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時(shí)間：2023-02-06 01:55:57
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1.引言
近年來(lái)隨著人民生活水平和知識(shí)層次的不斷提高，人們也將注意力越來(lái)越多的放在了生活環(huán)境的安全性、舒適性和便利性上，因此也就產(chǎn)生了對(duì)家居智能化的需求；與此同時(shí)，在科學(xué)技術(shù)方面，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)與電子信息通訊技術(shù)的飛速發(fā)展也促成了智能家居系統(tǒng)的出現(xiàn)。開(kāi)發(fā)智能家居相關(guān)產(chǎn)品不僅能夠滿足人們生活的需要，對(duì)整個(gè)社會(huì)信息化進(jìn)程的推動(dòng)作用也不可忽略。
我們基于上海未來(lái)伙伴機(jī)器人有限公司創(chuàng)新套件設(shè)計(jì)了一套智能家居控制系統(tǒng)，利用結(jié)構(gòu)部件、連接部件和傳動(dòng)部件以及傳感器完美得組合在一起，通過(guò)能力風(fēng)暴控制器、單片機(jī)系統(tǒng)、無(wú)線模塊、GSM模塊等，實(shí)現(xiàn)了家居的無(wú)線控制、遠(yuǎn)程控制、溫控、安防控制等功能，使人們的生活更加便捷、安全、舒適。
2.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案
家居智能的基本目標(biāo)是，將家庭中各種與信息相關(guān)的通信設(shè)備、家用電器和家庭安防裝置連接到一個(gè)家庭智能化系統(tǒng)上進(jìn)行集中或者異地的監(jiān)視、控制和家庭事務(wù)性管理，并保持這些家庭設(shè)施與住宅環(huán)境的協(xié)調(diào)。根據(jù)智能家居所需要的功能，我們按照與家庭所處位置的遠(yuǎn)近，將系統(tǒng)歸納為遠(yuǎn)程控制、無(wú)線遙控控制和本地集中控制三種控制方式。
遠(yuǎn)程控制通過(guò)手機(jī)發(fā)送短信形式進(jìn)行控制，此方案主要用到GSM模塊和單片機(jī)，手機(jī)發(fā)送指令到GSM模塊的SIM卡，然后根據(jù)用戶的指令來(lái)控制家電設(shè)備或者接收?qǐng)?bào)警信號(hào)并向用戶報(bào)告。使人們身在外地就可了解家中的各種狀態(tài)。
無(wú)線控制功能是通過(guò)無(wú)線發(fā)射接收模塊實(shí)現(xiàn)近距離控制功能，主要包括對(duì)家電的近距離控制和接收?qǐng)?bào)警信號(hào)，節(jié)省了無(wú)線通信不必要的費(fèi)用，也省去了花在綜合布線上的費(fèi)用和精力。其主要電路由51單片機(jī)模塊電路、無(wú)線發(fā)射接收電路、能力源控制器、AS-UⅢ智能機(jī)器人組成。
“自動(dòng)+手動(dòng)”控制包括路燈、太陽(yáng)能草坪燈、走廊燈控制的自動(dòng)控制，可節(jié)約能源。空調(diào)、花園澆水、窗簾是采用“自動(dòng)+手動(dòng)”控制，既可以自己通過(guò)按鍵控制開(kāi)關(guān)，也可以自動(dòng)控制。
3.硬件電路設(shè)計(jì)
3.1 無(wú)線控制系統(tǒng)
用戶通過(guò)終端控制器發(fā)射指令，由接收系統(tǒng)對(duì)電飯煲、熱水器、排風(fēng)扇進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制。用戶通過(guò)終端控制器發(fā)射相關(guān)指令，接收系統(tǒng)對(duì)大門、車庫(kù)門、房門也可進(jìn)行開(kāi)關(guān)。采用AT89C51單片機(jī)，通過(guò)功能按鍵選擇以上的開(kāi)關(guān)控制，由12864液晶顯示器進(jìn)行顯示相關(guān)狀態(tài)，同時(shí)蜂鳴器起到報(bào)警的作用，使用2400bit/s無(wú)線模塊實(shí)現(xiàn)近距離無(wú)線控制。無(wú)線終端控制器的框圖如圖1（左圖）所示。接收系統(tǒng)通過(guò)解碼實(shí)現(xiàn)對(duì)家用電器、門等控制。同時(shí)門上安裝磁敏傳感器檢測(cè)門的位置，使門實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開(kāi)關(guān)功能。接收系統(tǒng)的框圖如圖1（右圖）所示。
無(wú)線終端器的電路原理圖見(jiàn)圖2所示，電源為5V直流電，12864液晶顯示器中RP1可以調(diào)節(jié)顯示器的亮度，S1-S6為無(wú)線終端控制器的功能選項(xiàng)按鈕，S7為單片機(jī)復(fù)位按鈕。AY1為蜂鳴器，當(dāng)單片機(jī)20腳輸出低電平時(shí)，Q1導(dǎo)通，蜂鳴器開(kāi)始鳴響。2400bit/S為無(wú)線模塊，當(dāng)接收到無(wú)線信號(hào)時(shí)，單片機(jī)進(jìn)行解碼，并通過(guò)12864與蜂鳴器顯示相關(guān)數(shù)據(jù)。
3.2 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)
用戶通過(guò)手機(jī)發(fā)送短信，GSM模塊接收到手機(jī)的指令，通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制電飯煲、浴室熱水器、浴室換氣扇等的開(kāi)關(guān)?？刂葡到y(tǒng)框圖如圖3所示。
手機(jī)發(fā)送指令給GSM指定號(hào)碼，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的功能。指令表見(jiàn)表1。
3.3 “自動(dòng)+手動(dòng)”控制
3.3.1 溫控系統(tǒng)
臥室內(nèi)，用戶可以“手動(dòng)”設(shè)定空調(diào)的溫度，使室內(nèi)的溫度控制在人體舒適度范圍之內(nèi)，當(dāng)室內(nèi)溫度和設(shè)定溫度有偏差時(shí)，就會(huì)“自動(dòng)”啟動(dòng)空調(diào)開(kāi)關(guān)，并且會(huì)自動(dòng)進(jìn)行制冷或制熱的選擇。控制框圖如圖4所示。
3.3.2 自動(dòng)灑水系統(tǒng)
通過(guò)傳感器檢測(cè)土壤濕度，土壤干燥時(shí)啟動(dòng)灑水系統(tǒng)為花草澆水，當(dāng)濕度達(dá)到一定值時(shí)，灑水機(jī)停止工作，或人為進(jìn)行灑水系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)?？刂葡到y(tǒng)的框圖如圖5所示。
3.3.3 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)
當(dāng)風(fēng)力達(dá)到一定時(shí)，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)自動(dòng)工作，由存儲(chǔ)裝置儲(chǔ)存電能，供電給用電器。
3.3.4 自動(dòng)太陽(yáng)能草坪燈系統(tǒng)
白天，通過(guò)屋頂上的4塊太陽(yáng)能板進(jìn)行蓄電，晚上，電池給草坪燈進(jìn)行供電，控制器采用5251專用芯片進(jìn)行光線檢測(cè)、升壓驅(qū)動(dòng)。
3.3.5 燈光控制系統(tǒng)
利用光敏傳感器檢測(cè)太陽(yáng)光，當(dāng)白天接收到太陽(yáng)光時(shí)，路燈滅。晚上接收不到太陽(yáng)光時(shí)，路燈點(diǎn)亮；利用聲音傳感器檢測(cè)走廊聲響，當(dāng)有人走過(guò)發(fā)出聲音時(shí)，傳感器接收到信號(hào)，走廊燈亮，延時(shí)10秒后，走廊燈熄滅；利用光敏傳感器檢測(cè)環(huán)境明亮程度，當(dāng)早上接收到太陽(yáng)光時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)，窗簾打開(kāi)；晚上光線比較弱時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)，窗簾關(guān)閉，框圖如圖6所示。
3.4 安防系統(tǒng)
本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的安防系統(tǒng)包括防火系統(tǒng)、防盜系統(tǒng)和緊急求救系統(tǒng)。框圖如圖7所示。
利用溫度傳感器檢測(cè)室內(nèi)溫度，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，溫度升高，啟動(dòng)報(bào)警功能，房屋周圍4個(gè)LED燈閃爍，喇叭聲音報(bào)警，同時(shí)滅火系統(tǒng)（噴水）啟動(dòng)。并通過(guò)無(wú)線模塊向終端控制器發(fā)送一個(gè)信號(hào)，終端控制器報(bào)警以及時(shí)提醒房主，同時(shí)，GSM模塊也向房主發(fā)送短信進(jìn)行提示。
利用紅外反射、接收裝置安裝在門上，當(dāng)大門關(guān)閉時(shí)，如果有人進(jìn)入，啟動(dòng)報(bào)警，無(wú)線控制終端顯示盜賊進(jìn)入，并報(bào)警，提醒房主及時(shí)處理，同時(shí)，GSM模塊也向房主發(fā)送短信。
當(dāng)別墅內(nèi)人員（尤其是弱勢(shì)群體的老人和小孩），出現(xiàn)緊急情況時(shí)，按下呼叫按鈕，啟動(dòng)緊急呼叫系統(tǒng)，報(bào)警器會(huì)發(fā)出“嗚嗚～”的報(bào)警聲，同時(shí)GSM模塊也向房主發(fā)送短信，表示家中有緊急情況。
4.軟件程序設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)用的軟件主要采用上海未來(lái)伙伴機(jī)器人有限公司提供的VJC流程圖編程和單片機(jī)C語(yǔ)言編程相結(jié)合，VJC流程圖編程更加直觀形象，流程圖采用模塊化編程的形式，接近人類自然語(yǔ)言，流程圖程序的形式與標(biāo)準(zhǔn)流程圖完全一致，簡(jiǎn)單易學(xué)，是學(xué)習(xí)單片機(jī)C語(yǔ)言編程的基礎(chǔ)。編譯好的流程圖下載到能力源控制器，然后進(jìn)行程序的調(diào)試，最后實(shí)現(xiàn)其功能。
4.1 走廊燈路燈程序
4.2 風(fēng)力發(fā)電與自動(dòng)灑水
5.制作和調(diào)試
本系統(tǒng)利用上海未來(lái)伙伴機(jī)器人有限公司創(chuàng)新套件設(shè)計(jì)了一套智能家居控制系統(tǒng)，將結(jié)構(gòu)部件、連接部件和傳動(dòng)部件以及傳感器完美得組合在一起，搭建成一套家居系統(tǒng)的框架，再通過(guò)能力風(fēng)暴控制器、單片機(jī)系統(tǒng)、無(wú)線模塊、GSM模塊等，實(shí)現(xiàn)了智能家居控制系統(tǒng)。實(shí)物如圖10所示，經(jīng)過(guò)調(diào)試，系統(tǒng)都完成了以上功能。
6.總結(jié)
本套智能家居控制系統(tǒng)具有以下創(chuàng)新點(diǎn)：
（1）無(wú)線控制和遠(yuǎn)程控制相結(jié)合，既能進(jìn)行近距離無(wú)線遙控控制也能進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制。
（2）具有太陽(yáng)能、風(fēng)力發(fā)電裝置，為晚上草坪燈供電，起到了很好的節(jié)能作用。
本套智能家居控制系統(tǒng)通過(guò)模擬實(shí)物制作和調(diào)試，都能達(dá)到智能家居的功能，達(dá)到預(yù)期的效果。在應(yīng)用到實(shí)際家庭中，也能實(shí)現(xiàn)這些功能。因此對(duì)開(kāi)發(fā)智能家居控制系統(tǒng)有一定的借鑒意義。
參考文獻(xiàn)
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【關(guān)鍵詞】智能家居 PLC控制系統(tǒng) 硬件 軟件
1 智能家居中PLC控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)
1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體框架
隨著現(xiàn)代科技的不斷進(jìn)步和發(fā)展，智能時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。智能化已經(jīng)運(yùn)用到各行各業(yè)，而智能家居正在滿足這消費(fèi)者的需求。消費(fèi)者在家居中逐漸追求實(shí)用性、多功能性等等，這也是智能家居提高競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵。對(duì)于消費(fèi)者的這些需求，作為智能家居中PLC控制系統(tǒng)正好能夠滿足這些需求。智能家居中PLC控制系統(tǒng)主要包括：智能家居設(shè)備控制、家居環(huán)境的實(shí)時(shí)檢測(cè)、安全防護(hù)等一些基本性的功能。智能家居中PLC控制系統(tǒng)也就是將用戶家中的電器、門窗、空調(diào)系統(tǒng)、供暖系統(tǒng)等等整合為一體，通過(guò)遠(yuǎn)程遙控。當(dāng)用戶開(kāi)動(dòng)遙控時(shí)，家用電器會(huì)自動(dòng)打開(kāi)、門窗會(huì)打開(kāi)，室內(nèi)溫度會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)，若發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)響應(yīng)。
對(duì)于智能家居中PLC控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是為了滿足用戶的智能化需求，采用可編程控制器PLC技術(shù)和GSM短信息技術(shù)，在運(yùn)用SMS進(jìn)行信息的交互，主要包括自動(dòng)控制、信息采集和遠(yuǎn)程控制三個(gè)部分。
1.1.1 自動(dòng)控制
這主要是將PLC作為主要的控制器，通過(guò)電器的開(kāi)合控制交流電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)來(lái)進(jìn)行控制。比如以智能門為例，當(dāng)用戶發(fā)出開(kāi)門的信息時(shí)，這時(shí)PLC接收到信號(hào)，并給PLC一個(gè)輸入端，通過(guò)交流電機(jī)完成開(kāi)門動(dòng)作。
1.1.2 信息采集
也就是傳感器的信息采集，主要包括室內(nèi)溫度濕度、煙霧、煤氣等，并將這些信息傳遞給PLC，PLC根據(jù)室內(nèi)實(shí)際的情況，做出相應(yīng)的指令，以保證室內(nèi)的溫度、濕度的合理，安全性更加高。
1.1.3 遠(yuǎn)程控制
用戶發(fā)出相應(yīng)的指令傳感器傳給GSM信息模塊，以實(shí)現(xiàn)與PLC的信息交互，PLC通過(guò)用戶發(fā)出的指令，對(duì)家居狀態(tài)進(jìn)行解讀，然后把信息傳遞給移動(dòng)終端，如果檢測(cè)到危險(xiǎn)信號(hào)，會(huì)立即把相關(guān)信息傳遞個(gè)PLC主控制器，主控制器接到信息，迅速與GSM進(jìn)行串聯(lián)，再有GSM傳遞給用戶終端，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提高室內(nèi)家居的安全系數(shù)。
1.2 系統(tǒng)中的硬件的設(shè)計(jì)
智能家居中PLC控制系統(tǒng)中的硬件設(shè)計(jì)主要是智能防盜門的硬件設(shè)計(jì)、傳感器系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。
1.2.1 智能防盜門的硬件設(shè)計(jì)
主要分為三個(gè)部分。第一，電源中硬件設(shè)計(jì)，主要采用單相橋式整流電路，增加兩個(gè)二極管連為一體的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)交流電向中直流電的交換。第二，控制硬件系統(tǒng)，通過(guò)PLC控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)作，在輸出端需要小型的繼電器接入控制電路，使PLC控制正反向的輸出點(diǎn)，轉(zhuǎn)換并接觸到電機(jī)的控制。
1.2.2 傳感器系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
這一硬件設(shè)計(jì)中主要包括PLC、溫濕度傳感器、煙霧傳感器等構(gòu)成。當(dāng)室內(nèi)的環(huán)境出現(xiàn)異常時(shí)，出現(xiàn)異常的端口會(huì)執(zhí)行相應(yīng)的信息做出相應(yīng)的預(yù)警信號(hào)。
1.2.3 遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是通過(guò)PLC串口通訊方式與GSM進(jìn)行信息的交互，并擴(kuò)展為一個(gè)通訊的板塊，安裝在選件的板槽位中，并將PLC與GSM信息板塊與串口線連接，以此能夠更加便捷的與相應(yīng)的PC機(jī)、單片機(jī)以及其它的主控制器相連接。
1.3 系統(tǒng)中的軟件的設(shè)計(jì)
智能家居中PLC控制系統(tǒng)中的軟件設(shè)計(jì)主要是智能防盜門的軟件設(shè)計(jì)、傳感器系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)和遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)三部分組成。
1.3.1 智能防盜門的軟件設(shè)計(jì)
智能防盜門中實(shí)現(xiàn)的軟件功能是：首先自動(dòng)門受到用戶發(fā)出的相應(yīng)信息是否開(kāi)啟、關(guān)閉，在接受信息的過(guò)程中會(huì)遇到相應(yīng)的阻礙，智能防盜門會(huì)根據(jù)相應(yīng)的阻礙向相反的方向運(yùn)作，如果遇到的障礙是比較危險(xiǎn)的，那么智能防盜門會(huì)啟動(dòng)強(qiáng)制停止的功能，避免危險(xiǎn)的發(fā)生。
1.3.2 傳感器系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
傳感器系統(tǒng)中的軟件的設(shè)計(jì)主要是通過(guò)各種傳感器對(duì)家居環(huán)境進(jìn)行相應(yīng)的檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)到的值超過(guò)限定值時(shí)，PLC就會(huì)做出相應(yīng)的判斷，執(zhí)行中斷的程序。同時(shí)，PLC也會(huì)檢測(cè)GSM的信息模塊是否接到了信息，如果接到了信息會(huì)將室內(nèi)的環(huán)境信息傳遞給用戶終端。
1.3.3 遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要包括AT命令、PLC中斷程序的設(shè)計(jì)。AT命令是通過(guò)配置MODEM和相應(yīng)的軟件共同工作以此來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端系統(tǒng)完成相應(yīng)的信息。在PLC串口中斷程序的設(shè)計(jì)中，通過(guò)相應(yīng)的指令設(shè)計(jì)，然后通過(guò)指令給予相應(yīng)的功能，這樣可以大大減輕PLC編程的影響。
2 結(jié)語(yǔ)
隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，智能家居系統(tǒng)不斷豐富著人們的生活方式，越來(lái)越多的消費(fèi)者享受智能家居帶來(lái)的便利，但對(duì)于智能家居的要求也越來(lái)越高，對(duì)于智能家居的穩(wěn)定性和安全性成為主要的關(guān)注點(diǎn)，雖然在本文涉及到的PLC控制系統(tǒng)能夠提升智能家居的穩(wěn)定性和安全性，但是內(nèi)部也存在一些問(wèn)題，這需要未來(lái)科技和更多的人才進(jìn)行解決，以滿足更多消費(fèi)者的需求。
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作者簡(jiǎn)介
中圖分類號(hào)TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2014）123-0210-02
在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的推廣普及下，人們的家居生活也朝著智能化方向發(fā)展。近年來(lái)，通過(guò)引起國(guó)外先進(jìn)技術(shù)及自主研發(fā)技術(shù)的不斷成熟，促使我國(guó)的通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及控制技術(shù)都形成了成熟的技術(shù)體系，隨著這些技術(shù)體系逐步應(yīng)用于各行各業(yè)，為行業(yè)的發(fā)展提供了新的發(fā)展方向。在現(xiàn)代科技影響下，智能家居系統(tǒng)已成為一種新興產(chǎn)物，其為人們的家居生活提供環(huán)保、舒適及安全保障。
1智能家居含義與特點(diǎn)
所謂智能家居，是指以住宅為平臺(tái)將家居生活相關(guān)的設(shè)備通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、綜合布線技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、安全防范技術(shù)及音視頻技術(shù)等集成。雖然智能家居系統(tǒng)大部分都采用綜合布線方式，但由于智能家居采用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議有所不同，仍少數(shù)系統(tǒng)（如電力載波等）系統(tǒng)沒(méi)有采用綜合布線技術(shù)。雖然采用的技術(shù)不同，但都有相對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)來(lái)進(jìn)行信號(hào)傳輸[1]。所以，網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)為智能家居集成的關(guān)鍵技術(shù)。自動(dòng)控制技術(shù)與安全防范技術(shù)是智能家居系統(tǒng)中不可缺少的技術(shù)，通常在家庭防盜報(bào)警系統(tǒng)中安全防范技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，同時(shí)也應(yīng)用于小區(qū)一卡通、家庭監(jiān)控中。而在智能家居控制中心廣泛應(yīng)用到了自動(dòng)控制技術(shù)，有利于實(shí)現(xiàn)科學(xué)化管理家庭設(shè)備和家庭能源。音視頻技術(shù)主要應(yīng)用在音視頻集中分配、家庭影院及背景音樂(lè)，能夠?yàn)榧彝キh(huán)境帶來(lái)舒適感和藝術(shù)感。
1.1智能家居系統(tǒng)組成
智通家居系統(tǒng)包含了三個(gè)必備系統(tǒng)，即：智能家居控制管理系統(tǒng)、家居照明控制體系統(tǒng)及家庭安防系統(tǒng)。另外還包含了五個(gè)可選系統(tǒng)，即：家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、家庭環(huán)境控制系統(tǒng)、背景音樂(lè)系統(tǒng)、多媒體與家庭影院系統(tǒng)。
1.2智能家居系統(tǒng)特點(diǎn)
智能家居系統(tǒng)特點(diǎn)主要體現(xiàn)在：1）能夠?qū)崿F(xiàn)靈活配置，增減模塊根據(jù)其功能需要，有利于實(shí)現(xiàn)需求功能；2）多媒體人機(jī)操作界面；3）設(shè)定方便；4）開(kāi)放式協(xié)議。
2智能家居系統(tǒng)技術(shù)的多元化特點(diǎn)
智能家居在生產(chǎn)企業(yè)、媒體的大肆宣傳下，在我國(guó)家居市場(chǎng)上獲得了較大的發(fā)展動(dòng)力，各種新型的智能家居系統(tǒng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)化推廣。但其實(shí)并非如此，我們可列舉兩種常用的智能家居技術(shù)：1）紅外技術(shù)、無(wú)線射頻技術(shù)，該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于不需要鋪設(shè)線路，便于安裝，但是不足之處在于穿透能力比較弱、傳輸距離短、信號(hào)安全較差，傳輸信號(hào)極易受到各種因素的影響而出現(xiàn)控制“死角”現(xiàn)象；2）該技術(shù)安裝布線較方便，但電力線上的電器容易對(duì)其造成干擾，并且材料比較貴，其主要被用于光環(huán)境控制及多媒體信號(hào)傳輸?shù)确矫妗Ｍㄟ^(guò)對(duì)上述兩種常用技術(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，其都有各自的優(yōu)勢(shì)與不足之處，只有根據(jù)使用環(huán)境、內(nèi)容選取合適的技術(shù)，才能最大限度發(fā)揮技術(shù)的優(yōu)勢(shì)[2]。
同時(shí)，也能將不同技術(shù)進(jìn)行交叉應(yīng)用，通過(guò)先進(jìn)的電力載波技術(shù)與無(wú)線技術(shù)，這兩者之間可以起到相互協(xié)調(diào)作用。對(duì)于無(wú)線技術(shù)存在的缺陷通過(guò)電力載波技術(shù)來(lái)彌補(bǔ)，運(yùn)用在智能安防、多媒體中心及無(wú)線網(wǎng)關(guān)控制等，對(duì)智能家居系統(tǒng)通過(guò)總控制平臺(tái)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)籌、協(xié)調(diào)工作。
3關(guān)于智能家居的技術(shù)應(yīng)用
智能家居管理系統(tǒng)能夠?yàn)樽艚⑵鹨粋€(gè)全新的家庭日程事務(wù)管理和住宅設(shè)施。其主要技術(shù)應(yīng)用如下所述。
3.1智能安防控制技術(shù)
智能安防控制系統(tǒng)主要包括四大組成部分，即：一是報(bào)警系統(tǒng)；二是安防監(jiān)測(cè)器；三是監(jiān)控錄；四是可視對(duì)講。在住宅發(fā)生警情的情況下報(bào)警系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，并且能夠?qū)?bào)警信息自動(dòng)傳送給該小區(qū)物業(yè)，并且業(yè)主能夠收到家居中短信報(bào)警系統(tǒng)及電話系統(tǒng)所傳送的報(bào)警信息。此外，可視對(duì)講不僅能夠?qū)?lái)訪者進(jìn)行清晰識(shí)別，還能夠?qū)崿F(xiàn)業(yè)主與來(lái)房者進(jìn)行對(duì)話，并通過(guò)遙控為來(lái)訪者開(kāi)門。
3.2智能家電控制技術(shù)
用戶對(duì)電視、空調(diào)、電動(dòng)窗簾、熱水器及飲水機(jī)等家居設(shè)施通過(guò)電腦、電話及遙控等高科技設(shè)備就能夠?qū)崿F(xiàn)智能控制。用戶可以根據(jù)自身的實(shí)際需求，對(duì)家電控制點(diǎn)進(jìn)行自由添加和配置。應(yīng)用智能家電控制技術(shù)，不僅有效節(jié)約了資源，還為用戶提供了方便。
3.3智能燈光控制技術(shù)
傳統(tǒng)的光燈控制開(kāi)關(guān)如今已發(fā)展成為智能開(kāi)關(guān)，使燈光能夠通過(guò)感應(yīng)進(jìn)行控制。與此同時(shí)，對(duì)于燈光開(kāi)關(guān)場(chǎng)景還可以通過(guò)環(huán)境氛圍預(yù)先進(jìn)行設(shè)計(jì)。該技術(shù)與現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的步伐相吻合，由此在設(shè)計(jì)理念上更加突顯了以人為本的方針，在燈光設(shè)計(jì)中能根據(jù)不同的場(chǎng)景進(jìn)行相應(yīng)配備，如浪漫晚宴燈光、朋友聚會(huì)場(chǎng)景燈光、家庭影院放映燈光等[3]。同時(shí)，燈光模式會(huì)在用戶外出的情況下自動(dòng)調(diào)整，并且還會(huì)根據(jù)不同時(shí)段、外界光線進(jìn)行調(diào)整。
3.4智能影音控制技術(shù)
通過(guò)安裝智能影間控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)DVD、有線電視及衛(wèi)生電視等家居影音設(shè)備進(jìn)行預(yù)設(shè)控制、前進(jìn)與后退控制、音量控制及頻道控制等全方位控制，并且在控制過(guò)程中不會(huì)受到時(shí)間的限制[4]。
總之，隨著現(xiàn)代科技逐漸進(jìn)入現(xiàn)代家居設(shè)計(jì)領(lǐng)域，這必將促使智能家居系統(tǒng)在現(xiàn)代科技的推動(dòng)下將進(jìn)入快速發(fā)展階段，大量實(shí)用性的智能家居投放市場(chǎng)，在滿足了消費(fèi)者的實(shí)際需求的同時(shí)，也使得我國(guó)的智能家居逐步形成規(guī)模性的新興產(chǎn)業(yè)。隨著時(shí)代潮流的發(fā)展，智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)企業(yè)面對(duì)市場(chǎng)需求積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，隨著設(shè)計(jì)工作進(jìn)入到標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展階段，這為我國(guó)的智能家居提供了一個(gè)重要的發(fā)展基礎(chǔ)，在強(qiáng)大的市場(chǎng)需求下，我國(guó)的智能家居將擁有廣闊的市場(chǎng)前景。
參考文獻(xiàn)
[1]高明明，林森.基于GSM短信的智能家居控制系統(tǒng)的研究[J].微計(jì)算機(jī)信息，2010（12）：6-7.
一、概述
隨著科技的發(fā)展，智能家居的日漸興起給人們的家居生活帶來(lái)了全新的感受，家居智能已成為一種趨勢(shì)。智能家居中各種與信息相關(guān)的通訊設(shè)備、家用電器和家庭保安裝置，通過(guò)家庭總線技術(shù)連接到一個(gè)家庭智能化系統(tǒng)上進(jìn)行集中的或異地的監(jiān)視、控制和家庭事務(wù)性管理，并保持這些家庭設(shè)施與住宅環(huán)境的和諧與協(xié)調(diào)。這些功能都是通過(guò)智能家居系統(tǒng)中的家庭網(wǎng)絡(luò)控制器未實(shí)現(xiàn)的，家庭網(wǎng)絡(luò)控制器具有家庭總線系統(tǒng)、通過(guò)家庭總線系統(tǒng)提供各種服務(wù)功能、并和住宅以外的外部世界相通連?？梢赃@樣說(shuō)，智能家居系統(tǒng)是智能住宅的核心。由此可見(jiàn)，智能家居系統(tǒng)在智能住宅中的重要地位。
智能家居系統(tǒng)控制方式的解決方案分為有線方式和無(wú)線方式。由于多數(shù)智能家居系統(tǒng)的布線工程比較費(fèi)事，所以在一些新的智能家居商家所研發(fā)的系統(tǒng)，就立足解決這個(gè)難題。目前這一問(wèn)題雖然沒(méi)有得到完全、徹底地解決，有難以滿足視頻和音頻信號(hào)的傳輸，保密性差，接入設(shè)備昂貴等缺點(diǎn)。但隨著4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟，將會(huì)得到更好的應(yīng)用和發(fā)展。所以就算價(jià)格就相對(duì)高一些，有的進(jìn)口系統(tǒng)價(jià)位甚至高達(dá)10萬(wàn)元以上，還有部分系統(tǒng)采用的藍(lán)牙技術(shù)，其產(chǎn)品也更為昂貴。即便如此，無(wú)線方式解決了布線的難題，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)步，已能基本滿足視頻和音頻信號(hào)的傳輸。本文以2.4G射頻技術(shù)為基礎(chǔ)介紹一種性價(jià)比較高的智能家居控制系統(tǒng)。
二、智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
1.系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及工作原理
智能家居系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)主要包括了網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、系統(tǒng)硬件和系統(tǒng)軟件三個(gè)主要的部分。智能家居系統(tǒng)由主機(jī)、從機(jī)、接口設(shè)備及各家電設(shè)備組成，主從機(jī)都有一個(gè)無(wú)線收發(fā)芯片，通過(guò)主從機(jī)間無(wú)線數(shù)據(jù)的收發(fā)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)小型的無(wú)線智能網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議我們參考OSI模型，結(jié)合nRF24L01芯片的特性，以采用模塊化、通用性設(shè)備為原則設(shè)計(jì)硬件電路，采用集中控制技術(shù)的控制方式，通過(guò)一個(gè)以單片機(jī)為核心的系統(tǒng)主機(jī)來(lái)構(gòu)建，中心處理單元（CPU）負(fù)責(zé)系統(tǒng)的信號(hào)處理。同時(shí)把系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行硬件功能劃分，統(tǒng)一設(shè)計(jì)、統(tǒng)一接口，各硬件模塊具有雙向通信能力，以及互操作性和互換性，其控制部件都可以編程，增加了模塊的通用性和實(shí)用性，為系統(tǒng)升級(jí)和維護(hù)提供有力的保障。
硬件收發(fā)模塊采用一種新型單片射頻收發(fā)器件nRF24L01，定義了物理無(wú)線信道和MAC子層之間的接口，提供物理層數(shù)據(jù)服務(wù)和物理層管理服務(wù)。nRF24L01是NORDIC公司生產(chǎn)的2.4GHz單片射頻收發(fā)芯片,內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等功能模塊，采用FSK調(diào)制,內(nèi)嵌NORDIC公司的增強(qiáng)型Enhanced Shock Burst技術(shù)，內(nèi)置鏈路層，可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或是1對(duì)6無(wú)線通信。其中輸出功率和通信頻道可通過(guò)程序進(jìn)行配置，有125個(gè)可選工作頻道，頻道切換時(shí)間短，可用于跳頻，通過(guò)跳頻可以減少干擾。首先MCU通過(guò)串口對(duì)nRF24L01進(jìn)行信道參數(shù)配置，nRF24L01執(zhí)行配置任務(wù)，主機(jī)執(zhí)行發(fā)送數(shù)據(jù)包指令，通過(guò)空中接口完成數(shù)據(jù)信息包的發(fā)送與接收；從機(jī)接收數(shù)據(jù)信息，由從MCU執(zhí)行任務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)控制家電的目的。圖l為系統(tǒng)總體框圖。
圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖
2.主要硬件電路設(shè)計(jì)
(1)控制中心電路
控制中心節(jié)點(diǎn)在2.4G網(wǎng)絡(luò)中充當(dāng)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的角色，主要負(fù)責(zé)2.4G網(wǎng)絡(luò)的建立，節(jié)點(diǎn)的管理等任務(wù)。在本系統(tǒng)中，控制中心節(jié)點(diǎn)需要對(duì)接受的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并通過(guò)鍵盤輸入和液晶顯示，以及通過(guò)RS-232串口與PC機(jī)連接通信。
3.串口通信單元設(shè)計(jì)
STC12C5A60S2增強(qiáng)型51芯片有一組串行口接口。本設(shè)計(jì)采用RS-232的9針D型連接器，在最簡(jiǎn)單的串行通信中，只需3根通信線連接：TXD串行數(shù)據(jù)發(fā)送，RXD串行數(shù)據(jù)接收以及GND信號(hào)地線。
4.無(wú)線收發(fā)模塊
根據(jù)硬件設(shè)計(jì)要求各個(gè)因素，在基于2.4G無(wú)線傳輸控制網(wǎng)絡(luò)智能家居設(shè)計(jì)中，采用了工作在2.4GHz頻段的射頻片nRF2401。單片射頻收發(fā)芯片nRF2401工作于2.4～2.5GHz ISM頻段，芯片內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器等功能模塊，輸出功率和通信頻道可通過(guò)程序進(jìn)行配置。芯片能耗非常低，以-5dBm的功率發(fā)射時(shí)，工作電流只有10.5mA，接收時(shí)工作電流只有18mA，多種低功率工作模式，節(jié)能設(shè)計(jì)更方便。其DuoCeiverTM技術(shù)使nRF2401可以使用同一天線，同時(shí)接收兩個(gè)不同頻道的數(shù)據(jù)。
5.傳感器電路設(shè)計(jì)
控制中心節(jié)點(diǎn)通過(guò)nRF24L01無(wú)線模塊，接收各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)所發(fā)送過(guò)來(lái)的信息，并通過(guò)串口模塊，把信息發(fā)送到上位機(jī)，在上位機(jī)的軟件界面上直觀地把各種數(shù)據(jù)呈現(xiàn)給使用者。傳感器節(jié)點(diǎn)硬件主要由電源模塊、時(shí)鐘模塊、無(wú)線模塊、傳感器模塊組成。
三、結(jié)語(yǔ)
本文的智能家居系統(tǒng)利用無(wú)線網(wǎng)路芯片nRF24L01傳輸數(shù)據(jù)，硬件電路簡(jiǎn)單以增強(qiáng)型STC芯片作為系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)控制器，極大地提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。本系統(tǒng)使用方便,成本較低，超低功耗，集開(kāi)放性、交互性、協(xié)作性、通用性、便攜性等特點(diǎn)，使用穩(wěn)定可靠，效率高，有良好的擴(kuò)展性。
參考文獻(xiàn)：
[1]詹寶容，庾錫昌.無(wú)線智能家居網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].無(wú)線通信技術(shù)，2010(4):41-44
1.別墅智能化的發(fā)展現(xiàn)狀和必要性
家庭智能化的出現(xiàn)已經(jīng)有了將近20年的歷史，最早從比爾·蓋茨的豪宅開(kāi)始，如今，那個(gè)高度科技化就如幻想故事片般，神奇的令人向往的智能生活已經(jīng)開(kāi)始逐步走入了一些在觀念上同步于世界潮流，在生活上引領(lǐng)世界潮流的高品位時(shí)尚人士。
別墅通過(guò)智能化建設(shè)，以家庭綜合布線為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)為橋梁，全面實(shí)現(xiàn)了家庭智能化生活。為了美化生活環(huán)境，同時(shí)為了清除消防隱患，保障家人的安全，有必要運(yùn)用現(xiàn)代化的高科技手段，加強(qiáng)住宅區(qū)的基礎(chǔ)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)住宅區(qū)的信息自動(dòng)化。
家居智能設(shè)計(jì)長(zhǎng)久以來(lái)一直堅(jiān)持的原則：健康性、安全性、舒適性、時(shí)尚性！
2.別墅智能家居設(shè)計(jì)帶來(lái)的具體優(yōu)勢(shì)
2.1安全：人身安全——安防系統(tǒng)；用電安全——強(qiáng)弱電分離。
智能化系統(tǒng)與安防實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，給物業(yè)管理提供集中式管理的便利，提高緊急事故的快速處理能力，這將大大提高別墅的安防水平。（如，家里發(fā)生緊急安防事故時(shí)，能自動(dòng)電話報(bào)警。）
2.2健康：飲水健康、自然清新空氣、用眼健康。
在我們的日常生活中，空調(diào)循環(huán)的基本上是室內(nèi)空氣，晚上就寢臥室的空氣、車庫(kù)的空氣等密封空間的空氣，其實(shí)非?；鞚帷６以趺床拍茏屝l(wèi)生間在每次進(jìn)入時(shí)均保持自然清新空氣？智能控制系統(tǒng)讓排風(fēng)扇對(duì)室內(nèi)的污濁空氣進(jìn)行定時(shí)更新，時(shí)刻保持室內(nèi)清新。
系統(tǒng)還可以對(duì)飲水機(jī)進(jìn)行定時(shí)控制，避免水進(jìn)行反復(fù)加熱，使得飲水更健康。
我們?cè)诳磿鴷r(shí)需要明亮照明，看電視電影時(shí)需要柔和的照明，讓燈光在需要的時(shí)候自動(dòng)改變亮度，減少眼睛的疲勞，保護(hù)視力。這一切，在智能控制系統(tǒng)的控制下將不再是天方夜談。
2.3舒適：所有電器、照明，無(wú)論身處何處，均可一鍵控制。
進(jìn)行智能化設(shè)計(jì)后，您可以采用遙控器、電話、手機(jī)、電腦等多種操作模式對(duì)家里的燈光、飲水機(jī)以及電飯煲等家用電器進(jìn)行控制，這將為您的日常生活提供很大的方便。忘記帶鑰匙，也無(wú)須擔(dān)憂；老人小孩在家，盡可放心；客人來(lái)訪，也無(wú)須起身開(kāi)門，充分享受到高科技帶給您的一份寧?kù)o與舒心。
2.4節(jié)能：減少不必要的電能損耗。
智能燈光控制系統(tǒng)下，自然合理的分配燈光照明，減少不必要的照明電能損耗。還可以根據(jù)外界光的強(qiáng)度值設(shè)定時(shí)段，自動(dòng)調(diào)節(jié)燈光亮度。它還能夠在我們不需要使用的時(shí)候自動(dòng)切斷電器電源，減少電器不必要的靜態(tài)能耗。這樣既符合您舒適的感覺(jué)，又能起到節(jié)能的作用。
2.5先進(jìn)的技術(shù)，未來(lái)三十年均不需要重新投資，一次投入，長(zhǎng)久享用。
結(jié)合了EIB集中控制技術(shù)與傳統(tǒng)智能家居產(chǎn)品的智能控制技術(shù)。它是將兩種技術(shù)進(jìn)行完美的結(jié)合，并針對(duì)兩者的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行技術(shù)突破和改造，達(dá)到和諧統(tǒng)一的集中控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)上主要產(chǎn)品可根據(jù)不同需要，進(jìn)行不同的組合和功能擴(kuò)展槽的串接，不需經(jīng)過(guò)重新布線便能通過(guò)簡(jiǎn)單的多元化升級(jí)，以達(dá)到功能拓展的目的。與傳統(tǒng)的安裝方式相比，可達(dá)到一次安裝30年受益的效果。
3.別墅智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的具體解決方案
智能家居控制系統(tǒng)可提供智能家電控制、智能照明控制、環(huán)境控制以及安防控制等多種控制方式和手段。只需要經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的設(shè)置，就可以實(shí)現(xiàn)遙控、場(chǎng)景控制、遠(yuǎn)程控制、家居安防等各項(xiàng)功能。根據(jù)不同客戶的具體情況，設(shè)計(jì)不同的智能家居控制系統(tǒng)，為傾心打造一個(gè)安全舒適高檔的居住空間而努力。
3.1聰明聽(tīng)話——智能家電控制系統(tǒng)
家電是我們?nèi)粘Ｉ钪械闹匾M成部分，對(duì)這些家電設(shè)備進(jìn)行智能控制后，將會(huì)為您帶來(lái)更加完美和諧的生活。比如：上班途中，突然想起忘了關(guān)家里的燈或電器，打個(gè)電話就可以把家里想要關(guān)的燈和電器全部關(guān)掉：冬天下班，打個(gè)電話把家里的熱水器先預(yù)熱，等回到家，馬上就可以洗個(gè)熱水澡，夏天下班，可以提前打開(kāi)家中的中央空調(diào)，回到家里便能立刻享受清涼。也可以讓新風(fēng)換氣系統(tǒng)、電飯煲、飲水機(jī)等等家電提前開(kāi)始工作……，還可以在您跨入庭院的一剎那，您的庭院自動(dòng)澆花系統(tǒng)、噴泉系統(tǒng)、庭院景觀燈光系統(tǒng)等自動(dòng)打開(kāi)……
3.2流光溢彩——智能照明控制系統(tǒng)
智能照明控制系統(tǒng)貫穿著別墅的每一個(gè)地方，房間、過(guò)道的燈光都可以通過(guò)智能開(kāi)關(guān)與智能控制主機(jī)相連接。您可以在別墅內(nèi)任一個(gè)房間內(nèi)控制所有燈光開(kāi)關(guān)，免除勞苦地來(lái)回走動(dòng)。同時(shí)，可以通過(guò)設(shè)置場(chǎng)景記憶模式來(lái)控制燈光開(kāi)關(guān)、亮度等，隨心所欲地控制客廳、餐廳、書房、過(guò)道的燈光照亮模式，同時(shí)燈光還可以與其它設(shè)備（如幕布、窗簾、電視／音響等）配合組合成復(fù)雜的場(chǎng)景。如 會(huì)客、讀書、聽(tīng)音樂(lè)、晚餐模式、影院模式等等百變場(chǎng)景。
3.3健康環(huán)?！h(huán)境控制
（1）環(huán)保節(jié)能系統(tǒng)
在不需要使用電器的時(shí)候自動(dòng)切斷電器電源，減少電器不必要的靜態(tài)能耗，并能減少人為遺忘切斷電器的電能損耗。還可以根據(jù)外界光的強(qiáng)度值設(shè)定時(shí)段，自動(dòng)調(diào)節(jié)燈光亮度，自然合理的分配燈光照明，減少不必要的照明電能損耗。這樣既符合住戶舒適的感覺(jué)，又能起到節(jié)能的作用。
（2）窗簾控制系統(tǒng)
清晨，也許不再需要那片刻間令人煩躁的鬧鐘將你吵醒，而靠的窗外的鳥(niǎo)語(yǔ)花香和柔和的自然陽(yáng)光讓您從睡夢(mèng)中自然醒來(lái)。窗簾控制系統(tǒng)總是會(huì)最恰合時(shí)宜的開(kāi)啟窗簾，讓室外清晨的花香飄入，讓您懶洋洋的沐浴陽(yáng)光。
配合燈光的場(chǎng)景，窗簾的自動(dòng)開(kāi)合，有時(shí)也能釀造出另一份浪漫的氣氛。只需輕點(diǎn)遙控，它便能為您的隱私起到第一層保護(hù)。
（3）空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)
酷暑炙熱的夏天驅(qū)車回家，當(dāng)您停車入庫(kù)后，車庫(kù)內(nèi)換氣系統(tǒng)可以通過(guò)（遙控）手動(dòng)或自動(dòng)定時(shí)控制將汽車的尾氣和汽油的味道清除干凈。等到次日清晨，自動(dòng)定時(shí)的換氣系統(tǒng)會(huì)將室外清晨空氣中花香的味道注入車庫(kù)，讓你在享受晨曦的味道的時(shí)候，絲毫感覺(jué)不到汽車尾氣的異味給您帶來(lái)的不悅。
（4）自動(dòng)澆花、給排水系統(tǒng)
別墅的陽(yáng)臺(tái)上種植了一些植物和花木，澆水也是可以進(jìn)行智能化管理的，用遙控器就能直接啟動(dòng)澆花的電磁閥門。自動(dòng)澆花系統(tǒng)的定時(shí)功能，讓您完全不用擔(dān)心因?yàn)楣ぷ鞯拿β刀浟四愕幕ú輰氊?。同時(shí)，系統(tǒng)還可以對(duì)游泳池的給排水進(jìn)行控制，定時(shí)自動(dòng)的對(duì)游泳池內(nèi)的水進(jìn)行更換，時(shí)刻保持水質(zhì)的優(yōu)良。
3.4隱形衛(wèi)士——安防系統(tǒng)
（1）指紋鎖
別墅門口裝設(shè)指紋門鎖，在您和家人非授權(quán)的前提下，任何人都無(wú)法隨意進(jìn)出您的家庭。
（2）門磁、紅外探測(cè)器
事先設(shè)置好防區(qū)，即可把整個(gè)別墅的安全置于無(wú)線安防報(bào)警系統(tǒng)之中。如果門窗被非法打開(kāi)，立即通過(guò)無(wú)線警號(hào)現(xiàn)場(chǎng)聲光報(bào)警并按預(yù)先設(shè)置好的報(bào)警電話號(hào)碼發(fā)送警訊給主人，并上傳警訊到報(bào)警中心。
（3）煙感探測(cè)器
該探頭為消防安防裝置，若房中因火災(zāi)發(fā)生的煙霧濃度達(dá)到一定系數(shù)時(shí)，便立即報(bào)警，并通過(guò)智能控制主機(jī)發(fā)送警訊給管理處和主人，并立即啟動(dòng)火災(zāi)滅火系統(tǒng)來(lái)處置險(xiǎn)情。
（4）燃?xì)馓綔y(cè)器
l引言
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)水平的提高，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)的迅猛發(fā)展與提高，促使了家庭實(shí)現(xiàn)了生活現(xiàn)代化，居住環(huán)境舒適化、安全化。這些高科技已經(jīng)影響到人們生活的方方面面，改變了人們生活習(xí)慣，提高了人們生活質(zhì)量，家居智能化也正是在這種形勢(shì)下應(yīng)運(yùn)而生的。
2智能家居控制系統(tǒng)概述
智能家庭控制系統(tǒng)是以HFC、以太網(wǎng)、現(xiàn)場(chǎng)總線、公共電話網(wǎng)、無(wú)線網(wǎng)的傳輸網(wǎng)絡(luò)為物理平臺(tái)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為技術(shù)平臺(tái)，現(xiàn)場(chǎng)總線為應(yīng)用操作平臺(tái)，構(gòu)成一個(gè)完整的集家庭通信、家庭設(shè)備自動(dòng)控制、家庭安全防范等功能的控制系統(tǒng)。
智能家居控制系統(tǒng)的總體目標(biāo)是通過(guò)采用計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)和集成技術(shù)建立一個(gè)由家庭到小區(qū)乃至整個(gè)城市的綜合信息服務(wù)和管理系統(tǒng)，以此來(lái)提高住宅高新技術(shù)的含量和居民居住環(huán)境水平。
系統(tǒng)通常由系統(tǒng)服務(wù)器、家庭控制器(各種模塊)、各種路由器、電纜調(diào)制解調(diào)器頭端設(shè)備CMTS、交換機(jī)、通訊器、控制器、無(wú)線收發(fā)器、各種探測(cè)器、各種傳感器、各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)、打印機(jī)等主要部分組成。
3智能家居控制系統(tǒng)功能
智能家庭控制系統(tǒng)的主要功能包括家庭通信、家庭設(shè)備自動(dòng)控制、家庭安全防范三個(gè)方面。
3．1家庭通信
家庭通信可采用電話線路、計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)、CATV線路、無(wú)線局域網(wǎng)等方式。
(1)電話線路
通過(guò)電話線路實(shí)現(xiàn)雙向傳輸語(yǔ)音信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)。
(2)計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)
通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)信息交互、綜合信息查詢、網(wǎng)上教育、醫(yī)療保健、電子郵件、電子購(gòu)物等。
(3)CATV線路
通過(guò)CATV線路實(shí)現(xiàn)VOD點(diǎn)播和多媒體通信。
(4)無(wú)線局域網(wǎng)
通過(guò)無(wú)線收發(fā)器、天線、各種無(wú)線終端，實(shí)現(xiàn)雙向傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)。
3．2家庭設(shè)備自動(dòng)監(jiān)控
家庭設(shè)備自動(dòng)監(jiān)控包括電器設(shè)備的集中、遙控、遠(yuǎn)距離異地(通過(guò)電話或Internet)的監(jiān)視、控制及數(shù)據(jù)采集。
(1)家用電器的監(jiān)視和控制
按照預(yù)先所設(shè)定程序的要求對(duì)熱水器、微波爐、視像音響等家用電器進(jìn)行監(jiān)視和控制。
(2)熱能表、燃?xì)獗?、水表、電度表的?shù)據(jù)采集、計(jì)量和傳送根據(jù)小區(qū)物業(yè)管理的要求所設(shè)置數(shù)據(jù)采集程序，通過(guò)傳感器對(duì)熱能表、燃?xì)獗怼⑺?、電度表的用量進(jìn)行自動(dòng)數(shù)據(jù)采集、計(jì)量，并將采集結(jié)果遠(yuǎn)程傳送給小區(qū)物業(yè)管理系統(tǒng)。
(3)空調(diào)機(jī)的監(jiān)視、調(diào)節(jié)和控制
按照預(yù)先所設(shè)定的程序，根據(jù)時(shí)間、溫度、濕度等參數(shù)對(duì)空調(diào)機(jī)進(jìn)行監(jiān)視、調(diào)節(jié)和控制。
(4)照明設(shè)備的監(jiān)視、調(diào)節(jié)和控制按照預(yù)先設(shè)定的時(shí)間程序，分別對(duì)各個(gè)房間照明設(shè)備的開(kāi)、關(guān)進(jìn)行控制，并可自動(dòng)調(diào)節(jié)各個(gè)房間的照度。
(5)窗簾的控制
按照預(yù)先設(shè)定的時(shí)間程序，對(duì)窗簾的開(kāi)啟／關(guān)閉進(jìn)行控制。
3．3家庭安全防范
家庭安全防范主要包括多火災(zāi)報(bào)警、可燃?xì)怏w泄漏報(bào)警、防盜報(bào)警、緊急求救、多防區(qū)的設(shè)置、訪客對(duì)講等。家庭控制器內(nèi)按等級(jí)預(yù)先設(shè)置若干個(gè)報(bào)警電話號(hào)碼(如家人單位電話號(hào)碼、手機(jī)電話號(hào)碼、尋呼機(jī)電話號(hào)碼和小區(qū)物業(yè)管理安全保衛(wèi)部門電話號(hào)碼等)，在有報(bào)警發(fā)生時(shí)，按等級(jí)的次序依次不停地?fù)芡ㄉ鲜鲭娫掃M(jìn)行報(bào)警(可報(bào)出家中是哪個(gè)系統(tǒng)報(bào)警了)。同時(shí)，各種報(bào)警信號(hào)通過(guò)控制網(wǎng)絡(luò)傳送至小區(qū)物業(yè)管理中心，并可與其它功能模塊實(shí)現(xiàn)可編程的聯(lián)動(dòng)(如可燃?xì)怏w泄漏報(bào)警后，聯(lián)動(dòng)關(guān)閉燃?xì)夤艿郎系碾姶砰y)。
(1)防火災(zāi)發(fā)生
通過(guò)設(shè)置在廚房的感溫探測(cè)器和設(shè)置在客廳、臥室等的感煙探測(cè)器，監(jiān)視各個(gè)房間內(nèi)有無(wú)火災(zāi)的發(fā)生。如有火災(zāi)發(fā)生家庭控制器發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，通知家人及小區(qū)物業(yè)管理部門。家庭控制器還可以根據(jù)有人在家或無(wú)人在家的情況，自動(dòng)調(diào)節(jié)感溫探測(cè)器和感煙探測(cè)器的靈敏度。
(2)防可燃?xì)怏w泄漏
通過(guò)設(shè)置在廚房的可燃?xì)怏w探測(cè)器，監(jiān)視燃?xì)夤艿?、灶具有無(wú)燃?xì)庑孤?。如有燃?xì)庑孤┘彝タ刂破靼l(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，并聯(lián)動(dòng)關(guān)閉燃?xì)夤艿郎系碾姶砰y，同時(shí)通知家人及小區(qū)物業(yè)管理部門。
(3)防盜報(bào)警
防盜報(bào)警的防護(hù)區(qū)域分成兩部分，即住宅周界防護(hù)和住宅內(nèi)區(qū)域防護(hù)。住宅周界防護(hù)是指在住宅的門、窗上安裝門磁開(kāi)關(guān)，在對(duì)外的玻璃窗、門附近安裝玻璃破碎探測(cè)器；住宅內(nèi)區(qū)域防護(hù)是指在主要通道、重要的房間內(nèi)安裝被動(dòng)紅外探測(cè)器或被動(dòng)紅外／微波雙技術(shù)探測(cè)器。當(dāng)家中有人時(shí)，住宅周界防護(hù)的防盜報(bào)警設(shè)備(門磁開(kāi)關(guān)、玻璃破碎探測(cè)器)設(shè)防，住宅內(nèi)區(qū)域防護(hù)的防盜報(bào)警設(shè)備(紅外探測(cè)器或被動(dòng)紅外／微波雙技術(shù)探測(cè)器)撤防。當(dāng)家人出門后，住宅周界防護(hù)的防盜報(bào)警設(shè)備(門磁開(kāi)關(guān)、玻璃破碎探測(cè)器)和住宅內(nèi)區(qū)域防護(hù)的防盜報(bào)警設(shè)備(被動(dòng)紅外探測(cè)器或被動(dòng)紅外／微波雙技術(shù)探測(cè)器)均設(shè)防。當(dāng)有非法侵入時(shí)，家庭控制器發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，并通知家人及小區(qū)物業(yè)管理部門。另外，通過(guò)程序可設(shè)定報(bào)警裝置的等級(jí)和報(bào)警器的靈敏度。
(4)訪客對(duì)講
住宅的主人通過(guò)訪客對(duì)講設(shè)備與來(lái)訪者進(jìn)行雙向通話或可視通話，確認(rèn)是否允許來(lái)訪者進(jìn)人。住宅的主人利用訪客對(duì)講設(shè)備，可以對(duì)大樓入口門或單元門的門鎖進(jìn)行開(kāi)啟和關(guān)閉控制。
(5)緊急求救
當(dāng)遇到意外情況(如疾病或有人非法侵入)發(fā)生時(shí)，按動(dòng)報(bào)警按鈕向小區(qū)物業(yè)管理部門進(jìn)行緊急求救報(bào)警。緊急求救信號(hào)在網(wǎng)絡(luò)傳輸中具有最高的優(yōu)先級(jí)別，由于是人在緊急情況下的求救信號(hào)，其誤報(bào)的可能性很小
4智能家居控制系統(tǒng)類型
4．1系統(tǒng)類型
智能家庭控制系統(tǒng)可分成采用公共電話網(wǎng)的智能家庭控制系統(tǒng)、HFC的智能家庭控制系統(tǒng)、以太網(wǎng)的智能家庭控制系統(tǒng)、LonWorks的智能家庭控制系統(tǒng)、KS485的智能家庭控制系統(tǒng)、無(wú)線網(wǎng)的智能家庭控制系統(tǒng)等類型。
4．2基本特點(diǎn)、功能、適用范圍
(1)采用公共電話網(wǎng)的智能家庭控制系統(tǒng)采用公共電話網(wǎng)的智能家庭控制系統(tǒng)圖參見(jiàn)國(guó)家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)<智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)施工圖集》03X602第14頁(yè)。
·基本特點(diǎn)：家庭智能控制器內(nèi)配置了與電話線連接的收發(fā)器，利用電話網(wǎng)絡(luò)作為信息傳輸網(wǎng)。該系統(tǒng)不僅在功能上能完全滿足要求，而且大大地簡(jiǎn)化了布線，可以節(jié)省布線的投資。
·系統(tǒng)組成：系統(tǒng)由系統(tǒng)服務(wù)器、家庭控制器(內(nèi)置了與電話線連接的收發(fā)器)、路由器、收發(fā)器、各種探測(cè)器、各種傳感器、各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)、打印機(jī)等組成。
·系統(tǒng)功能：實(shí)現(xiàn)家庭通信、家庭設(shè)備自動(dòng)控制、家庭安全防范。
·適用范圍：該系統(tǒng)適用于新建、擴(kuò)建的智能化住宅(小區(qū))工程，且特別適用于改造的智能化住宅(小區(qū))工程，利用原有的電話線就可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信號(hào)的共網(wǎng)傳輸。
(2)采用HFC的智能家庭控制系統(tǒng)
采用HFC的智能家庭控制系統(tǒng)圖參見(jiàn)國(guó)家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)<智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)施工圖集》03X602第15頁(yè)。
·基本特點(diǎn)：家庭智能控制器內(nèi)配置了CableModem，利用有線電視的HFC網(wǎng)絡(luò)作為信息傳輸網(wǎng)。該系統(tǒng)不僅在功能上能完全滿足要求，而且大大地簡(jiǎn)化了布線，可以節(jié)省布線的投資。
HFC網(wǎng)絡(luò)采用共享方式，其共享帶寬為36Mbps。當(dāng)上網(wǎng)人數(shù)較多時(shí)，上網(wǎng)的速度會(huì)變慢。由于CableModem設(shè)備費(fèi)用較高，用戶網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)通費(fèi)用高。
·系統(tǒng)組成：系統(tǒng)由系統(tǒng)服務(wù)器、家庭控制器(內(nèi)置了CableModem)、路由器、電纜調(diào)制解調(diào)器頭端設(shè)備CMTS、有線電視傳輸網(wǎng)絡(luò)、各種探測(cè)器、各種傳感器、各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)、打印機(jī)等組成o
·系統(tǒng)功能：實(shí)現(xiàn)家庭通信、家庭設(shè)備自動(dòng)控制、家庭安全防范。
·適用范圍：該系統(tǒng)適用于新建、擴(kuò)建的智能化住宅(小區(qū))工程，且特別適用于改造的智能化住宅(小區(qū))工程，僅將原有的有線電視HFC網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行雙向改造，就可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和圖像信號(hào)的共網(wǎng)傳輸。
(3)采用以太網(wǎng)的智能家庭控制系統(tǒng)
采用以太網(wǎng)的智能家庭控制系統(tǒng)圖參見(jiàn)國(guó)家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)<智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)施工圖集》03X602第16、17頁(yè)。
·基本特點(diǎn)：家庭智能控制器內(nèi)配置了以太網(wǎng)網(wǎng)卡，利用以太網(wǎng)作為信息傳輸網(wǎng)。以太網(wǎng)同時(shí)支持住戶計(jì)算機(jī)和智能家庭控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅在功能上能完全滿足要求，而且大大地簡(jiǎn)化了布線，可以節(jié)省布線的投資。
以太網(wǎng)傳輸速率較高，傳輸速率有10Mbps、100Mbps等。根據(jù)傳輸距離的要求，由小區(qū)物業(yè)管理中心至各樓交換機(jī)采用5類以上4對(duì)對(duì)絞線、多模光纜或單模光纜，由交換機(jī)至家庭控制器采用超5類4對(duì)對(duì)絞電纜。
·系統(tǒng)組成：系統(tǒng)由系統(tǒng)服務(wù)器、家庭控制器、路由器、交換機(jī)、各種探測(cè)器、各種傳感器、各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)、打印機(jī)等組成。
·系統(tǒng)功能：實(shí)現(xiàn)家庭通信、家庭設(shè)備自動(dòng)控制、家庭安全防范。
·適用范圍：該系統(tǒng)適用于新建、擴(kuò)建和改造的智能化住宅(小區(qū))工程，用以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和圖像信號(hào)的雙向傳輸。
(4)采用LonWorks的智能家庭控制系統(tǒng)采用LonWorks的智能家庭控制系統(tǒng)圖參見(jiàn)國(guó)家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)《智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)施工圖集如3X602第21、22、23頁(yè)。
·基本特點(diǎn)：采用一個(gè)覆蓋全部ISO／OSI標(biāo)準(zhǔn)七層通信協(xié)議、開(kāi)放性的LonWork總線技術(shù)，一臺(tái)系統(tǒng)服務(wù)器最多可連接127臺(tái)LONWorks路由器，一臺(tái)LonWorks路由器最多可連接63臺(tái)家庭控制器。每臺(tái)家庭控制器為L(zhǎng)onWork一個(gè)通道上的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)包括有神經(jīng)元(NEURON)芯片、振蕩器、電源、一個(gè)通過(guò)媒介通信的收發(fā)器和與監(jiān)控設(shè)備接口的I／O設(shè)備(電路)、存儲(chǔ)器等。
LonWorks直接通信距離可達(dá)2700m(雙絞線、78Kbps)，其通信傳輸速度最大可達(dá)1．25Mbps(此時(shí)有效傳輸距離為130m)。LonWorks路由器至小區(qū)物業(yè)管理中心線路長(zhǎng)度超過(guò)2700m時(shí)，需在總線上加裝中繼器。傳輸線通常采用雙絞線，根據(jù)需要也可采用同軸電纜或電力線。
·系統(tǒng)組成：由系統(tǒng)服務(wù)器、家庭控制器、路由器、LonWorks路由器、交換機(jī)、各種探測(cè)器、各種傳感器、各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)、打印機(jī)等組成。
·系統(tǒng)功能：實(shí)現(xiàn)家庭通信、家庭設(shè)備自動(dòng)控制、家庭安全防范。
·適用范圍：該系統(tǒng)特別適用于新建、擴(kuò)建的智能化住宅(小區(qū))工程。
(5)采用KS485的智能家庭控制系統(tǒng)
采用KS485的智能家庭控制系統(tǒng)圖參見(jiàn)國(guó)家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)<智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)施工圖集>03X602第18、19、20頁(yè)。
·基本特點(diǎn)：KS485串行接口總線為主從式網(wǎng)絡(luò)，它的通信為半雙工、采用雙向單信道連接方式。RS485串行接口總線的傳輸介質(zhì)采用雙絞線，它可以高速地進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，傳輸速度與傳輸距離的技術(shù)指標(biāo)如下：傳輸速率為10Mbit／s時(shí)，最大傳輸距離是12m；傳輸速率為1Mbit／s時(shí)，最大傳輸距離是120m；傳輸速率為100kbit／s時(shí)，最大傳輸距離是1200m。
·系統(tǒng)組成：由系統(tǒng)服務(wù)器、家庭控制器、路由器、通訊器、控制器、各種探測(cè)器、各種傳感器、各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)、打印機(jī)等組成。
·系統(tǒng)功能：實(shí)現(xiàn)家庭通信、家庭設(shè)備自動(dòng)控制、家庭安全防范。
·適用范圍：該系統(tǒng)特別適用于新建、擴(kuò)建的智能化住宅(小區(qū))工程。
(6)采用無(wú)線網(wǎng)的智能家庭控制系統(tǒng)
采用無(wú)線網(wǎng)的智能家庭控制系統(tǒng)圖參見(jiàn)國(guó)家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)<智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)施工圖集>03X602第24、25頁(yè)。
·基本特點(diǎn)：利用無(wú)線作為信息傳輸網(wǎng)，該系統(tǒng)不僅在功能上能完全滿足要求，而且從系統(tǒng)服務(wù)器至家庭控制器、家庭控制器至各種現(xiàn)場(chǎng)末端裝置均采用無(wú)線傳輸方式，小區(qū)、樓內(nèi)、戶內(nèi)無(wú)需布線，施工簡(jiǎn)單，可以節(jié)省施工的投資。
無(wú)線網(wǎng)的工作頻率符合IEEE802．11b標(biāo)準(zhǔn)要求。
·系統(tǒng)組成：由系統(tǒng)服務(wù)器、家庭控制器、無(wú)線收發(fā)器、各種探測(cè)器、各種傳感器、各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)、打印機(jī)等組成。
·系統(tǒng)功能：實(shí)現(xiàn)家庭通信、家庭設(shè)備自動(dòng)控制、家庭安全防范。
·適用范圍：該系統(tǒng)適用于新建、擴(kuò)建的智能化住宅(小區(qū))工程，且特別適用于改造的智能化住宅(小區(qū))工程，不用敷設(shè)線路就可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸。
5系統(tǒng)設(shè)計(jì)及產(chǎn)品選用要點(diǎn)
5．1智能家庭控制系統(tǒng)類型的選用
新建、擴(kuò)建的智能化住宅(小區(qū))工程，宜采用LonWorks的智能家庭控制系統(tǒng)、以太網(wǎng)的智能家庭控制系統(tǒng)或采用RS485的智能家庭控制系統(tǒng)。改造的智能化住宅(小區(qū))工程，宜采用公共電話網(wǎng)的智能家庭控制系統(tǒng)、HFC的智能家庭控制系統(tǒng)或無(wú)線網(wǎng)的智能家庭控制系統(tǒng)。
5．2家庭控制器的選用
家庭控制器的選用主要包括功能、總線技術(shù)及模塊化設(shè)計(jì)、擴(kuò)展功能、可按用戶的基本要求進(jìn)行配置等方面的選用要求。
(1)家庭控制器功能的選用
家庭控制器通常具有以下功能：
·家庭防盜報(bào)警；
·家庭火災(zāi)報(bào)警；
·家庭燃?xì)庑孤秷?bào)警；
·家庭緊急求助；
·遠(yuǎn)程設(shè)防與撤防；
·遠(yuǎn)程報(bào)警；
·訪客對(duì)講；
·家用電器監(jiān)控；
·家用表具數(shù)據(jù)采集及處理；
·空調(diào)機(jī)監(jiān)控；
·接入網(wǎng)接口；
·小區(qū)電子公告；
·信息查詢；
·家用設(shè)備報(bào)修等。
(2)家庭控制器功能的選擇
在工程設(shè)計(jì)中，家庭控制器功能的選擇可參見(jiàn)下表所示。
5．3總線技術(shù)及模塊化設(shè)計(jì)
·家庭控制器要求采用總線技術(shù)，如LonWorks、R5485、BACnet、C^NBlls、CEBus、X一10；
·家庭控制器要求采用模塊化設(shè)計(jì)，以便用戶可以根據(jù)需求選擇不同的模塊完成不同的功能。
5．4擴(kuò)展功能
家庭控制器要有一定的擴(kuò)展功能，考慮能適應(yīng)今后發(fā)展的需要。
5．5可按用戶的基本要求進(jìn)行配置應(yīng)能根據(jù)用戶提出有哪些被控設(shè)備及監(jiān)視控制要求(功能要求)等因素，來(lái)對(duì)家庭控制器組成進(jìn)行配置，包含模塊種類的選擇和各種模塊數(shù)量的選擇。6設(shè)備的安裝
6．1交換機(jī)、路由器、控制器、放大箱、分配箱、電話分線箱
這些設(shè)備均應(yīng)安裝在電氣豎井內(nèi)或公共走道的墻上(內(nèi))。
6．2家庭控制器
暗裝(或明裝)在墻內(nèi)(上)，其底邊距地面1．4m左右。家庭控制器應(yīng)設(shè)置在住戶大門附近(宜距戶門0．5m以內(nèi))，且容易操作(包括設(shè)防與撤防)的地方。
6．3可燃?xì)怏w探測(cè)器
安裝在廚房?jī)?nèi)的燃?xì)夤艿?、灶具附近，?dāng)住戶使用的是天然氣，燃?xì)馓綔y(cè)器吸頂棚安裝在距頂棚300ram以內(nèi)的地方；當(dāng)住戶使用的是液化石油氣，燃?xì)馓綔y(cè)器安裝在距地面300mm以內(nèi)地方。
6．4感溫探測(cè)器設(shè)置在廚房?jī)?nèi)，它吸頂棚安裝。
6．5感煙探測(cè)器設(shè)置在起居室、臥室等房間內(nèi)，它吸頂棚安裝。
6．6緊急按鈕開(kāi)關(guān)
設(shè)置在起居室沙發(fā)和主臥室床頭附近的墻上，及衛(wèi)生間的墻上。緊急按鈕開(kāi)關(guān)暗裝在墻內(nèi)，其底邊距地面0．5m~1．2m。
6，門(窗)磁開(kāi)關(guān)
安裝在門扇和門框內(nèi)或窗扇和窗框內(nèi)。
6．8玻璃破碎探測(cè)器
安裝在窗戶和玻璃門(陽(yáng)臺(tái))附近的墻上或吸頂棚安裝。
6．9被動(dòng)紅外侵入探測(cè)器和被動(dòng)紅外／微波雙技術(shù)探測(cè)器
安裝在住戶的主要通道、重要的房間內(nèi)，它吸頂棚安裝或安裝在頂棚的墻角處。
6．10紅外遙控器
安裝在被控電器設(shè)備正面附近的墻上，距離不能超過(guò)紅外線工作范圍，且與電器設(shè)備之間沒(méi)有遮擋。
7工程設(shè)計(jì)實(shí)例
以二室戶型為例介紹戶內(nèi)的智能家庭控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)采用康居住宅先進(jìn)級(jí)(3A)。采用以太網(wǎng)的家居控制系統(tǒng)，家庭控制器與戶內(nèi)各模塊之間采用R．$485總線，家庭控制器可通過(guò)電話線或計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)接收控制指令、發(fā)出信息，所選用的家庭控制器具有可視訪客對(duì)講功能。家居控制系統(tǒng)圖參見(jiàn)國(guó)家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)<智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)施工圖集>03X602第17頁(yè)，二室戶型家居控制平面圖參見(jiàn)圖1、2所示，家庭控制器與室內(nèi)設(shè)備的連接參見(jiàn)圖3所示。
在起居廳、臥室設(shè)置了感煙探測(cè)器，廚房設(shè)置了感溫探測(cè)器、可燃?xì)怏w探測(cè)器，各房間的窗戶、陽(yáng)臺(tái)推拉門上及附近設(shè)置了門(窗)磁開(kāi)關(guān)和玻璃破碎探測(cè)器，起居廳設(shè)置了被動(dòng)紅外侵入探測(cè)器，起居廳、臥室、衛(wèi)生間設(shè)置了緊急按鈕開(kāi)關(guān)。對(duì)電、水、燃?xì)膺M(jìn)行計(jì)量；可對(duì)餐廳、起居廳、臥室的燈進(jìn)行控制；當(dāng)可燃?xì)怏w探測(cè)器探測(cè)到有燃?xì)庑孤┖?，?lián)動(dòng)控制關(guān)閉燃?xì)夤艿郎想姶砰y、開(kāi)啟排煙風(fēng)機(jī)；當(dāng)有各種探測(cè)器報(bào)警后，聯(lián)動(dòng)警報(bào)發(fā)聲器發(fā)出報(bào)警聲音。
家庭控制器共提供13路輸入：電度表(電度表安裝在照明配電箱內(nèi))、燃?xì)獗?、熱能表、可燃?xì)怏w探測(cè)器、感溫探測(cè)器、感煙探測(cè)器、緊急按鈕開(kāi)關(guān)、被動(dòng)紅外侵入探測(cè)器、玻璃破碎探測(cè)器各1路，水表、門(窗)磁開(kāi)關(guān)各2路。
家庭控制器共提供7路輸出：警報(bào)發(fā)聲器控制1路、燃?xì)夤艿郎想姶砰y控制1路、排煙風(fēng)機(jī)控制1路、照明控制4路。
一、引言
目前，人們?yōu)榧彝ド钪昧吮洹㈦娨?、洗衣機(jī)、熱水器、凈水機(jī)、抽油煙機(jī)、可視電話等自動(dòng)化電器設(shè)備，提升了家庭生活的智能化水平，采用智能家居控制系統(tǒng)可以提高自動(dòng)化管理、控制電器設(shè)備的能力，更好地方便用戶控制家庭設(shè)備，保證家庭設(shè)備的自動(dòng)化、正?；\(yùn)行。
二、智能家居監(jiān)控報(bào)警控制系統(tǒng)硬件功能設(shè)計(jì)
目前，許多家庭購(gòu)置了防盜門窗和智能化家電，同時(shí)安裝了功能完善的火災(zāi)煙霧傳感器，因此可以利用物聯(lián)網(wǎng)將這些自動(dòng)化設(shè)備集成在一起，開(kāi)發(fā)一個(gè)智能家居監(jiān)控報(bào)警控制系統(tǒng)，具體的系統(tǒng)硬件功能包括以下幾個(gè)方面：
2.1設(shè)備信息采集功能
電視機(jī)、冰箱、門窗防盜器、火災(zāi)煙霧器等設(shè)備上安裝了傳感器，利用傳感器可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能，經(jīng)過(guò)電壓轉(zhuǎn)換、信號(hào)放大整形、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換等，將其發(fā)送給單片機(jī)信號(hào)分析處理器。在采集信號(hào)的過(guò)程中，為了保證信號(hào)采集的準(zhǔn)確性，傳感器將外界信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，其中的電信號(hào)包括相關(guān)的數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)，可以直接使用電器隔離可以直接使用電器隔離發(fā)送給單片機(jī)或微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行有效的處理；可以使用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將多路被測(cè)量的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，再經(jīng)過(guò)相關(guān)的單片機(jī)或或微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以實(shí)時(shí)地監(jiān)控相關(guān)信息。
2.2設(shè)備操作控制命令管理功能
設(shè)備信息采集完畢之后，為了保證設(shè)備的正常運(yùn)行，可以根據(jù)單片機(jī)的分析和處理結(jié)果，發(fā)送設(shè)備操作控制命令，比如如果發(fā)現(xiàn)熱水器的溫度高，可以發(fā)送降低溫度的操作命令；如果發(fā)生了火災(zāi)，煙霧報(bào)警器就可以及時(shí)鳴笛或發(fā)送短信，通知居民使用滅火器撲救或通知消防隊(duì)。
三、智能家居監(jiān)控報(bào)警控制系統(tǒng)軟件功能設(shè)計(jì)
智能家居監(jiān)控報(bào)警控制系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的軟件功能包括系統(tǒng)初始化、模擬摘掛機(jī)、控制電器、雙音頻信號(hào)分析處理器、信號(hào)音提示、振鈴檢測(cè)計(jì)數(shù)任務(wù)處理，系統(tǒng)初始化可以完成控制系統(tǒng)接入設(shè)備參數(shù)初始化，以便能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)信息的精準(zhǔn)控制；模擬摘掛機(jī)可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)報(bào)警提示，控制電器可以實(shí)現(xiàn)操作控制命令的生成和發(fā)出，雙音頻信號(hào)分析處理器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)音頻信號(hào)的處理和操作；信號(hào)音提示可以實(shí)現(xiàn)報(bào)警器聲音的輸入輸出；振鈴檢測(cè)計(jì)數(shù)任務(wù)處理可以實(shí)現(xiàn)振鈴的響應(yīng)和處理，利用這些功能可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)、信息處理。
結(jié)束語(yǔ)：智能家居控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)家用電器設(shè)備的遠(yuǎn)程控制、可視化交互、報(bào)警控制，保障了智能家居設(shè)備的安全運(yùn)行、可靠運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)家居生活的便捷化、信息化、共享化和智能化，具有重要的作用和意義。
中圖分類號(hào)：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）02（b）-0032-01
智能家居也叫智能住宅，英文叫 Smart Home。也可以叫做網(wǎng)絡(luò)家庭、電子家庭、家庭自動(dòng)化等等。智能家居首先由美國(guó)、歐洲等經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家提出來(lái)的。其目標(biāo)就是：“通過(guò)家庭內(nèi)部的一個(gè)智能系統(tǒng)，將各種信息家電連接起來(lái)進(jìn)行集中的或異地的監(jiān)視控制”。
本文智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，穩(wěn)定可靠的硬件是基礎(chǔ)，也是系統(tǒng)的重要組成部分。我們做系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的時(shí)候，要考慮到它實(shí)現(xiàn)我們需要的各項(xiàng)功能，還要考慮到系統(tǒng)升級(jí)所需要的多端口和空間；還有，在設(shè)計(jì)智能家居系統(tǒng)的時(shí)候，硬件設(shè)計(jì)還要兼顧到軟件設(shè)計(jì)的方便和易開(kāi)發(fā)等條件。
本文設(shè)計(jì)的智能家居系統(tǒng)分為主機(jī)和分機(jī)兩個(gè)部分。主機(jī)采用ARM9芯片S3C2440作為CPU，分機(jī)采用ARM9芯片CC2430作為控制器。系統(tǒng)整體框圖如圖1所示。
主機(jī)MCU S3C2440采用了ARM920t 的內(nèi)核，0.13 um的CMOS標(biāo)準(zhǔn)宏單元和存儲(chǔ)器單元。它低功耗，簡(jiǎn)單，全靜態(tài)設(shè)計(jì)非常適合于對(duì)智能家居這樣低成本、低功率設(shè)計(jì)的應(yīng)用。它采用了新的總線架構(gòu) （AMBA）。S3C2440的優(yōu)點(diǎn)是核心處理器（CPU），是一個(gè)由Advanced RISC Machines 有限公司設(shè)計(jì)的16/32位ARM920T的RISC處理器。ARM920T實(shí)現(xiàn)了MMU，AMBA BUS和Harvard高速緩沖體系結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)具有獨(dú)立的16KB指令Cache和16KB 數(shù)據(jù)Cache。S3C2440為智能家居系統(tǒng)提供一套完整的通用系統(tǒng)外設(shè)，減少整體系統(tǒng)成本和盡可能少的配置額外的組件。
本智能家居系統(tǒng)主機(jī)MCU S3C2440的設(shè)備有人機(jī)接口LCD觸摸屏，用來(lái)發(fā)送指令或處理接受到的分機(jī)的指令；USB攝像頭是智能家居系統(tǒng)的監(jiān)控單元，能實(shí)時(shí)的監(jiān)控周圍的環(huán)境，由于USB攝像頭監(jiān)控的視頻畫面所占存儲(chǔ)空間較大，所以我們還需外加存儲(chǔ)器來(lái)存儲(chǔ)視頻畫面。
本智能家居系統(tǒng)主機(jī)與分機(jī)間的聯(lián)系采用Zigbee無(wú)線通信。Zigbee是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的新技術(shù)。Zigbee是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗個(gè)域網(wǎng)協(xié)議。這個(gè)協(xié)議規(guī)定的都是短距離、低功耗的一種曲線通信技術(shù)。Zigbee具有距離近、復(fù)雜度低、自組織、功耗低、數(shù)據(jù)低、成本低的特點(diǎn)。一般會(huì)被自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制等領(lǐng)域使用，可以嵌入各種設(shè)備。總之，ZigBee就是一種便宜的，低功耗的近距離無(wú)線組網(wǎng)通訊技術(shù)。
本系統(tǒng)采用的Zigbee技術(shù)有自動(dòng)組網(wǎng)的功能，比如每人持有一個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)模塊終端，只要他們彼此間在網(wǎng)絡(luò)模塊的通信范圍內(nèi)，通過(guò)彼此自動(dòng)尋找，很快就可以形成一個(gè)互聯(lián)互通的Zigbee網(wǎng)絡(luò)，由于人員的移動(dòng)，彼此間的聯(lián)絡(luò)還會(huì)發(fā)生變化，對(duì)原有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行刷新，所以本系統(tǒng)的主機(jī)與分機(jī)在一定范圍內(nèi)可完成實(shí)時(shí)通信；ZigBee網(wǎng)絡(luò)采用動(dòng)態(tài)路由的方式，動(dòng)態(tài)路由，就是指網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆窂剑⒉皇穷A(yù)先設(shè)定的，而是傳輸數(shù)據(jù)前，通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)時(shí)可利用的所有路徑進(jìn)行搜索，并決定它們的遠(yuǎn)近，然后選擇其中的一條路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在實(shí)際工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，往往預(yù)先確定的傳輸路徑，隨時(shí)都可能發(fā)生變化，或者因各種原因路徑被中斷了，或者過(guò)于繁忙不能進(jìn)行及時(shí)傳送，動(dòng)態(tài)路由結(jié)合網(wǎng)狀網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，就可以很好解決這個(gè)問(wèn)題，從而保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸；Zigbee技術(shù)使用網(wǎng)狀網(wǎng)通信方式，網(wǎng)狀網(wǎng)通信實(shí)際上就是多通道通信，在實(shí)際工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，由于各種原因，往往并不能保證每一個(gè)無(wú)線通道都能夠始終暢通，就像城市的街道一樣，可能因?yàn)檐嚨?，道路維修等，使得某條道路的交通出現(xiàn)暫時(shí)中斷，此時(shí)由于我們有多個(gè)通道，車輛（相當(dāng)于我們的控制數(shù)據(jù)）仍然可以通過(guò)其他道路到達(dá)目的地，而這一點(diǎn)對(duì)智能家居系統(tǒng)非常重要。
CC2430是一個(gè)真正的系統(tǒng)芯片（SoC）CMOS解決方案。這種解決方案能夠提高性能并滿足以ZigBee為基礎(chǔ)的2.4 GHz ISM波段應(yīng)用，及對(duì)低成本，低功耗的要求。它結(jié)合一個(gè)高性能2.4 GHz DSSS（直接序列擴(kuò)頻）射頻收發(fā)器核心和一顆工業(yè)級(jí)小巧高效的8051控制器。CC2430在單個(gè)芯片上整合了ZigBee射頻（RF）前端、內(nèi)存和微控制器。
CC2430使用的是基于低-中頻結(jié)構(gòu)之上的接收器，經(jīng)過(guò)低噪聲放大器將從天線接收的RF信號(hào)放大并且下變頻變?yōu)? MHz的中頻信號(hào)。中頻信號(hào)通過(guò)濾波、放大，然后經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)。自動(dòng)增加控制，信道過(guò)濾，在數(shù)字領(lǐng)域完成解調(diào)，這樣會(huì)獲得高精確度，增加空間利用率。工作在2.4 GHz ISM波段的不同系統(tǒng)可以在集成模擬通道濾波器下良好共存。
位映射和調(diào)制在發(fā)射模式下的完成是按照IEEE 802.15.4的規(guī)范進(jìn)行的。利用數(shù)字方式完成調(diào)制（和擴(kuò)頻）。進(jìn)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器的被調(diào)制的近代信號(hào)再經(jīng)過(guò)單邊帶調(diào)制器的低通濾波和直接上變頻，轉(zhuǎn)變?yōu)樯漕l信號(hào)。最后，片內(nèi)功率放大器會(huì)把高頻信號(hào)發(fā)達(dá)到可以設(shè)計(jì)的水平。
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1 智能家居的概念
智能家居是指利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、綜合布線技術(shù)，將與家居生活有關(guān)的各種子系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合在一起，通過(guò)統(tǒng)籌管理，讓家居生活更加舒適、安全、有效。與普通家居相比，智能家居不僅具有傳統(tǒng)的居住功能，提供舒適安全、高品位且宜人的家庭生活空間；還由原來(lái)的被動(dòng)靜止結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂心軇?dòng)智慧的工具，提供全方位的信息交互功能，幫助家庭與外部保持信息交流暢通，優(yōu)化人們的生活方式，幫助人們有效安排時(shí)間，增強(qiáng)家居生活的安全性、舒適性，甚至合理控制各種能源的使用。
2 物聯(lián)網(wǎng)智能家居控制系統(tǒng)的工作原理
智能家居控制系統(tǒng)是以有線和無(wú)線的形式連接起來(lái)的信息傳輸網(wǎng)絡(luò)為硬件平臺(tái)，各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為軟件支撐平臺(tái)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線把家庭生活中使用的通信設(shè)備、家居設(shè)備、家庭安全防范設(shè)備連接成一個(gè)完整的、能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制的一個(gè)控制系統(tǒng)。通過(guò)這個(gè)控制系統(tǒng)將整個(gè)家庭中能夠連接到網(wǎng)絡(luò)是的所有電氣設(shè)備有機(jī)的整合到一起，并對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行有效的控制，形成功能完善的智能家居系統(tǒng)。智能家居在網(wǎng)絡(luò)的幫助下，形成與外界的溝通渠道，以實(shí)現(xiàn)與外界的智能家居電器的信息交互。從而滿足用戶對(duì)家居實(shí)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，對(duì)家用電器遠(yuǎn)程控制和狀態(tài)查詢，滿足人們對(duì)安全，舒適，便利的生活需求。
3 物聯(lián)網(wǎng)智能家居控制系統(tǒng)采用的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居控制系統(tǒng)主要使用了三控制種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，包括RS-485總線技術(shù)，以太網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和GSM遠(yuǎn)程監(jiān)控報(bào)警網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。
3.1 RS-485總線的家居設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
RS-485串行總線標(biāo)準(zhǔn)，可以使智能家居設(shè)備通信距離從十幾米延長(zhǎng)為幾公里，這完全符合家居設(shè)備對(duì)互聯(lián)要求。有線的RS-485總線通信，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，價(jià)格比較便宜，數(shù)據(jù)傳輸速率和通信距離適當(dāng)。但是，使用RS-485總線技術(shù)互聯(lián)的家居設(shè)備的前提，是要確定要互聯(lián)的設(shè)備是即插即用設(shè)備。在整個(gè)家居系統(tǒng)中，嵌入式系統(tǒng)作為中繼器，負(fù)責(zé)通過(guò)與RS-485總線互連的串行端口管理家用終端接入模塊的作用。該系統(tǒng)采用嵌入式ARM處理器為總線主控設(shè)備，RS-485網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)主從網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)輪詢的方式檢查各個(gè)接入設(shè)備的狀態(tài)信息，無(wú)論何時(shí)保證僅存在一對(duì)主機(jī)和從機(jī)之間的通信，即接收數(shù)據(jù)或發(fā)送數(shù)據(jù)。家用設(shè)備作為總線從機(jī)設(shè)備，包括單片機(jī)控制器，接入檢測(cè)電路和信號(hào)調(diào)節(jié)電路。接入檢測(cè)電路，是為了滿足智能家居終端對(duì)家居設(shè)備移除及新設(shè)備接入的檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)家居設(shè)備的即插即用功能。
3.2 GPRS的遠(yuǎn)程報(bào)警網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
GPRS是通用分組無(wú)線服務(wù)技術(shù)的簡(jiǎn)稱，俗稱“2.5G”，是位于第二代和第三代移動(dòng)通訊技術(shù)之間的通信技術(shù)。是用戶可用一種GSM移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。與GSM的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)相比，有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1）傳輸速率高，連接方便。GPRS通過(guò)使用GSM網(wǎng)絡(luò)中，沒(méi)有被使用的TDMA信道，傳輸速率得到保證，可連56至114Kbps。GSM網(wǎng)絡(luò)使用電路交換數(shù)據(jù)模式時(shí)，在通信兩端建立物理鏈路，并維持該鏈路到通信結(jié)束。GPRS在傳送數(shù)據(jù)過(guò)程中，是把數(shù)據(jù)包劃分成若干個(gè)分組之后，再進(jìn)行傳送的。這樣容易獲得更高數(shù)據(jù)速率，并且投資較小。進(jìn)一步說(shuō)，無(wú)線通信裝置不必在它們之間附加中間設(shè)備，就可以方便地傳輸數(shù)據(jù)。
（2）資源利用率高。GPRS使用分組交換通信，通信過(guò)程中把數(shù)據(jù)分成具有一定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)包。數(shù)據(jù)包頭部包含了地址信息表明該分組發(fā)往的目的地址。當(dāng)數(shù)據(jù)包分組到達(dá)時(shí)，根據(jù)該地址信息，尋找臨時(shí)可用信道資源來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，而無(wú)需預(yù)先分配信道。
4 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究
所謂智能家居的控制系統(tǒng)實(shí)際上充分應(yīng)用了模塊化的設(shè)計(jì)原理，如此一來(lái)其層次相對(duì)較為清晰、容易調(diào)試、維護(hù)以及對(duì)其功能進(jìn)行充分的擴(kuò)展與程序的不斷移植，另外也能夠有效的提升處理器的對(duì)工作的執(zhí)行效率。當(dāng)前控制系統(tǒng)主要以QT/Embedded作為其GUI的研發(fā)主要手段，能夠充分實(shí)現(xiàn)本地圖形的用戶界面，同時(shí)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制和設(shè)置。在系統(tǒng)充分運(yùn)行同時(shí)初始化順利完成之后，控制系統(tǒng)會(huì)對(duì)現(xiàn)階段的狀態(tài)實(shí)施分析研究，如果為正常運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)，那系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)運(yùn)行對(duì)應(yīng)的子程序段。反之則會(huì)使用GPRS模塊實(shí)施報(bào)警操作。在警報(bào)出現(xiàn)的情況下，其觸發(fā)的報(bào)警操作，此時(shí)系統(tǒng)打開(kāi)全球定位系統(tǒng)設(shè)備同時(shí)實(shí)施初始化，另外依據(jù)用戶設(shè)置的有關(guān)信息實(shí)施短信報(bào)警或者電話報(bào)警。需要特別注意的是，為了能夠充分保證安全，一般情況下應(yīng)該使用嵌入式WebServer來(lái)對(duì)其進(jìn)行構(gòu)建，同時(shí)可以適當(dāng)加入密碼進(jìn)行驗(yàn)證。如此，用戶可以使用真正認(rèn)證的密碼以及用戶名，利用CGI來(lái)充分實(shí)現(xiàn)建立在WEB遠(yuǎn)程條件下的系統(tǒng)控制。
5 結(jié)束語(yǔ)
人類己進(jìn)入21世紀(jì)，在高度物質(zhì)文明的今天，追求環(huán)境綠色化、生活信息化己開(kāi)成時(shí)尚，安全、舒適、方便、現(xiàn)代成為21世紀(jì)居家生活的象征。日益更新的現(xiàn)代科技的力量，打破了傳統(tǒng)的時(shí)空界線，借助計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和層出不窮的信息技術(shù)，改變了人類的生產(chǎn)、生活方式，科技正以超乎想象的速度更深刻地影響到人類的思維模式和生存狀態(tài)。建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)智能家居具有時(shí)代的前瞻性，順應(yīng)了當(dāng)今信息社會(huì)的潮流，對(duì)進(jìn)一步提高居民水平和生活質(zhì)量具有非常重要的意義，智能家居具有非常廣闊的發(fā)展前景。
參考文獻(xiàn)
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中圖分類號(hào)：TP311文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044(2008)05-10000-00
1 問(wèn)題的提出
伴隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展與迅速普及，人們的生活方式正在發(fā)生深刻的變化。特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)的迅猛發(fā)展與提高，促使了家庭實(shí)現(xiàn)了生活現(xiàn)代化，居住環(huán)境舒適、安全、環(huán)保、節(jié)能。這些高科技已經(jīng)影響到人們生活的方方面面，改變了人們生活習(xí)慣，提高了人們生活質(zhì)量，家居智能化正是在這種形勢(shì)下應(yīng)運(yùn)而生。
智能家居應(yīng)該包含三方面的內(nèi)容：(1)信息產(chǎn)品的家電化，如機(jī)頂盒、Web游戲機(jī)、Web電視、Web電話，還有PC、掌上電腦、手持PC、可穿戴PC等所有能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)交互信息的消費(fèi)類電子產(chǎn)品；(2)傳統(tǒng)家電的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化，如電冰箱、洗衣機(jī)、微波爐、太陽(yáng)能熱水器等植入數(shù)字網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使之工作于家庭網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的基礎(chǔ)上；(3)基于家庭網(wǎng)絡(luò)環(huán)境開(kāi)發(fā)出的新的應(yīng)用模式，如：家庭設(shè)備自動(dòng)監(jiān)控、安全防范等。
目前，家居智能化發(fā)展的狀況如下：
日本是較早推動(dòng)智能家居發(fā)展的國(guó)家之一，它較早地提出了家庭總線系統(tǒng)（ Home Bus System， 簡(jiǎn)稱HBS ）的概念，成立了家庭總線(HBS)研究會(huì)，并在郵政省和通產(chǎn)省的指導(dǎo)下組成了HBS標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)，制定了日本的HBS標(biāo)準(zhǔn)。按照該標(biāo)準(zhǔn)，HBS系統(tǒng)由一條同軸電纜和4對(duì)雙絞線構(gòu)成，前者用于傳輸圖像信息，后者用于傳輸語(yǔ)音、數(shù)據(jù)及控制信號(hào)。
比較成型的總線標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議主要是美國(guó)公司提出的，包括Echelon 公司的LonWorks協(xié)議、電子工業(yè)協(xié)會(huì)(EIA)的CE總線協(xié)議(CEBuS )、Smart House LP的智能屋協(xié)議和X-10公司的X-10協(xié)議等。 LonWorks應(yīng)用范圍主要包括樓宇自動(dòng)化、工業(yè)控制等，在組建分布式監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)方面有較好的性能，目前全球已建立的LonWorks節(jié)點(diǎn)已經(jīng)超過(guò)50萬(wàn)個(gè)。在四種協(xié)議中，X-10是歷史最長(zhǎng)且使用最簡(jiǎn)單的一種，它于1978年誕生于美國(guó)，至今仍是美國(guó)家庭自動(dòng)化的主導(dǎo)系統(tǒng)。之所以說(shuō)X-10協(xié)議簡(jiǎn)單是因?yàn)樗苯永米≌娏€作為控制總線，通過(guò)電力線將各控制器與各功能接口器相連并實(shí)現(xiàn)程序控制，不必再穿墻打孔，更有利于改變結(jié)構(gòu)空間，用戶可自己動(dòng)手安裝，價(jià)格也比較低廉。而CEBuS 作為電子工業(yè)推廣協(xié)議，與歐洲的EHS標(biāo)準(zhǔn)同為歐美家庭自動(dòng)化電子產(chǎn)品的行業(yè)推薦標(biāo)準(zhǔn)。
EIB歐洲電氣接線裝置總線智能控制系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱EIB?總線系統(tǒng)，是為電氣接線裝置專業(yè)打造的智能化控制系統(tǒng)。EIB總線系統(tǒng)作為歐洲安裝總線標(biāo)準(zhǔn)利用一條雙絞線作為控制總線，取代了傳統(tǒng)數(shù)量繁多的導(dǎo)線，使照明、調(diào)光、百葉窗、場(chǎng)景控制、用電負(fù)荷控制、保安、供熱系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能化，并成為一個(gè)完整的總線系統(tǒng)。
我國(guó)對(duì)家居智能化并沒(méi)有提出了統(tǒng)一的家庭總線系統(tǒng)，家電行業(yè)到目前為止，對(duì)于家居智能化的發(fā)展與先進(jìn)國(guó)家相比，比較落后；科研投入不夠，因而，真正家居智能家電產(chǎn)品不多?？梢哉J(rèn)為，我國(guó)對(duì)家居智能化研究正處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。
2 建立適合中國(guó)家庭的智能總線標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)想
家居智能化有三大作用：其一、實(shí)現(xiàn)安全、智能化、人性化的近程及遠(yuǎn)程控制；其二、實(shí)現(xiàn)家用電器的節(jié)能；其三、實(shí)現(xiàn)信息共享。
家庭智能化要求諸多家電和網(wǎng)絡(luò)能夠彼此相容，總線協(xié)議是其精髓所在，只有接口暢通，家電才能“聽(tīng)懂”人發(fā)出的指令，因此總線標(biāo)準(zhǔn)的物理層接口形式是智能家居亟待解決的重要問(wèn)題之一。智能家電控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)面臨著兩方面的問(wèn)題：(1)家庭信息需求的具體化，即數(shù)字家庭的概念模型到實(shí)際模型，國(guó)內(nèi)外都進(jìn)行了一些有益的探索；(2)技術(shù)解決方案，包括網(wǎng)絡(luò)接入方案和設(shè)備互連方案。
智能家庭控制系統(tǒng)是以網(wǎng)絡(luò)為物理平臺(tái)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)為技術(shù)平臺(tái)，現(xiàn)場(chǎng)總線為應(yīng)用操作平臺(tái)，構(gòu)成一個(gè)完整的集家庭通信、家庭設(shè)備自動(dòng)控制、家庭安全防范等功能的控制系統(tǒng)。其總體目標(biāo)是通過(guò)采用計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)和集成技術(shù)建立一個(gè)由家庭到小區(qū)乃至整個(gè)城市的綜合信息服務(wù)和管理系統(tǒng)，以此來(lái)提高住宅高新技術(shù)的含量和居民居住環(huán)境水平。
我們應(yīng)對(duì)建立適合中國(guó)家庭的智能總線標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行深入研究，在了解、研究世界范圍智能家庭控制的發(fā)展的同時(shí)提出并建立中國(guó)的智能總線標(biāo)準(zhǔn)，為我國(guó)的智能家居發(fā)展提供標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)指導(dǎo)。筆者認(rèn)為中國(guó)家庭的智能總線可以參照日本的HBS和美國(guó)X-10協(xié)議制定我國(guó)的智能家居標(biāo)準(zhǔn)。通常智能家居系統(tǒng)內(nèi)部傳輸接口可以通過(guò)兩種傳輸途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)：其一是無(wú)線傳輸方式；其二是有線傳輸方式。我們可將家居用電設(shè)備基于控制特性分成若干類，這里包括網(wǎng)絡(luò)化的信息產(chǎn)品、傳統(tǒng)家電和基于家庭網(wǎng)絡(luò)環(huán)境開(kāi)發(fā)出的新的應(yīng)用產(chǎn)品，由此，可以根據(jù)這些家電的特點(diǎn)，建起立家庭的智能總線。
首先建立中國(guó)的智能總線標(biāo)準(zhǔn)及協(xié)議，目前，家庭有電力線、電話線、網(wǎng)絡(luò)線以及視頻線，這些網(wǎng)線系統(tǒng)，筆者認(rèn)為可以作為中國(guó)家庭的智能總線的載體，標(biāo)準(zhǔn)及協(xié)議可以分成三個(gè)部分，傳統(tǒng)家電以電力線、電話線為控制載體，可以實(shí)行短命令控制方式；網(wǎng)絡(luò)化的信息產(chǎn)品、基于家庭網(wǎng)絡(luò)環(huán)境開(kāi)發(fā)出的新的應(yīng)用產(chǎn)品以網(wǎng)絡(luò)線為控制載體，實(shí)行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制方式；至于視頻及安全防范系統(tǒng)，則應(yīng)以網(wǎng)絡(luò)線以及視頻線為控制載體，實(shí)行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制方式。下圖是智能家居控制系統(tǒng)的框圖。
圖1 智能家居控制系統(tǒng)的框圖
3 實(shí)現(xiàn)智能家居控制常見(jiàn)的技術(shù)與設(shè)想
對(duì)于智能家居控制，在建立智能總線標(biāo)準(zhǔn)及協(xié)議之后，對(duì)家電的控制關(guān)鍵在于接口，目前國(guó)際上流行的物理層系列接口主要包含無(wú)線射頻（RF）、電力載波（PL）、雙絞線（RS485等）、專用線IEEE 1394 、IEEE1394b、利用IEEE 1394 的HAVI 、藍(lán)牙技術(shù)（Bluetooth）、無(wú)線通信以太網(wǎng)（IEEE802.11）、X11、無(wú)線通信HomeRF(Home Radio Frequency)、紅外線技術(shù)等，這些接口涵蓋了從以智能設(shè)備監(jiān)控為代表的低速數(shù)據(jù)鏈路接口和以家庭多媒體娛樂(lè)和視頻監(jiān)控為代表的高速數(shù)據(jù)鏈路接口。從過(guò)往控制效果分析來(lái)看，電力載波（PL）、雙絞線（RS485等）、藍(lán)牙技術(shù)（Bluetooth）、無(wú)線通信以太網(wǎng)（IEEE802.11）、X11、紅外線技術(shù)等比較適合智能家居控制，因此，在今后的研究中，我們應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)相關(guān)技術(shù)在家居控制的接口的深入研究，制定中國(guó)智能家居控制長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃，統(tǒng)一制定全國(guó)的接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)并研發(fā)相關(guān)的接口IC，以利于中國(guó)智能家居控制的發(fā)展?fàn)畲?。下面筆者就一些接口技術(shù)做一些深入的探討。
1)電力載波
電力載波主要使用兩種方式：窄帶通訊方式和擴(kuò)頻通訊方式。窄帶通訊技術(shù)價(jià)格低廉并且較為容易實(shí)現(xiàn)；擴(kuò)頻通訊技術(shù)在抗干擾性能上擾于窄帶通訊，但技術(shù)復(fù)雜。使用電力載波應(yīng)用于智能化網(wǎng)絡(luò)家電控制中有許多優(yōu)點(diǎn)：（1）可以利用現(xiàn)有的電力線組網(wǎng)；（2）因?yàn)椴槐刂匦虏季W(wǎng)，所以可以節(jié)約財(cái)力、物力和人力；（3）易于實(shí)現(xiàn)；（4）目前市場(chǎng)上已經(jīng)有多種電力載波芯片，可以擇優(yōu)選用。
但是將電力載波應(yīng)用到智能化網(wǎng)絡(luò)家電控制中還存在許多技術(shù)難點(diǎn)：（1）如何設(shè)計(jì)基于電力載波控制的智能化家電網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)；（2）如何制定電力載波通訊協(xié)議,使得它們之間能夠相互可靠地傳遞信息；（3）如何克服電力載波固有的信號(hào)衰減、阻抗失配以及等幅振蕩干擾等問(wèn)題；（4）如何設(shè)計(jì)電力線接口（PowerLine Interface,簡(jiǎn)稱PLI）。
2)藍(lán)牙技術(shù)
藍(lán)牙技術(shù)是由藍(lán)牙SIG(Special Interest Group)聯(lián)合制定的近距離無(wú)線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，其目的是實(shí)現(xiàn)最高數(shù)據(jù)傳輸速率1Mb/s(有效數(shù)據(jù)傳輸速率是721kb/s)、最大傳輸距離為10米(增加功率后可傳輸100米)的無(wú)線通信。藍(lán)牙技術(shù)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：工作于2.4GHz的ISM(工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)頻段)頻段，無(wú)需申請(qǐng)頻率許可證；采用1600hop/s的快速跳頻技術(shù)；采用正向糾錯(cuò)編碼(FEC)技術(shù)；采用FM調(diào)制方式，設(shè)備簡(jiǎn)單；支持點(diǎn)到點(diǎn)、點(diǎn)到多點(diǎn)通信；協(xié)議體系完備，充分支持現(xiàn)有高層協(xié)議；設(shè)備體積小,便于攜帶或移動(dòng),成本低廉。基于藍(lán)牙技術(shù)的家居智能網(wǎng)絡(luò)是用近距離的無(wú)線通信技術(shù)取代線纜，構(gòu)建智能化的無(wú)線家居網(wǎng)絡(luò)。
藍(lán)牙家居網(wǎng)絡(luò)使藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)家電、藍(lán)牙通信控制器和其它嵌入藍(lán)牙模塊的設(shè)備，利用無(wú)線方式連在一起,使之相互通信；同時(shí)，利用具有路由功能的藍(lán)牙家庭網(wǎng)關(guān)和外部網(wǎng)絡(luò)相連,構(gòu)成家庭式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)或家庭局域網(wǎng)，提供集中的或異地的音頻、視頻通信、計(jì)算機(jī)控制和管理等，使信息在家庭內(nèi)以及與外部之間充分流通和共享。藍(lán)牙分布式智能家居網(wǎng)絡(luò)是沿用工業(yè)控制方案，將控制功能下放到相當(dāng)于工業(yè)控制中下位機(jī)的藍(lán)牙通信控制器上，實(shí)現(xiàn)分散控制、集中管理的模式。
藍(lán)牙智能家居網(wǎng)絡(luò)中由于藍(lán)牙技術(shù)和信息處理技術(shù)的局限，其缺點(diǎn)也是不可忽視的。其表現(xiàn)如下：由于每臺(tái)藍(lán)牙設(shè)備最多同時(shí)只能和7臺(tái)設(shè)備保持連接，而藍(lán)牙通信控制器需要和較多的設(shè)備交互，如果想和更多的設(shè)備協(xié)調(diào)，需要工作模式的轉(zhuǎn)換，影響處理效率，甚至導(dǎo)致通信失??；由于同一設(shè)備可能接受很多信息，如果微處理器對(duì)信息采用排隊(duì)處理，時(shí)間延遲將增加；在藍(lán)牙分布式智能家居網(wǎng)絡(luò)中，藍(lán)牙通信控制器之間、藍(lán)牙通信控制器和藍(lán)牙設(shè)備之間、藍(lán)牙設(shè)備都有信息傳遞，造成串?dāng)_，同時(shí)通信路數(shù)越多，串?dāng)_越大，通信距離和傳輸速率都隨之降低。
3)射頻（RF）技術(shù)與紅外技術(shù)
射頻（RF）技術(shù)成熟度高、成本低廉，穿透性也非常好，但缺點(diǎn)是沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各公司的通信協(xié)議都不一樣；紅外技術(shù)非常成熟、具有很好的靈活性和可移動(dòng)性，成本也非常低廉，但受到障礙物的限制，沒(méi)有穿透性，方向性較差，也沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議。目前，由于無(wú)線射頻無(wú)需增加附加的布線資源，數(shù)據(jù)傳輸性能可靠且成本低廉，因而成為目前最現(xiàn)實(shí)和最受歡迎的物理層接口形式之一?？梢灶A(yù)見(jiàn)，隨著無(wú)線方式的逐漸成熟，它將在未來(lái)取代有線通信，成為家庭網(wǎng)絡(luò)的最佳連接方式。
家電的控制關(guān)鍵在于接口，接口的關(guān)鍵在于由協(xié)議做成的控制集成電路，我國(guó)在半導(dǎo)體集成電路生產(chǎn)的研究水平較低，所以，今后，一定要從基礎(chǔ)抓起，抓緊對(duì)家智能控制集成電路芯片的研究與生產(chǎn)；另外，也可利用現(xiàn)有相關(guān)技術(shù)，對(duì)家智能控制集成電路芯片進(jìn)行開(kāi)發(fā)，目前，有若干的集成電路芯片，可用于家電的智能控制，如電力載波控制的芯片，ARM技術(shù)芯片，以及目前較為常見(jiàn)單片機(jī)芯片。
很簡(jiǎn)單的講，您家里空調(diào)、電視、DVD每樣設(shè)備都單獨(dú)使用一臺(tái)遙控器，我們是否能夠把他們幾合一呢？豈不是更加方便？管理這么一堆設(shè)備從軟件上來(lái)講肯定是復(fù)雜的多了，從硬件方面當(dāng)然也需要功能更加強(qiáng)大、功耗極低、價(jià)格更廉價(jià)的處理器來(lái)支持，32位的ARM處理器能夠輕松完成以上需求。嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域顯然已經(jīng)成為另一種科學(xué)，也由于網(wǎng)絡(luò)與通訊的高速進(jìn)步，帶動(dòng)了信息家電，信息工業(yè)的潮流，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)成為不可或缺的生活必需品。
圖2ARM嵌入式應(yīng)用于各行業(yè)框圖
ARM公司并不生產(chǎn)芯片，他向芯片制造商提供知識(shí)產(chǎn)權(quán)，優(yōu)異的體系結(jié)構(gòu)和開(kāi)放的平臺(tái)，使ARM處理器應(yīng)用非常廣泛，各大公司都同時(shí)投入大量的人力研究ARM內(nèi)核的處理器，這不同于CPU幾乎由2家公司壟斷生產(chǎn)，ARM處理器的選擇范圍非常寬廣，同內(nèi)核可以選擇任意一家廠商的芯片。由于多家的支持努力，基于ARM內(nèi)核的處理器芯片外設(shè)非常豐富，這個(gè)用戶帶來(lái)了極大的方便，很多情況都可以一個(gè)芯片就可以完成全部的資源需求。
ARM處理器的優(yōu)點(diǎn)，ARM處理器本身是位設(shè)計(jì)，但也配備16位指令集。一般來(lái)講存儲(chǔ)器比等價(jià)位代碼節(jié)省，然而保留了32位系統(tǒng)的所有優(yōu)勢(shì)。 ARM的Jazelle技術(shù)使Java加速得到比基于軟件的Java虛擬機(jī)(JVM)高得多的性能，和同等的非Java加速核相比功耗降低80％。 CPU功能上增加DSP指令集提供增強(qiáng)的16位和32位算術(shù)運(yùn)算能力，提高了性能和靈活性。ARM內(nèi)核最初是位手持通訊設(shè)備設(shè)計(jì)的，所以他的功耗非常低。
由上可看出ARM技術(shù)是一個(gè)以開(kāi)放性源代碼進(jìn)行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的芯片，只要抓緊開(kāi)發(fā)，我們就能開(kāi)發(fā)適應(yīng)與家電智能控制中央處理的芯片。
目前，單片機(jī)器件技術(shù)發(fā)展很快，例如單片機(jī)器件STC12C5410AD系列內(nèi)設(shè)置1TCPU、12K閃存、有A/D轉(zhuǎn)換、PWM輸出、16位定時(shí)器等許多功能，其最大優(yōu)點(diǎn)是可以用C語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言混合編程，這些都為研發(fā)智能家電芯片提供方便，因此，筆者認(rèn)為，單片機(jī)器件可以用于家居智能控制的單元型控制芯片。
4 結(jié)論
隨著智能化技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)家居智能控制的各方面條件更加成熟，筆者對(duì)家居智能控制的發(fā)展提出一些想法，相信對(duì)從事家居智能控制設(shè)計(jì)的人員會(huì)有一些幫助。
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中圖分類號(hào)： TN911?34； TH811.2 ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）23?0009?04
Abstract： A new smart home control system is designed in this paper. In this system， CC2530 is used as the master control chip， and the communication between a master machine and a slave machine is realized through ZigBee wireless technology. The slave machine gathers indoor parameters on temperature， humidity and work condition of household appliances by various kinds of sensors， and sends them to the master machine. The master machine analyzes the data from slave machine and turns electrical appliances on or off by issuing a control signal to the relay control module. Furthermore， the data from slave machine can be transmitted through a serial port to PC for storage and display. The practical test indicates that the system can realize fast detection of temperature and humidity， as well as monitoring and control of household appliances. This system with low?cost and high?practicality has good promotional value.
Keywords： ZigBee； CC2530； smart home； wireless communication
0 ； 引 ； 言
智能家居控制系統(tǒng)就是在住宅中融合自動(dòng)化控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)于一體的網(wǎng)絡(luò)化智能化的家居控制系統(tǒng)，能為用戶提供一個(gè)更簡(jiǎn)單更便捷的接口來(lái)操控家庭電器。比如，通過(guò)PC、手機(jī)甚至是語(yǔ)音控制家中的電器設(shè)備，而且可以設(shè)置一些場(chǎng)景規(guī)則，使多個(gè)設(shè)備基于同一場(chǎng)景模式進(jìn)行協(xié)同工作[1?2]。另一方面，智能家居系統(tǒng)中的各種設(shè)備都是聯(lián)網(wǎng)的，可以相互通信，利用多個(gè)設(shè)備協(xié)同工作，形成一個(gè)閉環(huán)的自動(dòng)控制系統(tǒng)。用戶只需要對(duì)其簡(jiǎn)單設(shè)置將其初始化，便可以自動(dòng)運(yùn)行，這給用戶帶來(lái)最大程度的高效、便利、舒適與安全[3?4]。
基于智能家居具有非常強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值，本文設(shè)計(jì)了一套基于ZigBee無(wú)線通信技術(shù)的智能家居控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能收集家中溫度、濕度以及家用電器的工作狀態(tài)等參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)家用電器的智能控制。系統(tǒng)用兩個(gè)CC2530無(wú)線單片機(jī)模塊組成上下位機(jī)。下位機(jī)連接各種傳感器，負(fù)責(zé)收集溫度、濕度和電器工作狀態(tài)等參數(shù)并發(fā)送給上位機(jī)；作為系統(tǒng)的控制中樞，上位機(jī)連接繼電器控制模塊，負(fù)責(zé)接收和處理下位機(jī)傳過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，并把控制信號(hào)下達(dá)給繼電器控制模塊來(lái)控制電器通斷。另外，上位機(jī)還能將接收的數(shù)據(jù)通過(guò)串口傳輸?shù)絇C進(jìn)行顯示和保存。
1 ； 系統(tǒng)設(shè)計(jì)和工作原理
本系統(tǒng)使用ZigBee無(wú)線傳輸技術(shù)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖1所示，可分為傳感器信號(hào)發(fā)射端（即下位機(jī)）和信號(hào)處理端（即上位機(jī)）。下位機(jī)由傳感器和一個(gè)ZigBee無(wú)線單片機(jī)模塊組成，讀取傳感器的數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線傳輸給上位機(jī)；上位機(jī)由一個(gè)ZigBee無(wú)線單片機(jī)模塊和繼電器控制模塊組成，處理和分析下位機(jī)發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)，從而判斷打開(kāi)或關(guān)閉自己所控制的工作電路，并且通過(guò)串口與PC進(jìn)行通信。
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圖1 系統(tǒng)組成框圖
2 ； 硬件設(shè)計(jì)
2.1 ； ZigBee無(wú)線單片機(jī)模塊
CC2530是一款真正意義上的針對(duì)IEEE 802.15.4和ZigBee應(yīng)用的片上系統(tǒng)解決方案，提供了一種可靠而又價(jià)格低廉的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)構(gòu)建方式。它集成了一種高性能的主流RF發(fā)射器、一款基于工業(yè)級(jí)的8051核心的微控制器、內(nèi)置可編程閃存、8 KB RAM、不低于32 KB的ROM和許多其他強(qiáng)大的功能。CC2530有多種操作模式，以使系統(tǒng)更好地降低功耗，更好地滿足實(shí)際應(yīng)用。操作模式間很短的切換時(shí)間也保證了非常低的能量消耗[5?6]。
2.2 ； 溫度測(cè)量模塊
目前常用的溫度傳感器主要有模擬式和數(shù)字式兩種。模擬式的溫度傳感器主要有PT100，它精度高，性能穩(wěn)定[7]，工作溫度在-200～650 ℃之間。但是由PT100構(gòu)成的溫度測(cè)量電路十分復(fù)雜，功耗和成本較大，而且普通測(cè)量對(duì)于溫度測(cè)量的精度要求并不是十分高，所以本設(shè)計(jì)選用電路較為簡(jiǎn)單的數(shù)字式溫度傳感器DS18B20。該芯片是由美國(guó)Dallas半導(dǎo)體公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的一款數(shù)字式溫度傳感器[8]。溫度測(cè)量電路如圖2所示，采用DS18B20外部電源供電的方式，在DS18B20的數(shù)據(jù)總線上添加了一個(gè)4.7 kΩ的上拉電阻，這樣在這條數(shù)據(jù)線上接多個(gè)DS18B20時(shí)，也有足夠的電流驅(qū)動(dòng)它們；而且其中一個(gè)DS18B20數(shù)據(jù)線短路時(shí)，該電阻也起到了限流保護(hù)電路的作用。
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圖2 溫度測(cè)量電路
2.3 ； 濕度測(cè)量模塊
濕度測(cè)量模塊感應(yīng)部分為HS1101濕度傳感器。HS1101是一種基于獨(dú)特工藝的電容元件，濕度變化引起電容兩極板間介電常數(shù)發(fā)生變化，從而引起HS1101電容值的變化。濕度測(cè)量電路如圖3所示。555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器輸出信號(hào)的頻率，隨2端口與地之間的電容變化而變化。將HS1101接入555定時(shí)器的2端口與地之間，就將電容值轉(zhuǎn)換成了輸出信號(hào)的頻率值。利用單片機(jī)可以測(cè)出555多諧振蕩器輸出信號(hào)的頻率，根據(jù)頻率值，就可以反算出電容值以及相對(duì)濕度值。
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圖3 濕度測(cè)量電路
2.4 ； 電器工作狀態(tài)感應(yīng)模塊
電壓感應(yīng)器需要與家用電器串聯(lián)在220 V交流工作電路中，而家用電器的工作電流少則幾百毫安，大則幾安培，所以要先利用電流互感器將220 V家用電器電路的電流感應(yīng)轉(zhuǎn)換為小電流。經(jīng)過(guò)如圖4所示電路，輸入電流轉(zhuǎn)換為一個(gè)單片機(jī)可以測(cè)量的小電壓。設(shè)電流互感器比例系數(shù)為[m][∶][n，]二極管正向?qū)〞r(shí)兩端的壓降為[UD，]那么對(duì)于[R9]兩端電壓[U9]有以下關(guān)系：
[U9=Iin?mn?R7-2UD?R9R8+R9]
電路使用全橋整流將50 Hz交流電路轉(zhuǎn)化為直流電路，根據(jù)不同家用電器的工作電流，來(lái)調(diào)節(jié)電位器[R7]和[R9，]使得穩(wěn)壓管D2處于擊穿狀態(tài)，從而獲得一個(gè)穩(wěn)定的電壓[U9。]輸出端的電解電容進(jìn)行了簡(jiǎn)單的濾波，使輸出電壓更平穩(wěn)。
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圖4 電器工作狀態(tài)感應(yīng)模塊
2.5 ； 繼電器控制模塊
繼電器控制模塊電路設(shè)計(jì)如圖5所示。因?yàn)镃C2530輸出電流很小，無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)電磁繼電器，因此在輸出端接了一個(gè)三極管，利用共射放大電路將電流放大后送給電磁繼電器。電磁繼電器后端做了一個(gè)簡(jiǎn)易的工作電路，工作電路工作則LED亮起。
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圖5 繼電器控制模塊電路
2.6 ； 串口通信電路
串口通信模塊的電路圖如圖6所示。MAX232芯片的11腳和12腳分別接CC2530芯片的P0_3和P0_2端口，這兩個(gè)端口除了作為普通I/O端口，還是CC2530的USART0串口通信接口[9]。通過(guò)設(shè)置CC2530的USART0相關(guān)寄存器，即可與電腦進(jìn)行通信。
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圖6 串口通信模塊電路
3 ； 軟件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)軟件也分上位機(jī)軟件和下位機(jī)軟件兩部分。
下位機(jī)主程序流程圖如圖7所示。與AT89S52單片機(jī)相比，CC2530 有多個(gè)晶振，啟動(dòng)之初在CPU初始化中選擇適當(dāng)?shù)木д瘢缓蟪跏蓟漕l功能。CC2530可以在系統(tǒng)時(shí)鐘之外設(shè)置定時(shí)器時(shí)鐘，使之等于或小于系統(tǒng)時(shí)鐘，默認(rèn)狀態(tài)為等于系統(tǒng)時(shí)鐘。由于濕度測(cè)量時(shí)要精確定時(shí)到1 s，必須通過(guò)很多次系統(tǒng)中斷來(lái)完成這個(gè)定時(shí)。如果減小定時(shí)器時(shí)鐘，減少1 s內(nèi)所需中斷次數(shù)，能大大提高定時(shí)精度。
上位機(jī)初始化和下位機(jī)基本一致，只是多了一個(gè)串口初始化。上位機(jī)程序讀取繼電器控制的電器工作狀態(tài)，結(jié)合從下位機(jī)處收集的溫濕度數(shù)據(jù)對(duì)繼電器進(jìn)行控制，比如溫度高時(shí)打開(kāi)空調(diào)，濕度低時(shí)打開(kāi)加濕器等，而后將控制動(dòng)作發(fā)生前的所有數(shù)據(jù)以及采取的動(dòng)作通過(guò)串口傳輸至PC顯示出來(lái)。如果在PC端編寫相應(yīng)軟件則可通過(guò)PC做更加有效的報(bào)警。上位機(jī)流程圖如圖8所示。
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圖7 下位機(jī)主程序流程圖
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圖8 上位機(jī)程序流程圖
4 ； 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
經(jīng)過(guò)軟、硬件調(diào)試，系統(tǒng)成功地實(shí)現(xiàn)了溫濕度的測(cè)量和家用電器的監(jiān)視和控制。
用手按住DS18B20，PC端超級(jí)終端的溫度顯示情況如圖9所示，顯示的溫度值增加。由于DS18B20是數(shù)字式芯片且可靠性非常好，工作電壓為3～5.5 V，所以在正確驅(qū)動(dòng)DS18B20之后，讀取溫度值一般即為比較準(zhǔn)確的溫度值。
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圖9 PC端超級(jí)終端溫度顯示
將濕度傳感器接入電路，朝濕度傳感器哈一口氣改變環(huán)境濕度值，PC超級(jí)終端接收到的濕度值變化情況如圖10所示，哈氣之后濕度值變高。
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圖10 PC端超級(jí)終端濕度顯示
將圖4中[R7]設(shè)定為1 kΩ，[R9]設(shè)定為50 kΩ在Multisim軟件中進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果如圖11所示。正弦波為[R7]兩端電壓波形，另一個(gè)波形為[R9]兩端電壓也就是最終輸出CC2530的電壓，從仿真結(jié)果可以看出，電路輸入0.5 s后輸出端電壓穩(wěn)定于3 V左右，可以被CC2530讀取。雖然輸出電壓0.5 s的上升時(shí)間有點(diǎn)長(zhǎng)，但普通家用電器不需在短時(shí)間內(nèi)反復(fù)開(kāi)關(guān)，所以本電路基本能達(dá)到智能家居控制系統(tǒng)的要求。
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圖11 仿真結(jié)果
5 ； 結(jié) ； 語(yǔ)
為了實(shí)現(xiàn)家居的智能管理，本文設(shè)計(jì)了一種監(jiān)控家庭溫度、濕度以及家用電器工作情況等參數(shù)的系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)證明，該系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確及時(shí)獲得溫度、濕度以及電器工作狀態(tài)各項(xiàng)參數(shù)，并且通過(guò)處理這些參數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)部分家用電器的自動(dòng)化控制。本系統(tǒng)基本完成了智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，其他參數(shù)的傳感測(cè)量、控制和本系統(tǒng)中的溫度、濕度等有很大的相似之處，附加相應(yīng)的傳感器即可。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，無(wú)線傳感芯片性價(jià)比進(jìn)一步提高，智能家居必會(huì)帶動(dòng)家用電器領(lǐng)域的革命，使得家居生活更加便捷、美好。
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