)信息上傳至ZigBee協(xié)調(diào)器。如果安防信息檢測模塊檢測到有可燃?xì)怏w泄漏或盜賊入侵，ZigBee終端節(jié)點則直接進(jìn)入中斷處理流程，將警報信息上傳至智能家居控制器，實現(xiàn)告知用戶并啟動聲光報警裝置。

5 總結(jié)

本設(shè)計是采用將ZigBee技術(shù)與嵌入式ARM技術(shù)結(jié)合起來，通過在家居環(huán)境下模擬測試，進(jìn)行有效地網(wǎng)絡(luò)信息數(shù)據(jù)交互通信，本設(shè)計系統(tǒng)主要特點有：

（1）采用無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，結(jié)合嵌入式開發(fā)Web服務(wù)器的引用，使得用戶使用起來更加方便，更加人性化。

（2）功能強大，系統(tǒng)可外擴其他功能，可由用戶的家居環(huán)境的網(wǎng)關(guān)IP地址、家電數(shù)目、家電具體情況來具體定制。

（3）用戶可把家中多臺家電都連入到網(wǎng)絡(luò)中，接受家庭網(wǎng)關(guān)的檢測和監(jiān)控。同時，控制終端設(shè)備也可在擴展，可把家中PC機、多臺移動手機、平板電腦等設(shè)備設(shè)置接入網(wǎng)絡(luò)中。

參考文獻(xiàn)

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智能家居設(shè)計范文第2篇

0 引言

上個世紀(jì)微軟公司提出了“Venus plans”從而引發(fā)中國智能家居概念。目前，在物聯(lián)網(wǎng)的全面發(fā)展新時期，智能家居行業(yè)具有巨大開發(fā)潛力。[1]在高等職業(yè)學(xué)校中主導(dǎo)實驗平臺依舊是8位內(nèi)核的51類單片機。8位單片機以其結(jié)構(gòu)簡單，易于理解和操作的特點深入人心。STM32具有運算速度非常快，F(xiàn)LASH、RAM容量大，能操作SD卡等很多優(yōu)勢。在此，選取具有巨大開發(fā)潛力智能家居行業(yè)，通過利用STM32位單片機配合編制的相關(guān)程序，實現(xiàn)智能家居的基本功能，從而實現(xiàn)一個低端實用的智能家居系統(tǒng)，在整個搭建過程中講授STM32的相關(guān)知識點，從而嘗試探索新的職教課改之路。

1 設(shè)計思路

系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)和原則：本課題的設(shè)計目的是實現(xiàn)一個簡單的智能家居系統(tǒng)，能夠在普通家庭中得到應(yīng)用，因此在設(shè)計的時候遵循以下原則：①簡單實用；②價格低廉；③穩(wěn)定耐用；④可擴展性。文章所設(shè)計的智能家居系統(tǒng)由單片機和各種外設(shè)組成。單片機作為核心的處理芯片，通過其內(nèi)部的豐富的接口，連接外圍設(shè)備，外圍器件通過輸入信號或輸出信號與實際的控制物品相連。其架構(gòu)如圖1所示。

從控制的方式上來看，系統(tǒng)框架分為本地控制單元和遠(yuǎn)程控制單元。本地控制單元的設(shè)計思路是通過接入觸摸屏，由觸摸屏上的人機交互界面實現(xiàn)；遠(yuǎn)程控制單元的設(shè)計思路可以通過架設(shè)Web服務(wù)器，遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)登錄網(wǎng)頁，來控制系統(tǒng)接入的外設(shè)，也可以通過GSM模塊，由移動終端通過短信的方式來控制。從功能上大致分為報警傳感器（溫度，濕度，火警，煤氣）、家電控制、開關(guān)控制，燈光控制，家庭安全監(jiān)控。

2 無線照明控制模塊設(shè)計示例

無線照明在教學(xué)中是一個入門的很好經(jīng)典實例，雖然還沒有用到協(xié)議棧，但它具有數(shù)據(jù)發(fā)送、接收和用協(xié)議棧，而且代碼容易學(xué)習(xí)，如果把這個模塊掌握了，到后面的協(xié)議棧就比較方便學(xué)習(xí)。在此需要掌握ZigBee有關(guān)內(nèi)容，ZigBee節(jié)點所屬類別主要分三種，分別是協(xié)調(diào)器、路由器、終端。同一網(wǎng)絡(luò)中至少需要一個協(xié)調(diào)器，也只能有1個協(xié)調(diào)器，負(fù)責(zé)各個節(jié)點16位地址分配（自動分配）。理論上可以連上65536個節(jié)點，組網(wǎng)方式千變?nèi)f化。BasicRF軟件文件中主要內(nèi)容有三部分，如圖2所示。

講授思路簡要敘述如下：

2.1 工程文件介紹

docs文件夾：主要內(nèi)容是介紹BasicRF的特點、結(jié)構(gòu)及使用，閱讀這個文檔就可以做Basic RF里面的實驗了。

Ide 文件夾：打開文件夾后會有三個文件夾，及一個cc2530_sw_1.eww工程，其中這個工程是三個實驗例程工程的集合，期中包含無線點燈的實驗工程。在IAR軟件環(huán)境中打開，在workspace看到Ide＼Settings文件夾：是在每個基礎(chǔ)實驗的文件夾里面都會有的，它主要保存有學(xué)生自己的IAR環(huán)境里面的設(shè)置。

2.2 啟動

①確保外圍器件沒有問題。②創(chuàng)建一個basicRfCfg_t的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并初始化其中的成員。③調(diào)用basicRfInit（）函數(shù)進(jìn)行協(xié)議的初始化，在basic_rf.c代碼中可以找到uint8 basicRfInit（basicRfCfg_t* pRfConfig）。

函數(shù)功能：對Basic RF的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)初始化，設(shè)置模塊的傳輸通道，短地址，PAD ID。

2.3 發(fā)送

①創(chuàng)建一個buffer，把Payload放入其中。②調(diào)用basicRfSendPacket（）函數(shù)發(fā)送，并查看其返回值。pPayload指向發(fā)送緩沖區(qū)的指針length發(fā)送數(shù)據(jù)長度函數(shù)功能：給目的短地址發(fā)送指定長度的數(shù)據(jù)，發(fā)送成功剛返回SUCCESS，失敗則返回FAILED。

2.4 接收

2.5 light_switch.c 部分代碼及解釋

智能家居設(shè)計范文第3篇

[關(guān)鍵詞]無線數(shù)據(jù)傳輸芯片；設(shè)計探討；接口

中圖分類號：TP203 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）26-0216-01

引言

智能家居系統(tǒng)是以住宅為平臺，通過計算機網(wǎng)絡(luò)把安防系統(tǒng)、家電、娛樂設(shè)施及照明設(shè)備實現(xiàn)現(xiàn)場或者遠(yuǎn)程控制等現(xiàn)代智能化家居環(huán)境。針對現(xiàn)代家居中譬如家用電器種類繁多，操作繁瑣以及難以科學(xué)管理等問題，本文結(jié)合無線電通信技術(shù)和計算機控制等技術(shù)，探討一種無線智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計，使該系統(tǒng)實現(xiàn)對家用電器協(xié)調(diào)統(tǒng)一地控制。

一、概述

現(xiàn)代科技迅猛發(fā)展，隨之而來的智能家居日漸強勢，以其新穎優(yōu)異的特性為當(dāng)今社會的人們的家庭起居帶來了極大的方便和全新的理念，它注定代表著一種引領(lǐng)未來的趨勢。設(shè)計者開發(fā)的家庭總線技術(shù)將把家用電器、通訊設(shè)備以及家庭保安裝備等多種和信息相關(guān)聯(lián)的智能家居連接到一個智能系統(tǒng)上，然后對其采取集中的或多分散地監(jiān)控與家務(wù)性質(zhì)的管理，同時還要保證這些智能的家庭設(shè)施跟現(xiàn)實中的居住環(huán)境相協(xié)調(diào)。其實，這些功能的實現(xiàn)主要依賴于智能家居控制系統(tǒng)中的家庭網(wǎng)絡(luò)控制器，家庭總線系統(tǒng)屬于這種家庭網(wǎng)絡(luò)控制器，并通過它來為使用者提供各種優(yōu)質(zhì)服務(wù)，同時居住地之外的外部環(huán)境也與之相通連。換言之，智能住宅的核心就是智能家居系統(tǒng)，因此，智能家居系統(tǒng)在智能家庭中處于異常重要的地位。

有線方式和無線方式是智能家居系統(tǒng)控制的兩種解決方法。因為大多智能家居系統(tǒng)在工程布線方面十分麻煩，因此很多智能家居公司就著眼于解決這個問題來研發(fā)新的系統(tǒng)。伴隨著它的問題是較差的保密性、接入設(shè)備甚為昂貴、很難滿足音頻與視頻信號的傳輸?shù)?，雖然這些難題直到目前還沒有得到真正的、完美的解決，但是它終將伴隨著4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的逐漸成熟而得到更好的改善和應(yīng)用。即便價格稍微高一些，無線方式確實能很好地解決布線工程繁瑣的問題，并且隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)步必能滿足音頻信號與視頻信號的基本傳輸。接下來將以2.4G射頻技術(shù)作為基礎(chǔ)，介紹一種性價比較高的、性能相對完善的智能家居控制系統(tǒng)。

二、設(shè)計方案探討

2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及工作原理

智能家居系統(tǒng)包含各家電設(shè)備和接口設(shè)備、主機和從機，主機和從機都具有一個無線收發(fā)芯片，主從機間通過收發(fā)無線數(shù)據(jù)來構(gòu)建一種范圍較小的的無線智能網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、系統(tǒng)軟件和系統(tǒng)硬件是無線智能家居控制系統(tǒng)總體設(shè)計的三個主要組成部分。

設(shè)計電路時的原則是要采用通用性、模塊化設(shè)備，關(guān)于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議時參考OSI模型，同時結(jié)合nRF24L01芯片的特質(zhì)。用一個系統(tǒng)主機來構(gòu)建，本系統(tǒng)是以單片機為核心的，中心處理單元（CPU）的作用是處理系統(tǒng)的信號，選用集中控制技術(shù)作為控制方式，系統(tǒng)設(shè)備需要進(jìn)行硬件功能的劃分，各硬件模塊都具有雙向交互通信的能力、互換性和互相操作性，統(tǒng)一設(shè)計、統(tǒng)一接口，它們的控制部件都可以進(jìn)行編程，從而保證了模塊的實用性和通用性，有利于系統(tǒng)安全穩(wěn)定。

nRF24L01（一種新型單片射頻收發(fā)器件），提供物理層數(shù)據(jù)服務(wù)和物理層管理服務(wù)，定義了物理無線信道和MAC子層之間的接口。nRF24L01是一種2.4GHz單片射頻收發(fā)芯片，包含頻率調(diào)制器、合成器、晶體振蕩器等功能，采用FSK調(diào)制，可實現(xiàn)點對點或是1對6無線通信。程序可以配置nRF24L01的輸出功率和通信頻道，有125個可選工作頻道，可用于跳頻，頻道切換時間短，通過跳頻可以減少干擾。對nRF24L01進(jìn)行信道參數(shù)配置是通過MCU通過串口實現(xiàn)的，由nRF24L01來實施配置任務(wù)，然后發(fā)送大量數(shù)據(jù)包的指令由主機完成，最后從機接收數(shù)據(jù)信息，整個過程從機和主機是借用空中接口來發(fā)送與接收數(shù)據(jù)信息包的，執(zhí)行MCU的指示任務(wù)，故才能完美地控制家電。圖l為系統(tǒng)總體框圖：

2.2 串口通信單元設(shè)計

STC12C5A60S2增強型51芯片有一組串行口接口，3根通信線連接便能實現(xiàn)較普通的串行通信，發(fā)送是TXD串行數(shù)據(jù)，接收是RXD串行數(shù)據(jù)，還有GND信號地線。

2.3 硬件電路設(shè)計

在2.4G網(wǎng)絡(luò)中控制中心節(jié)點如同協(xié)調(diào)器節(jié)點，擁有節(jié)點的管理，2.4G網(wǎng)絡(luò)的建立等任務(wù)的功能。在本系統(tǒng)中，控制中心節(jié)點對接受的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并通過RS-232串口與PC機連接通信以及通過，以及鍵盤輸入和液晶顯示。

2.4 無線收發(fā)模塊

結(jié)合硬件設(shè)計要求的多種因素，在智能家居設(shè)計中，采用的射頻片nRF2401是工作在2.4GHz頻段的。

把功率放大器，頻率合成器，調(diào)制器以及晶體振蕩器這些功能模塊放置在芯片內(nèi)，使射頻片nRF2401在2.4～2.5GHzISM頻段內(nèi)工作，通過程序配置通信頻道和輸出功率。工作電流在接收時才18mA，在以-5dBm的功率發(fā)射時也僅為10.5mA，芯片的能量損耗不高，多種低功率工作模式很大程度上方便了節(jié)能方面的設(shè)計。nRF2401可以在使用同一天線的情況下，能夠兩個不同頻道的數(shù)據(jù)都能被同時接收，這是因為DuoCeiverTM技術(shù)使它具有了這樣的優(yōu)點。

2.5 傳感器電路設(shè)計

時鐘模塊、電源模塊、傳感器模塊、無線模塊構(gòu)成了主要的傳感器節(jié)點硬件。各個傳感器節(jié)點所發(fā)送過來的信息是由控制中心節(jié)點通過nRF24L01無線模塊接收的，并通過串口模塊，把信息發(fā)送到上位機，使用的人直接從上位機的軟件界面上獲取所有數(shù)據(jù)。

三、結(jié)語

本文總體設(shè)計了一種無線智能家居控制系統(tǒng)，系統(tǒng)節(jié)點控制器選用硬件電路中簡單的增強型STC芯片，系統(tǒng)的安全性以及效率得到有效提高，數(shù)據(jù)傳輸是靠無線網(wǎng)路芯片nRF24L01來完成的。這個系統(tǒng)成本較低，使用方便，功耗超低，有良好的拓展性而且使用效率高、穩(wěn)定可靠，集便于攜帶、更加開放、便于協(xié)作、交互性強等優(yōu)秀特點于一身。

參考文獻(xiàn)

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智能家居設(shè)計范文第4篇

【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng) 智能家居 設(shè)計與實現(xiàn)法

智能家居就是以住宅為平臺，兼?zhèn)浣ㄖ?、網(wǎng)絡(luò)通信、信息家電、設(shè)備自動化，集系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、服務(wù)、管理為一體的高效、舒適、安全、便利、環(huán)保的居住環(huán)境。智能家居系統(tǒng)可以為您提供家電控制、照明控制、窗簾控制、電話遠(yuǎn)程控制、室內(nèi)外遙控、防盜報警、以及可編程定時控制等多種功能和手段，使您的生活更加舒適、便利和安全。筆者所在的課題組利用當(dāng)前智能家居技術(shù)的新理念與技術(shù)，開發(fā)技術(shù)先進(jìn)、性能卓越、實用性強的物聯(lián)網(wǎng)智能家居實現(xiàn)系統(tǒng)，并指導(dǎo)學(xué)生掌握其管理與維護(hù)技術(shù)。

1 物聯(lián)網(wǎng)智能家居實訓(xùn)系統(tǒng)組成和內(nèi)涵

物聯(lián)網(wǎng)智能家居實訓(xùn)系統(tǒng)由智能照明、智能安防、人臉識別門禁、智能音響、智能冰箱、能耗監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、智能窗簾等子系統(tǒng)，及物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用上位機管理軟件組成，各子系統(tǒng)通過連接電纜進(jìn)線連接，采用 ZigBee、wifi、3G 多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)傳輸傳感及控制信息。系統(tǒng)支持智能家居設(shè)計、安裝、調(diào)試以及應(yīng)用編程等多種方式來鍛煉師生的技術(shù)水平，是一套既能展示物聯(lián)網(wǎng)智能家居應(yīng)用，又能掌握相應(yīng)技能和知識的實訓(xùn)系統(tǒng)。

本開發(fā)平臺實現(xiàn)對物聯(lián)網(wǎng)三層（感知層，網(wǎng)絡(luò)層，應(yīng)用層）的全方位技術(shù)運用，比較全面的兼顧了物聯(lián)網(wǎng)所涉及的各類技術(shù)，包括無線傳感器硬件、嵌入式軟件系統(tǒng)、Wifi、Internet 端應(yīng)用軟件開發(fā)教學(xué)，設(shè)計提供了智能家居多個子系統(tǒng)的應(yīng)用實訓(xùn)，該系統(tǒng)所涉及到的技術(shù)主要包括：電子電路、2.4GHz 高頻通訊、ZigBee 無線網(wǎng)絡(luò)、無線傳感器、無線 SoC、嵌入式 ARM、UHF RFID 射頻識別、3G、Ethernet、服務(wù)端軟件開發(fā)。

開發(fā)平臺提供了功能強大的以 ARM 處理器為內(nèi)核的網(wǎng)關(guān)硬件和自主研發(fā)的網(wǎng)關(guān)核心軟件，不僅能完成多種無線網(wǎng)絡(luò)管理，傳感器和射頻識別信息處理，而且可以通過不同無線和有線網(wǎng)絡(luò)路徑，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C管理平臺，并存入數(shù)據(jù)庫，支持遠(yuǎn)程訪問，并運用虛擬技術(shù)仿真智能家居場景及設(shè)備解決場地及設(shè)備制約因素。

2 系統(tǒng)功能

針對職院學(xué)生，主要鍛煉的是學(xué)生的動手能力和實際操作的技能。學(xué)生可以根據(jù)自己的設(shè)計想法改變模擬房間內(nèi)環(huán)境，也可以通過一體式計算機通過因特網(wǎng)訪問房間內(nèi)自動化服務(wù)器，對智能設(shè)備、視頻監(jiān)控等遠(yuǎn)程控制、訪問。該裝置能進(jìn)行智能家居系統(tǒng)設(shè)計、線路的設(shè)計與連接、調(diào)試、故障排除、系統(tǒng)配置等實驗和實訓(xùn)。

在打分環(huán)節(jié)考慮到人為因素對比賽結(jié)果的影響，在系統(tǒng)中，特別設(shè)計了自動評分功能，對各個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連通性、電源接線、軟件配置進(jìn)行自動化檢測，為實訓(xùn)成績提供客觀的依據(jù)。

2.1 智能照明

包括智能照明管理軟件模塊、燈控模塊/調(diào)光模塊、通信模塊、燈具，通過和網(wǎng)關(guān)通信，支持本地控制和管理軟件遠(yuǎn)程控制，本地可以設(shè)置感應(yīng)開/關(guān)閉，并和光敏檢測模塊聯(lián)動，實現(xiàn)自動化。

2.2 智能安防

包括智能安防管理軟件模塊、窗磁、煙霧感應(yīng)器、主動紅外入侵探測器、攝像機、雙鑒探測器對非法入侵、火情、煙塵等監(jiān)測，針對突發(fā)事件做出緊急處理，與 GSM/GPRS 短息貓聯(lián)動，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有異常時攝像機自動截取畫面并發(fā)送消息至指定手機或報警。

2.3 人臉識別門禁

人臉識別門禁系統(tǒng)由主人臉識別門禁機、門禁控制器和電鎖組成（聯(lián)網(wǎng)時外加電腦和網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備），使用方式屬非接觸方式，出入人只要在人臉識別門禁機附近（30-80 厘米）晃動一次，人臉識別門禁機就能將識別結(jié)果發(fā)送到門禁控制器上，然后由門禁控制器進(jìn)行檢查核對合法性，決定是否進(jìn)行開門動作。整個過程只要在有效的使用范圍內(nèi)均可實現(xiàn)門禁管理功能。人臉識別門禁機安裝門邊墻內(nèi)外，而不影響其工作。

人臉作為每個人身體的一部分、不能復(fù)制、安全可靠。并通過網(wǎng)絡(luò)與電腦進(jìn)行實時監(jiān)控（可由電腦發(fā)指令開/關(guān)所有門，并可實時查看所有門的狀態(tài)）、數(shù)據(jù)處理、查詢、報表輸出等。

2.4 智能音響

包括智能音響管理軟件模塊、情景音樂系統(tǒng)主機、高保真音箱，通過軟件平臺來控制音樂的播放。

2.5 智能冰箱

包括智能冰箱管理軟件模塊、RFID 讀寫器、食物冷藏柜。通過 RFID 技術(shù)實現(xiàn)食物管理功能，通過 PC管理平臺訪問，配合食品圖示，能看到冰箱內(nèi)的食物信息，食品提醒設(shè)置，一旦冰箱內(nèi)食物短缺或過期，就會發(fā)送短息到指定手機。

2.6 能耗監(jiān)測

包括能耗管理軟件模塊、智能插座、能耗統(tǒng)計模塊。通過智能插座實現(xiàn)所有電器通過數(shù)據(jù)采集終端，無線網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)無線抄表、管理功能?？梢远ㄖ平y(tǒng)計分析功能，并通過監(jiān)控系統(tǒng)控制臺、智能手機實現(xiàn)可視化查看和管理，體現(xiàn)綠色節(jié)能理念。

2.7 環(huán)境監(jiān)測

本系統(tǒng)包括環(huán)境監(jiān)測管理軟件模塊、溫濕度、光敏無線通信模塊。實現(xiàn)溫度、濕度、光敏等監(jiān)測，針對環(huán)境參數(shù)設(shè)備智能開啟相關(guān)設(shè)備自動調(diào)節(jié)環(huán)境溫濕度或與其他系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動，對突發(fā)事件做出緊急處理。

2.8 智能窗簾

本系統(tǒng)包括智能窗簾管理軟件模塊、窗簾控制器、電動窗簾，通過和網(wǎng)關(guān)通信，支持本地和管理軟件遠(yuǎn)程控制， 本地可以設(shè)置感應(yīng)開/關(guān)閉，并和光敏檢測模塊聯(lián)動，實現(xiàn)自動化。

2.9 上位機管理軟件

系統(tǒng)包括照明、窗簾、能耗、電器、安防、環(huán)境監(jiān)測、實訓(xùn)評估模塊，本實訓(xùn)管理平臺是以上各個系統(tǒng)的一個綜合性、集中管理平臺。內(nèi)容包括：系統(tǒng)的實時狀態(tài)查看、遠(yuǎn)程控制、數(shù)據(jù)存儲、統(tǒng)計分析、參數(shù)設(shè)置、預(yù)警。如圖1所示。

3 系統(tǒng)特色

真實的家居環(huán)境需要投入大量的人力物力，從實訓(xùn)的角度來說，需要耗費大量的時間和經(jīng)歷建造樣板房，投入巨大。因此，設(shè)計采用模擬家居環(huán)境的智能家居系統(tǒng)，將涉及到的應(yīng)用及控制模塊和設(shè)備安裝部署在可收縮的網(wǎng)孔板機柜上，減少對空間的占用，并可應(yīng)用于以后的實訓(xùn)教學(xué)中。

智能家居實訓(xùn)系統(tǒng)安裝在一個網(wǎng)孔板機柜上，可以收攏展開，展開后尺寸為 2.4m*0.8m*1.9m（長*寬*高），收攏后尺寸為 0.8m*0.8m*1.9m（長*寬*高），實訓(xùn)設(shè)備可以自由安裝，具有很大的靈活性。

各系統(tǒng)的控制模塊均安裝在 86 盒內(nèi)，可靈活部署在網(wǎng)孔板的任意位置，方便師生根據(jù)自己的設(shè)計完成施工。

4 總結(jié)

本文介紹了一個物聯(lián)網(wǎng)智能家居實訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，系統(tǒng)中模擬了智能家居中的部分場景，并在實驗室環(huán)境中做了大量的模擬測試，程序運行良好?？傊?，進(jìn)行基于 ZigBee 技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)的設(shè)計分析，有利于提升基于物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)設(shè)計水平，促進(jìn)在實際中的推廣應(yīng)用，具有積極作用和價值意義。

參考文獻(xiàn)

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[3]陳龍濤，羅桂娥，周衛(wèi)等.基于ZigBee 技術(shù)智能家居系統(tǒng)的研究與設(shè)計[J].微型機與應(yīng)用，2010.29（20）：100-102.

作者簡介

江進(jìn)（1981-），男，江蘇省句容市人。碩士學(xué)位。現(xiàn)為江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系教師。研究方向為計算機技術(shù)。

智能家居設(shè)計范文第5篇

【關(guān)鍵詞】Zigbee；智能家居傳感器網(wǎng)絡(luò)

1.系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

本智能家居系統(tǒng)主要由三部分構(gòu)成：Zigbee無線家庭內(nèi)網(wǎng)、嵌入式智能網(wǎng)關(guān)和外網(wǎng)。整個家庭無線網(wǎng)絡(luò)就是一個由若干個Zigbee終端節(jié)點和協(xié)調(diào)節(jié)點組成的無線局域網(wǎng)。根據(jù)應(yīng)用功能不同，Zigbee節(jié)點可分為三類：安防節(jié)點、控制節(jié)點、采集節(jié)點。家庭智能網(wǎng)關(guān)接收用戶從遠(yuǎn)程通過GSM或Internet網(wǎng)絡(luò)發(fā)來的查詢或控制信息，經(jīng)過處理將其轉(zhuǎn)發(fā)給Zigbee協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器根據(jù)信息中地址信息把指令信息轉(zhuǎn)發(fā)給Zigbee終端節(jié)點，實現(xiàn)對家庭內(nèi)的電氣設(shè)備或傳感器信息的監(jiān)測和控制。當(dāng)然，智能家居控制器可根據(jù)傳感器采集到的環(huán)境信息，對家中的電器和照明裝置進(jìn)行智能化的控制。通過智能網(wǎng)關(guān)的語音識別模塊，用戶也可在本地對電氣設(shè)備進(jìn)行語音開關(guān)控制。圖1.1為智能家居系統(tǒng)的架構(gòu)圖。本文重點對基于Zigbee的無線家庭網(wǎng)絡(luò)部分做出深入的研究及設(shè)計實現(xiàn)。

2.系統(tǒng)硬件設(shè)計

本無線家庭網(wǎng)絡(luò)采用星型組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，由協(xié)調(diào)節(jié)點和終端節(jié)點組成。

2.1 終端節(jié)點硬件設(shè)計

根據(jù)應(yīng)用和功能的不同，終端節(jié)點可分為采集節(jié)點、安防節(jié)點和控制節(jié)點[1]。采集節(jié)點主要用來檢測家庭環(huán)境數(shù)據(jù)以及發(fā)送RF數(shù)據(jù)，它不接收協(xié)調(diào)節(jié)點發(fā)送的控制命令，但接收查詢命令。例如溫濕度檢測、光照檢測、煙霧檢測等。安防節(jié)點主要對家庭中具有安全隱患的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，例如紅外線入侵檢測等，該節(jié)點不接收協(xié)調(diào)節(jié)點發(fā)送的控制/查詢指令，以門限觸發(fā)的方式發(fā)送報警信息?？刂乒?jié)點主要通過Zigbee網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)家電的控制，主要是接收協(xié)調(diào)節(jié)點的控制命令，返回查詢命令的反饋值以及執(zhí)行控制命令的狀態(tài)值。主要包括：窗簾控制、照明燈控制以及萬能遙控器控制等。

系統(tǒng)采用模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計，每個Zigbee終端節(jié)點均包括Zigbee模塊和控制接口部分。Zigbee模塊主要負(fù)責(zé)Zigbee信號的無線收發(fā)，實現(xiàn)基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)與Zigbee協(xié)調(diào)器的數(shù)據(jù)通信。不同類型終端節(jié)點的Zigbee模塊電路相同，而不同類型終端節(jié)點的接口電路卻略有區(qū)別。模塊通過引出通用接口，來支持智能終端功能的設(shè)計。通用接口主要包括JP1、JP2、JP3、JP4四個通用接口，其中的JP1、JP2口連接CC2430芯片，而JP3、JP4口連接傳感器以及家電設(shè)備，因此需要設(shè)計JP3、JP4與家電設(shè)備之間的信息傳輸硬件電路。

（1）安防節(jié)點部分接口電路設(shè)計

當(dāng)有人在防區(qū)內(nèi)走動時，就會造成紅外熱輻射能量的變化。PIR傳感器將感應(yīng)活動人體與背景物體之間輻射能量變化并轉(zhuǎn)換其為電信號。由外殼和菲涅耳透鏡、PIR紅外傳感器、專用IC（WT8072）等電路組成熱釋電紅外線感應(yīng)器。原理圖如下所示：當(dāng)有人非法入侵時，WT8702的10腳（TRLAC）輸出高電平，此電平信號接到JP3的P0.1腳。電路如圖2.1所示。

（2）控制節(jié)點部分接口電路設(shè)計

為實現(xiàn)電動窗簾控制功能，系統(tǒng)選擇L6203作為電機的功率驅(qū)動芯片，其中的IN1、IN2、ENABLE口與JP3的P0.0、P0.1、P0.4口連接，并選擇B1電機作為控制節(jié)點的執(zhí)行器，執(zhí)行接收到的控制命令。電路圖如圖2.2所示。

（3）采集節(jié)點部分接口電路設(shè)計

與控制節(jié)點不同的是，傳感器節(jié)點不需要添加中間電路，只需要將其I/O口與JP3連接即可，設(shè)計中采用SS-168型聯(lián)網(wǎng)型煙霧報警器，煙霧傳感器節(jié)點電路如圖2.4所示。

2.2 協(xié)調(diào)節(jié)點設(shè)計

本設(shè)計針對智能家居系統(tǒng)硬件應(yīng)該具有易開發(fā)、低功耗、低成本的特點，協(xié)調(diào)節(jié)點和終端節(jié)點均采用CC2430射頻芯片作為Zigbee芯片，CC2430是無線SOC（System On Chip）設(shè)計，系統(tǒng)所需的一般電路都已集成在芯片內(nèi)部，只需簡單電路就能實現(xiàn)信號收發(fā)功能[2]。

協(xié)調(diào)節(jié)點是智能家居無線家庭網(wǎng)絡(luò)的核心，負(fù)責(zé)建立和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)，并通過串口向智能網(wǎng)關(guān)發(fā)送終端節(jié)點上傳來的數(shù)據(jù)信息，同時將控制中心傳達(dá)的命令發(fā)送到相應(yīng)的終端節(jié)點，具體結(jié)構(gòu)如圖2.5所示。與終端節(jié)點的不同之處在于協(xié)調(diào)節(jié)點不包含家電控制模塊和信號采集模塊。協(xié)調(diào)器節(jié)點在硬件平臺上擴展了RS232串口，用于和家庭智能網(wǎng)關(guān)相連。

3.系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 Zigbee家庭網(wǎng)絡(luò)配置

協(xié)調(diào)節(jié)點和終端節(jié)點通信的前提條件就是協(xié)調(diào)節(jié)點在空閑信道建立新的網(wǎng)絡(luò)。因此在協(xié)調(diào)節(jié)點中需寫入基于zigbee協(xié)議的無線網(wǎng)絡(luò)配置程序。協(xié)調(diào)節(jié)點網(wǎng)絡(luò)建立和配置過程如圖3.1所示。節(jié)點上電后進(jìn)行系統(tǒng)初始化，協(xié)調(diào)節(jié)點通過掃描空閑信道嘗試建立一個新的網(wǎng)絡(luò)。射頻單元從當(dāng)前頻帶的第一個信道開始檢查該信道是否為空閑信道，若有另一個Zigbee網(wǎng)絡(luò)處于該信道，協(xié)調(diào)節(jié)點將收到其反饋數(shù)據(jù)，并認(rèn)為此信道已被占用，然后它會切換到下一個信道并重復(fù)該過程直到?jīng)]有接收到任何反饋數(shù)據(jù)為止。一旦找到某個信道為空，它開始監(jiān)聽該信道并建立了網(wǎng)絡(luò)。協(xié)調(diào)節(jié)點完成建網(wǎng)后，便開始監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)請求并隨時響應(yīng)終端節(jié)點的入網(wǎng)請求[3]。

當(dāng)收到終端節(jié)點的入網(wǎng)請求信號時，則發(fā)送信號來響應(yīng)該節(jié)點的入網(wǎng)請求，同時更新地址鄰接表。

3.2 終端節(jié)點入網(wǎng)設(shè)計

終端節(jié)點在程序下載時，就已經(jīng)確定其網(wǎng)絡(luò)組號以及節(jié)點序列號。因此，終端節(jié)點上電系統(tǒng)初始化之后，它會根據(jù)其網(wǎng)絡(luò)組號需找該網(wǎng)絡(luò)組所在的信道，一旦確定網(wǎng)絡(luò)組所存在的信道后，發(fā)送入網(wǎng)請求并等待協(xié)調(diào)節(jié)點的入網(wǎng)響應(yīng)信號，若在等待時間段內(nèi)沒有收到協(xié)調(diào)節(jié)點的入網(wǎng)響應(yīng)信號，該節(jié)點將會重復(fù)上述入網(wǎng)過程，一直到接收到協(xié)調(diào)節(jié)點的入網(wǎng)響應(yīng)信號為止。由于協(xié)調(diào)節(jié)點在接收終端節(jié)點入網(wǎng)時，會更新地址鄰接表，因此，終端節(jié)點發(fā)送的入網(wǎng)請求的數(shù)據(jù)幀應(yīng)該包含其網(wǎng)絡(luò)組號以及序列號[4]。終端節(jié)點入網(wǎng)流程如圖3.2所示。

3.3 終端節(jié)點軟件流程設(shè)計

可以把家庭網(wǎng)絡(luò)中的所有終端節(jié)點功能分為網(wǎng)絡(luò)通信功能和設(shè)備操作功能兩部分。協(xié)調(diào)節(jié)點的主要功能是網(wǎng)絡(luò)通信和路由，相對于協(xié)調(diào)節(jié)點，終端節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)通信功能更簡單。本系統(tǒng)中，采集節(jié)點需定時采集家庭環(huán)境數(shù)據(jù)并發(fā)送到協(xié)調(diào)節(jié)點，且同時它要監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中有沒有發(fā)給它的查詢信息，并接收處理。采集節(jié)點工作流程圖如圖3.3所示。

控制節(jié)點需接收控制命令來控制家電設(shè)備的工作狀態(tài)，它的主要通信功能是RF消息接收功能。要使終端節(jié)點能夠完成其功能，就必須在網(wǎng)絡(luò)通信功能與設(shè)備操作功能之間建立連接，即需要在應(yīng)用程序和網(wǎng)絡(luò)通信功能之間建立接口。在程序中，通過定義相關(guān)的應(yīng)用協(xié)議來實現(xiàn)。而安防節(jié)點，其設(shè)備操作相對簡單，只需定時采集家庭環(huán)境中的安防數(shù)據(jù)即可?？刂乒?jié)點接收到不同的代碼代表對該電氣設(shè)備的不同操作，并將這些操作轉(zhuǎn)換成電氣設(shè)備能識別的命令，通過中間電路發(fā)送到家電設(shè)備。安防節(jié)點和控制節(jié)點工作流程圖如圖3.4所示。

4.結(jié)語

針對當(dāng)前智能家居系統(tǒng)建設(shè)對于用戶側(cè)通信的需求，本文提出了基于ZigBee技術(shù)的家庭無線內(nèi)網(wǎng)組網(wǎng)方案，該方案可使智能家居系統(tǒng)獲得可靠的本地通信，對于智能家居系統(tǒng)的建設(shè)與發(fā)展具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

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