時間：2023-03-07 14:59:05
導(dǎo)語：在智能家居系統(tǒng)設(shè)計方案的撰寫旅程中，學(xué)習(xí)并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了九篇優(yōu)秀范文，愿這些內(nèi)容能夠啟發(fā)您的創(chuàng)作靈感，引領(lǐng)您探索更多的創(chuàng)作可能。
關(guān)鍵詞 樹莓派 ZigBee 智能家居
中圖分類號：TN873 文獻標(biāo)識碼：A
智能家居作為一個新興產(chǎn)業(yè)，正于一個成長發(fā)展期，技術(shù)的發(fā)展更新正是物聯(lián)網(wǎng)智能家居發(fā)展方向。當(dāng)前，智能家居系統(tǒng)尚未有統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，其控制方式也形式多樣，但有線連接控制的方式居多，與無線相比，安裝工作和使用維護的方便性都要遜一籌。隨著近兩年Wi-Fi、藍牙和ZigBee等技術(shù)突飛猛進地發(fā)展和廣泛應(yīng)用，無線技術(shù)和設(shè)備已帶給人們諸多便利，悄然改變著人們傳統(tǒng)的生活習(xí)慣。本方案在現(xiàn)有智能家居技術(shù)的背景下，研究無線智能家居的控制。
1 主要開發(fā)設(shè)備及環(huán)境
1.1 系統(tǒng)控制設(shè)備
本方案以當(dāng)前迅速興起的樹莓派（Raspberry Pi）作為系統(tǒng)控制設(shè)備。它是一款基于Linux系統(tǒng)的、只有一張信用卡大小的卡片式計算機，內(nèi)存為256M、CPU為ARM1176JZF-S，具有多媒體處理能力，具有體積小、價格低廉、功能強大的特點。通過通用端口（GPIO）來控制外連設(shè)備，簡單的說就是給其26個針腳賦值高低電平，以達到對外部設(shè)備的控制。
1.2 無線通信設(shè)備
隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，衍生出來的無線連接方式多種多樣，紅外、藍牙、Wi-Fi和ZigBee等都已成為開發(fā)人員研究方向。與藍牙等相比，ZigBee在家庭自動化控制中，在功耗、距離和組網(wǎng)容量、時延短等方面稍有優(yōu)勢，而Wi-Fi則在連接互聯(lián)網(wǎng)、智能手機和個人電腦方面表現(xiàn)更好，因此本方案設(shè)計使用了兩種無線通信技術(shù)：Wi-Fi和ZigBee。
2 系統(tǒng)設(shè)計
2.1 總體設(shè)計目標(biāo)
圖1：系統(tǒng)架構(gòu)圖
本方案的目標(biāo)是通過樹莓派作為服務(wù)控制器，與ZigBee（協(xié)調(diào)器）通過串行端口直連通信。樹莓派通過端口通信控制ZigBee協(xié)調(diào)器向ZigBee路由器發(fā)送控制命令，然后由與設(shè)備直連的ZigBee路由器控制設(shè)備的關(guān)斷與開啟。另一端，由樹莓派通過Wi-Fi網(wǎng)卡與家庭路由器進行無線連接，從而使樹莓派前端可以接入網(wǎng)絡(luò)。一旦設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)，手機客戶端可以通過APP聯(lián)網(wǎng)接入樹莓派控制系統(tǒng)，普通PC電腦也可以憑身份信息通過登錄客戶端頁面進行控制。其系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。
2.2 子模塊設(shè)計
本設(shè)計方案以智能家居系統(tǒng)的常用功能的子模塊――智能燈光控制、智能門禁、智能窗簾控制進行設(shè)計驗證，下面以窗簾控制子模塊為例進行詳細的設(shè)計介紹。
2.2.1 窗簾控制子模塊的硬件設(shè)計
窗簾采用兩個減速馬達作為動力裝置，兩條傳動線作為傳動裝置，兩個帶軸承的支柱作為轉(zhuǎn)子固定。馬達型號為N20減速長軸電機馬達，軸長26毫米，軸徑為3毫米，減速比為1：298，轉(zhuǎn)速為100RPM，工作電壓為12V，第三方供電，引入繼電器。但為了實現(xiàn)電平控制正反轉(zhuǎn)，采用兩個繼電器。
首先將N20馬達的異側(cè)端分別相連，然后將繼電器1和繼電器2的其余兩個端口按圖3與第三方電源（9V/1A）電源相連。VCC接5V控制電壓，GND接地，IN1、IN2為控制端口。兩個繼電器的常閉端口分別為J1和GND、J2和GND，當(dāng)控制端口IN1、IN2為低電平時，J1、J2和GND相連，減速電機不轉(zhuǎn)動。當(dāng)IN1為高電平IN2為低電平時，繼電器1接通VCC和J1，左側(cè)減速電機順時針轉(zhuǎn)，右側(cè)減速電機逆時針轉(zhuǎn)，窗簾呈開啟狀態(tài)；當(dāng)IN2為高電平IN1為低電平時，繼電器2接通VCC和J2，左側(cè)減速電機逆時針轉(zhuǎn)，右側(cè)減速電機順時針轉(zhuǎn)，窗簾呈關(guān)閉狀態(tài)。
2.2.2 窗簾控制子模塊的驅(qū)動設(shè)計
窗簾設(shè)計的目標(biāo)是要實現(xiàn)開閉實時控制。控制開關(guān)設(shè)計為三種狀態(tài)：開、關(guān)、停。當(dāng)按 “開”時即接通電源，左電機順時針轉(zhuǎn)動，右側(cè)電機逆時針轉(zhuǎn)動，從而窗簾內(nèi)傳動帶拖著窗簾滑輪打開窗簾；反之，當(dāng)按“關(guān)”鍵時，兩電機轉(zhuǎn)向相反，關(guān)閉窗簾；按“停”鍵，則供電終止，窗簾停在當(dāng)前位置。
同時，為了避免窗簾全開或全閉時電機繼續(xù)轉(zhuǎn)動，系統(tǒng)還設(shè)計自保護功能，即根據(jù)電機角速度 、半徑R、窗簾最大開合距離S、窗簾當(dāng)前開合距離S′（0≤ S′≤S），可以計算最大轉(zhuǎn)動時間T和已經(jīng)轉(zhuǎn)動t，T為門限值，當(dāng)t=T時則自動停止。其計算公式和系統(tǒng)工作流程圖如公式（1）和圖2所示。
最大轉(zhuǎn)動時間： （下轉(zhuǎn)第163頁）（上接第160頁）
（1）
圖2：窗簾控制流程圖
2.2.3 系統(tǒng)總體設(shè)計
總體接線示意圖如圖3所示。其中包括了樹莓派、ZigBee協(xié)調(diào)器、ZigBee路由器、繼電器模塊、調(diào)光模塊等。樹莓派RX端和ZigBee CC2530芯片的TX端相連，TX端和ZigBee的RX端相連。樹莓派通過串口通信方式控制作為協(xié)調(diào)器的ZigBee（C）向作為路由器的ZigBee（R）發(fā)送控制命令，從而ZigBee（R）可以通過它的P00、P04、P05、P06、P07口分別控制電燈、電磁鎖、窗簾的繼電器工作，進而控制各種設(shè)備的狀態(tài)。
3 實驗情況及結(jié)論
實驗測試時，先通過樹莓派終端將系統(tǒng)初始化，建立好服務(wù)器控制端，通過ZigBee組網(wǎng)連接好子模塊設(shè)備，通過Wi-Fi連接家庭局域網(wǎng)，然后分別通過PC機和手機APP訪問控制，實驗驗證，本設(shè)計方案可以順暢運行。
本方案集智能家居控制、安全環(huán)境監(jiān)測于一身，是一個方便、舒適、安全的無線智能系統(tǒng)。此外，當(dāng)下智能家居系統(tǒng)的設(shè)計成品還相對較少，成本高，普及率還比較低，本方案設(shè)計采用樹莓派作為控制服務(wù)器，附加一些繼電器控制設(shè)備開斷，也很好地降低了成本預(yù)算，而且系統(tǒng)設(shè)計了電腦端上位機和手機端軟件，更加貼合當(dāng)下的時尚控制理念。
圖3：系統(tǒng)總體接線示意圖
當(dāng)前，隨著信息化時代的到來與群眾生活水平的不斷提高，實現(xiàn)智能化的家居生活將是今后的必然趨勢。物聯(lián)網(wǎng)不僅涵蓋了互聯(lián)網(wǎng)整體功能，而且其物理實體與物理實體間能良好通信；并把物理實體和虛擬網(wǎng)絡(luò)相連，讓用戶不受空間限制的對物理實體進行控制。筆者根據(jù)自身工作經(jīng)驗，首先對物聯(lián)網(wǎng)智能家居安防系統(tǒng)及其特點進行了分析，其次分析研究了物聯(lián)網(wǎng)智能家居安防系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)建和工作原理。
【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng) 智能家居 安防系統(tǒng) 系統(tǒng)構(gòu)建 設(shè)計
家居安防系統(tǒng)即利用計算機、無線通信和電子等先進的通信和控制技術(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)化的綜合管理，實現(xiàn)對家居生活以及家庭安防的緊密結(jié)合的系統(tǒng)，它使得家庭工作和生活更輕松和安全。智能家居主要將住宅作為平臺，通過自動控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、 音視頻技術(shù)、綜合布線技術(shù)將家居生活有關(guān)的設(shè)施集成，構(gòu)建智能化的住宅設(shè)施管理系統(tǒng)，以保證家居生活的安全性、舒適性、藝術(shù)性，達到環(huán)保節(jié)能的目的。物聯(lián)網(wǎng)是一個基于互聯(lián)網(wǎng)、傳統(tǒng)電信網(wǎng)等信息承載體，讓所有能夠被獨立尋址的普通物理對象實現(xiàn)互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)。通常情況下，物聯(lián)網(wǎng)為無線網(wǎng)，由于每個人周圍的設(shè)備可以達到一千至五千個，因此物聯(lián)網(wǎng)中大概包含500兆至1000兆個物體，通過物聯(lián)網(wǎng)，所有人都能夠應(yīng)用電子標(biāo)簽將真實的物體上網(wǎng)聯(lián)結(jié)，在物聯(lián)網(wǎng)上獲取它們的具置。
1 物聯(lián)網(wǎng)智能家居安防系統(tǒng)及其特點
隨著物聯(lián)網(wǎng)概念的涌現(xiàn)，使得用戶的認知程度得到提高，技術(shù)越來越完善成熟，有效促進了智能家居系統(tǒng)的應(yīng)用。智能家居系統(tǒng)將提高家居安全性、便利性、舒適性、藝術(shù)性，并實現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的居住環(huán)境作為主要目標(biāo)，遵循智能化、人性化、高性價比的原則，利用先進的物聯(lián)網(wǎng)進行遠程控制；通過WIFI網(wǎng)絡(luò)及3G網(wǎng)絡(luò)控制。
1.1 系統(tǒng)
智能家居屬于物聯(lián)網(wǎng)的一部分，物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)主要是利用不同的信息傳感設(shè)備，對信息進行準(zhǔn)確的識別、判斷、傳遞、接收、控制，通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)把系統(tǒng)綜合連接家庭內(nèi)使用的諸多家用電器、安全設(shè)備，以構(gòu)建一個涵蓋家庭通信、安全防護、設(shè)備控制等優(yōu)勢作用在內(nèi)的一體化控制系統(tǒng)。
1.2 特點
物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)工具有四方面的特點：第一，實時性特點；能對家庭中所有設(shè)備的運行情況進行實時有效控制。第二，及時性特點；對于潛在的事件問題，物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)能及時有效的發(fā)現(xiàn)并予以處理，防止損失的不斷蔓延。第三，無地域性特點；只要擁有物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)的管理者權(quán)限，任何時間任何地點中都能夠利用互聯(lián)網(wǎng)進入系統(tǒng)實施有效管理。第四，靈敏性特點；在所處環(huán)境或者身體的變化下使得人的視覺、聽覺、觸覺一定程度上發(fā)生著改變，進而影響人的靈敏性，由于傳感器主要是極為精密、集成的電路而制成的，對其靈敏性會實施嚴格的檢測，不會有人類這般的生命形態(tài)，所以可以獲取準(zhǔn)確、靈敏的檢測結(jié)果。
2 物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)的安防系統(tǒng)構(gòu)建和工作原理
2.1 四層體系結(jié)構(gòu)的構(gòu)建
家庭網(wǎng)關(guān)是嵌入式智能家居系統(tǒng)中的唯一接口，主要在家庭網(wǎng)關(guān)中處理、存儲、轉(zhuǎn)發(fā)家庭內(nèi)所有設(shè)備信息，所以各家庭中均存在一個家庭網(wǎng)關(guān)，同時把整體全部集中于家庭網(wǎng)關(guān)中，如果需新添系統(tǒng)功能，那么就要為所有家庭實施相應(yīng)的更改，對系統(tǒng)的擴展造成了一定的影響。所以圍繞嵌入式智能家居系統(tǒng)，本文所論述的系統(tǒng)通過科學(xué)合理的方式有機綜合了無線傳感網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、中間件技術(shù)、WIFI、3G網(wǎng)絡(luò)，以確保智能家居系統(tǒng)具有較高的控制功能，優(yōu)化整合信息，促進系統(tǒng)有效擴展，防止出現(xiàn)信息孤島現(xiàn)象，全面融合各功能信息，從而實現(xiàn)智能化小區(qū)。在系統(tǒng)功能基礎(chǔ)上而言，智能家居系統(tǒng)共涵蓋了四層體系結(jié)構(gòu)，見圖1（智能家居的系統(tǒng)體系架構(gòu)）。
感知層；實際會利用光敏傳感器、氣敏傳感器、聲敏傳感器、化學(xué)傳感器、攝像頭等諸多的傳感設(shè)備與監(jiān)控設(shè)備對外界的信號、物理條件如光、熱、濕度進行系統(tǒng)探測與獲取，同時加強外部環(huán)境的監(jiān)控，并把探取到的信息輸送到中心控制平臺中，以做好設(shè)備的管控工作。
中心控制平臺；中心控制平臺的作用是系統(tǒng)功能實現(xiàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對設(shè)備進行嚴格有效的管控，涵蓋中央控制器與模擬啟動器，并且所有用戶均存在一個獨特的中心控制平臺，這樣能夠及時的屏蔽所有器件的異構(gòu)性，有助于應(yīng)用程序功能的實現(xiàn)。首先，通過中央控制器對由感知層傳遞的信息予以接收，再結(jié)合實際情況利用中央控制器發(fā)出控制信息命令某模擬啟動器的執(zhí)行方式，最后通過和此模擬器相連的物體實現(xiàn)相應(yīng)的動作，并且針對緊急事件還制定了自動報警功能。當(dāng)傳感器利用3G或者WIFI技術(shù)將信息傳輸至中央控制器后，以對模塊的準(zhǔn)確細致判斷來判斷突發(fā)事件的嚴重程度，對于比較嚴重的應(yīng)立即發(fā)出警報、將此情況告知給用戶，并利用模擬啟動器啟動應(yīng)急方案，對于不太嚴重的，由模擬啟動器自行進行處理。此外，中央控制器把所有信息均放到用戶的數(shù)據(jù)庫中予以儲存，以為用戶日后查閱提供便捷性。用戶還可利用應(yīng)用程序給所有家電輸送命令，在中心控制平臺上實際執(zhí)行。
中間件層；中間件層對于智能化小區(qū)的實現(xiàn)起到了關(guān)鍵性作用，具體涵蓋了服務(wù)器、大型數(shù)據(jù)庫等各項設(shè)備。通過大型的服務(wù)器與數(shù)據(jù)庫對所有家庭的信息進行匯總，各家庭均有著自己的存儲空間，采用用戶登錄的方式來管理。其中，數(shù)據(jù)庫內(nèi)包含了用戶與屬于該用戶的完整信息，同時兩個用戶間的電器設(shè)備彼此間不會出現(xiàn)干擾情況，實施動態(tài)添加，從而促進個性化享受。
應(yīng)用層；應(yīng)用層屬于和用戶間直接進行交互的圖形用戶界面接口（應(yīng)用程序），主要提供便捷、個性化的服務(wù)，用戶可采用軟件或者Web方式進行登錄，對所有設(shè)備進行操作并增添或刪除服務(wù)，確保良好的人機交互，同時屏蔽下層通信。應(yīng)用程序中包括防盜安全管理模塊、自動報警模塊、家居物品管理模塊等各類基礎(chǔ)構(gòu)件，促進所有功能的實現(xiàn)，并預(yù)留相應(yīng)的接口為今后中功能模塊的添加、更新、刪除提供服務(wù)，同時和服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫相連，為所有用戶提供特有的空間，進行個性化選擇與個性化設(shè)置，這樣不僅促進了用戶的獨立性，而且還使得系統(tǒng)呈現(xiàn)出了整體性。
2.2 設(shè)置環(huán)境安全級別
設(shè)置危險與安全兩個級別的安全控制信息；把用戶認為是危險級別范疇中的事件置于中央控制器中進行存儲，并通過二進制數(shù)1進行表示，屬于安全級別范疇的用0進行表示，利用中央控制器的安全級別對模塊進行判斷，以獲悉有沒有必要報警。例如：當(dāng)房屋中發(fā)生煙霧情況時判斷其出現(xiàn)了火災(zāi)，屬于危險級別，對于傳感器傳送房中的溫度，中央控制器利用對功能模塊的判斷來獲悉是否需要將報警裝置啟動和告知用戶，同時由模擬啟動器開啟水龍頭以作為應(yīng)急方案。
3 智能家居安防系統(tǒng)的工作原理
如果設(shè)計好了應(yīng)用程序和完成了所有物理設(shè)施單位構(gòu)建與連接，那么享有權(quán)利的用戶可利用應(yīng)用程序或者Web登錄智能家居系統(tǒng)，在圖形化界面上發(fā)出具體執(zhí)行的命令，由中央控制器發(fā)出控制指令，模擬啟動器對家庭內(nèi)各設(shè)備運行情況進行控制。如果用戶未給出操作命令，那么傳感器在感應(yīng)外界環(huán)境情況時，就會利用3G、WIFI、無線傳感網(wǎng)將信息送至中央控制器中，然后中央控制器對環(huán)境的安全級別進行準(zhǔn)確的判斷，如果在危險級別范疇，應(yīng)及時的發(fā)出控制信息、報警和將此情況告知給用戶，如果在安全級別范疇中，只要高于設(shè)定范圍，中央控制器就會發(fā)出控制指令，模擬啟動器對各項指令予以執(zhí)行。
4 結(jié)論
隨著現(xiàn)代社會的快速發(fā)展，人們的生活節(jié)奏越來越快，對生活質(zhì)量有了越來越高的要求，特別對于發(fā)展進程快的大城市，人們開始注重時間的合理有效利用。為了實現(xiàn)人們在生活工作環(huán)境方面提出的要求，利用設(shè)計四層結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建系統(tǒng)綜合生活享受與安全監(jiān)控的有著較高人機交互功能、家居控制功能完善及能夠有效擴展的智能家居系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)不僅為人們提供了舒適的生活環(huán)境，還很好的保障了人們的生命財產(chǎn)安全，使得人們擁有了更加完美的生活空間，所以今后中的智能家居系統(tǒng)不會只局限于家庭中，其將廣泛的應(yīng)用到城市各區(qū)域，在人們生活工作中發(fā)揮至關(guān)重要的功能作用。
參考文獻
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作者簡介
張磊（1979-），男，山西省太原市人。現(xiàn)為山西通威感知消防科技有限公司工程師。系太原理工大學(xué)機械工程學(xué)院2012年級碩士研究生在讀。
項目名稱：浙江東陽西山花園小區(qū)某別墅
完成時間：2011年
功能設(shè)計：全宅智能燈光控制，空調(diào)等電器遠程控制，電動窗簾門遙控控制，中央背景音樂系統(tǒng)，高清視頻共享系統(tǒng)，家庭安防報警系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可視對講門禁管理系統(tǒng)。
綜述：浙江東陽西山花園整體式智能家居系統(tǒng)，較完善地實現(xiàn)家庭中智能燈光，電器智能控制，電動窗簾門控制，背景音樂系統(tǒng)，視頻共享系統(tǒng)，可視對講系統(tǒng)，門禁指紋系統(tǒng)等智能控制系統(tǒng)的整體融合控制，可以自由實現(xiàn)各個智能家居子系統(tǒng)之間的完美融合與功能聯(lián)動，可以通過智能遙控器、墻面液晶智能觸摸面板，智能液晶觸摸屏、平板電腦、智能手機等多種人機交互界面實現(xiàn)對以上各子系統(tǒng)的統(tǒng)一控制與整體管理。
上海棕櫚泉別墅智能家居系統(tǒng)解決方案
項目名稱：棕櫚泉別墅項目
完成時間：2012年
功能設(shè)計：家庭影院系統(tǒng)、智能背景音樂系統(tǒng)、智能燈光控制系統(tǒng)、集團電話系統(tǒng)、數(shù)字電視系統(tǒng)、無線網(wǎng)絡(luò)、手機信號、紅外報警、遠程監(jiān)控、滅蚊系統(tǒng)、KTV點歌、高清共享、電動窗簾、衛(wèi)星電視等。
綜述：棕櫚泉花園別墅為龍東路一線別墅，業(yè)主向往著和比爾·蓋茨一樣的奢華智能化生活。根據(jù)業(yè)主需求，設(shè)計集專業(yè)家庭影院/KTV、智能控制、安全舒適、娛樂體驗于一體，從聲學(xué)，美學(xué)以及智能家居控制系統(tǒng)三方面來打造一個極具現(xiàn)代科技式的影院娛樂兼安防報警于一體的豪華別墅。
贛州云山綠水苑智能家居系統(tǒng)設(shè)計方案
項目名稱：贛州云山綠水苑
完成時間：2011年
功能設(shè)計：智能門鎖聯(lián)動、視頻監(jiān)視、安防報警、門禁、可視對講、廚房對講電視、燈光控制、家電控制、背景音樂控制、電動窗簾控制、環(huán)境監(jiān)測（亮度、溫濕度、CO2濃度）、集中控制和網(wǎng)絡(luò)遠程控制、多平臺控制、各系統(tǒng)之間聯(lián)動、信息服務(wù)、數(shù)碼相冊。
綜述：贛州云山綠水苑智能家居系統(tǒng)設(shè)計以住宅為平臺，利用綜合布線技術(shù)、電腦技術(shù)、視頻技術(shù)、數(shù)碼通訊技術(shù)及信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信及控制技術(shù)管理家中設(shè)備，將家中的各種設(shè)備通過家庭網(wǎng)絡(luò)連接到一起，將讓用戶有更方便的手段來管理家庭設(shè)備；另一方面，智能家居內(nèi)的各種設(shè)備相互間可以通訊，不需要用戶指揮也能根據(jù)不同的狀態(tài)互動運行。從而給業(yè)主創(chuàng)造一個高效、舒適、優(yōu)雅、安全、便利、環(huán)保的居住環(huán)境，將冰冷的物業(yè)管理變?yōu)槿诵曰墓芾恚屝^(qū)管理進入一個廣博的空間。
寧波綠城桂花園智能家居系統(tǒng)案例解析
項目名稱：寧波綠城桂花園
完成時間：2012年2月
功能設(shè)計：中央空調(diào)、地暖、水系統(tǒng)、智能家居系統(tǒng)。
綜述：本項目戶型為三室一廳戶型，面積200平米，裝修總額180萬。其中智能化22萬元，本案采用Nico尼科智能家居系統(tǒng)，采用lonworks總線技術(shù)，穩(wěn)定性強。智能化系統(tǒng)包含中央空調(diào)、地暖、水系統(tǒng)、智能家居四大系統(tǒng)。通過智能化整合，可實現(xiàn)如下功能：
智能燈光與窗簾系統(tǒng)控制、智能背景音樂系統(tǒng)控制、智能溫控系統(tǒng)控制及智能終端控制。
老房改造：打造豪宅級智能家居公寓房
項目名稱：上海某小區(qū)老房
完成時間：2012年
功能設(shè)計：智能家居系統(tǒng)升級改造
綜述：此次老式公寓房智能家居系統(tǒng)改造采用智能家居控制系統(tǒng)為核心，實現(xiàn)了燈光智能控制，電器（電視機、投影儀、高清機頂盒、N3高清播放器等）電源智能控制與紅外聯(lián)動控制，空調(diào)等暖通設(shè)備的紅外聯(lián)動及遠程控制，電動窗簾、電動投影幕、電動遮陽、電動門窗控制，中央背景音樂控制，家庭安防報警，AV視頻共享，網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控，全宅控數(shù)字可視對講，智能門鎖控制，花園自動澆灌系統(tǒng)，自動防蚊噴香系統(tǒng)，智能家庭影院系統(tǒng)，智能家庭卡拉OK系統(tǒng)等14大智能家居控制系統(tǒng)功能。
花園別墅豪宅智能家居設(shè)計方案
項目名稱：花園別墅
完成時間：2012年
功能設(shè)計：Nico LonWorks智能家居系統(tǒng)
綜述：本項目采用全進口的Nico LonWorks智能家居系統(tǒng)，Nico LonWorks智能家居系統(tǒng)將傳統(tǒng)的面板開關(guān)、窗簾、插座等電器智能化，并有效地實現(xiàn)了對燈光、窗簾、暖通空調(diào)、視聽設(shè)備、安防、監(jiān)控系統(tǒng)的智能控制，達到安全、節(jié)能、人性化的效果，并能在今后的使用中方便地根據(jù)用戶的需求進行變更，成為真正靈活智能控制系統(tǒng)。
西安中海鉑宮的比爾·蓋茨家
項目名稱：西安中海鉑宮別墅
完成時間：2012年
功能設(shè)計：四區(qū)中央家庭背景音樂系統(tǒng)（客廳、餐廳、三層主臥、三層主衛(wèi)）、7.1聲道私人影院、私人影院的聲學(xué)設(shè)計與裝修、戶外四通道視頻監(jiān)控、全宅安防報警、全宅智能化系統(tǒng)集成、中央空調(diào)智能化集成、中央家庭背景音樂的智能化集成、中央新風(fēng)的智能化集成、安防報警的智能化集成、法國尚飛電動窗簾系統(tǒng)。
綜述：項目采用Contro14的整體解決方案集成了燈光、背景音樂、家電控制、中央空調(diào)、中央新風(fēng)、安防監(jiān)控、電動窗簾等子系統(tǒng)，完美應(yīng)用于別墅負一層影音室、車庫：中庭花園噴泉、一層客廳、餐廳、花園；二層兒童房及客房；三層主臥、主衛(wèi)、主人書房套間等區(qū)域，分別采用了美國Contro14智能控制主機、ZigBee無線調(diào)光器、無線開關(guān)及場景面板：泊聲A66中央家庭背景音樂系統(tǒng)：美國霍尼韋爾安防監(jiān)控系統(tǒng)；英國美聲HiFi私人影院等。利用科技感十足，操作便捷的Contro14平臺，將智能家居各子系統(tǒng)完美整合集成。
城投瀚城別墅智能控制解決方案
項目名稱：城投瀚城獨棟別墅
完成時間：2012年
功能設(shè)計：燈光控制系統(tǒng)、電動窗簾系統(tǒng)、背景音樂系統(tǒng)、家庭安防系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、可視對講系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、家電控制系統(tǒng)、遠程控制系統(tǒng)、影院控制系統(tǒng)。
綜述：城投瀚城位于武漢雄楚大道南湖北岸（名都花園旁），囊括有獨棟、雙拼、聯(lián)排院墅，一梯一戶電梯直入式空中大宅及一梯兩戶南北通透板式高尚公寓等。本次智能家居控制系統(tǒng)通過實現(xiàn)對安防、燈光、電器、電動窗簾、影音等設(shè)備控制，創(chuàng)造一個方便、智能、時尚、溫馨、愜意的居住環(huán)境。本項目為此設(shè)計了智能中控系統(tǒng)，可以控制家居燈光、電器、空調(diào)等設(shè)備。
南亞之門智能家居樣板房設(shè)計方案
項目名稱：南亞之門
完成時間：2012年
功能設(shè)計：數(shù)字樓宇對講系統(tǒng)（可視對講、安防監(jiān)控）：指紋鎖分戶門禁系統(tǒng)：智能家居系統(tǒng)（照明控制、背景音樂、視頻監(jiān)控）。
綜述：本項目“南亞之門”重新定義中央豪宅，引入智慧社區(qū)智能家居功能，提升住宅品質(zhì)。高333米83層的南亞之門中央塔樓，集鉑金五星級酒店、公寓式酒店、5A級寫字樓、商品質(zhì)住宅、城市核心商業(yè)、休閑娛樂為一體。本項目樣板間智能化系統(tǒng)設(shè)計有：數(shù)字樓宇對講系統(tǒng)（可視對講、安防監(jiān)控）：指紋鎖分戶門禁系統(tǒng)；智能家居系統(tǒng)（照明控制、背景音樂、視頻監(jiān)控）。
錦繡山河獨棟別墅智能家居系統(tǒng)綜合應(yīng)用方案
項目名稱：錦園7#獨棟別墅
完成時間：2011年
功能設(shè)計：智能家居系統(tǒng)
綜述：錦園7#別墅作為錦繡山河獨棟別墅的經(jīng)典之作，地產(chǎn)開發(fā)商把該別墅作為樣板房供購房者參觀，將智能家居作為別墅標(biāo)準(zhǔn)配置的定位之一，給客人提供智能生活的親身體驗。KOTI根據(jù)用戶的喜好和日常生活習(xí)慣，在客廳、地下影院、臥室結(jié)合實際設(shè)備配置多個情景模式，同時設(shè)計出集中控制、圖形化操作、一鍵式場景模式控制系統(tǒng)：電影模式、會客模式、音樂模式、游戲模式、電視模式、K歌模式等，一應(yīng)俱全，所有的設(shè)備都掌握在手上的平板電腦中。
南京紫金別墅智能家居系統(tǒng)設(shè)計方案
項目名稱：紫金別墅
完成時間：2012年
功能設(shè)計：智能控制、電動門窗、安防報警、視頻監(jiān)控、背景音樂、影視集成、家庭影院以及暖通系統(tǒng)控制與集成。
綜述：紫金豪宅位于南京紫金山麓，別墅建筑面積約2000多平方。業(yè)主對生活品質(zhì)非常講究，提出無論多少系統(tǒng)，墻面上只允許存在一個面板，或者同款式的多個面板，以保障墻面的美觀，產(chǎn)品也以國際頂級智能家居品牌為首要選擇，最終選定ABB的i-bus prion面板，將燈光、電動窗簾、中央空調(diào)、地暖、背景音樂集成一個控制面板。業(yè)主通過安裝在門廳處的觸摸屏、客廳餐廳臥室處的prion智能面板以及遙控器控制家庭燈光、空調(diào)、窗簾、地暖，一鍵控制家庭影院。
榮和大地三層復(fù)式豪宅智能家居解決方案
項目名稱：榮和大地三層復(fù)式豪宅
完成時間：2012年12月
Research on Smart Household System Based on Zigbee and GSM Technology
邊洪寧 BIAN Hong-ning；王紅 WANG Hong；張紅霞 ZHANG Hong-xia；張靜 ZHANG Jing
（山東協(xié)和學(xué)院，濟南 250107）
（Shandong Xiehe University，Ji′nan 250107，China）
摘要：智能家居系統(tǒng)是智能家居控制技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)完美結(jié)合的產(chǎn)物。本文在系統(tǒng)整體設(shè)計方案、最小系統(tǒng)設(shè)計、ZigBee無線自動組網(wǎng)技術(shù)、GSM網(wǎng)絡(luò)遠程監(jiān)控方式、系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)、模塊的選擇及系統(tǒng)應(yīng)用產(chǎn)品作了闡述。該系統(tǒng)能滿足現(xiàn)代智能家居的要求。
Abstract: The smart household system if the product of perfect combination of smart household control and Internet of things technology. This article expounds the system overall design scheme, minimum system design, ZigBee automatic wireless network technology, GSM network remote monitor and control mode, of system topology structure, module selection and system application products. The system can meet the requirements of the modern smart household.
關(guān)鍵詞 ：智能家居；ZigBee；自動組網(wǎng)；GSM
Key words: intelligent household；ZigBee；automatic network；GSM
中圖分類號：TP273+.5文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2015）20-0151-02
0引言
隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)的不斷發(fā)展，以及人們對生活要求的不斷提高，實現(xiàn)家庭信息化、網(wǎng)絡(luò)化是當(dāng)今智能家居系統(tǒng)發(fā)展的新趨勢。智能家居系統(tǒng)指的是在一個家居中建立一個通信網(wǎng)絡(luò)，將家居中各種單元互相連接起來，實現(xiàn)對所有網(wǎng)絡(luò)上的家電設(shè)備進行遠程控制和家居環(huán)境參數(shù)的監(jiān)控。
目前，大多數(shù)家庭的控制網(wǎng)絡(luò)采用的都是有線連接，雖然有線連接方式具有穩(wěn)定可靠，高速率等諸多優(yōu)點，但同時具有可變性及靈活性不夠，維護和升級成本高等缺點。一小部分家庭采用小范圍的無線網(wǎng)絡(luò)，但僅僅局限于zigbee技術(shù)，應(yīng)用的靈活性遠遠達不到人們的生活要求。本文將zigbee技術(shù)與GSM技術(shù)結(jié)合起來，利用技術(shù)穩(wěn)定成熟的GSM通信技術(shù)實現(xiàn)了智能家居系統(tǒng)的遠程無線控制，提升了智能家居系統(tǒng)的應(yīng)用空間，讓人們的生活實現(xiàn)真正的無限。
1系統(tǒng)整體設(shè)計方案
基于Zigbee和以太網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)由監(jiān)控節(jié)點、網(wǎng)關(guān)節(jié)點和遠程監(jiān)控端組成，監(jiān)控節(jié)點通過Zigbee技術(shù)與網(wǎng)關(guān)節(jié)點連接，網(wǎng)關(guān)節(jié)點通過以太網(wǎng)連接路由器，遠程監(jiān)控端通過因特網(wǎng)對智能家居系統(tǒng)進行監(jiān)控。其中監(jiān)控節(jié)點又分為燈光音樂控制節(jié)點和溫濕度監(jiān)測節(jié)點。網(wǎng)關(guān)節(jié)點由最小系統(tǒng)、Zigbee協(xié)調(diào)器、以太網(wǎng)控制模塊和視頻監(jiān)控模塊組成。最小系統(tǒng)由控制芯片和flash存儲器組成。
整個系統(tǒng)由遠程控制端控制，用戶通過操作PC機上的監(jiān)控界面實現(xiàn)對系統(tǒng)的監(jiān)控，包括燈光音樂、溫濕度監(jiān)測，系統(tǒng)框圖如圖1所示。
2最小系統(tǒng)設(shè)計
Zigbee模塊、以太網(wǎng)控制模塊分別通過同步串行口接口、串行外設(shè)接口與最小系統(tǒng)通訊，網(wǎng)關(guān)節(jié)點的最小系統(tǒng)由處理器、存儲器、電源模塊、通用異步收發(fā)傳輸器和復(fù)位電路組成，網(wǎng)關(guān)節(jié)點最小系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。
3Zigbee無線自動組網(wǎng)技術(shù)
系統(tǒng)以Zigbee無線的方式，通過摸屏主機，把智能開關(guān)、智能插座、紅外-射頻轉(zhuǎn)發(fā)器、情景面板、煙霧報警器、攝像頭等智能家居系統(tǒng)所包含的設(shè)備連接成一個完全雙向的網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)由于符合Zigbee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，繼承了Zigbee網(wǎng)絡(luò)可靠性高、安全性強、響應(yīng)快速、組網(wǎng)自動化、自動診斷和恢復(fù)系統(tǒng)故障等先天性的優(yōu)勢。
ZigBee是采用碰撞避免機制[1]，每個發(fā)送的控制命令或者傳輸?shù)臄?shù)據(jù)都由接收方確認收到，并回復(fù)一個確認的信息。若沒有得到確認訊息的回復(fù)就表示發(fā)生了碰撞，將再次傳送，這樣系統(tǒng)信息的傳輸變得非常可靠。符合Zigbee標(biāo)準(zhǔn)的智能家居系統(tǒng)受到干擾的情況下減少控制失靈的可能性，系統(tǒng)可靠性強。
一個ZigBee的網(wǎng)絡(luò)最多可以包括65536個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備節(jié)點。這些網(wǎng)絡(luò)節(jié)點可以自動組建成一個網(wǎng)狀（Mesh）網(wǎng)絡(luò)，并且新添加的節(jié)點也會自動加入到網(wǎng)絡(luò)中。系統(tǒng)實現(xiàn)了系統(tǒng)的自動組網(wǎng)，而無需任何的“對碼”。而且，由于系統(tǒng)是一個網(wǎng)狀（Mesh）網(wǎng)絡(luò)，也就是系統(tǒng)的插座等設(shè)備都可以作為路由來起到數(shù)據(jù)和命令傳輸中繼的作用，系統(tǒng)自動、動態(tài)選擇通訊路線來傳輸數(shù)據(jù)和命令。即使某一個設(shè)備出現(xiàn)故障，系統(tǒng)會自動識別故障設(shè)備并重新選擇通訊的線路，保證整個系統(tǒng)的通訊正常。
ZigBee提供了數(shù)據(jù)完整性檢查功能，阻止攻擊者對數(shù)據(jù)進行修改；提供認證功能，阻止攻擊者修改、模仿Zigbee設(shè)備；采用128bits AES加密算法，防止偵聽數(shù)據(jù)。
4GSM網(wǎng)絡(luò)遠程監(jiān)控方式
ZigBee網(wǎng)絡(luò)范圍僅限于范圍比較小的區(qū)域[2]，因此ZigBee網(wǎng)絡(luò)必須與其他網(wǎng)絡(luò)連接實現(xiàn)遠程監(jiān)控。遠程監(jiān)控的方式包括GSM網(wǎng)絡(luò)、GPRS和Interner網(wǎng)絡(luò)三種。本系統(tǒng)采用GSM網(wǎng)絡(luò)作為遠程通信監(jiān)控方式，簡答易行，可靠性好，穩(wěn)定性強。
5系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)拓撲圖如圖3所示。
6模塊的選擇
6.1 Zigbee通訊模塊
選用集成的Zigbee模塊自行設(shè)計。開發(fā)周期短,不需要消化模塊的協(xié)議找,通過AT指令或API即可實現(xiàn)模塊的應(yīng)用開發(fā)。
6.2以太網(wǎng)控制模塊[3]
本系統(tǒng)選用以太網(wǎng)接口芯片W5300,這款接口芯片可以支持SPI接口或者并行接口;硬件集成TCP/IP協(xié)議,同時也支持軟件TCP/IP協(xié)議;芯片可以額外連接PHY芯片,滿足物理層的特殊要求。
7系統(tǒng)應(yīng)用產(chǎn)品
如表1所示，系統(tǒng)應(yīng)用的產(chǎn)品在家庭中的具體使用區(qū)域。
8效果及結(jié)論
本文將zigbee技術(shù)與應(yīng)用穩(wěn)定成熟的GSM通信技術(shù)實現(xiàn)了智能家居系統(tǒng)的遠程無線控制。該智能家居系統(tǒng)通過監(jiān)控節(jié)點、網(wǎng)關(guān)節(jié)點和遠程監(jiān)控端組實現(xiàn)了家居內(nèi)利用監(jiān)控節(jié)點控制家電運行狀態(tài)以及其他家電參數(shù)，家居外利用PC機通過因特網(wǎng)遠程監(jiān)控各節(jié)點，同時系統(tǒng)引入GSM技術(shù)，真正實現(xiàn)了對家居系統(tǒng)隨時隨地的無線監(jiān)。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，在一定程度上加進了智能家居系統(tǒng)研究的進程，具有廣闊的社會應(yīng)用前景。
參考文獻：
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【關(guān)鍵詞】ZigBee；智能家居實訓(xùn)系統(tǒng)；CC2530
一、智能家居概念
智能家居就是以住宅為平臺，兼?zhèn)浣ㄖ⒕W(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。它是通過采用先進的計算機、通信、布線和控制技術(shù)，建立一個由家庭安全防護、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和家庭自動控制等系統(tǒng)組成的家庭綜合服務(wù)與管理集成系統(tǒng)，從而實現(xiàn)全面的安全防護、便利的通信網(wǎng)絡(luò)以及舒適的居住環(huán)境的家庭住宅。
二、ZigBee技術(shù)簡介
ZigBee技術(shù)是一種重要的短距離、能實現(xiàn)雙向無線通信的技術(shù)，由于它具有低成本、低速率、低功耗、低復(fù)雜度這些特點，通常被用于自動控制和遠程控制領(lǐng)域。ZigBee協(xié)議框架結(jié)構(gòu)主要包括物理層、媒體訪問控制層、網(wǎng)絡(luò)層、安全服務(wù)層、應(yīng)用層等五個部分。
ZigBee技術(shù)自組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)主要有星型、樹型和網(wǎng)狀三種，在組網(wǎng)時可以根據(jù)項目自身的實際需要來選擇其中一種或多種網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。與普通網(wǎng)絡(luò)一樣，每個ZigBee網(wǎng)絡(luò)至少有一個類似于路由器功能的器件——協(xié)調(diào)器，和若干個終端節(jié)點，這樣就能建立網(wǎng)絡(luò)并對網(wǎng)絡(luò)施行協(xié)調(diào)功能。
三、智能家居實訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計
（一）系統(tǒng)功能需求
根據(jù)實現(xiàn)原理及功能來劃分，共包含智能網(wǎng)關(guān)板、LED燈光控制板、輕觸開關(guān)控制板、485信號控制板、溫濕度光敏采集板、報警監(jiān)測控制板、節(jié)點配置模塊、窗磁報警器控制板等八種。系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用上位機管理軟件可實現(xiàn)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)的功能。
（二）系統(tǒng)總體設(shè)計
智能家居實訓(xùn)系統(tǒng)是以ZigBee技術(shù)為基礎(chǔ)，綜合網(wǎng)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、建立起來的一套完整的家居控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)需要在家居設(shè)備之上安裝與之功能相對應(yīng)的節(jié)點模塊，這些節(jié)點模塊包括了傳感器、執(zhí)行器和通信模塊。各個節(jié)點模塊將各自采集的信息經(jīng)過處理之后通過家庭控制子網(wǎng)傳輸?shù)郊彝タ刂浦行模彝タ刂浦行膶⑿畔⑸蟼鞯郊彝ゾW(wǎng)關(guān)，家庭網(wǎng)關(guān)響應(yīng)用戶遠程提交的查詢指令通過Internet將結(jié)果反饋到用戶手中的移動終端之上。用廣的控制指令按照相同的路徑傳輸給節(jié)點模塊執(zhí)行設(shè)定操作。
本系統(tǒng)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)。
系統(tǒng)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。
（三）系統(tǒng)詳細設(shè)計
系統(tǒng)主要包括ARM11 處理器S3C6410和Zigbee模塊組成的家庭網(wǎng)關(guān) 、無線路由器、Zigbee 終端設(shè)備（ 如紅外探測器、門磁開關(guān)和火災(zāi)探測器和煙感燃氣探測器等）。
系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)呈 Zigbee 星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由傳感器獲取的相關(guān)數(shù)據(jù)以及各種電器狀態(tài)的信息，從終端節(jié)點模塊傳送至家庭網(wǎng)關(guān)，用戶和家庭網(wǎng)關(guān)鏈接到同一個無線路由器，這樣用戶就可以通過internet用戶界面管理家中電器狀態(tài)。
1.系統(tǒng)主控制器
智能家居主控制器接收由協(xié)調(diào)器傳輸來的各類傳感器返回的狀態(tài)信息，通過事先由用戶設(shè)定好的各個指標(biāo)如溫度、濕度、光照條件等信息的閾值進行綜合智能判斷，并采取對應(yīng)的控制措施發(fā)出各類家電控制指令。
家庭網(wǎng)關(guān)是以ARM11處理器為核心開發(fā)的，管理整個系統(tǒng)的終端節(jié)點。實訓(xùn)系統(tǒng)中協(xié)調(diào)器管理與控制整個Zigbee 無線傳感網(wǎng)絡(luò)，每個終端節(jié)點設(shè)備都加入網(wǎng)絡(luò)，并通過此網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)的保存和處理。
2.終端節(jié)點
系統(tǒng)中的終端節(jié)點采用集微處理器和RF收發(fā)芯片一體的SoC芯片 CC2530 作為主要硬件平臺，模塊不僅具有ZigBee 收發(fā)模塊，還有一個MCU 內(nèi)核的單片機，通過繼電器采集傳感器信息、轉(zhuǎn)發(fā)命令和控制設(shè)備的運行狀態(tài)。
系統(tǒng)中的終端節(jié)點包括三表計量節(jié)點、環(huán)境溫度濕度監(jiān)測和控制節(jié)點、報警信號采集節(jié)點、家電控制節(jié)點、燈光控制節(jié)點等。主要進行環(huán)境中溫度、濕度等各種數(shù)據(jù)的采集、非法闖入、火災(zāi)或有毒氣體等意外災(zāi)難情況的探測以及對各種家電設(shè)備的控制。
四、總結(jié)
本文在深入了解智能家居系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，設(shè)計出了基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能家居實訓(xùn)系統(tǒng)“設(shè)計包括了智能家居系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩方面”。與傳統(tǒng)的基于綜合布線技術(shù)的智能家居系統(tǒng)相比，存在一些優(yōu)勢，但智能家居實訓(xùn)系統(tǒng)通信質(zhì)量及穩(wěn)定性和可靠性的好壞及用戶操作的便利性直接影響了智能家居的品質(zhì)，因此，我們需要進一步完善系統(tǒng)。
參考文獻
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【關(guān)鍵詞】智能家居;智能控制中心;BLE技術(shù)
The Analysis of the BLE Technology in the Application of Smart Home
HAN Dan ZHOU Zu-rong
（College of Information Science and Technology， Qingdao University of Science & Technology， Qingdao Shandong 266061， China）
【Abstract】Smart home is a house as a platform，with architecture ，network communications， information appliances， equipment， automation and other functions， it is an efficient， comfortable， safe， convenient， environmentally friendly living environment， and biggest feature is the set of systems， structures， control， service management as a whole. Smart home using advanced computer technology network communication technology， remote control technology， wireless transmission technology， combined various subsystem which related to home life in order to unified management and make home life more comfortable， safe and effective. There are some contents related to smart home， and the technology is also in constant updates. The article study the smart phones and accessories connected into a smart home control center. This article mainly study Bluetooth Low Energy technology in the application of the smart home.
【Key words】Smart home; Smart home control center; Bluetooth Low Energy technology
0 引言
家居智能化系統(tǒng)，即智能家居系統(tǒng)的定義最早可以追溯到20世紀70年代的美國，在其后傳播到歐洲、日本等國，發(fā)展良好。而在我國，智能家居卻出現(xiàn)的比美國晚了20年。雖然這一概念推廣較晚，但是發(fā)展非常迅速，至今建成了相當(dāng)規(guī)模的智能化小區(qū)及自動化住宅。
智能家居是將通信技術(shù)、電子技術(shù)和自動化技術(shù)相結(jié)合并發(fā)展的產(chǎn)物。它可以自動的控制和管理設(shè)備，同時也對家庭環(huán)境的安全進行監(jiān)控，它可以為居民提供一個安全、舒適、高效、便利的生活和學(xué)習(xí)工作環(huán)境。通過無線或有線方式，以及遠程或集中管理、監(jiān)控、維護家庭居住環(huán)境的協(xié)調(diào)并控制家庭自動化系統(tǒng)中的各種家庭通信和信息設(shè)備。與普通家具相比，智能家居不僅具有傳統(tǒng)的居住功能，還對周邊居住環(huán)境具有一定的認知能力，從而進一步優(yōu)化居民的生活質(zhì)量。
許多國家先后提出了不同的智能家居解決方案。現(xiàn)階段，智能化家居系統(tǒng)擁有的功能更加卓越和貼心。
1 藍牙技術(shù)
隨著時代的發(fā)展和社會的進步，信息化技術(shù)逐步的完善，各種通信手段日益增多。我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ姷乃{牙就是一個實用的例子。
所謂藍牙技術(shù)實際上是一種短距離無線電技術(shù)，利用藍牙技術(shù)能夠有效的簡化掌上電腦、筆記本電腦和移動電話手機等移動通信終端設(shè)備之間的通信，從而使這些現(xiàn)代通信設(shè)備與因特網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)傳輸變得更加迅速高效，為無線通信開拓道路。說的通俗一點，就是藍牙技術(shù)使得現(xiàn)代一些方便攜帶的移動通信設(shè)備和電腦設(shè)備，不必借助電纜就能聯(lián)網(wǎng)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)無線上因特網(wǎng)，其實際應(yīng)用范圍還可以拓展到各種家電產(chǎn)品、消費電子產(chǎn)品和汽車等信息家電，組成一個巨大的通信網(wǎng)絡(luò)。藍牙技術(shù)屬于一種短距離、低成本的無線連接技術(shù)，是一種能夠?qū)崿F(xiàn)語音和數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)拈_放性方案。
2 BLE（Bluetooth Low Energy）技術(shù)
藍牙4.0協(xié)議是2010年6月由SIG（Special Interest Group）的最新標(biāo)準(zhǔn)，其中包含傳統(tǒng)的Bluetooth（藍牙）、Bluetooth+HS（高速藍）和Bluetooth Low Energy（低功耗藍牙簡稱BLE）。
2.1 BLE技術(shù)簡介
低功耗藍牙的最大特點是功耗低，因此，它可以利用一節(jié)紐扣電池便可以使用幾個月甚至幾年，正是因為這一特性，使得它被廣泛應(yīng)用于：藍牙健康檢測儀（包括藍牙血壓計、藍牙血糖儀等）、藍牙運動器材等。它分為dual-mode雙模設(shè)備和single-mode單模設(shè)備。dual-mode雙模設(shè)備簡單說就是向下兼容，而single-mode單模設(shè)備僅僅支持BLE。
2.2 BLE協(xié)議棧簡介
BLE協(xié)議棧如圖1所示：
PHY物理層在2.4GHz的ISM頻率段中跳頻識別。
LL鏈路層：用來控制設(shè)備的狀態(tài)。
BLE設(shè)備可能的五種狀態(tài)：standby就緒，advertising廣播，scanning搜索，initiating初始化和connected連接。廣播（advertising）設(shè)備發(fā)送廣播數(shù)據(jù)，使得搜索設(shè)備可以接收到并發(fā)現(xiàn)設(shè)備。初始者（initiator）就是一個對廣播者回復(fù)連接請求的設(shè)備，收到廣播信號后將連接請求反饋到廣播者，如果廣播者接受請求，廣播者與初始者就會進入連接（connected）狀態(tài)。每一個處于連接狀態(tài)的設(shè)備會有一個角色：主機（master）和從機（slave）。初始化這個連接的為主機，接受這個連接請求的為從機。
HCI（Human-computer Interaction人機交互）層為主機（host）和控制器（controller）之間通過一個標(biāo)準(zhǔn)接口進行通信提供了一些方法。實現(xiàn)這一層可以通過一個軟件API或者是硬件接口UART，SPI和USB。
L2CAP為上層數(shù)據(jù)提供打包服務(wù)。
SM：此層包含了建立連接和KEY的方法。
圖1 BLE協(xié)議棧結(jié)構(gòu)
GAP：此層直接與profile層和app層進行交互，提供設(shè)備的發(fā)現(xiàn)和連接相關(guān)的服務(wù)和初始化安全服務(wù)。
ATT協(xié)議作用是讓一個設(shè)備去顯示數(shù)據(jù)，其他設(shè)備對應(yīng)的稱之為“Attribute屬性”，在ATT中，顯示這些屬性的設(shè)備被稱為服務(wù)端（server），同等的另一個設(shè)備稱之為客戶端（client）。這類似于LL層的master和slave，但是和ATT層的這兩個狀態(tài)沒有關(guān)聯(lián)。
GATT層：此層可以看作一個服務(wù)框架，ATT應(yīng)用的子程序在這里被定義，profile的結(jié)構(gòu)在這里聲明。在BLE協(xié)議棧中，由profile或者是相關(guān)服務(wù)所使用的所有類型的數(shù)據(jù)都稱為字符（characteristic）。由于相互連接的兩臺設(shè)備的數(shù)據(jù)交換都需經(jīng)過GATT子程序處理，所以應(yīng)用（app）和profile會直接使用GATT。
開發(fā)BLE應(yīng)用（app），只需操作GAP和GATT兩層就夠了，其中GATT用來數(shù)據(jù)傳送，GAP用來建立連接。
2.3 TICC2541BLE芯片系統(tǒng)架構(gòu)
針對以上所述的BLE通用協(xié)議棧的概述，不同公司所生產(chǎn)的不同芯片、模組所使用的系統(tǒng)架構(gòu)略有區(qū)別，目的為了減少開發(fā)時間，提高開發(fā)效率。開發(fā)人員在熟悉其系統(tǒng)架構(gòu)后，僅需將開發(fā)的應(yīng)用在其系統(tǒng)上進行部署就可使用，從而提高了了應(yīng)用的邏輯性。
圖2 CC2541 BLE系統(tǒng)架構(gòu)
HAL硬件抽象層是用來抽象硬件資源，并通知給軟件。它的作用類似于一個嵌入式系統(tǒng)設(shè)備驅(qū)動程序的硬件資源的h頭文件。當(dāng)新的硬件平成后，只是修改HAL，無法修改HAL之上的堆棧協(xié)議。從而實現(xiàn)軟件和硬件的低耦合，因此該軟件無需更改或很少修改便可應(yīng)用到其他硬件，如此方便了硬件改造、升級和遷移后軟件的移植。
OSAL是其調(diào)度核心，其中BLE協(xié)議棧、profile定義、所有的應(yīng)用都圍繞它來實現(xiàn)。OSAL并非和傳統(tǒng)使用的操作系統(tǒng)相同，它其實是一個允許軟件建立和執(zhí)行事件的程序循環(huán)。
3 智能家居控制中心
本課題設(shè)計的新型智能家居控制中心是一款以ARM嵌入式微處理器為核心，通過建立手機BLE連接獲取控制信息，和家庭內(nèi)部智能家居進行構(gòu)建不同種類的無線網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)智能家居系統(tǒng)的控制，可以分為室內(nèi)控制和遠程控制。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)分為硬件和軟件兩大部分：硬件部分包括以ARM微處理器作為智能家居系統(tǒng)的中央控制器、處理模塊和各種功能的實現(xiàn)模塊;軟件部分包括移植嵌入式μC/OSII操作系統(tǒng)和編寫數(shù)據(jù)傳輸程序的應(yīng)用原件的設(shè)計。系統(tǒng)的總體設(shè)計方案如圖3所示。
圖3 系統(tǒng)總體設(shè)計方式
從總體結(jié)構(gòu)可以看出，本系統(tǒng)實現(xiàn)的主要功能為：在室內(nèi)時，用戶通過手機APP，利用手機中的BLE功能模塊與中央控制器的BLE模塊建立連接，發(fā)送控制智能家居的指令實現(xiàn)控制智能家居;在室外時，用戶通過移動通信網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)給與控制中心建立連接的手機發(fā)送控制智能家居的指令，收到指令后智能手機的APP解析并發(fā)送至中央控制器，從而實現(xiàn)對智能家居的控制。ARM中央處理器收到BLE模塊轉(zhuǎn)發(fā)過來的用戶指令后，解析請求發(fā)送給相應(yīng)的模塊芯片，各模塊芯片接收指令與相應(yīng)的智能家居建立無線通訊，完成控制過程。
4 測試結(jié)果
通過前幾部分的詳細介紹，基于嵌入式系統(tǒng)智能家居控制中心就構(gòu)建完成了。現(xiàn)將對整個系統(tǒng)各部分軟硬件進行測試，以檢測用戶能否使用手機通過app建立BLE連接到附件從而達到控制智能家居系統(tǒng)的項目要求。整體平臺的完整實物圖如圖4所示。
圖4 平臺實物圖
我們用一部智能手機裝入已經(jīng)編寫的APP，用海爾的智能燈433MHz和Zigbee兩盞進行測試。手機通過藍牙與其BLE模塊進行通信，最終成功的控制了不同智能燈的開關(guān)和亮滅，從而證明了系統(tǒng)的可行性和可靠性。
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關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；智能門禁；智能環(huán)境監(jiān)測；智能安防；智能家電
中圖分類號：TP273.5 文獻標(biāo)識碼：A 論文編號：1674-2117（2016）01-0076-03
引言
物聯(lián)網(wǎng)是一個涵蓋和跨越大量現(xiàn)有的專業(yè)門類和技術(shù)體系的國家戰(zhàn)略性新興技術(shù)，是當(dāng)前世界新一輪經(jīng)濟和科技發(fā)展的戰(zhàn)略制高點之一。[1-3]如何與時俱進地培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才成了高校教育的首要任務(wù)。從2010年以來，全國200多所本科院校、100多所專科院校相繼開設(shè)了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是下一代信息技術(shù)的代表[4]，物聯(lián)網(wǎng)是典型的交叉學(xué)科，如何利用3～4年時間讓學(xué)生熟悉和掌握物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，培養(yǎng)滿足社會需求的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才，各高校和社會各界人士都在積極探討。高校教師團隊身處一線教育崗位，結(jié)合學(xué)生學(xué)習(xí)的實際需求與教學(xué)需求，設(shè)計一套適合培養(yǎng)優(yōu)秀的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才的教學(xué)設(shè)備，有著重大的社會意義。[5-7]
在物聯(lián)網(wǎng)的眾多典型應(yīng)用中，智能家居和我們的生活關(guān)系最密切，其市場正日漸興起。伴隨著巨大的產(chǎn)業(yè)需求，我國智能家居產(chǎn)業(yè)的人才需求量也一路高漲。智能家居的目的是創(chuàng)造一個優(yōu)質(zhì)高效、舒適安全、便利節(jié)能、健康環(huán)保的居住環(huán)境，優(yōu)化人們的生活方式和居住環(huán)境，幫助人們有效地安排時間、節(jié)約各種能源。[8-10]智能家居平臺也是一個涵蓋多種交叉學(xué)科的綜合平臺，是將理論知識靈活應(yīng)用到實際生活的經(jīng)典之作。[11]因此，研究和學(xué)習(xí)智能家居的開發(fā)過程成為許多高校培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用人才的一個有效途徑。
學(xué)生在物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)平臺的實踐中不僅能接觸到硬件設(shè)計、軟件代碼編寫，還能體會實際產(chǎn)品開發(fā)過程中各相關(guān)專業(yè)知識的交叉引用，積累開發(fā)經(jīng)驗。有了物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)平臺，學(xué)生不用走出校門、不用找企業(yè)實習(xí)，在實驗室里就能積累項目經(jīng)驗、培養(yǎng)團體精神、提高技術(shù)技能，為就業(yè)創(chuàng)造更好、更多的機會。
實訓(xùn)平臺整體設(shè)計
面向應(yīng)用型本科的物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)平臺，以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能家居領(lǐng)域的綜合應(yīng)用為切入點，將與居家生活有關(guān)的各種設(shè)備有機地結(jié)合起來，通過網(wǎng)絡(luò)遠程綜合管理設(shè)備。筆者主要采取點面結(jié)合的研究方法，吸收了嵌入式處理器、ZigBee無線模塊、RFID模塊的最新研究成果，并注重對各大高校需求進行調(diào)研，以期找到符合大多數(shù)普通高校所要求的物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)平臺的設(shè)計方案，構(gòu)建求大同存小異的物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)平臺。本文按功能將物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)平臺劃分為4個子系統(tǒng)，下頁圖1是系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框架圖。
各模塊的主要功能包括：
①中央控制器：中央控制器是物聯(lián)網(wǎng)綜合集成創(chuàng)新實踐平臺的核心，中央控制器采用S3C6410+Linux操作系統(tǒng)，通過QT界面功能菜單、來自互聯(lián)網(wǎng)負責(zé)的命令、手機短信控制和遙控器控制信息等多種控制手段，控制實訓(xùn)平臺的各個終端節(jié)點。
②智能門禁子系統(tǒng)：門禁模塊主要實現(xiàn)指紋識別、ID卡識別、密碼識別、可視對講、文本留言、語音留言和圖像留言等功能。門禁控制器采用S3C6410+Linux操作系統(tǒng)，通過QT界面功能菜單以及模塊連接中央控制器共同實現(xiàn)門禁的各項功能。
③智能環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)：室內(nèi)信息包括室內(nèi)溫度、室內(nèi)濕度及室內(nèi)光照度等信息；傳感器采集到相應(yīng)信息后，通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳輸給中央控制器，中央控制器通過友好的人機交互界面實時顯示室內(nèi)環(huán)境信息，同時以折線圖的方式，清楚地展現(xiàn)出環(huán)境變化情況，環(huán)境監(jiān)測信息同時會作為其他子系統(tǒng)控制判斷的依據(jù)。
④智能安防子系統(tǒng)：安防模塊由火焰、煙霧、燃氣及人體紅外4種傳感器及終端檢測控制器組成，負責(zé)防火、防爆及防盜探測報警。在正常布防狀態(tài)下，安防模塊節(jié)點將采集到的實時數(shù)據(jù)通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)將報警信息發(fā)送給中央控制器，中央控制器根據(jù)設(shè)定的閾值和預(yù)設(shè)的報警方案啟動報警，預(yù)警方式有短信、聲光、語音和文字等。
⑤智能家電控制子系統(tǒng)：家電控制包括燈光控制、窗簾控制、風(fēng)扇控制。控制家電時，中央控制器接收互聯(lián)網(wǎng)、手機客戶端或中央控制器QT界面功能菜單控制命令，通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)將控制命令發(fā)送給由目標(biāo)家電連接的終端節(jié)點，控制相應(yīng)的家電。控制燈光的亮/滅和窗簾的開/合；在自動情境模式中，通過檢測室內(nèi)光照度等信息，完成燈光及窗簾的自動控制。
各子系統(tǒng)設(shè)計
1.智能門禁子系統(tǒng)設(shè)計
主控制器由嵌入式網(wǎng)關(guān)、7寸顯示觸摸屏、室內(nèi)攝像頭、3G模塊等組成。嵌入式網(wǎng)關(guān)采用ARM1176JZF-S3C6410 + Linux 2.6操作系統(tǒng)。網(wǎng)關(guān)的輸入方式采用電阻式觸摸屏輸入，用戶可在觸摸屏上通過點觸來實現(xiàn)對智能終端的控制，也可以通過觸摸屏來輸入信息。主控制器按照使用功能又分為室內(nèi)中央控制器和室外門禁控制器。室外門禁控制器通過以太網(wǎng)路由器組成局域網(wǎng)，其結(jié)構(gòu)框架圖如圖2所示。
2.智能環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)設(shè)計
室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測模塊主要由ZigBee節(jié)點、溫濕度檢測傳感器、光照度檢測傳感器和二氧化碳檢測傳感器組成。ZigBee節(jié)點將采集到的室內(nèi)環(huán)境信息，通過無線方式傳遞給協(xié)調(diào)器；協(xié)調(diào)器模塊通過串口1與室內(nèi)中央控制器連接；中央控制器通過讀取串口數(shù)據(jù)獲得數(shù)據(jù)幀，再根據(jù)通信協(xié)議解析協(xié)議內(nèi)容提取溫濕度和光照度的具體數(shù)據(jù)值。圖3所示的是ZigBee網(wǎng)絡(luò)下的環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)。
3.智能安防子系統(tǒng)設(shè)計
安防模塊主要由ZigBee節(jié)點、火焰?zhèn)鞲衅鳌熿F傳感器、燃氣傳感器和人體紅外傳感器組成。ZigBee節(jié)點將采集到的安防信息，通過無線方式傳遞給協(xié)調(diào)器；協(xié)調(diào)器模塊通過串口1與室內(nèi)中央控制器連接；中央控制器通過讀取串口數(shù)據(jù)獲得數(shù)據(jù)幀，再根據(jù)通信協(xié)議解析協(xié)議內(nèi)容提取各安防監(jiān)測數(shù)據(jù)。在布防時，中央控制器通過串口發(fā)送指令給協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器再根據(jù)節(jié)點編號發(fā)送給目標(biāo)節(jié)點。圖4所示的是ZigBee網(wǎng)絡(luò)下的安防子系統(tǒng)。
4.智能家電控制子系統(tǒng)設(shè)計
家電控制模塊主要由ZigBee節(jié)點、LED呼吸燈、電動窗簾和PWM風(fēng)扇組成，室內(nèi)中央空調(diào)接收來自QT界面、Web網(wǎng)頁、手機客戶端或短信發(fā)來的控制指令，將指令轉(zhuǎn)化為控制命令幀，發(fā)送給協(xié)調(diào)器。協(xié)調(diào)器再通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)將指令發(fā)送給要控制的家電模塊。ZigBee節(jié)點模塊在接收到控制命令幀后，通過協(xié)議解析命令幀，控制家電模塊做出相應(yīng)動作。圖5所示的是ZigBee網(wǎng)絡(luò)下的家電控制子系統(tǒng)。
結(jié)語
筆者將物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)平臺分成4個部分，分別設(shè)計了各部分的個子系統(tǒng)，此實訓(xùn)平臺具有以下一些特點：①多學(xué)科集成創(chuàng)新技術(shù)。諸多技術(shù)的融合可加深物聯(lián)網(wǎng)工程及相關(guān)專業(yè)的學(xué)生對一些關(guān)鍵物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的理解，方便他們靈活學(xué)習(xí)和應(yīng)用各科知識，提高實踐和創(chuàng)新能力。②嵌入式可視對講技術(shù)。門禁模塊與中央控制器組成局域網(wǎng)，以S3C6410+QT的開發(fā)模式，在Linux操作系統(tǒng)中移植Qt4.7.0，通過TCP/IP協(xié)議進行音視頻的實時交互，實現(xiàn)模擬門禁監(jiān)控與對講功能。③多傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)識別與采集。能同時采集多種類的終端傳感器，在ZigBee節(jié)點上完成數(shù)據(jù)的識別、傳送和采集。相信隨著科技的發(fā)展，實訓(xùn)平臺將會越來越完善。
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[關(guān)鍵詞]智能；家具；系統(tǒng)；設(shè)計
中圖分類號：TS665 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）02-0230-01
由于人們對生活環(huán)境智能、舒適、安全要求越來越高，并伴隨著計算機技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，智能家居便應(yīng)運而生。然而隨著智能家居的發(fā)展，所需要環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)變越來越多，這就需要一種安裝便捷，實用并且價格合適產(chǎn)品出現(xiàn)。有線傳感器系統(tǒng)需要大量的布線，安裝費用高的同時維護也很不方便，并且在一些建筑物中無法布線。隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，我們對智能家具的系統(tǒng)設(shè)計作出分析。
1 智能家具系統(tǒng)設(shè)計的原則
1.1系統(tǒng)設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)性。為了確保系統(tǒng)的擴展性，及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)性，智能家具系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)該嚴格依照國家和地區(qū)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。保證系統(tǒng)設(shè)備是多功能，開發(fā)的且可以擴展的設(shè)備。系統(tǒng)主機，終端與模塊要采用標(biāo)準(zhǔn)接口設(shè)計，且保證系統(tǒng)功能可以擴展，及簡單，方便節(jié)約。能夠使設(shè)計選用的系統(tǒng)和產(chǎn)品在使用本系統(tǒng)和未來發(fā)展的第三方受控設(shè)備能夠互通互連。
1.2系統(tǒng)設(shè)計的先進性。在廣大用戶的需求下，設(shè)計的時候要考慮智能適應(yīng)技術(shù)的發(fā)展趨勢，在設(shè)計上要保持先進和適度超前，此外更要注重采用最先進的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，以適應(yīng)以后智能技術(shù)發(fā)展的趨勢，使整個系統(tǒng)跟著技術(shù)發(fā)展和進步，去創(chuàng)新，擴充，和升級。系統(tǒng)設(shè)計具有開放性，軟件、硬件、通信接口、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等都要符號國家標(biāo)準(zhǔn)，讓系統(tǒng)具備良好的兼容性和擴展性。
1.3系統(tǒng)設(shè)計的實用性。現(xiàn)在人們對生活環(huán)境的舒適度、安全度、方便度等是越來越高，而智能家具的系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)就是為人類提高高水準(zhǔn)的生活環(huán)境。智能家居最終的目的是要有實用性。不能華而不實，一定要以實用性，人性化為設(shè)計理念。對于一些想智能家電的控制，智能燈具的控制，防盜報警，煤氣泄露等等我們都可以采用多樣的控制方法去控制，例如本地控制，遙控控制，集中控制，手機遠程控制，感應(yīng)控制，網(wǎng)絡(luò)控制，定時控制，等等給人們體現(xiàn)智能家具的方便快捷，且對是家具控制操作的便利性和實用性。
1.4系統(tǒng)設(shè)計的可靠性。整個系統(tǒng)設(shè)計一定要從系統(tǒng)的安全性，可靠性出發(fā)，對于各個系統(tǒng)的設(shè)計要制定解決系統(tǒng)故障的措施，保證系統(tǒng)的正常運作，和安全使用。具備應(yīng)付各種復(fù)雜的環(huán)境的應(yīng)對能力，以保證使用系統(tǒng)的可靠性。
2 智能家具的系統(tǒng)設(shè)計方案
2.1模仿設(shè)計。對于一個家具系統(tǒng)的設(shè)計來說，模仿設(shè)計是必不可少的一個階段，通過模仿，可以啟發(fā)新的設(shè)計思維，提供新的方法，省時間省資金，且能快速達到設(shè)計水平新層面。使用模仿設(shè)計的方面對已有智能功能的家具產(chǎn)品的某些原理、形式、特點、加以模仿。在原有的基礎(chǔ)上進行發(fā)揮、完善。創(chuàng)新出不同的功能。比如設(shè)計智能衣柜，設(shè)計人員可以模仿酒店大門的設(shè)計原理。來運用在衣柜自動開關(guān)門上。還有對于嬰兒床的設(shè)計，可以模仿燈具聲控的方法去設(shè)計，在嬰兒睡醒啼哭的時候能夠發(fā)出警示，通知父母嬰兒睡醒的信息。
2.2移植設(shè)計。移植設(shè)計有技術(shù)移植設(shè)計和綜合移植設(shè)計，技術(shù)移植設(shè)計是在同一技術(shù)的領(lǐng)域的不同研究對象進行移植設(shè)計。雖然智能化技術(shù)在其他領(lǐng)域應(yīng)用相對比較成熟，但是在智能家具中還是有欠缺，所以可以用技術(shù)移植設(shè)計的方法展開智能家具的設(shè)計。綜合移植設(shè)計就是把多層次和類型的產(chǎn)品概念。原理及方法綜合引進同一設(shè)計對象。智能化家具的設(shè)計恰好是把不同智能產(chǎn)品和家具產(chǎn)品的概念。原理。方法引到一起的綜合體，在設(shè)計的時候講產(chǎn)品最獨特、最新奇。最有價值的部分移植到智能家具當(dāng)中。
2.3替代設(shè)計。替代設(shè)計中，材料替代、零部件替代、技術(shù)替代是設(shè)計中不可缺少的一部分。材料替代，家具材料有木質(zhì)、金屬、竹藤、陶瓷、石材、軟體材料。其中任何意見材料的替代都會對設(shè)計提出新的要求。例如桌椅的制作材料是木材料。出于對節(jié)約天然材料為目的用塑料替代，這樣就必須按照塑料材質(zhì)的要求進行設(shè)計，目前已經(jīng)研制出智能材料來制作家具。從而實現(xiàn)家具智能化。零部件替代，出于性能改良的目的，用其他產(chǎn)品的零部件或者重新設(shè)計的零部件對原產(chǎn)品進行替換，智能家具設(shè)計中用到的零部件將隨這電子產(chǎn)品的跟新而替換原有的零部件，例如性能優(yōu)良的單片機。傳感器等零部件的替換會進一步的改善智能家具的產(chǎn)品性能，同時也給智能家具增添新的功能。技術(shù)替代，同一功能的產(chǎn)品，用不同的技術(shù)去設(shè)計其功能就會產(chǎn)生不同的效果。
2.4專利應(yīng)用設(shè)計。現(xiàn)在智能化家具和家電專利產(chǎn)品的發(fā)展趨勢逐漸上升。在發(fā)展中專利信息會顯示設(shè)計的成功和失敗。所以設(shè)計人員可利用已有的專利或者過期的專利對產(chǎn)品進行改進，產(chǎn)生新的設(shè)計方案，形成新的設(shè)計專利。通過新的專利研究，發(fā)現(xiàn)其中的發(fā)展渠道，從而有效的創(chuàng)新方法，作為智能家具產(chǎn)品設(shè)計的依據(jù)。在通過創(chuàng)新設(shè)計方法使用時，設(shè)計時不單使用一種，可能一種方法可以用在多種家具設(shè)計中，以此設(shè)計出一系列新型智能家具。
3 加強智能家具系統(tǒng)設(shè)計
現(xiàn)代智能化家具的設(shè)計正趨向技術(shù)上先進、生產(chǎn)上可行、經(jīng)濟上合理、款式上美觀、使用上安全等方向發(fā)展。當(dāng)今的智能化家具設(shè)計界越來越認同并接受一種新的設(shè)計理念，以加強智能家具的系統(tǒng)設(shè)計。
3.1建立以人為本的設(shè)計理念。設(shè)計新家具就是設(shè)計一種新的生活方式、工作方式、休閑方式、娛樂方式等，以高新技術(shù)來體現(xiàn)“以人為本”的思想，結(jié)合一些新材料、新工藝來達到智能家具的創(chuàng)新。
3.2智能家具與人的界面交互。人與物體互動的媒介，換句話說，界面就是設(shè)計師賦予物體的新面孔。人機交互界面是指人與計算機系統(tǒng)之間的通信媒體或手段，是人與計算機之間進行各種符號和動作的雙向信息交換的平臺。現(xiàn)在市場上大部分智能衣柜、智能鞋柜上有界面的設(shè)計，界面多設(shè)計為長方形，上有簡單按鈕，整體簡潔大方。
3.3尋找材料與技術(shù)較好的銜接方式。智能化家具的一個突出特點就是它更強調(diào)功能，研究它的目的就是研究如把高新技術(shù)和家具完美結(jié)合起來，通過人類的創(chuàng)造活動賦予它們新的功能，使它能更好地適用于用戶的需求。而如果材料與技術(shù)無法完美的結(jié)合，勢必會影響功能的實現(xiàn)。所以說，尋找材料與技術(shù)的銜接方式，一定要特別注重。
3.4建立合理設(shè)計理念。智能家具的設(shè)計一定要合理，針對像智能電子、智能家居、智能家電這些產(chǎn)品都是通過取代人類的活動來完成一些功能，從而具有了一定程度的智能。所以我們把能夠自動實現(xiàn)一些功能的家具都可以稱之為智能化家具。廣義上來講，智能化家具不僅僅局限于可以自動實現(xiàn)某些功能的層次上，它還應(yīng)該向網(wǎng)絡(luò)化家具、信息化家具的方向擴展，也只有這樣，才能形成一個完整的智能化家具系統(tǒng)。
4 結(jié)束語
家具的智能化水平很大程度上反映了科技發(fā)展水平，關(guān)于智能家具設(shè)計方面的，我們需要站在智能化的角度進一步的分析、探索。為了能夠更進一步發(fā)揮智能家具設(shè)計水平。我們我們可以借助國外的智能技術(shù)，國外智能技術(shù)在家具行業(yè)中已經(jīng)得到初步應(yīng)，用智能化家具的前期產(chǎn)品已經(jīng)出現(xiàn)，這對我國開展該項研究具有很好的借鑒意義和參考價值。從而能夠更加完善我國家具智能的設(shè)計水平。
參考文獻
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“中堂”小區(qū)位于無錫市錫山區(qū)南部，地理位置優(yōu)越、交通便利，讓入住者擁有“出則都市繁華，入則寧靜悠遠”的居住享受，小區(qū)總用面積共68521.9m2，規(guī)劃占地面積18504m2，地上總建筑面積46814m2，地下室總面積1850m2，容積率1.66，綠化率40.5％。由168套純中式聯(lián)排式別墅組成。
根據(jù)開發(fā)商的總體規(guī)劃布局，以住宅小區(qū)人文環(huán)境的生態(tài)化、文化性、休閑性，以及數(shù)字化、智能化未來住宅小區(qū)建設(shè)的發(fā)展趨勢為前提，在滿足人與社會交往的同時，讓休閑、文化、生態(tài)及數(shù)字化生活環(huán)境空間為居住的真正主題，小區(qū)將建成具有現(xiàn)代化數(shù)字化社區(qū)。
在小區(qū)和家庭智能化系統(tǒng)的規(guī)劃和設(shè)計中，數(shù)字化社區(qū)與家庭不但擁有庭院式的環(huán)境藝術(shù)設(shè)計，休閑綠地和中心花園，同時在現(xiàn)代化公共服務(wù)設(shè)施方面，將建立先進的綜合物業(yè)管理系統(tǒng)、集中的小區(qū)Intranet局域網(wǎng)絡(luò)平臺，實現(xiàn)小區(qū)內(nèi)獨立家庭的高度安全性、舒適性，和現(xiàn)代多媒體通訊的便捷性，達到21世紀智能住宅的功能目標(biāo)。使得入住數(shù)字化社區(qū)的廣大住戶，充分領(lǐng)略現(xiàn)代科技給人們帶來的高素質(zhì)生活質(zhì)量和現(xiàn)代家庭新生活。
設(shè)計目標(biāo)
通過采用現(xiàn)代信息傳輸技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息集成技術(shù)，進行精密設(shè)計、優(yōu)化集成、精心建設(shè)逐步建立一個溝通小區(qū)住戶與住戶、住戶與小區(qū)綜合服務(wù)中心、住戶與外部社會的多媒體綜合信息交互系統(tǒng)，為住戶提供一個安全、舒適、便捷、節(jié)能、高效的生活環(huán)境。結(jié)合信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展特點，以二十一世紀寬帶多媒體信息交互的要求為目標(biāo)，充分考慮可擴充性，突出方案的前瞻性，同時保證智能化系統(tǒng)具有一定的可管理性，可擴展性和可維護性。
指導(dǎo)思想
采用先進的概念、技術(shù)和方法，注意結(jié)構(gòu)、設(shè)備、工具的相對成熟，既反映當(dāng)今的先進水平，又保證在未來若干年內(nèi)占主導(dǎo)地位，同時堅持面向應(yīng)用，注重實效，堅持實用、經(jīng)濟的原則，注重選用的技術(shù)和設(shè)備的協(xié)同運行能力，保護系統(tǒng)投資的長期效應(yīng)以及系統(tǒng)功能不斷擴展的需求，保證系統(tǒng)的開放性和標(biāo)準(zhǔn)性。為了適應(yīng)系統(tǒng)變化的要求，充分考慮以最簡便的方法、最低的投資，實現(xiàn)系統(tǒng)的擴展和維護，從而有效保護業(yè)主的初期投資，突出方案的經(jīng)濟性。
堅持高起點，充分利用當(dāng)今先進的，成熟的智能化技術(shù)，保證系統(tǒng)在今后一定時期的先進性：堅持“實用、可靠、先進、經(jīng)濟”，確保系統(tǒng)高度集成、總體優(yōu)化、安全可靠、穩(wěn)步推進。
系統(tǒng)設(shè)計原則
智能小區(qū)系統(tǒng)工程在本案設(shè)計過程中應(yīng)遵循以下設(shè)計原則：
可行性和適應(yīng)性
系統(tǒng)要保證技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟上的可能性。當(dāng)今科技發(fā)展迅速，可應(yīng)用于住宅小區(qū)的技術(shù)和產(chǎn)品層出不窮，設(shè)計選用的系統(tǒng)和產(chǎn)品應(yīng)能夠使用戶得到實實在在的受益，滿足近期使用和遠期發(fā)展的需要。在多種實現(xiàn)信息途徑中，選擇最經(jīng)濟、可行的技術(shù)與方法。以現(xiàn)有成熟的技術(shù)和產(chǎn)品為對象進行設(shè)計，同時考慮到周邊信息、通信環(huán)境的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，并兼顧管理部門的要求，使系統(tǒng)設(shè)計方案可行。
先進性和成熟性
系統(tǒng)設(shè)計既要考慮系統(tǒng)的先進性，更要注重系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性。系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)具有較高的可靠性，在系統(tǒng)故障事造成系統(tǒng)癱瘓后，能確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、完整性和一致性，并具備迅速恢復(fù)的功能。特別在重要的系統(tǒng)中，應(yīng)具有高的冗余性，確保系統(tǒng)能夠正常運行。
開放性和標(biāo)準(zhǔn)性
為滿足系統(tǒng)所選用的技術(shù)和設(shè)備的協(xié)調(diào)運行能力，以及系統(tǒng)投資的長期效應(yīng)和系統(tǒng)功能擴展的需要，系統(tǒng)設(shè)計必須堅持系統(tǒng)的開放性和標(biāo)準(zhǔn)性。系統(tǒng)的開放性已成為當(dāng)今系統(tǒng)發(fā)展的一個方向。系統(tǒng)的開放性越強，系統(tǒng)集成商就越能夠滿足用戶對系統(tǒng)的設(shè)計要求，更能體現(xiàn)了科學(xué)、方便、經(jīng)濟、實用的原則。標(biāo)準(zhǔn)化是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，在可能的條件下，系統(tǒng)中采用的產(chǎn)品都盡可能標(biāo)準(zhǔn)化、通用化，并執(zhí)行國際上通用的標(biāo)準(zhǔn)或協(xié)議，使其選用的產(chǎn)品具有極強的互換性。
可靠性和穩(wěn)定性
系統(tǒng)設(shè)計既要考慮系統(tǒng)的先進性，更要注重系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性。系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)具有較高的可靠性，在系統(tǒng)故障或事故造成系統(tǒng)癱瘓后，能確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、完整性和一致性，并具備迅速恢復(fù)的功能。特別在重要的系統(tǒng)中，應(yīng)具有高的冗余性，確保系統(tǒng)能夠正常運行。
系統(tǒng)介紹
1、系統(tǒng)介紹
波創(chuàng)第一代的智能網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)雖然實現(xiàn)了智能家居和對講，安防、門禁系統(tǒng)的統(tǒng)一平臺，但是由于對講系統(tǒng)仍然采用模擬技術(shù)，所以在布線施工上仍然需要布兩套線。而且由于模擬對講存在聯(lián)網(wǎng)設(shè)備過于復(fù)雜，無法解決設(shè)備搶占和遠距離信號衰減等問題。所以波創(chuàng)公司的技術(shù)人員經(jīng)過2年多的鉆研開發(fā)出了全新的基于全數(shù)字傳輸?shù)男乱淮闹悄芗揖泳W(wǎng)關(guān)。
新一代的智能家居網(wǎng)關(guān)真正做到了一根線接人，不僅解決了上一代網(wǎng)關(guān)無法解決的問題，而且還大大豐富了智能家居的功能。
2，系統(tǒng)的突出優(yōu)點
組網(wǎng)方式簡便、靈活
小區(qū)聯(lián)網(wǎng)是疊加在已有的小區(qū)寬帶數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)上的業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)，向?qū)拵?shù)據(jù)傳輸網(wǎng)提出傳輸要求，而不單獨建設(shè)承載網(wǎng)。
適合大型社區(qū)和復(fù)雜環(huán)境的聯(lián)網(wǎng)
對于大型社區(qū)或環(huán)境復(fù)雜的大型別墅群，傳統(tǒng)的總線對講系統(tǒng)在聯(lián)網(wǎng)時容易出現(xiàn)信號傳輸質(zhì)量問題，特別是視頻聯(lián)網(wǎng)，總線對講系統(tǒng)需要增加視頻中繼設(shè)備，容易造成信號衰減，影響視頻質(zhì)量，同時給施工和維護造成極大的困難；使用波創(chuàng)全數(shù)字網(wǎng)關(guān)則各種信號通過TCP/IP協(xié)議以數(shù)字方式傳輸，不需要增加中繼器等設(shè)備，而且信號質(zhì)量穩(wěn)定可靠。
克服占線問題
克服總線對講系統(tǒng)做出現(xiàn)的占線問題，波創(chuàng)全數(shù)字網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)采用星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)傳輸實現(xiàn)點對點呼叫，用戶間的通話不會占線。
采用標(biāo)準(zhǔn)接口
系統(tǒng)設(shè)備只需要門口機、室內(nèi)分機和管理中心，不需要隔離器、聯(lián)網(wǎng)切換器等層間設(shè)備，設(shè)備簡單明了，安裝簡便，大大降低了施工難度和設(shè)備的故障率。采用網(wǎng)絡(luò)布線，還可以與計算機共用網(wǎng)絡(luò)，無須獨立布線，比傳統(tǒng)的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加降低工程成本，將施工成本幾乎降低到零。所有設(shè)備都使用國際標(biāo)準(zhǔn)接口，維護、保養(yǎng)及擴容都非常方便。
3、系統(tǒng)主要功能
戶戶對講功能
用戶室內(nèi)機不僅可以和門口機、圍墻機、管理機進行可視對講，而且還可以和其他用戶室內(nèi)機進行戶戶對講。
安防報警功能
安防系統(tǒng)，家居智能化終端能夠外接各種安防探測器(如紅外、門磁)，如果發(fā)生警情，報警信息通過小區(qū)局域網(wǎng)絡(luò)，發(fā)送給小區(qū)管理中心監(jiān)控主機，同時自家電話報警系統(tǒng)會將報警信息發(fā)送給業(yè)主或相關(guān)責(zé)任人。用戶同時可以設(shè)
定報警自動抓拍功能，同時把抓拍的照片通過電子郵件發(fā)送給用戶。在發(fā)生報警時智能網(wǎng)關(guān)將通過文字和聲音提示用戶哪里發(fā)生報警。
家電控制功能
用戶可以根據(jù)自己的需求自由的配置和添加家電控制節(jié)點。智能主機通過全圖形化的向?qū)崾居脩羧绾卧O(shè)置和使用家電控制的功能。通過可學(xué)習(xí)的波創(chuàng)無線／紅外轉(zhuǎn)發(fā)模塊，用戶可以很方便的實現(xiàn)對家中電器的集中管理和電話、網(wǎng)絡(luò)的遠程控制。
波創(chuàng)的波創(chuàng)無線／紅外轉(zhuǎn)發(fā)模塊和網(wǎng)關(guān)之前通過無線進行連接，因為它是通過智能學(xué)習(xí)的方式實現(xiàn)家電控制，所以無須對家電做任何的改裝。
智能照明管理功能
智能網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)通過無線的方式實現(xiàn)對波創(chuàng)智能開關(guān)、插座等模塊的集中管理和控制。智能網(wǎng)關(guān)可以根據(jù)戶型的實際大小增加控制器的數(shù)量，從而解決無線距離有限的問題。
智能網(wǎng)關(guān)把家中的電器和燈光集中管理起來，可以實現(xiàn)豐富的管理和控制功能。用戶可以預(yù)先設(shè)定多種包含家電、燈光、窗簾的場景模式，也可以開啟定時控制程序，溫度控制程序，還可以把家電控制和防盜報警聯(lián)系起來等。
波創(chuàng)的智能網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)內(nèi)置了Web服務(wù)器，用戶在任何地方都可以無須下載任何軟件僅僅通過瀏覽器方便的遠程控制家中的電器。燈光和窗簾。
無線上網(wǎng)沖浪
數(shù)字家庭智能網(wǎng)關(guān)支持WIFI接入，通過內(nèi)置的瀏覽器實現(xiàn)無線上網(wǎng)沖浪，也可以收、發(fā)郵件。
信息功能
系統(tǒng)可以具有信息功能，既可以文本信息(例如小區(qū)的停水停電信息)，也可以圖片資料(宣傳或廣告圖片)，即可以單發(fā)(一次對單個用戶發(fā)送信息)，也可以多發(fā)(一次同時對多個用戶信息)。
家庭留影，留言功能
用戶在出門前可以通過智能網(wǎng)關(guān)預(yù)先留影、留言，家人回來后可以打開觀看。
家庭電子像冊
數(shù)字家庭智能網(wǎng)關(guān)具有USB和SD卡接口，用戶可以把拍攝的數(shù)碼照片在家庭智能網(wǎng)關(guān)超大的電子屏幕上進行顯示。
多媒體影音體驗
內(nèi)置MP3、MP4播放器，用戶可以上網(wǎng)下載或通過U盤、SD卡來享受高品質(zhì)的數(shù)字影音。
電子娛樂
數(shù)字家庭網(wǎng)關(guān)內(nèi)置Java虛擬機和多款Java游戲，用戶可以通過家庭智能網(wǎng)關(guān)體驗游戲所帶來的樂趣。
小區(qū)電子購物
通過數(shù)字家庭智能網(wǎng)關(guān)可以自由的選購聯(lián)網(wǎng)的商場里銷售的物品。大大方便了用戶，同時又為商家?guī)砹舜罅康目驮矗瑢崿F(xiàn)雙贏。
遠程控制功能
通過撥打家中的電話或登陸Internet，實現(xiàn)對家庭中所有的安防探測器進行布防操作、遠程控制家用電器、照明、窗簾設(shè)備。
遠程監(jiān)控功能
通過網(wǎng)絡(luò)隨時監(jiān)控家中狀態(tài)，并可外接多個攝像頭，實現(xiàn)遠程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。
在線升級功能
為了保證用戶使用系統(tǒng)的應(yīng)用效果，系統(tǒng)具有在線自動功能升級功能。系統(tǒng)的升級補丁及版本升級均通過網(wǎng)絡(luò)自動更新，使得系統(tǒng)的維護更加方便。
防病毒功能
系統(tǒng)采用嵌入式操作系統(tǒng)，對通用主流病毒具有免疫能力。可以有效的防止病毒的入侵。
結(jié)論