導(dǎo)言：作為寫(xiě)作愛(ài)好者，不可錯(cuò)過(guò)為您精心挑選的10篇物聯(lián)網(wǎng)與智能家居，它們將為您的寫(xiě)作提供全新的視角，我們衷心期待您的閱讀，并希望這些內(nèi)容能為您提供靈感和參考。

篇1

中圖分類(lèi)號(hào)：g712文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a文章編號(hào)：1672-5727（2014）07-0107-03

“智能家居”的概念自20世紀(jì)80年代被提出后，進(jìn)入21世紀(jì)才引起社會(huì)的廣泛關(guān)注。隨著智能家居技術(shù)的不斷成熟、產(chǎn)品不斷完善、市場(chǎng)不斷發(fā)展，人們對(duì)它由陌生變熟悉，逐漸地由“遠(yuǎn)觀”到真正應(yīng)用于家庭生活。正是因此，以往對(duì)智能家居的定義已經(jīng)不夠準(zhǔn)確而詳盡，現(xiàn)在非常有必要重新審視智能家居的定義，以適應(yīng)智能家居行業(yè)的新發(fā)展。特別是“物聯(lián)網(wǎng)”概念提出以后，學(xué)術(shù)界開(kāi)始大量探討與物聯(lián)網(wǎng)智能家居相關(guān)的概念、技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)業(yè)界也開(kāi)始在多個(gè)領(lǐng)域加強(qiáng)對(duì)智能家居技術(shù)的應(yīng)用，數(shù)百所高等院校相關(guān)專(zhuān)業(yè)都開(kāi)設(shè)了“智能家居”課程。

目前物聯(lián)網(wǎng)的現(xiàn)狀與當(dāng)初的互聯(lián)網(wǎng)非常相似，今天的互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)形成了巨大的產(chǎn)業(yè)規(guī)模并衍生出很多行業(yè)。作為物聯(lián)網(wǎng)最主要、最重要的組成部分，物聯(lián)網(wǎng)智能家居也將經(jīng)歷這樣一次升級(jí)。家用電器的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)電腦、手機(jī)的總和，如果再加上各種諸如智能眼鏡和智能手表之類(lèi)的無(wú)線傳感器、控制器，數(shù)量上就會(huì)是傳統(tǒng)電腦及手機(jī)的幾十倍甚至上百倍，可以說(shuō)，單單一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)智能家居的市場(chǎng)可能就是傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)及移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)總和的幾十倍以上。從某種程度上來(lái)講，離開(kāi)了智能家居，智慧城市或者智慧地球就失去了存在的基礎(chǔ)，可以說(shuō)智能家居將成為物聯(lián)網(wǎng)最主流的應(yīng)用市場(chǎng)。

課程開(kāi)發(fā)

為了體現(xiàn)工學(xué)結(jié)合的辦學(xué)特色，我院在開(kāi)設(shè)“物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專(zhuān)業(yè)”之初，就堅(jiān)持以職業(yè)崗位能力為核心的人才培養(yǎng)模式，開(kāi)發(fā)了體現(xiàn)工學(xué)結(jié)合的課程體系，并根據(jù)技術(shù)領(lǐng)域和職業(yè)崗位的人才需求，突出專(zhuān)業(yè)技能的培養(yǎng)，形成了“理論與實(shí)踐相融合，以職業(yè)崗位作業(yè)流程為導(dǎo)向”的模塊化課程體系。通過(guò)開(kāi)設(shè)一體化的專(zhuān)業(yè)實(shí)踐技能課程，將理論與實(shí)踐相結(jié)合，加強(qiáng)學(xué)生的綜合技能訓(xùn)練；推進(jìn)課程與企業(yè)崗位技能需求相互融合，與就業(yè)崗位相互銜接，突出培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)；將職業(yè)資格、職業(yè)技能教育與院校日常教學(xué)相結(jié)合，大力推進(jìn)實(shí)務(wù)專(zhuān)題、頂崗實(shí)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生專(zhuān)業(yè)崗位的實(shí)踐能力。

物聯(lián)網(wǎng)的行業(yè)應(yīng)用包括智能交通、智能大棚、智能電網(wǎng)、智能家居、智能醫(yī)療等等，對(duì)于具有交通行業(yè)背景的院校而言，一般要開(kāi)設(shè)“智能交通”課程；對(duì)于農(nóng)業(yè)類(lèi)院校而言，一般應(yīng)開(kāi)設(shè)“智能農(nóng)業(yè)大棚”課程；對(duì)于電力行業(yè)院校而言，可能就要開(kāi)設(shè)“智能電網(wǎng)”課程。而我院是信息類(lèi)院校，沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的行業(yè)背景，所以根據(jù)福建省產(chǎn)業(yè)發(fā)展特點(diǎn)及我院的實(shí)際情況，并征求企業(yè)專(zhuān)家和專(zhuān)業(yè)教師的意見(jiàn)，制定了專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)方案和課程體系，其中包括“智能家居”課程。

課程建設(shè)

物聯(lián)網(wǎng)智能家居的內(nèi)涵究竟是什么？哪些技術(shù)是核心技術(shù)？哪些產(chǎn)業(yè)或產(chǎn)值才真正屬于“智能家居”？這些問(wèn)題看似簡(jiǎn)單，但又難以回答。當(dāng)前，從技術(shù)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)規(guī)模、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等方面還不能明確回答上述疑問(wèn)。也正是因此，市場(chǎng)上關(guān)于“智能家居”的技術(shù)及應(yīng)用各不相同，能夠作為高職院校教學(xué)材料的資料、書(shū)籍及實(shí)驗(yàn)設(shè)備就更加少之又少。只有從務(wù)實(shí)的角度考慮，將智能家居引向以“實(shí)際應(yīng)用”為目標(biāo)的發(fā)展思路上，夯實(shí)智能家居的核心技術(shù)，拋開(kāi)概念，注重應(yīng)用，智能家居才能成為獨(dú)立的學(xué)科專(zhuān)業(yè)，具有明確的科研方向，為物聯(lián)網(wǎng)新興產(chǎn)業(yè)服務(wù)。

因此，我院成立了“智能家居”課程建設(shè)小組，明確責(zé)任，分工合作，從案例資料收集、企業(yè)調(diào)研、教材編寫(xiě)、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)等多方面推進(jìn)課程的建設(shè)。截至目前，已完成課程標(biāo)準(zhǔn)（教學(xué)大綱）的制定、校本教材的編寫(xiě)及實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，圓滿(mǎn)完成了課程建設(shè)任務(wù)。

課程設(shè)計(jì)

本課程依據(jù)企業(yè)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)工程實(shí)施過(guò)程中的技能要求，以項(xiàng)目為單位組織教學(xué)，將智能家居各子系統(tǒng)的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)和技能要素直接融入項(xiàng)目教學(xué)和實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)的各個(gè)環(huán)節(jié)中，讓學(xué)生在技能訓(xùn)練過(guò)程中加深對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)和技能的理解與應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的關(guān)鍵能力，滿(mǎn)足學(xué)生職業(yè)生涯發(fā)展的需要。

學(xué)習(xí)情境設(shè)計(jì)根據(jù)智能家居系統(tǒng)的實(shí)際工作崗位需求，以培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)能力為重點(diǎn)，引入具有一定代表性的行業(yè)應(yīng)用項(xiàng)目案例，從中分解知識(shí)點(diǎn)作為子項(xiàng)目，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，將該學(xué)習(xí)領(lǐng)域課程劃分為5個(gè)學(xué)習(xí)情境，各學(xué)習(xí)情境的教學(xué)過(guò)程以行動(dòng)為導(dǎo)向，以學(xué)生為主體，基于工作過(guò)程加以完成，如表1所示。

教學(xué)設(shè)計(jì)以智能家居的相應(yīng)子系統(tǒng)為項(xiàng)目，采用一體化教學(xué)模式，邊學(xué)邊做。以實(shí)際工程建設(shè)過(guò)程為切入點(diǎn)，選取典型工作情境，分組實(shí)施。按照情境導(dǎo)入、項(xiàng)目分析、方案制定、項(xiàng)目實(shí)施、小結(jié)評(píng)價(jià)5個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。以視頻監(jiān)控項(xiàng)目為例進(jìn)行的教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)，如圖1所示。當(dāng)然，項(xiàng)目的選取要根據(jù)各院校的實(shí)際情況（包括實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備、專(zhuān)業(yè)教師能力以及合作企業(yè)等）而定。

教學(xué)方法與手段“智能家居”課程是一門(mén)理論性與實(shí)踐性相結(jié)合的課程，有些學(xué)生在此之前可能對(duì)“智能家居”知之甚少，因此授課過(guò)程中應(yīng)以實(shí)際應(yīng)用為主，以理論講授為輔，靈活運(yùn)用多種教學(xué)模式，充分發(fā)揮傳統(tǒng)教學(xué)與現(xiàn)代教學(xué)的優(yōu)勢(shì)。（1）課堂講授。要將原理和概念深入淺出地講清、講透，并引導(dǎo)學(xué)生逐步理解課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)，讓學(xué)生掌握基本概念、基本理論和基本技術(shù)，但不能講得太深，夠用即可。（2）實(shí)際工程項(xiàng)目參觀。在課程講授過(guò)程中，可安排并帶領(lǐng)學(xué)生參觀相關(guān)企業(yè)的建設(shè)項(xiàng)目和樣板演示，目的是使學(xué)生對(duì)智能家居有感性認(rèn)識(shí)。（3）實(shí)際練習(xí)。充分利用本校實(shí)驗(yàn)環(huán)境，在任務(wù)驅(qū)動(dòng)課程設(shè)計(jì)理念的指導(dǎo)下，根據(jù)實(shí)際案例，按照工作過(guò)程步驟連貫進(jìn)行，使理論與實(shí)踐的結(jié)合更緊密。（4）相互評(píng)估。在學(xué)生完成相關(guān)任務(wù)后，采用小組成員間和小組間相互檢查、測(cè)試、評(píng)分的方法，讓學(xué)生了解自己的不足，相互學(xué)習(xí)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，共同進(jìn)步。（5）課外閱讀指導(dǎo)。目前物聯(lián)網(wǎng)智能家居技術(shù)及應(yīng)用多樣化，但標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，所以要鼓勵(lì)學(xué)生查閱相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)資源和輔助文獻(xiàn)，以進(jìn)一步拓展學(xué)生的知識(shí)面。

教學(xué)成效

從理論到實(shí)踐，變被動(dòng)為主動(dòng)培養(yǎng)高技能應(yīng)用型人才，需要加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐操作、團(tuán)隊(duì)合作等關(guān)鍵能力的培養(yǎng)，特別是對(duì)于一些課程的學(xué)習(xí)，許多學(xué)生只有在理解課程與未來(lái)工作的相關(guān)性之后，才能夠有目的、有意識(shí)地積極學(xué)習(xí)。因此，針對(duì)“智能家居”課程，應(yīng)采取以實(shí)踐教學(xué)為主、以理論教學(xué)為輔的教學(xué)方式，體現(xiàn)“做中學(xué)、學(xué)中做”的思想，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，使學(xué)生從傳統(tǒng)的“要我學(xué)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤拔乙獙W(xué)”，從而變被動(dòng)教為主動(dòng)學(xué)。

形式多樣、思想開(kāi)放結(jié)合每節(jié)課學(xué)習(xí)的實(shí)踐和理論知識(shí)，課后組織討論，師生座談，積極閱讀物聯(lián)網(wǎng)和智能家居方面的資料書(shū)刊，結(jié)合學(xué)生的興趣，在課程組教師的帶領(lǐng)下或自發(fā)地成立智能家居相關(guān)子系統(tǒng)的項(xiàng)目小組，如“視頻監(jiān)控小組”、“門(mén)禁系統(tǒng)小組”、“環(huán)境監(jiān)測(cè)小組”、“智能窗簾小組”等，對(duì)智能家居進(jìn)行多角度的深入探討。

校企合作、提高能力在“智能家居”課程教學(xué)過(guò)程中要加強(qiáng)對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，通過(guò)到企業(yè)參觀、到工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐、請(qǐng)企業(yè)管理人員介紹系統(tǒng)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)及存在問(wèn)題與原因分析等方式，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，其效果主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：其一，使學(xué)生明確自己的興趣取向及理論知識(shí)的掌握情況，為學(xué)生選擇畢業(yè)論文題目及就業(yè)方向打下良好的基礎(chǔ)；其二，通過(guò)參加課外參觀實(shí)踐活動(dòng)，增加學(xué)生關(guān)于智能家居工程項(xiàng)目建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)。

存在問(wèn)題

第一，本課程采用分組項(xiàng)目教學(xué)，學(xué)生需要通過(guò)團(tuán)隊(duì)協(xié)作完成相關(guān)任務(wù)，因此出現(xiàn)一些學(xué)生依賴(lài)小組其他成員完成任務(wù)的情況，需要在教學(xué)過(guò)程中加強(qiáng)引導(dǎo)。

第二，項(xiàng)目式教學(xué)需要更好的場(chǎng)地和設(shè)備，因此要完善實(shí)訓(xùn)教學(xué)條件，加強(qiáng)互動(dòng)教學(xué)模式建設(shè)，不斷改進(jìn)校企合作模式。

第三，項(xiàng)目式教學(xué)需要更多的現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)和手把手的示范，教師的工作量增加，由一個(gè)任課教師講授、指導(dǎo)，難免顧此失彼，因此可組織課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)，由幾個(gè)教師共同完成同一教學(xué)任務(wù)，同時(shí)引入企業(yè)人員參與部分教學(xué)，教學(xué)效果更佳。

第四，本課程涉及的知識(shí)面廣、技能復(fù)雜，如何協(xié)調(diào)好有限的教學(xué)課時(shí)與多而廣的教學(xué)內(nèi)容之間的矛盾，進(jìn)行適當(dāng)?shù)膬?nèi)容增減，是今后教學(xué)中需要不斷探討的

問(wèn)題。

第五，目前關(guān)于智能家居的相關(guān)教材資料很少，能夠適合項(xiàng)目式教學(xué)需要的教材更是少之又少。因此編寫(xiě)高職院校學(xué)生適用的“智能家居”教材非常必要，任務(wù)緊迫，與智能家居相關(guān)的技術(shù)及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)也在不斷改進(jìn)和完善過(guò)程中，所以教材及課程內(nèi)容要實(shí)時(shí)跟蹤、不斷改進(jìn)。

“十二五”期間，由于物聯(lián)網(wǎng)起步伊始，智能家居行業(yè)方興未艾，而我國(guó)真正從事該行業(yè)的人才極其匱乏，智能家居行業(yè)不僅是我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，也是未來(lái)社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)。可以斷定，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)必將不斷升級(jí)，發(fā)展成為“國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)”，國(guó)家對(duì)物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的推動(dòng)及智能家居行業(yè)本身巨大的市場(chǎng)需求和廣闊的發(fā)展空間，必將產(chǎn)生對(duì)該行業(yè)人才的巨大需求。

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篇2

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2013）07-0038-04

0 引 言

世界上最早的智能建筑是1984年在美國(guó)誕生的，這之后，加拿大、歐洲、澳大利亞和東南亞等經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家先后開(kāi)始開(kāi)發(fā)智能建筑和智能家居產(chǎn)品。智能家居在國(guó)外已發(fā)展了20多年，特別在一些發(fā)達(dá)國(guó)家，智能家居的普及率相當(dāng)高，智能家居可以為人們提供一種高效、舒適、安全、便利、環(huán)保的家庭居住環(huán)境。在美國(guó)，蓋茨的被稱(chēng)作“未來(lái)之屋”的豪宅堪稱(chēng)當(dāng)今智能家居的經(jīng)典之作，所有的照明、音樂(lè)、溫度、濕度等，都可以根據(jù)客人的需要通過(guò)電腦任意調(diào)節(jié)；當(dāng)你踏入一個(gè)房間，藏在壁紙后方的揚(yáng)聲器就會(huì)響起你喜愛(ài)的旋律，墻壁上則投射出你熟悉的畫(huà)作；廁所里安裝了一套檢查身體的電腦系統(tǒng)，如果發(fā)現(xiàn)異常，電腦會(huì)立即發(fā)出警報(bào)；地板中的傳感器在感應(yīng)到有人到來(lái)時(shí)就自動(dòng)打開(kāi)照明系統(tǒng)，在客人離去的同時(shí)自動(dòng)關(guān)閉。在國(guó)內(nèi)，智能家居經(jīng)歷了10年的起步階段，發(fā)展速度緩慢。這主要是因?yàn)殚_(kāi)發(fā)技術(shù)短期內(nèi)不成熟，沒(méi)有形成完整的、全面的系統(tǒng)解決方案，主要集中在一些分散的智能家庭控制子系統(tǒng)的研究上，所以有必要對(duì)智能家居系統(tǒng)做研究和探討。

1 智能家居的架構(gòu)

智能家居作為物聯(lián)網(wǎng)的一部分和人們的生活息息相關(guān)，是人們感受物聯(lián)網(wǎng)最直接的方式。通過(guò)智能家居系統(tǒng)，人們將充分感受到物聯(lián)網(wǎng)革命帶給人們的方便、快捷與智能化。圖1所示是智能家居系統(tǒng)的基本框架圖。下面對(duì)具有集中式信息處理模塊的智能家居系統(tǒng)作一簡(jiǎn)要介紹。

圖1 智能家居系統(tǒng)框架

1.1 信息家電

信息家電應(yīng)該是一種價(jià)格低廉、操作簡(jiǎn)便、實(shí)用性強(qiáng)、帶有PC主要功能的家電產(chǎn)品。利用電腦、電信和電子技術(shù)與傳統(tǒng)家電相結(jié)合的創(chuàng)新產(chǎn)品，是為數(shù)字化與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)更廣泛地深入家庭生活而設(shè)計(jì)的新型家用電器。在目前的傳統(tǒng)家電的基礎(chǔ)上，將信息技術(shù)融入傳統(tǒng)的家電當(dāng)中，使其功能更加強(qiáng)大，使用更加簡(jiǎn)單、方便和實(shí)用，為家庭生活創(chuàng)造更高品質(zhì)的生活環(huán)境，比如模擬電視發(fā)展成數(shù)字電視，電冰箱、洗衣機(jī)、微波爐等也將會(huì)變成數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的信息家電。

1.2 信息處理模塊

為了使相互獨(dú)立的信息家電可以實(shí)現(xiàn)信息共享與協(xié)同工作，智能家居系統(tǒng)中必須具有專(zhuān)門(mén)的信息處理模塊。它的功能主要是收集家庭中各個(gè)家電的工作狀態(tài)和服務(wù)請(qǐng)求，對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，并將結(jié)果送入功能驅(qū)動(dòng)模塊。隨著家庭中信息家電的數(shù)量不斷增加，采用分布式的控制方式將具有更高的靈活性，這是未來(lái)智能家居系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。

1.3 通信模塊

如果說(shuō)信息處理模塊是智能家居系統(tǒng)的大腦，那么通信模塊就是實(shí)現(xiàn)信息傳導(dǎo)的神經(jīng)。根據(jù)家庭組網(wǎng)的特點(diǎn)，通信模塊常利用已有的布線（如電力載波），或者采用無(wú)線傳輸（如藍(lán)牙、紅外、Wi-Fi、ZigBee）等。出于不同的信息家電對(duì)傳輸?shù)膸捯蟛煌?，?shí)際中的通信模塊常采用多種方式混合組網(wǎng)。

1.4 功能驅(qū)動(dòng)模塊

功能驅(qū)動(dòng)模塊是信息流入、流出各個(gè)信息家電的接口。由于各個(gè)電器生產(chǎn)廠商的產(chǎn)品在功能和實(shí)現(xiàn)上都有很大的不同，所以必須通過(guò)功能驅(qū)動(dòng)模塊將信息處理模塊的指令翻譯成電器可以執(zhí)行的電平信號(hào)，以及將電器的各種狀態(tài)信息轉(zhuǎn)換成信息處理模塊可以理解的二進(jìn)制信息。

1.5 外界信息接口模塊

該模塊可以看成是一個(gè)家庭通向外界（如Internet）的網(wǎng)關(guān)，它在家庭內(nèi)部各種家電信息共享的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了基于Internet的資源共享，從而更進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了共享的深度和廣度，也將是未來(lái)智能家居系統(tǒng)發(fā)展的熱點(diǎn)。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)被稱(chēng)為是繼計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)信息產(chǎn)業(yè)后的第三次革命性創(chuàng)新[8]，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用無(wú)處不在。物聯(lián)網(wǎng)是讓所有的物品都能夠遠(yuǎn)程感知和控制，并與現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)連接在一起，形成一個(gè)更加智慧的生產(chǎn)生活體系。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)層次由感知層、傳輸層和應(yīng)用層組成[10]，圖2所示是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的層次結(jié)構(gòu)。

物聯(lián)網(wǎng)以傳感器等傳感技術(shù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)信息采集和“物”的識(shí)別，通過(guò)傳輸層實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸與計(jì)算，經(jīng)過(guò)應(yīng)用層，實(shí)現(xiàn)所感知信息的應(yīng)用服務(wù)。

3 智能家居的主要技術(shù)

智能能家居系統(tǒng)應(yīng)用的主要技術(shù)包括網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)、通信技術(shù)和移動(dòng)終端技術(shù)。

圖2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)層次結(jié)構(gòu)

3.1 網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)

3.1.1 通過(guò)家庭網(wǎng)關(guān)的互聯(lián)

家庭網(wǎng)關(guān)是智能家庭局域網(wǎng)的核心部分，主要完成家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)各種不同通信協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換和信息共享，以及同外部通信網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)交換功能。同時(shí)，網(wǎng)關(guān)一般還負(fù)責(zé)家庭智能設(shè)備的管理和控制。

3.1.2 通過(guò)外部擴(kuò)展模塊實(shí)現(xiàn)與家電的互聯(lián)

為實(shí)現(xiàn)家用電器的集中控制和遠(yuǎn)程控制功能，家庭智能網(wǎng)關(guān)通過(guò)有線或無(wú)線的方式，按照特定的通信協(xié)議借助外部擴(kuò)展模塊控制家電或照明設(shè)備。

3.1.3 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用

以往的智能家居中，絕大多數(shù)是由單片機(jī)控制的。隨著新功能的不斷增加和性能的不斷提升，將處理能力大大增強(qiáng)的具有網(wǎng)絡(luò)功能的嵌入式操作系統(tǒng)和單片機(jī)的控制程序作相應(yīng)的調(diào)整，使之有機(jī)地結(jié)合成為完整的嵌入式系統(tǒng)。

3.2 通信技術(shù)

通信技術(shù)分為有線通信和無(wú)線通信技術(shù)，大多已日臻成熟?；赯igBee技術(shù)的智能家居無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，由于具有低成本、低功耗、較遠(yuǎn)的覆蓋范圍及通用性強(qiáng)的特點(diǎn)，將成為智能家居系統(tǒng)中的又一亮點(diǎn)，必將給現(xiàn)代智能家居系統(tǒng)帶來(lái)一場(chǎng)新的變革。

3.3 移動(dòng)終端技術(shù)

移動(dòng)智能終端以智能手機(jī)為代表，另外還包含平板電腦、筆記本、智能電視等。移動(dòng)智能終端內(nèi)嵌嵌入式操作系統(tǒng)，目前被廣泛推崇和得到迅速發(fā)展的是開(kāi)放的、自由的Android系統(tǒng)[3]，主要應(yīng)用在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)方面。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)是將移動(dòng)通信和互聯(lián)網(wǎng)二者結(jié)合起來(lái)的、融為一體的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，在最近幾年里，移動(dòng)通信和互聯(lián)網(wǎng)是當(dāng)今世界發(fā)展最快、市場(chǎng)潛力最大、前景最誘人的兩大業(yè)務(wù)，它們的增長(zhǎng)速度是任何預(yù)測(cè)家未曾預(yù)料到的。

4 智能家居的主要研究?jī)?nèi)容

智能家居系統(tǒng)可滿(mǎn)足個(gè)性化需求?？梢园床煌脩?hù)的需求，定制不同的方案。同時(shí)，也可模塊化服務(wù)，以滿(mǎn)足不同層次客戶(hù)的需求。從客戶(hù)需求上分析，智能家居系統(tǒng)的主要研究?jī)?nèi)容如下：

（1） 通過(guò)移動(dòng)智能終端，如智能手機(jī)等，隨時(shí)隨地控制家中電器的開(kāi)關(guān)和監(jiān)測(cè)信息家電的工作狀態(tài)。

（2） 以“情景模式”一鍵組合控制家電，實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景設(shè)定。

（3） 支持上述功能的同時(shí)，同樣可以使用家電原有的控制方式。

（4） 實(shí)時(shí)視頻，讓主人對(duì)家中的狀況一目了然。

（5） 當(dāng)家中發(fā)生警情時(shí)，可以自動(dòng)打電話(huà)或發(fā)短信通知，并同時(shí)通知小區(qū)的物業(yè)，保安可第一時(shí)間到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)。

（6） 網(wǎng)關(guān)服務(wù)器的密碼以及網(wǎng)絡(luò)控制頁(yè)面的登錄密碼，可以隨時(shí)更改，保證系統(tǒng)安全性。

5 智能家居通信方式比較

智能家居不同廠商產(chǎn)品的區(qū)別主要體現(xiàn)在通信組網(wǎng)方式上。市場(chǎng)上所有的產(chǎn)品無(wú)外乎有兩種進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞?，分別是有線方式和無(wú)線方式。

有線方式即總線控制方式，如EIB、C-Bus、H-Bus、LonWorks、SCS、RS-485等。有線方式因?yàn)樾枰M(jìn)行布置復(fù)雜的線路，對(duì)原有建筑造成不同程度的破壞，而且維護(hù)、擴(kuò)展也會(huì)帶來(lái)很多局限性，所以，采用有線通信方式的智能家居產(chǎn)品正在逐漸被淘汰。

無(wú)線方式包括射頻、載波、Wi-Fi、ZigBee、藍(lán)牙等。本文的智能家居產(chǎn)品采用ZigBee組網(wǎng)方式，而目前國(guó)內(nèi)僅有個(gè)別廠家采用ZigBee組網(wǎng)方式。表1所列是對(duì)各種無(wú)線組網(wǎng)方式的智能家居系統(tǒng)進(jìn)行的比較。

在表1中，ZigBee技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無(wú)線通信技術(shù)，主要適合于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備中，同時(shí)支持地理定位功能。相對(duì)于現(xiàn)有的各種無(wú)線通信技術(shù)，ZigBee技術(shù)是最低功耗和成本的技術(shù)，這些特點(diǎn)決定了在智能家居中采用ZigBee組網(wǎng)是非常合適的。

6 基于ZigBee和移動(dòng)終端技術(shù)的智能家居系統(tǒng)

6.1 系統(tǒng)框圖和主要實(shí)現(xiàn)原理

基于ZigBee的智能家居系統(tǒng)是未來(lái)智能家居系統(tǒng)的主流，該系統(tǒng)包含終端節(jié)點(diǎn)、路由器節(jié)點(diǎn)、傳感器網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)終端、遠(yuǎn)程監(jiān)控終端（如手機(jī)移動(dòng)終端）等。圖3所示就是基于ZigBee和移動(dòng)終端技術(shù)的智能家居系統(tǒng)圖。

圖3 基于ZigBee和移動(dòng)終端技術(shù)的智能家居系統(tǒng)

在基于ZigBee和移動(dòng)終端技術(shù)的智能家居系統(tǒng)中，終端節(jié)點(diǎn)是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵，它的作用是開(kāi)啟并配置無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)成功后，通過(guò)路由器節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)終端，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)接收各節(jié)點(diǎn)的信息，并處理這些數(shù)據(jù)，將有用信息通過(guò)用戶(hù)交互程序顯示給用戶(hù)，然后接收用戶(hù)指令，再通過(guò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)將指令傳遞到相應(yīng)的設(shè)備終端節(jié)點(diǎn)。如果要通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程控制，那么傳感器網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)終端還要連接到互聯(lián)網(wǎng)，接收來(lái)自遠(yuǎn)程智能終端的指令，起到無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程終端通信橋梁作用。

6.2 系統(tǒng)各部分的功能

6.2.1 終端節(jié)點(diǎn)

終端節(jié)點(diǎn)主要由傳感單元、處理單元、無(wú)線通信單元和電源單元四個(gè)基本單元組成，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。終端節(jié)點(diǎn)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的建立和維護(hù)沒(méi)有責(zé)任。其加入網(wǎng)絡(luò)后主要任務(wù)有兩個(gè)：一是通過(guò)傳感單元中的傳感器，采集物理信息并進(jìn)行模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，處理單元負(fù)責(zé)信息存儲(chǔ)和處理，并送入無(wú)線通信單元，后者通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上傳；二是接收用戶(hù)終端的指令，控制設(shè)備作出相應(yīng)的動(dòng)作。

圖4 終端節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖

6.2.2 路由器節(jié)點(diǎn)

路由器節(jié)點(diǎn)的主要功能有兩個(gè)，一是為終端設(shè)備節(jié)點(diǎn)提供多跳路由，二是允許新啟動(dòng)的節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)，其作用相當(dāng)于互聯(lián)網(wǎng)中的路由器。

6.2.3 協(xié)調(diào)器網(wǎng)關(guān)

協(xié)調(diào)器網(wǎng)關(guān)是家庭控制網(wǎng)絡(luò)的主控設(shè)備，要求必須由至少一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)的FFD設(shè)備組成。一方面，它主導(dǎo)家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)建立的整個(gè)過(guò)程，主要包括系統(tǒng)初始化、網(wǎng)絡(luò)的建立、地址的分配和成員的加入、節(jié)點(diǎn)設(shè)備數(shù)據(jù)的更新、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)表、設(shè)備關(guān)聯(lián)表等幾個(gè)方面；另一方面，作為家庭網(wǎng)關(guān)和設(shè)備節(jié)點(diǎn)之間的橋梁，完成家庭網(wǎng)關(guān)和家居設(shè)備節(jié)點(diǎn)的通信。家庭網(wǎng)關(guān)對(duì)外可以提供各種遠(yuǎn)程智能控制接口，操作者可以通過(guò)手機(jī)移動(dòng)終端連接到Internet訪問(wèn)家庭網(wǎng)關(guān)的相關(guān)接口，對(duì)家中的家居設(shè)備節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問(wèn)或者控制。

6.2.4 移動(dòng)智能終端

移動(dòng)智能終端可以是任意一臺(tái)接入互聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)設(shè)備，這時(shí)傳感器網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)終端充當(dāng)通信橋梁。遠(yuǎn)程控制終端通過(guò)身份認(rèn)證后，就可以C/S模式或者B/S模式與傳感器網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)終端進(jìn)行通信，遠(yuǎn)程控制智能家庭網(wǎng)絡(luò)。比如，我們出差長(zhǎng)時(shí)間不在家，可通過(guò)移動(dòng)智能終端遠(yuǎn)程監(jiān)控家中的環(huán)境，定時(shí)打開(kāi)通風(fēng)設(shè)備改善房間空氣環(huán)境；或者我們下班前可通過(guò)移動(dòng)智能終端遠(yuǎn)程控制空調(diào)或地暖設(shè)備工作，回到家就可以享受到我們想要的舒適環(huán)境。

6.3 系統(tǒng)采用ZigBee技術(shù)的主要特點(diǎn)

（1） 功耗低。具備多種休眠模式，在待機(jī)模式下，普通電池即可支持長(zhǎng)達(dá)數(shù)月甚至一到兩年的連續(xù)工作。

（2） 可靠性高。ZigBee采用CSMA-CA碰撞避免機(jī)制，避免了數(shù)據(jù)包發(fā)送時(shí)信道的競(jìng)爭(zhēng)和沖突。其MAC層采用完全確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，設(shè)備發(fā)送出去的每一個(gè)數(shù)據(jù)包，接收設(shè)備在接收之后都必須回傳一個(gè)確認(rèn)信息，發(fā)送方才能開(kāi)始新的傳輸。

（3） 網(wǎng)絡(luò)容量大。具有星型結(jié)構(gòu)、樹(shù)狀結(jié)構(gòu)、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)等拓?fù)?，一個(gè)全功能設(shè)備可以管理254個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備，全功能設(shè)備之間還能組成覆蓋范圍更大的網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)的最大容量可達(dá)2542個(gè)節(jié)點(diǎn)。

（4） 成本低。ZigBee網(wǎng)絡(luò)的重要特點(diǎn)就是數(shù)據(jù)傳輸速率低，通信協(xié)議簡(jiǎn)單，極大地降低了組網(wǎng)的成本。大范圍組網(wǎng)時(shí)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的成本可以降到3美元以下。

（5） 數(shù)據(jù)安全。ZigBee提供了完整的安全機(jī)制，有效防止網(wǎng)絡(luò)被篡改，防止信息的截獲與竊聽(tīng)，并提供了多種加密方法保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴?/p>

（6） 通用性。由ZigBee技術(shù)聯(lián)盟主導(dǎo)ZigBee標(biāo)準(zhǔn)的制定與修改，并保持了設(shè)備和協(xié)議通用性和完好的開(kāi)放性。

6.4 系統(tǒng)采用移動(dòng)終端技術(shù)的主要特點(diǎn)

移動(dòng)終端應(yīng)用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，而移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)是將移動(dòng)通信和互聯(lián)網(wǎng)二者結(jié)合起來(lái)的、融為一體的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。在最近幾年里，移動(dòng)通信和互聯(lián)網(wǎng)是當(dāng)今世界發(fā)展最快、市場(chǎng)潛力最大、前景最誘人的兩大業(yè)務(wù)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

典型的移動(dòng)終端平臺(tái)是Android 平臺(tái)。Android是Google公司針對(duì)智能終端開(kāi)發(fā)的一個(gè)平臺(tái)，基于linux內(nèi)核，是開(kāi)放、開(kāi)源的系統(tǒng)，其大部分應(yīng)用主要是用java開(kāi)發(fā)，具有很好的跨平臺(tái)性。實(shí)際上，移動(dòng)終端就是一個(gè)可移動(dòng)的計(jì)算機(jī)。

7 結(jié) 語(yǔ)

本文對(duì)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居系統(tǒng)進(jìn)行了研究與探討，分析了智能家居的架構(gòu)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)層次，提出了一套基于ZigBee和移動(dòng)終端技術(shù)的智能家居系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用ZigBee技術(shù)和移動(dòng)終端技術(shù)，具有諸多顯著特點(diǎn)。本文通過(guò)對(duì)通信方式進(jìn)行比較后，在家居系統(tǒng)中選擇ZigBee通信技術(shù)，通過(guò)分析說(shuō)明了ZigBee技術(shù)在樓宇自動(dòng)化領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。系統(tǒng)在應(yīng)用中選擇移動(dòng)終端技術(shù)，移動(dòng)終端技術(shù)具有基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和可靠的嵌入式等特點(diǎn)，使智能家居控制系統(tǒng)具有智能化和可移動(dòng)性?；赯igBee和移動(dòng)終端技術(shù)的智能家居系統(tǒng)能將家庭中的家居設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)中，使傳統(tǒng)家居設(shè)備具有自動(dòng)化、智能化等新特征，是未來(lái)智能家居的主流發(fā)展模式。

參 考 文 獻(xiàn)

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篇3

[中圖分類(lèi)號(hào)]TP

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

[文章編號(hào)]1671-5918（2015）13-0098-02

隨著人計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及通信技術(shù)的快速發(fā)展，人們對(duì)工作、生活的品質(zhì)要求愈來(lái)愈高，其中對(duì)家居的智能控制成為人們的必然需求。智能家居系統(tǒng)的控制，就是按照我們的實(shí)際生活要求，結(jié)合個(gè)性化服務(wù)，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)及傳感技術(shù)應(yīng)用到與智能家居系統(tǒng)中，如安全防盜、音響控制、煤氣水電控制、空調(diào)控制等，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行管理，從而實(shí)現(xiàn)智能化的家居生活環(huán)境。

一、物聯(lián)網(wǎng)家居概念

物聯(lián)網(wǎng)家居又稱(chēng)物聯(lián)網(wǎng)智能家居、智能家居物聯(lián)網(wǎng)，是一個(gè)居住環(huán)境，是以住宅為平臺(tái)安裝有智能家居系統(tǒng)的居住環(huán)境，實(shí)施智能家居系統(tǒng)的過(guò)程就稱(chēng)為物聯(lián)網(wǎng)智能家居集成。

物聯(lián)網(wǎng)家居集成是利用綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、安全防范技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、音視頻技術(shù)將家居生活有關(guān)的設(shè)備集成。由于物聯(lián)網(wǎng)智能家居采用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議的不同，大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)都采用綜合布線方式，但少數(shù)系統(tǒng)可能并不采用綜合布線技術(shù)，如電力載波，不論哪一種情況，都一定有對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)來(lái)完成所需的信號(hào)傳輸任務(wù)，因此網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)家居集成中關(guān)鍵的技術(shù)之一。

安全防范技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)家居系統(tǒng)中必不可少的技術(shù)，在小區(qū)及戶(hù)內(nèi)可視對(duì)講、家庭監(jiān)控、家庭防盜報(bào)警、與家庭有關(guān)的小區(qū)一卡通等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。自動(dòng)控制技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)家居系統(tǒng)中必不可少的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在物聯(lián)網(wǎng)家居控制中心、物聯(lián)網(wǎng)家居設(shè)備自動(dòng)控制模塊中，對(duì)于家庭能源的科學(xué)管理、家庭設(shè)備的日程管理都有十分重要的作用。音視頻技術(shù)是實(shí)現(xiàn)家庭環(huán)境舒適性、藝術(shù)性的重要技術(shù)，體現(xiàn)在音視頻集中分配、背景音樂(lè)、家庭影院等方面。

又稱(chēng)智能住宅。通俗地說(shuō)，它是融合了自動(dòng)化控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)于一體的網(wǎng)絡(luò)化智能化的家居控制系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)智能家居將讓用戶(hù)有更方便的手段來(lái)管理家庭設(shè)備，比如，通過(guò)家觸摸屏、無(wú)線遙控器、電話(huà)、互聯(lián)網(wǎng)或者語(yǔ)音識(shí)別控制家用設(shè)備，更可以執(zhí)行場(chǎng)景操作，使多個(gè)設(shè)備形成聯(lián)動(dòng)；另一方面，物聯(lián)網(wǎng)智能家居內(nèi)的各種設(shè)備相互間可以通訊，不需要用戶(hù)指揮也能根據(jù)不同的狀態(tài)互動(dòng)運(yùn)行，從而給用戶(hù)帶來(lái)最大程度的高效、便利、舒適與安全。

二、物聯(lián)網(wǎng)家居與傳統(tǒng)智能家居的區(qū)別

提到傳統(tǒng)智能家居與物聯(lián)網(wǎng)家居的對(duì)比，大家第一個(gè)想到的便是是否采用了布線技術(shù)。當(dāng)前，是否采用綜合布線已經(jīng)成為區(qū)別物聯(lián)網(wǎng)智能家居與傳統(tǒng)智能家居的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。

傳統(tǒng)的智能家居均采用有線的方式，不僅需要專(zhuān)業(yè)人員來(lái)施工、維護(hù)，而且施工周期長(zhǎng)，費(fèi)用也比較高，系統(tǒng)靈活性差、維護(hù)維修難、擴(kuò)展能力低，很多項(xiàng)目建成后用戶(hù)根本無(wú)法更新升級(jí)，讓消費(fèi)者苦不堪言，整個(gè)有線智能家居發(fā)展史甚至成了爛尾現(xiàn)象延續(xù)史。

而物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代下的智能家居，則擺脫了這些束縛。物聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)基本特征就是無(wú)處不在、無(wú)所不知。目標(biāo)是發(fā)展綠色全無(wú)線技術(shù)，包括感知、通訊等等不僅要求極低功耗，而且要求全無(wú)線覆蓋、高可靠連接、強(qiáng)安全通訊、大組網(wǎng)規(guī)模、能自我修復(fù)。具體到家庭應(yīng)用就是要求安裝非常簡(jiǎn)單，使用非常方便，維護(hù)不用操心，擴(kuò)展隨心所欲。簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是一個(gè)普通消費(fèi)者看著簡(jiǎn)單的說(shuō)明書(shū)就能夠自己迅速組裝完成整套智能家居系統(tǒng)，而且不需要專(zhuān)業(yè)人員的參與，這是物聯(lián)網(wǎng)型智能家居產(chǎn)品的一個(gè)重要特點(diǎn)。

三、家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

由于技術(shù)及成本等條件限制，我國(guó)目前大多數(shù)生活小區(qū)中的安全監(jiān)控、小區(qū)管理等系統(tǒng)大多是獨(dú)立的管理模式。這種環(huán)境下，會(huì)造成人員和設(shè)備的浪費(fèi)，增加了維護(hù)、維修的成本。所以，本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中著重注意了以下四個(gè)原則。

第一，設(shè)計(jì)要考慮到兼容性及殘存性。即盡量利用現(xiàn)有的軟硬件資源，盡量少增加軟硬件設(shè)備投資。

第二，設(shè)計(jì)要考慮到可擴(kuò)展性。這就是說(shuō)要采用成熟的技術(shù)，防止重復(fù)建設(shè)，少走彎路。

第三，設(shè)計(jì)要充分考慮安全性。以便有效地監(jiān)控人們生活安全，如住戶(hù)的水電氣及其它家用設(shè)施的安全，

（一）系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主要由三層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，在底層設(shè)計(jì)使用CAN現(xiàn)場(chǎng)總線，將電器設(shè)備連接到節(jié)點(diǎn)上；各節(jié)點(diǎn)通過(guò)以太網(wǎng)模塊或GPRS模塊連接到物聯(lián)網(wǎng)或移動(dòng)網(wǎng)上。這樣就可以通過(guò)利用現(xiàn)有的電腦或手機(jī)控制的住戶(hù)的家電設(shè)備，如，空調(diào)開(kāi)關(guān)及溫度的調(diào)節(jié)，調(diào)閱水電氣表的讀數(shù)等。

（二）各子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.多媒體系統(tǒng)

考慮到用戶(hù)對(duì)多媒體的享受需求，我們可以對(duì)用戶(hù)配置一個(gè)多媒體接線箱，用于電話(huà)、有線電視及控制信息等信息插座鏈接。數(shù)量可以根據(jù)用戶(hù)個(gè)性化進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.可視對(duì)講子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在每幢樓宇單元入口處門(mén)禁上設(shè)置編碼式的可視對(duì)講機(jī)系統(tǒng)，物業(yè)管理中心配置對(duì)講管理主機(jī)。系統(tǒng)具有感應(yīng)卡開(kāi)起電控鎖功能。

3.安全監(jiān)控子系統(tǒng)

在生活住戶(hù)內(nèi)安裝天然氣泄露、火災(zāi)、非法入侵等報(bào)警功能設(shè)備。比如：可在廚房安裝天然氣報(bào)警裝置，在客廳安裝煙霧探測(cè)器及紅外探測(cè)器，窗戶(hù)及陽(yáng)臺(tái)加裝紅外柵欄。監(jiān)控系統(tǒng)可以通過(guò)多種方式報(bào)警。如，電話(huà)語(yǔ)音報(bào)警或向小區(qū)管理中心報(bào)警等

4.控制子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

家電智能控制系統(tǒng)提供兩種控制方式：1）本地控制。通過(guò)智能鍵盤(pán)電話(huà)設(shè)備，對(duì)被控家電進(jìn)行操作。2）電話(huà)控制。實(shí)現(xiàn)通過(guò)電話(huà)或手機(jī)撥打家里電話(huà)，控制系統(tǒng)能自動(dòng)接聽(tīng)或并通過(guò)語(yǔ)音提示用戶(hù)完成相關(guān)操作。

5.信息處理子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

此子系統(tǒng)可以將小區(qū)管理中心與用戶(hù)的信息進(jìn)行互聯(lián)，系統(tǒng)可以向每個(gè)家庭的信息，如停水電通知等。住戶(hù)也可以向管理中心主機(jī)發(fā)送相關(guān)求助信息，如服務(wù)請(qǐng)求等。

6.表具數(shù)據(jù)抄送功能

本子系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)將住戶(hù)的水、電、氣等表具數(shù)據(jù)抄送至管理中心，當(dāng)然用戶(hù)可以隨時(shí)查看相關(guān)表具數(shù)據(jù)，及時(shí)了解相關(guān)設(shè)備息的使用狀況等。

四、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法

（一）硬件部分設(shè)計(jì)

主處理器采用ARM13，網(wǎng)絡(luò)科利用家里現(xiàn)有的WiFI設(shè)備。GRPS模塊采用SiRFStar ⅢGSC3F/LP.7979，捕獲時(shí)為144dBm.I/fVGA接口：集成256M內(nèi)存，采用液晶顯示器，可播放高清視頻。4個(gè)USB接口，能夠?qū)崿F(xiàn)平臺(tái)擴(kuò)展的功能；支持全速12Mbps）傳輸。使用10/100M以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)接口，底板上安裝500萬(wàn)像素?cái)z像機(jī)，CAN總線一個(gè)，支持CAN2.0A或CAN2.0B協(xié)議。

（二）軟件部分設(shè)計(jì)

操作系統(tǒng)可采用Windows CE版；考慮到使用成本，網(wǎng)口驅(qū)動(dòng)為10M/100M自適應(yīng)模式；Wi-FI設(shè)備驅(qū)動(dòng)采用支持802.11b/g；GPS驅(qū)動(dòng)支持全球定位；視頻驅(qū)動(dòng)為支持JPEG CODEC等標(biāo)準(zhǔn)；TvOUT驅(qū)動(dòng)為NTSC制式，3D驅(qū)動(dòng)為Graphics；智能鍵盤(pán)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)等，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計(jì)支持多種應(yīng)用，如HTTP等。

（三）系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)

篇4

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）03-0286-02

隨著居民對(duì)于家居環(huán)境要求的提高，目前智能家居成為了重要的研究課題，智能家居指的是將居民住宅作為平臺(tái)，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、安全技術(shù)以及自動(dòng)控制等技術(shù)，使多種家居設(shè)備之間形成一個(gè)系統(tǒng)整體，以便于人們實(shí)現(xiàn)對(duì)于家居物品的智能控制，更好的構(gòu)建符合人們舒適度要求的住宅環(huán)境和管理系統(tǒng)，才能更好地達(dá)到居民對(duì)于家居要求的安全性和舒適性。當(dāng)前隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，為智能家居效果的實(shí)現(xiàn)提供了可靠現(xiàn)實(shí)的依據(jù)，在本文中筆者結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)管理等等方面的技術(shù)，分析面向智能家居的物聯(lián)網(wǎng)原型系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用。

1 面向智能家居的物聯(lián)網(wǎng)原型系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)

根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建理念和理念引導(dǎo)下的形成的三層技術(shù)構(gòu)建的框架，在本文中筆者提出基于上述三層框架的適用于當(dāng)前居民要求的新型智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，在構(gòu)建新型智能家居設(shè)計(jì)模型時(shí)，其整體框架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以分為下面三個(gè)層面：一是感控層；二是網(wǎng)絡(luò)層；三是應(yīng)用層，這三個(gè)不同的層面可以分別負(fù)責(zé)三個(gè)不同的功能：感控層負(fù)責(zé)信息的采集和執(zhí)行的功能；網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)信息傳遞和信息管理的功能；應(yīng)用層負(fù)責(zé)系統(tǒng)應(yīng)用的功能。三個(gè)不同的層面主要負(fù)責(zé)以下具體功能的實(shí)現(xiàn)：其中感控層主要是對(duì)于基礎(chǔ)信號(hào)進(jìn)行采集和處理，對(duì)于數(shù)據(jù)之間進(jìn)行傳輸，同時(shí)控制命令的執(zhí)行，其主要負(fù)責(zé)的單元有亮度監(jiān)控單元、溫度監(jiān)控單元、電器狀態(tài)監(jiān)控單元、體感監(jiān)控單元、濕度監(jiān)控單元等等；網(wǎng)絡(luò)層主要針對(duì)不同的通訊方式所具有的協(xié)議轉(zhuǎn)換的功能，保證各項(xiàng)數(shù)據(jù)能夠順利地進(jìn)行傳遞，其中數(shù)據(jù)主要包括WIFI、ZigBee、有線網(wǎng)絡(luò)以及串口信息等等；應(yīng)用層主要負(fù)責(zé)對(duì)于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)功能，并且可以通過(guò)智能終端進(jìn)行系統(tǒng)狀態(tài)的整體查看等多種功能，以上三個(gè)層技術(shù)構(gòu)建的體系是智能家居設(shè)計(jì)和保障其功能實(shí)現(xiàn)的重要理論基礎(chǔ)[1]。

2 智能家居系統(tǒng)中對(duì)于感控層的設(shè)計(jì)

智能家居系統(tǒng)中感控層主要可以由數(shù)據(jù)采集和執(zhí)行以及短距離的無(wú)線通信兩部分組成。其中數(shù)據(jù)采集功能主要是利用傳感器和身份識(shí)別等技術(shù)，對(duì)于家居系統(tǒng)中的溫度、亮度、火情狀態(tài)等設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的采集功能，執(zhí)行功能主要負(fù)責(zé)對(duì)于上層服務(wù)器所發(fā)送的命令進(jìn)行接收，并且根據(jù)命令執(zhí)行動(dòng)作，例如根據(jù)命令對(duì)于加濕器和燈具的工作狀態(tài)進(jìn)行控制，在此基礎(chǔ)上為用戶(hù)提供更加舒適的生活環(huán)境；短距離無(wú)線通信設(shè)備的主要功能是對(duì)于較小范圍內(nèi)的各個(gè)物品之間實(shí)現(xiàn)信息的傳輸?shù)裙δ?，它具有自身的靈活，因此其在智能系統(tǒng)中的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛。

2.1 感控層的整體設(shè)計(jì)

在智能家居系統(tǒng)中，其感控層主要是以家電設(shè)備、通信模塊等作為系統(tǒng)構(gòu)成的獨(dú)立節(jié)點(diǎn)和基本單元，主要具有數(shù)據(jù)采集、傳輸和控制設(shè)備的功能，如在具體的工作過(guò)程中，感控層對(duì)于智能家居環(huán)境中的亮度、溫度等環(huán)境信息和其他各種家具的工作狀態(tài)進(jìn)行信息數(shù)據(jù)的收集和處理，同時(shí)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)對(duì)于收集的信息進(jìn)行傳輸，最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體中的信息交換功能。

2.2 ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳感的構(gòu)建

ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳感的構(gòu)建主要通過(guò)三個(gè)設(shè)備進(jìn)行實(shí)現(xiàn)：一是網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器；二是網(wǎng)絡(luò)路由器；三是網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備。這三個(gè)設(shè)備在ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳感中具有不同的功能，其中網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器和網(wǎng)絡(luò)路由器主要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)的功能，它們可以和網(wǎng)絡(luò)中存在的任何設(shè)備之間進(jìn)行信息的傳遞功能；網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備不具備網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)的功能，其只能藝考其他設(shè)備進(jìn)行信息的轉(zhuǎn)換才能實(shí)現(xiàn)通信。在ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳感的整體中，協(xié)調(diào)器是核心的存在，對(duì)于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的建立和維護(hù)都具有重要的意義；路由器主要是負(fù)責(zé)以下兩個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)：一是對(duì)于節(jié)點(diǎn)內(nèi)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收；二是為網(wǎng)絡(luò)中存在的不能夠進(jìn)行直接通信的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)功能；終端設(shè)備負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的采集和處理功能[2]。

3 針對(duì)網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層的設(shè)計(jì)

3.1 網(wǎng)絡(luò)層的主要功能和設(shè)計(jì)理念

在物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)架系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)層對(duì)于整體系統(tǒng)的建設(shè)有著重要的作用，其關(guān)聯(lián)著應(yīng)用層和感控層之間的信息傳輸?shù)墓δ?，?duì)于整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)作起著至關(guān)重要的作用，如果網(wǎng)絡(luò)層不能正常運(yùn)作，則整個(gè)系統(tǒng)都無(wú)法實(shí)現(xiàn)信息之間的傳輸以及動(dòng)作的執(zhí)行功能。網(wǎng)絡(luò)層功能的實(shí)現(xiàn)主要是它可以進(jìn)行不同信息之間的相互轉(zhuǎn)換，從而能夠使數(shù)據(jù)能夠進(jìn)行不同協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)之間的正常通信和傳遞，如WIFI、串口通信、藍(lán)牙等等不同類(lèi)型的協(xié)議轉(zhuǎn)換和正常通訊，更為主要的是網(wǎng)絡(luò)層不僅可以實(shí)現(xiàn)不同協(xié)議之間的相互通信，而且能夠保證通信數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性[3]。

在智能家居的系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)層的工作主要可以通過(guò)以下兩個(gè)方面進(jìn)行體現(xiàn)：一個(gè)方面是將感控層中所接受的各種各樣的信息，如溫度值、亮度、煤氣濃度等等信息傳送到系統(tǒng)應(yīng)用層中，在信息傳輸?shù)倪^(guò)程中要保證快速、真實(shí)；另一個(gè)方面是把系統(tǒng)服務(wù)器所發(fā)送的命令傳遞到感應(yīng)層中，在傳輸?shù)倪^(guò)程中快速和安全是信息傳遞的基礎(chǔ)。

網(wǎng)絡(luò)層在設(shè)計(jì)的過(guò)程中通訊方面主要依靠互聯(lián)網(wǎng)，即Internet方式進(jìn)行，其硬件主要利用智能家居網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)。智能網(wǎng)關(guān)與遠(yuǎn)程的智能家居之間的聯(lián)系是通過(guò)Internet進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，因此在進(jìn)行智能網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)時(shí)需要其軟件和硬件支持TCP/IP協(xié)議，并且在智能網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)該考慮到關(guān)于整個(gè)系統(tǒng)整體的可擴(kuò)展性和適用性的原則。同時(shí)把握智能網(wǎng)關(guān)是否可以對(duì)于服務(wù)器所發(fā)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)準(zhǔn)確接收的基礎(chǔ)是網(wǎng)關(guān)的IP和端口，因此這兩者的存在必須在智能家居的系統(tǒng)中具有其唯一性，也就是說(shuō)只能對(duì)應(yīng)唯一的用戶(hù)[4]。

3.2 應(yīng)用層的主要功能和設(shè)計(jì)理念

在智能家居的系統(tǒng)整體中，應(yīng)用層的功能主要是將感控層獲得的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總和分析、決策等等，對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)而言應(yīng)用層是決策層。應(yīng)用層主要是由兩部分組成，其中一個(gè)是負(fù)責(zé)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)接受、儲(chǔ)存功能以及整個(gè)系統(tǒng)的控制決策和命令發(fā)送功能的系統(tǒng)服務(wù)器；另一個(gè)部分是電腦、手機(jī)等可以進(jìn)行Web瀏覽器搭建的終端設(shè)備，此終端設(shè)備可以保證用戶(hù)對(duì)于智能家居系統(tǒng)的正常瀏覽和使用。在下文中，筆者主要針對(duì)智能家居系統(tǒng)的服務(wù)器開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)[5]。

智能家居系統(tǒng)服務(wù)器由主要以下三部分組成：一是Web服務(wù)器；二是業(yè)務(wù)處理中心；三是數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，這三個(gè)不同的部分分別負(fù)責(zé)以下各個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)：首先Web服務(wù)器，即WWW（WORLD WIDE WEB），其主要的功能是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上信息的瀏覽服務(wù)，在工作原理上是通過(guò)網(wǎng)頁(yè)的形式進(jìn)行用戶(hù)使用界面的以及對(duì)于用戶(hù)的登錄信息進(jìn)行驗(yàn)證，在系統(tǒng)整體中其是用戶(hù)需求最直接和基本的功能體現(xiàn)；業(yè)務(wù)處理中心的主要功能是對(duì)于網(wǎng)關(guān)所傳送的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行收集，之后進(jìn)行數(shù)據(jù)解析的工作，并且通過(guò)業(yè)務(wù)邏輯處理進(jìn)行解析后數(shù)據(jù)的二次處理，最后是通過(guò)上述處理的最終結(jié)果進(jìn)行控制命令的發(fā)送，以及將處理的結(jié)果進(jìn)行儲(chǔ)存，業(yè)務(wù)處理中心在系統(tǒng)整體中的主要作用是對(duì)于后臺(tái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的主要功能是對(duì)于系統(tǒng)中的各種信息進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，其在系統(tǒng)中的主要作用是保證其他兩個(gè)部分能夠?qū)τ跀?shù)據(jù)的存儲(chǔ)和查詢(xún)等工作可以正常順利的進(jìn)行[6]。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在本文中筆者結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)管理等等方面的技術(shù)，分析面向智能家居的物聯(lián)網(wǎng)原型系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用。滿(mǎn)足隨著居民對(duì)于家居環(huán)境要求的提高的要求，最終實(shí)現(xiàn)智能家居的構(gòu)建，即利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、安全技術(shù)以及自動(dòng)控制等技術(shù)，使多種家居設(shè)備之間形成一個(gè)系統(tǒng)整體，以便于人們實(shí)現(xiàn)對(duì)于家居物品的智能控制，更好的構(gòu)建符合人們舒適度要求的住宅環(huán)境和管理系統(tǒng)，才能更好地達(dá)到居民對(duì)于家居要求的安全性和舒適性。

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[1] 程洋，王偉，謝廣明，等.面向物聯(lián)網(wǎng)的智能家居原型系統(tǒng)[J].兵工自動(dòng)化 ，2013（11）：93-96.

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物聯(lián)網(wǎng)作為一項(xiàng)新興技術(shù)，它的發(fā)展和應(yīng)用吸引了眾多學(xué)者的注意。在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下人們的生活水平將得到大幅度提高，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到智能家居環(huán)境中能使人們的生活更舒適、高效，基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居研究具有重要意義。

一、物聯(lián)網(wǎng)和智能家居的概念

1.物聯(lián)網(wǎng)的概念

物聯(lián)網(wǎng)源于研究人員在多領(lǐng)域的研究成果的集成，由Kevin Ashton在研究供應(yīng)鏈管理時(shí)提出，研究人員對(duì)于普適計(jì)算的研究是物聯(lián)網(wǎng)出現(xiàn)的重要原因。不同學(xué)者對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的定義各有不同，歐洲項(xiàng)目組將物聯(lián)網(wǎng)定義為商業(yè)、信息交流的參與者，能推動(dòng)社會(huì)發(fā)展，是一種能夠互動(dòng)，并相互間、與外部環(huán)境能產(chǎn)生交換得到的信息和數(shù)據(jù)，不經(jīng)人為干預(yù)，便可以自發(fā)做出相應(yīng)行為和提供服務(wù)，能夠反映并影響真實(shí)生活的事件。而RFID項(xiàng)目組把物聯(lián)網(wǎng)視為在標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議的基礎(chǔ)上，由擁有唯一地址的互聯(lián)網(wǎng)物體所構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)可以分為位于最底層的感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)包括射頻識(shí)別技術(shù)、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、Internet技術(shù)、納米技術(shù)和信息安全技術(shù)等。[1]

2.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居的概念

美國(guó)最早產(chǎn)生智能家居的概念，它是以住宅為基礎(chǔ)，建筑設(shè)備自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)通信、信息家電為具體表現(xiàn)，兼具系統(tǒng)性、結(jié)構(gòu)性、服務(wù)功能和管理功能為一體的家居環(huán)境。智能家居可以通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和綜合布線技術(shù)等將住宅環(huán)境中的各系統(tǒng)聯(lián)系在一起，幫助人們更合理有效地安排時(shí)間，使生活更高效、井然有序，并提高住宅環(huán)境的安全性，還能實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的功能。

二、國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀

美國(guó)的智能家居研究最為先進(jìn)，已經(jīng)出現(xiàn)了以ACHE系統(tǒng)為核心的智能房屋，通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理來(lái)控制溫度、照明等因素，并且不需要人為的事先編程。此系統(tǒng)可以通過(guò)連續(xù)監(jiān)視環(huán)境，并記錄居民對(duì)于燈光、溫度等的使用情況，再對(duì)得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總分析，從而推測(cè)居民的生活習(xí)慣，生成與居民行為習(xí)慣相對(duì)應(yīng)的規(guī)劃策略，為居民安排舒適的居住環(huán)境并預(yù)測(cè)未來(lái)的行為。

中國(guó)的智能家居發(fā)展較晚，海爾推出的U-home智能家居產(chǎn)品將電信網(wǎng)、廣電網(wǎng)、電力網(wǎng)等通過(guò)有線和無(wú)線方式進(jìn)行結(jié)合，實(shí)現(xiàn)消費(fèi)者的居住環(huán)境如樓宇、室內(nèi)、社區(qū)等的結(jié)合，使居住環(huán)境更加高效、舒適。

三、基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)主要包括居住環(huán)境感知及互動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸和應(yīng)用服務(wù)層。居住環(huán)境感知及互動(dòng)是指將各種配備無(wú)線或有線功能的傳感器進(jìn)行連接，使它們能夠提供獲取居住環(huán)境的物理信息、居民生活狀態(tài)和訪客信息的錄入等服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸能夠保證居住環(huán)境信息和居民信息的傳輸。應(yīng)用服務(wù)層能根據(jù)收集的相關(guān)數(shù)據(jù)最終實(shí)現(xiàn)支配家居設(shè)備工作的目的。[2]

（一）基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居總體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1.家庭智能網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)

家庭智能網(wǎng)關(guān)是基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)中最重要的中心設(shè)計(jì)，能夠采集并匯總不同網(wǎng)段的信息數(shù)據(jù)。在內(nèi)部的家居網(wǎng)絡(luò)中，它與ZigBee協(xié)調(diào)器相連，是住宅信息的唯一出口，在外部網(wǎng)絡(luò)中，家庭智能網(wǎng)關(guān)與Internet網(wǎng)連接，是遠(yuǎn)程操作指令接入家庭內(nèi)部網(wǎng)的最后一道工序。由于內(nèi)部和外部信息都經(jīng)過(guò)家庭智能網(wǎng)關(guān)的傳輸，所以這樣的總設(shè)計(jì)能保證智能家居的安全性。

2.感知層的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

由ZigBee節(jié)點(diǎn)組成的ZigBee網(wǎng)絡(luò)位于感知層，各種傳感器、音視頻采集設(shè)備和安防門(mén)禁系統(tǒng)執(zhí)行器也位于感知層上。感知層上的各種傳感器能通過(guò)ZigBee節(jié)點(diǎn)將居住環(huán)境信息傳輸?shù)郊彝ブ悄芫W(wǎng)關(guān)，并且應(yīng)用層的指令信息也能通過(guò)ZigBee節(jié)點(diǎn)傳輸給執(zhí)行設(shè)備以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的用戶(hù)操作。通過(guò)這一系列傳輸，實(shí)現(xiàn)底層ZigBee節(jié)點(diǎn)的互相連通問(wèn)題。

3.網(wǎng)絡(luò)層的設(shè)計(jì)

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居中的網(wǎng)絡(luò)傳輸是用于管理各種住宅設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)信息傳輸，已提供住戶(hù)遠(yuǎn)程控制的平臺(tái)的系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)層的設(shè)計(jì)包括家庭智能網(wǎng)關(guān)、控制中心、住宅設(shè)備等內(nèi)容，傳輸?shù)男畔⒁钥刂菩畔⒑蛿?shù)據(jù)信息為主。包括有線傳輸和無(wú)線傳輸兩種形式。無(wú)線傳輸與有線傳輸相比更加便于管理和應(yīng)用，所以在基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居的未來(lái)設(shè)計(jì)中更加廣泛。

4.應(yīng)用層的設(shè)計(jì)

應(yīng)用層的設(shè)計(jì)是基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居設(shè)計(jì)中最重要的部分，目前的智能家居中，家居安防監(jiān)控、家庭信息管理、家庭環(huán)境監(jiān)測(cè)是應(yīng)用層設(shè)計(jì)的主要方向。

（二）基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居硬件設(shè)計(jì)方案與實(shí)現(xiàn)

如圖1所示，基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居硬件設(shè)計(jì)主要以節(jié)能為重點(diǎn)進(jìn)行分析。局域網(wǎng)內(nèi)部的微型處理元件與通信設(shè)備的選擇對(duì)于整個(gè)智能家居系統(tǒng)的功耗和網(wǎng)絡(luò)傳輸效率影響巨大，其中末端節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定性和工作效率對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的可持續(xù)工作時(shí)間和穩(wěn)定性起著重要作用。所以在基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居硬件設(shè)計(jì)中應(yīng)特別注意對(duì)微小處理元件和通信方式的節(jié)能設(shè)計(jì)。[3]

四、結(jié)束語(yǔ)

中國(guó)的智能家居發(fā)展較晚，但是由于人們生活水平提高，對(duì)家居環(huán)境的要求隨之增加，在近幾年國(guó)家政策的扶持下，智能家居的研究也如火如荼地展開(kāi)。如海爾、長(zhǎng)城等大企業(yè)紛紛推出了智能家居產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)的通信商也將物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)作為未來(lái)的發(fā)展方向之一，對(duì)于基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居的研究和實(shí)現(xiàn)提供了良好契機(jī)。

參考文獻(xiàn)

篇6

概 述

近幾年，物聯(lián)網(wǎng)被認(rèn)為是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后，世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮。圍繞物聯(lián)網(wǎng)的話(huà)題也是層出不窮。顧名思義，物聯(lián)網(wǎng)就是“物物相連的網(wǎng)絡(luò)”，即通過(guò)射頻識(shí)別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物體與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。[1]它比現(xiàn)行的互聯(lián)網(wǎng)更為龐大，其應(yīng)用覆蓋電網(wǎng)、醫(yī)療、交通、RFID等多個(gè)領(lǐng)域。

智能家居行業(yè)是一種新興行業(yè)，也是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。它是以住宅為平臺(tái)，利用綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、安全防范技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、音視頻技術(shù)將家居生活有關(guān)的設(shè)施集成，構(gòu)建高效的住宅設(shè)施與家庭日程事務(wù)的管理系統(tǒng)，旨在實(shí)現(xiàn)人與人、人與家中物品、家中物品與物品間的智能關(guān)聯(lián)。這一特點(diǎn)與物聯(lián)網(wǎng)的特質(zhì)不謀而合，并且3G技術(shù)的推廣、普及和三網(wǎng)融合的試點(diǎn)運(yùn)行都為智能家居的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)，使得智能家居成為物聯(lián)網(wǎng)廣泛應(yīng)用的突破口。

1、基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居發(fā)展現(xiàn)狀

智能家居的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下三個(gè)階段：電子化、自動(dòng)化和網(wǎng)絡(luò)化。[2]自世界上第一幢智能建筑1984年在美國(guó)出現(xiàn)后，美國(guó)、加拿大、澳大利亞和東南亞等經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家先后提出了各種智能家居的方案。在我國(guó)，自2000年提出智能家居的概念后，經(jīng)過(guò)近15年的發(fā)展，我國(guó)智能化住宅的建筑面積目前已達(dá)到400億平方米，預(yù)計(jì)到2020年還將新增300億平方米。全國(guó)智能化住宅小區(qū)的建設(shè)數(shù)量，未來(lái)十年將達(dá)到上萬(wàn)個(gè)。而且，智能化家居的概念也不僅僅局限于家電設(shè)備聯(lián)網(wǎng)、具備安防措施等初級(jí)智能化，隨著3G技術(shù)的推廣、和三網(wǎng)融合的試點(diǎn)運(yùn)行，國(guó)內(nèi)電信三大巨頭，國(guó)家電網(wǎng)和地方有線公司紛紛推出自己的基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居方案。如：國(guó)家電網(wǎng)公司在北京城區(qū)部分范圍內(nèi)推出電力“智能家庭計(jì)劃”的試點(diǎn)。國(guó)家電網(wǎng)公司通過(guò)在電纜上鋪設(shè)信息傳送的光纜，再在試點(diǎn)家庭安裝一個(gè)可雙向互動(dòng)的終端機(jī)，即可讓這些家庭達(dá)到節(jié)電，最終節(jié)省電費(fèi)支出的目的；[3]中國(guó)移動(dòng)的“宜居通”此前已經(jīng)在重慶和廣東部分城市進(jìn)行了試點(diǎn)，近期試點(diǎn)范圍將擴(kuò)大到北京市朝陽(yáng)區(qū)；中國(guó)電信的“5A數(shù)字家庭”在廣東東莞、江蘇等地規(guī)模試點(diǎn)之后，即將在北京開(kāi)始試點(diǎn)；中國(guó)聯(lián)通的智能家居方案進(jìn)入了江蘇南京、無(wú)錫等地的部分中高檔樓盤(pán)，并且得到了當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)部門(mén)的支持；江蘇有線也和當(dāng)?shù)夭糠謽潜P(pán)開(kāi)發(fā)商達(dá)成了合作協(xié)議，將方案推廣到了部分小區(qū)；國(guó)家電網(wǎng)目前也在北京的蓮香園和廣華軒兩個(gè)小區(qū)進(jìn)行了試點(diǎn)。

與物聯(lián)網(wǎng)智能家居相關(guān)的家電產(chǎn)品發(fā)展也較為迅猛。2010年1月，海爾了世界上首臺(tái)“物聯(lián)網(wǎng)冰箱”，讓消費(fèi)者親眼感受到了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在家電領(lǐng)域的應(yīng)用；短短3個(gè)月后，海爾又研制出全球首臺(tái)無(wú)氟變頻物聯(lián)網(wǎng)空調(diào)，并通過(guò)報(bào)紙、雜志、電視、網(wǎng)絡(luò)等各種傳播渠道不斷強(qiáng)化海爾在家電物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的“橋頭堡”地位。而美的旗下品牌小天鵝生產(chǎn)的首臺(tái)物聯(lián)網(wǎng)洗衣機(jī)也于去年在美國(guó)上市。

2、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能家居中的應(yīng)用

以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為核心的智能家居是利用網(wǎng)絡(luò)通訊、計(jì)算機(jī)、家電控制、綜合布線等技術(shù)將家電智能控制、信息交流、消費(fèi)服務(wù)、小區(qū)安防等家居生活有效地結(jié)合起來(lái)。物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖1所示。

圖1.物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)拓?fù)鋱D

在物聯(lián)網(wǎng)智能家居環(huán)境中，不論你是否在家都能夠通過(guò)遠(yuǎn)程設(shè)備對(duì)家中的電器、燈光、以及門(mén)、窗進(jìn)行控制。如果是出門(mén)在外，能夠通過(guò)電話(huà)、手機(jī)或者互聯(lián)網(wǎng)連線家中的智能終端，了解家中家電的使用情況，并隨時(shí)監(jiān)控家中狀況。家中的電器可以識(shí)別電壓的波峰和波谷，自動(dòng)避開(kāi)用電高峰。各電器間也可以實(shí)現(xiàn)按預(yù)定模式協(xié)作運(yùn)行。如果家中來(lái)了訪客，則可以通過(guò)可視對(duì)講系統(tǒng)留言留影，也可以通過(guò)遠(yuǎn)程控制門(mén)打開(kāi)。如果家中出現(xiàn)煤氣泄漏或者小偷潛入，安防設(shè)備會(huì)自動(dòng)報(bào)警和抓拍小偷圖像信息，同時(shí)通知你和小區(qū)物業(yè)保安。當(dāng)你在回家的途中，也可以通過(guò)手機(jī)提前開(kāi)啟家中的空調(diào)和熱水系統(tǒng)，讓你一到家就能享受愜意、舒適的智能化生活。[4]

總之，智能家居是一個(gè)多功能、綜合性的系統(tǒng)，起支撐作用的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)包括：傳感器技術(shù)、RFID射頻技術(shù)、多維碼設(shè)別技術(shù)、GPS技術(shù)，互聯(lián)和組網(wǎng)技術(shù)、以及與之相適應(yīng)的各種應(yīng)用開(kāi)發(fā)技術(shù)等。

2. 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居發(fā)展所面臨的問(wèn)題

作為物聯(lián)網(wǎng)重要的應(yīng)用，智能家居涉及電子、計(jì)算機(jī)、通信、自動(dòng)控制、建筑裝飾等多個(gè)領(lǐng)域，相對(duì)于其它的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，擁有更廣大的用戶(hù)群和更大的市場(chǎng)空間。通過(guò)十幾年的探索和發(fā)展，智能家居在中國(guó)的應(yīng)用雖然取得了一定的進(jìn)展，但是離大規(guī)模普及還有一大段距離。從當(dāng)前的情況和市場(chǎng)反應(yīng)來(lái)看，智能家居在我國(guó)現(xiàn)階段的發(fā)展遇到了三大問(wèn)題：系統(tǒng)復(fù)雜、價(jià)格昂貴、實(shí)用性差。[3]對(duì)于這三個(gè)問(wèn)題，我們從技術(shù)和商業(yè)運(yùn)作兩個(gè)方面加以分析。

從技術(shù)方面來(lái)講，首先，智能家居行業(yè)內(nèi)缺乏統(tǒng)一的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。目前有不少企業(yè)加入物聯(lián)網(wǎng)研究的陣營(yíng)中，造成物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)產(chǎn)品較多，甚至是魚(yú)目混雜。然而，由于沒(méi)有統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，大量的產(chǎn)品間互不兼容，這直接影響到產(chǎn)品間的相互識(shí)別和感應(yīng)，給消費(fèi)者造成較差的使用體驗(yàn)。同時(shí)也給一些廠商在生產(chǎn)、推銷(xiāo)自己的產(chǎn)品時(shí)帶來(lái)了很大的障礙。

其次，智能家居技術(shù)中的信息安全技術(shù)還有待提高。目前，物聯(lián)網(wǎng)中非常重要的技術(shù)——RFID，其對(duì)數(shù)據(jù)保護(hù)能力比較脆弱。[4]如果攻擊者截獲標(biāo)簽信息并且對(duì)信息進(jìn)行破解，就可以通過(guò)偽造等方式對(duì)RFID 系統(tǒng)進(jìn)行非授權(quán)使用，從而給使用者帶來(lái)安全威脅。

再者，智能家居產(chǎn)品雖然技術(shù)先進(jìn)，但操作復(fù)雜，完全不像宣傳時(shí)所說(shuō)的那樣“一鍵控制”，不符合廣大普通消費(fèi)者的使用習(xí)慣，

從商業(yè)運(yùn)作方面來(lái)講，由于智能家居的試點(diǎn)多是在經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)的地區(qū)、城區(qū)或較為高檔的小區(qū)，對(duì)廣大普通消費(fèi)者而言成本昂貴，令人望而卻步。其次，智能化家居在中國(guó)現(xiàn)階段的人民生活中還屬于附加消費(fèi)，如果產(chǎn)品價(jià)格、集成價(jià)格難以降低的話(huà)，規(guī)?；€需要時(shí)間。

3、物聯(lián)網(wǎng)智能家居發(fā)展建議

基于以上的分析，可見(jiàn)我國(guó)智能家居乃至物聯(lián)網(wǎng)要想實(shí)現(xiàn)規(guī)?；?，產(chǎn)業(yè)化，還有很長(zhǎng)的路要走。

首先，迫在眉睫的是解決技術(shù)問(wèn)題。由政府牽頭，抓緊制定行業(yè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)不同產(chǎn)品間的互聯(lián)互通。尤其是要加快關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)的制定、實(shí)施和應(yīng)用。同時(shí)也積極參與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定，整合國(guó)內(nèi)研究力量形成合力，推動(dòng)國(guó)內(nèi)自主創(chuàng)新研究成果走向國(guó)際市場(chǎng)，為大規(guī)模普及應(yīng)用掃清障礙。另外，要加緊研究以物聯(lián)網(wǎng)信息安全為主的相關(guān)技術(shù)，以技術(shù)為消費(fèi)者筑起安全屏障，確保消費(fèi)者的使用安全。

其次，從商業(yè)角度考慮，參與物聯(lián)網(wǎng)、智能家居產(chǎn)品研發(fā)的各企業(yè)應(yīng)積極尋找新的應(yīng)用模式，改變單一的推廣模式。政府可以參與推廣物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用試點(diǎn)，大力發(fā)展公共物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，為智能家居及物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提供有力保障。各企業(yè)則應(yīng)該以開(kāi)放的姿態(tài)積極尋求合作，提高產(chǎn)品集成度、降低產(chǎn)品價(jià)格，真正實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的集成化、規(guī)?；?、智能化和平民化。

4、結(jié)束語(yǔ)

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和生活水平的提升，使的越來(lái)越多的人堅(jiān)定不移地追求更高品質(zhì)的生活，智能家居作為高品質(zhì)、信息化生活的代表得到越來(lái)越多的矚目。從2000年首屆峰會(huì)上提出智能家居的概念，到2011年第十二屆中國(guó)國(guó)際建筑智能化峰會(huì)上提出發(fā)展實(shí)用型的智能化建筑，雖然中國(guó)房產(chǎn)智能化道路幾經(jīng)周折，但是建筑、家居智能化這一進(jìn)程卻不可阻擋地前進(jìn)著。目前，雖然在利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)推進(jìn)家居智能化的過(guò)程中面臨許多問(wèn)題，要在設(shè)備兼容性以及降低成本和設(shè)備安全性等方面做很多工作。[5]但是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的先天優(yōu)勢(shì)還是很有利的，與以往的智能家居標(biāo)準(zhǔn)相比，具有無(wú)需布線、網(wǎng)絡(luò)容量大、能耗低等優(yōu)點(diǎn)使得物聯(lián)網(wǎng)智能家居技術(shù)擁有光明的應(yīng)用前景?！?/p>

參考文獻(xiàn)

[1]陳任、余征、梁金瑤.物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的智能家居發(fā)展機(jī)遇和挑戰(zhàn)[J].智能建筑與城市信息，2010，第5期：21-23；

[2]童曉渝、房秉毅、張?jiān)朴?物聯(lián)網(wǎng)智能家居發(fā)展分析[J].移動(dòng)通信，2010，第9期：16-20；

篇7

1.前言

在當(dāng)今如此快速發(fā)展的時(shí)代，人類(lèi)對(duì)快節(jié)奏生活的要求極度迫切，對(duì)生活品質(zhì)的要求顯著提高，計(jì)算機(jī)和手機(jī)的廣泛普及應(yīng)用和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)現(xiàn)創(chuàng)造了新的市場(chǎng)和機(jī)遇，基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居體系，在即將到來(lái)的未來(lái)一定會(huì)成為當(dāng)代人們生活中不可缺少的一部分。

2.智能家居體系結(jié)構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)智能家居體系有多個(gè)組成部分，具體是中央控制器、信號(hào)接收器、遠(yuǎn)程遙控控制器和模擬啟動(dòng)器。信號(hào)接收器可以接受使用者發(fā)來(lái)的指令信息，然后轉(zhuǎn)化為可以識(shí)別的代碼再傳送到中央控制器里面，中央控制器進(jìn)行處理和分析后，一方面將指令傳送到模擬啟動(dòng)器中，另一方面將指令傳遞到實(shí)時(shí)顯示模塊進(jìn)行顯示，模擬啟動(dòng)器根據(jù)指令內(nèi)容，各自啟動(dòng)相關(guān)遠(yuǎn)程控制器，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)智能家居的控制，一切操作完成后，遠(yuǎn)程控制端口就會(huì)回饋一條完成指令信息給中央控制器，然后通過(guò)信號(hào)接收器反饋給使用者，使用者就可以根據(jù)反饋得來(lái)的消息來(lái)判斷接下來(lái)的操作。

圖1 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居體系

當(dāng)處于用戶(hù)不操作的情況下，中央控制器會(huì)自動(dòng)接收信息以及監(jiān)控各類(lèi)傳感器工作狀況，根據(jù)不同設(shè)置要求，實(shí)時(shí)監(jiān)控各類(lèi)環(huán)境數(shù)據(jù)，旦變化超出設(shè)定范圍，中央控制器$自，生增令， 模擬啟動(dòng)器會(huì)控制相應(yīng)的智能設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而營(yíng)造安全舒適的家居條件，如圖1所示。

3.智能家居體系中的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

3.1 無(wú)線傳感器技術(shù)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，能夠?qū)⒂?jì)算、通信、傳感等功能都集成于一個(gè)設(shè)備上變成可能，這些技術(shù)的緊密結(jié)合正是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。

無(wú)線傳感器在運(yùn)行時(shí)是由電池或者發(fā)電機(jī)提供能源，形成無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，由集成有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信模塊的各個(gè)微型節(jié)點(diǎn)，通過(guò)自由無(wú)組織方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)由傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)崟r(shí)地監(jiān)測(cè)、感知和采集節(jié)點(diǎn)部署區(qū)的環(huán)境或觀察者感興趣的感知對(duì)象的各種信息，并對(duì)這些信息進(jìn)行處理后以無(wú)線的方式發(fā)送出去，同時(shí)還可以實(shí)時(shí)傳輸采集的整個(gè)時(shí)間歷程信號(hào)。數(shù)據(jù)采集處理模塊將傳感器輸出的微弱信號(hào)經(jīng)過(guò)放大，濾波等過(guò)程，再送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)變成為數(shù)字信號(hào)，最后送到主處理器進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理，計(jì)算出傳感器各種參數(shù)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)使普通物體具有了感知能力和通信能力，在智能家居領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

3.2 （RFID）射頻識(shí)別技術(shù)

射頻識(shí)別技術(shù)在智能家居體系中扮有自動(dòng)識(shí)別、門(mén)禁管理系統(tǒng)的強(qiáng)大功能。

無(wú)線電頻率識(shí)別的簡(jiǎn)稱(chēng)是射頻識(shí)別，可通過(guò)無(wú)線電訊號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫(xiě)相關(guān)數(shù)據(jù)，而無(wú)需識(shí)別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸新的模式。在RFID體系中，識(shí)別信息存放在電子數(shù)據(jù)載體中，電子數(shù)據(jù)載體叫做應(yīng)答器。應(yīng)答器中存放的信息由解讀器識(shí)別。閱讀器不僅可以讀出存放在里面的信息，并且可以對(duì)其進(jìn)行寫(xiě)入，讀寫(xiě)操作過(guò)程，這些功能是通過(guò)雙方之間的無(wú)線通信來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

3.3 通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

各種各樣的無(wú)線技術(shù)、感知技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)儀器組成了以物聯(lián)網(wǎng)為核心的充滿(mǎn)智慧的網(wǎng)絡(luò)，而通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是支撐物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)的核心部分，是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用發(fā)展的重中之重。通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)包括通信網(wǎng)與IPV6技術(shù)、3G與4G技術(shù)、WIFI技術(shù)、無(wú)線寬帶接入技術(shù)、NFC近場(chǎng)通信技術(shù)和ZigBee技術(shù)等。

4.智能家居前景展望

根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究的展開(kāi)，智能家居成為其主要的展現(xiàn)平臺(tái)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能家居上的應(yīng)用，為智能小區(qū)的物業(yè)管理部門(mén)提供了科學(xué)、高效的管理手段和方法，將無(wú)線傳感網(wǎng)、圖像識(shí)別、射頻識(shí)別、定位等主流技術(shù)結(jié)合現(xiàn)有的視頻監(jiān)控體系，可以全方位地提升智能小區(qū)管理的自動(dòng)化程度，提高效率，節(jié)省人力。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用為小區(qū)住戶(hù)提供了更宏全、舒適的現(xiàn)代化生活空間和環(huán)境，其優(yōu)點(diǎn)和便捷不勝枚舉。如果能夠?qū)⑦@樣的智慧小區(qū)體系全部串接起來(lái)，共享更多的各種資源，互通互聯(lián)，就能為建立智能化城市體系創(chuàng)造良好的開(kāi)端。

智能家居體系的家庭集成信息化實(shí)現(xiàn)方式已成為社會(huì)高度智慧化發(fā)展的重要構(gòu)成因子，物聯(lián)網(wǎng)也因?yàn)樗鼡碛械木薮蟮膽?yīng)用前景，對(duì)智能家居產(chǎn)業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

5.結(jié)束語(yǔ)

智能家居體系的發(fā)展道路上需要有一套高度整合的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，隨著網(wǎng)絡(luò)科技和電子通信技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)行業(yè)里面的建筑產(chǎn)業(yè)與IT業(yè)會(huì)有更深度的融合與互惠，同時(shí)又推動(dòng)了智能家居的高度發(fā)展。因此，智能家居行業(yè)的進(jìn)步需要家電產(chǎn)業(yè)鏈、IT技術(shù)和各行各業(yè)體系集成商的共同合作，當(dāng)然，這不僅需要國(guó)家的大力支持，也需要各個(gè)企業(yè)的積極融入，只有這樣我國(guó)的智能家居產(chǎn)業(yè)才能以迅雷不及掩耳之勢(shì)的好勢(shì)頭發(fā)展起來(lái)。

篇8

中圖分類(lèi)號(hào)：TN92 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8228（2012）04-04-02

Design of an intelligent home gateway based on net of things

Wuyimin, Qian weixing

（Department of Communication and Electron, Hangzhou Vocational & Technical College, Hangzhou, Zhejiang 310018， China）

Abstract： The Internet of things is a web ecosystem combined by things and internet through RFID, senor, wireless data communication devices. This article aimed at realizing a smart-digital-home gateway system which is based on the technology of Internet of things. It has characteristics such as low cost, mutual connection, multi-platform, self-organizing and scalability.

Key words： Internet of things； RFID； intelligent home； security

0 引言

二十世紀(jì)80年代開(kāi)始，能夠初步實(shí)現(xiàn)監(jiān)管、控制功能的智能家居系統(tǒng)已經(jīng)開(kāi)始得到實(shí)際應(yīng)用。目前，此項(xiàng)技術(shù)在韓國(guó)普及的程度排在全球前列，美國(guó)已經(jīng)為智能家居系統(tǒng)制定了相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，智能家居的基礎(chǔ)產(chǎn)品已通過(guò)美國(guó)FCC或歐盟等行業(yè)組織機(jī)構(gòu)的質(zhì)量安全認(rèn)證，全球家居智能技術(shù)的發(fā)展已進(jìn)入白熱化階段。

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的社區(qū)數(shù)字智能網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，即基于小區(qū)的家庭智能家居解決方案，通過(guò)小區(qū)服務(wù)器和小區(qū)應(yīng)用軟件把小區(qū)內(nèi)的多個(gè)家庭智能網(wǎng)關(guān)結(jié)合起來(lái)，進(jìn)行集中管理和資源共享，利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、家電技術(shù)、無(wú)線控制技術(shù)[2]，將家居生活有關(guān)的子系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合，通過(guò)統(tǒng)籌管理，不僅可實(shí)現(xiàn)小區(qū)安防監(jiān)控，更能將家庭智能控制、信息及消費(fèi)服務(wù)等家居生活有效地結(jié)合在一起，讓家居生活更加舒適、安全、有效。

1 智能家居數(shù)字網(wǎng)關(guān)的功能需求

⑴室內(nèi)主機(jī)軟件：實(shí)現(xiàn)可視門(mén)鈴、記錄查看、系統(tǒng)設(shè)置、呼叫管理中心機(jī)四個(gè)主功能的相關(guān)部分；能在小區(qū)內(nèi)實(shí)現(xiàn)可視對(duì)講、電話(huà)/短信報(bào)警；實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控，并能將報(bào)警信息從小區(qū)的服務(wù)器上通過(guò)ECP以電話(huà)、短信、彩信的形式報(bào)警。

⑵單元門(mén)口機(jī)軟件：無(wú)GUI，實(shí)現(xiàn)可視門(mén)鈴、呼叫管理中心機(jī)、系統(tǒng)設(shè)置三個(gè)主要功能。

⑶小區(qū)管理中心機(jī)軟件：實(shí)現(xiàn)與單元門(mén)口機(jī)的音頻雙向、視頻單向?qū)χv；實(shí)現(xiàn)與業(yè)主室內(nèi)機(jī)的雙向音頻對(duì)講；實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)置的相關(guān)功能；實(shí)現(xiàn)可視對(duì)講、業(yè)主報(bào)警記錄管理。

⑷小區(qū)服務(wù)器軟件：搭建SIP服務(wù)器；小區(qū)服務(wù)器軟件收到室內(nèi)主機(jī)發(fā)過(guò)來(lái)的報(bào)警信息包后能通過(guò)串口電話(huà)撥號(hào)器/GPRS 模塊撥打主人電話(huà)、發(fā)送短信的管理軟件；采用ECP軟件，以使小區(qū)服務(wù)器軟件能夠在收到室內(nèi)主機(jī)發(fā)過(guò)來(lái)的報(bào)警消息包后，通過(guò)電信的ECP服務(wù)平臺(tái)自動(dòng)撥打主人電話(huà)，發(fā)送短信/彩信給主人手機(jī)。

2 智能家居數(shù)字網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)

2.1 單元門(mén)口機(jī)設(shè)計(jì)

圖1 單元門(mén)口機(jī)硬件需求示意圖

單元門(mén)口機(jī)的硬件采用V512的主板，通過(guò)UART/SPI/IIC來(lái)連接RFID讀卡器，通過(guò)MX27的12個(gè)GPIO或者IIC擴(kuò)展的12個(gè)GPIO來(lái)連接按鍵。CMOS 攝像頭要裝有LED燈或紅外燈，各單元樓安放以太網(wǎng)交換機(jī)，交換出口接入小區(qū)局域網(wǎng)，硬件設(shè)計(jì)框架如圖1所示。

2.2 單元門(mén)口機(jī)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

單元門(mén)口機(jī)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)置、密碼更新、RFID[3]權(quán)限管理通過(guò)USB導(dǎo)入。單元門(mén)口機(jī)讀到合法的RFID卡/IC卡的ID或/和密碼后自動(dòng)打開(kāi)電動(dòng)門(mén)（可用密碼/RFID/密碼+RFID）,響應(yīng)“*”按鍵呼叫小區(qū)管理中心機(jī)；根據(jù)按鍵輸入的物業(yè)編號(hào)（1803）呼叫業(yè)主；接收本單元內(nèi)室內(nèi)機(jī)或小區(qū)中心機(jī)呼叫并自動(dòng)接通，并通過(guò)室內(nèi)機(jī)查看狀態(tài)。

2.3 室內(nèi)主機(jī)/室內(nèi)分機(jī)/管理中心機(jī)設(shè)計(jì)

室內(nèi)主機(jī)硬件采用V509硬件和模具。通過(guò)室內(nèi)主機(jī)可查看單元門(mén)口機(jī)；查看來(lái)訪紀(jì)錄，也可通過(guò)USB 接口導(dǎo)出。室內(nèi)主機(jī)內(nèi)置SD Socket和 CMOS Sensor，315/433M 內(nèi)置無(wú)線模塊可連接到業(yè)主家庭內(nèi)的315/433M無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)主機(jī)與本小區(qū)業(yè)主的室內(nèi)主機(jī)的可視對(duì)講，報(bào)警。室內(nèi)主機(jī)內(nèi)置一個(gè)USB的WiFi模塊，可加入家庭局域網(wǎng)，它能實(shí)現(xiàn)家庭局域網(wǎng)上的 IPCAM/室內(nèi)分機(jī)和小區(qū)局域網(wǎng)相關(guān)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)路由。硬件設(shè)計(jì)框架[4]如圖2所示。

圖2 室內(nèi)主機(jī)/室內(nèi)分機(jī)/管理中心機(jī)硬件設(shè)計(jì)框架

2.4 室內(nèi)主機(jī)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

室內(nèi)主機(jī)主界面（GUI）采用Android 實(shí)現(xiàn)（如圖3所示）。如果連續(xù)5分鐘沒(méi)有任何操作，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)入屏保模式。屏保模式下，觸摸屏或者按鍵有任何操作，則室內(nèi)主機(jī)返回主界面。在主菜單下點(diǎn)擊呼叫按鈕圖標(biāo)，系統(tǒng)進(jìn)入呼叫小區(qū)管理中心機(jī)狀態(tài)，用戶(hù)可與小區(qū)管理中心機(jī)進(jìn)行音頻對(duì)講或者可視對(duì)講（如圖4所示）。

圖3 室內(nèi)機(jī)主界面

圖4 室內(nèi)機(jī)呼叫界面

門(mén)鈴在查看狀態(tài)下，用戶(hù)可以查看、監(jiān)聽(tīng)單元門(mén)口機(jī)，但是單元門(mén)口機(jī)聽(tīng)不到室內(nèi)主機(jī)的聲音，直到按下室內(nèi)主機(jī)對(duì)講按鈕，方可開(kāi)始單向視頻、雙向音頻的對(duì)講；開(kāi)門(mén)按鈕，僅在室內(nèi)主機(jī)處于門(mén)鈴查看狀態(tài)下或者對(duì)講狀態(tài)才能被有效操作（打開(kāi)電控門(mén)）；室內(nèi)主機(jī)返回鍵被按下即從門(mén)鈴狀態(tài)下返回，如果此時(shí)室內(nèi)主機(jī)處于門(mén)鈴查看、對(duì)講狀態(tài)，則自動(dòng)掛斷； 室內(nèi)主機(jī)在門(mén)鈴查看、對(duì)講狀態(tài)下，如果單元門(mén)口機(jī)對(duì)其他室內(nèi)主機(jī)發(fā)起了新的呼叫請(qǐng)求，則單元門(mén)口機(jī)會(huì)自動(dòng)掛斷與原來(lái)室內(nèi)主機(jī)的連接，室內(nèi)主機(jī)則會(huì)自動(dòng)返回主界面；此外，室內(nèi)主機(jī)在門(mén)鈴查看、對(duì)講狀態(tài)下，如果連續(xù)5分鐘無(wú)任何觸摸屏操作，則室內(nèi)主機(jī)會(huì)先以O(shè)SD提示信息來(lái)告訴用戶(hù)需要點(diǎn)擊一個(gè)屏幕，如果用戶(hù)在10秒內(nèi)還是沒(méi)有任何操作，室內(nèi)主機(jī)即自動(dòng)掛斷，返回到主界面的屏保模式。

在主界面下點(diǎn)擊室內(nèi)主機(jī)記錄查看圖標(biāo)，室內(nèi)主機(jī)即進(jìn)入記錄查看狀態(tài)。用戶(hù)可以按照時(shí)間逆訪紀(jì)錄和安防報(bào)警記錄（如圖5所示）。

圖5 視頻查看界面

2.5 室內(nèi)分機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖6 室內(nèi)分機(jī)主界面

室內(nèi)分機(jī)GUI的絕大部分和室內(nèi)主機(jī)一樣，只是需要設(shè)置室內(nèi)主機(jī)在家庭局域網(wǎng)中的IP地址，這樣，市內(nèi)分機(jī)可以通過(guò)室內(nèi)主機(jī)的路由功能來(lái)實(shí)現(xiàn)可視對(duì)講/門(mén)禁管理/安防報(bào)警/視頻監(jiān)控的功能。室內(nèi)分機(jī)在作為分機(jī)工作時(shí)，不需要在本機(jī)上安防報(bào)警的功能，視頻監(jiān)控功能也僅僅限于查看IPCAM的實(shí)時(shí)視頻（如圖6所示）。

3 結(jié)束語(yǔ)

物聯(lián)網(wǎng)作為新一代信息技術(shù)的重要組成部分，具有廣闊的發(fā)展前景。本文針對(duì)目前國(guó)內(nèi)小區(qū)管理的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居[5]數(shù)字網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，已在相關(guān)房地產(chǎn)和物業(yè)企業(yè)中推廣試用，并獲得了客戶(hù)的肯定。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與實(shí)際生活相結(jié)合的產(chǎn)品具有強(qiáng)有力的生命力和市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿?，將?huì)有越來(lái)越多的小區(qū)在建設(shè)過(guò)程中采用智能家居系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)整個(gè)小區(qū)的智能化。預(yù)計(jì)在未來(lái)幾年，智能家居的應(yīng)用將越來(lái)越廣泛，并帶動(dòng)智能化裝修、智能化小區(qū)服務(wù)、智能化家電等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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篇9

中圖分類(lèi)號(hào)：TU855 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）11-0074-01

信息社會(huì)在改變?nèi)藗兊纳罘绞胶凸ぷ髁?xí)慣的同時(shí)，也對(duì)傳統(tǒng)的建筑住宅、社會(huì)、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步提出了挑戰(zhàn)，使人們的觀念變了。人們對(duì)家的要求不僅僅是物理空間，更關(guān)心的是一個(gè)安全、方便、舒適的家居環(huán)境。智能家居技術(shù)起源于美國(guó)，它被設(shè)計(jì)成一個(gè)平臺(tái)，用于家庭。

智能家居控制系統(tǒng)由HFC、現(xiàn)場(chǎng)總線、以太網(wǎng)、公共電話(huà)網(wǎng)和無(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)作為技術(shù)平臺(tái)，作為應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線的操作平臺(tái)，形成了一套完整的家庭通信和家庭設(shè)備自動(dòng)控制以及提高控制系統(tǒng)的家庭安全防范功能。

1 系統(tǒng)需求分析

1.1 監(jiān)控功能

（1）監(jiān)控室內(nèi)溫度；通過(guò)對(duì)室內(nèi)溫度的溫度傳感器DS18B20采樣時(shí)間，如果室內(nèi)溫度超過(guò)設(shè)定的溫度閾值，對(duì)室內(nèi)溫度異常自動(dòng)處理系統(tǒng)（報(bào)警蜂鳴器、LED燈閃爍）；（2）監(jiān)測(cè)紅外傳感器；通過(guò)按鍵模擬紅外傳感器，阻止或異步通知的紅外線傳感器監(jiān)測(cè)，如果紅外傳感器檢測(cè)到非法進(jìn)入，系統(tǒng)自動(dòng)處理異常（報(bào)警蜂鳴器，導(dǎo)致燈閃爍）；（3）監(jiān)控室內(nèi)煙霧濃度；通過(guò)測(cè)量電壓值來(lái)模擬煙霧傳感器，室內(nèi)煙霧濃度的時(shí)間進(jìn)行采樣，如果室內(nèi)煙霧濃度超過(guò)設(shè)定的煙霧濃度閾值，該系統(tǒng)將自動(dòng)對(duì)室內(nèi)處理異常（報(bào)警蜂鳴器，導(dǎo)致燈閃爍）。

1.2 智能服務(wù)器

（1）獲取室內(nèi)參數(shù)；通過(guò)獲取各個(gè)芯片的參數(shù)，來(lái)動(dòng)態(tài)顯示室內(nèi)相關(guān)信息，比如當(dāng)前室內(nèi)溫度，濕度，煙霧濃度，場(chǎng)景狀態(tài)等；（2）配置管理；通過(guò)智能服務(wù)器終端界面進(jìn)行參數(shù)配置。

1.3 智能客戶(hù)端

（1）故障報(bào)警；由該系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生各種故障可以上報(bào)至操作維護(hù)終端，軟件支持告警過(guò)濾、告警復(fù)位等功能，重要告警，存儲(chǔ)到FLASH，以備查閱；（2）性能管理；系統(tǒng)內(nèi)部相關(guān)工作參數(shù)上報(bào)至操作維護(hù)終端；（3）配置管理；系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)支持設(shè)置和查詢(xún)；（4）軟件版本管理；系統(tǒng)支持軟件版本的查詢(xún)和軟件的在線升級(jí)；（5）系統(tǒng)自檢；系統(tǒng)支持自檢，故障定位到模塊級(jí)。

1.4 軟件性能需求

（1）支持3G網(wǎng)；支持3G網(wǎng)絡(luò)之后，能通過(guò)3G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，使得通信變得更加快捷和方便；（2）支持視頻傳輸；支持視頻輸出之后，能用攝像頭，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)傳輸視頻信號(hào)，使得通信變成可視化。

2 硬件結(jié)構(gòu)

2.1 系統(tǒng)硬框圖

智能家居系統(tǒng)是由TPad，3gmodem，ZigBee，電腦三臺(tái)，硬件框架如圖1所示，每一個(gè)單元中，除了3gmodem在運(yùn)行相應(yīng)的軟件。每個(gè)單元的電源電流板是一個(gè)獨(dú)立的電源，而不進(jìn)行有效管理的PMIC的使用。TPAD是家居系統(tǒng)的控制中心和一個(gè)處理單元，主要對(duì)溫度、煙霧、紅外采集和分析，并通過(guò)視頻捕捉的CMOS或CCD攝像頭，可以和ZigBee，3gmodem 溝通。3gmodem主要是能夠語(yǔ)音通話(huà)、網(wǎng)絡(luò)傳輸；ZigBee無(wú)線通信模塊的控制命令的處理。

2.2 硬件接口描述

（1）運(yùn)行維護(hù)計(jì)劃；包括系統(tǒng)信息監(jiān)控、設(shè)備控制操作和維護(hù)，通過(guò)上位機(jī)軟件升級(jí)和其他配置和控制，硬件接口。在系統(tǒng)上電時(shí)，處理硬件的初始化工作，讀取相應(yīng)的信息，并在LCD上顯示，通過(guò)上 啟動(dòng)機(jī)器的配置、控制命令都有處理統(tǒng)一的分析和處理，然后通過(guò)處理來(lái)3gmodem，ZigBee配置。（2）控制平面；系統(tǒng)開(kāi)機(jī)后，開(kāi)始監(jiān)控軟件，監(jiān)控溫度傳感器、煙霧傳感器、紅外傳感器等信息，針對(duì)不同情況，進(jìn)行相應(yīng)的處理。同時(shí)，監(jiān)控和處理主機(jī)的請(qǐng)求和服務(wù)器智能終端，并做出相應(yīng)的處理。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 初始化流程

（1）系統(tǒng)加電；（2）啟動(dòng)引導(dǎo)程序，實(shí)現(xiàn)硬件的初始化，加載標(biāo)識(shí)，初始化組合鍵，通過(guò)啟動(dòng)參數(shù)內(nèi)核加載到內(nèi)存中，啟動(dòng)內(nèi)核，內(nèi)核參數(shù)和傳輸；（3）啟動(dòng)內(nèi)核，主要完成驅(qū)動(dòng)初始化的根文件系統(tǒng)；（4）把根文件系統(tǒng)，進(jìn)行相關(guān)的初始配置，創(chuàng)建設(shè)備節(jié)點(diǎn)鉸接文件系統(tǒng)（sysfs，TMPFS ramfs，等等），配置網(wǎng)絡(luò)環(huán)境；（5）鉸接用戶(hù)分區(qū)，智能終端服務(wù)器和主要初始化、打開(kāi)設(shè)備，創(chuàng)造監(jiān)控任務(wù)，等待數(shù)據(jù)交互。

3.2 業(yè)務(wù)流程

篇10

關(guān)鍵詞：智能家居；FPGA；ZigBee；無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)

Key words： smart home；FPGA；ZigBee；wireless sensor node

中圖分類(lèi)號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）18-0068-02

0 引言

智能家居系統(tǒng)的概念起源于上世紀(jì)70年代的美國(guó)，隨后，傳播到歐洲、日本等國(guó)并且得到了很好的發(fā)展。在我國(guó)，智能家居這一概念推廣較晚，約在90年代末家居智能化系統(tǒng)才得以進(jìn)入國(guó)內(nèi)，但發(fā)展速度驚人。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，根據(jù)人們需求而開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的智能家居系統(tǒng)擁有更加優(yōu)越及復(fù)雜的配置，可以將家庭中各種通信設(shè)備、家用電器以及家庭保安裝置通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)環(huán)境控制、養(yǎng)魚(yú)養(yǎng)花、燒水煮飯、多媒體控制及安全報(bào)警等功能，并可以異地監(jiān)控、管理、報(bào)警，為住戶(hù)提供安全舒適、高效便利的學(xué)習(xí)生活及工作環(huán)境。

由于智能家居系統(tǒng)還缺乏統(tǒng)一明確的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，許多公司開(kāi)發(fā)出的產(chǎn)品都是基于自己組網(wǎng)和信息交換協(xié)議，很多產(chǎn)品是針對(duì)特定的組網(wǎng)環(huán)境開(kāi)發(fā)的，部分核心技術(shù)沒(méi)有對(duì)外公布，技術(shù)復(fù)雜，直接導(dǎo)致了使用范圍的局限性。再者，缺乏對(duì)應(yīng)的第三方產(chǎn)品，各個(gè)接入設(shè)備之間不能兼容，互操作性差，不利于產(chǎn)品的擴(kuò)充，因而進(jìn)一步局限了產(chǎn)品的發(fā)展。再加上有的系統(tǒng)成本過(guò)高，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品的普及。本文通過(guò)FPGA構(gòu)建了一個(gè)嵌入式控制處理平臺(tái)，利用FPGA技術(shù)低功耗、定制性高、擴(kuò)展性強(qiáng)、接口靈活等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)智能家居控制部分的設(shè)計(jì)，能夠滿(mǎn)足家居需要。

1 FPGA在物聯(lián)網(wǎng)智能家居中的應(yīng)用

目前常見(jiàn)的智能家居系統(tǒng)大多基于ARM的嵌入式系統(tǒng)，這類(lèi)系統(tǒng)并不能同時(shí)支持多種無(wú)線通信協(xié)議。通過(guò)整合多種無(wú)線通信控制方式，來(lái)實(shí)現(xiàn)基于FPGA的物聯(lián)網(wǎng)智能家居控制器，為智能家居的控制領(lǐng)域探索了一種新可行性的方法。利用FPGA芯片可自由定制以及接口靈活性的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)智能家居控制器各個(gè)模塊，相比ARM單片機(jī)支持串口少的短板，可以使系統(tǒng)在同一時(shí)刻支持多種通信方式，從而使系統(tǒng)具有更高的適應(yīng)性和可擴(kuò)展性，能夠同時(shí)控制多達(dá)31個(gè)家用電器，基本滿(mǎn)足日常家居需要。基于FPGA的物聯(lián)網(wǎng)智能家居在設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中，使用了Quartus II等集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，以及ModelSim專(zhuān)業(yè)仿真工具，利用Verilog HDL硬件描述語(yǔ)言，在Altera公司的DE2開(kāi)發(fā)板上進(jìn)行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。

2 基于FPGA的物聯(lián)網(wǎng)智能家居設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)功能

基于FPGA的物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)能夠最大限度地使家居更加智能化，其三大關(guān)鍵功能是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)信息終端進(jìn)行信息的獲取、處理以及，進(jìn)行信息的及時(shí)反饋；對(duì)相應(yīng)的單元以及一些機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；兼容性一定要足夠強(qiáng)大。該系統(tǒng)特色功能具體如下：

①環(huán)境控制系統(tǒng)：對(duì)室內(nèi)溫度、濕度、亮度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，通過(guò)人設(shè)模式控制空調(diào)、加濕器、窗簾、燈光等設(shè)備達(dá)到宜居的室內(nèi)環(huán)境；②智能養(yǎng)花系統(tǒng)：通過(guò)測(cè)量相關(guān)參數(shù)，提供澆水、施肥、遮蓋陽(yáng)光等功能，可以遠(yuǎn)程監(jiān)控養(yǎng)花，或者自動(dòng)養(yǎng)花；③智能養(yǎng)魚(yú)系統(tǒng)：通過(guò)測(cè)量相關(guān)參數(shù)，提供補(bǔ)氧、喂食、控溫、換水等功能，可以遠(yuǎn)程監(jiān)控養(yǎng)魚(yú)，或者自動(dòng)養(yǎng)魚(yú)；④智能餐飲系統(tǒng)：通過(guò)控制燒水壺、微波爐、電飯鍋等設(shè)備電源及煤氣開(kāi)關(guān)，完成燒水、蒸煮、烹飪等功能，可以遠(yuǎn)程監(jiān)控完成或自動(dòng)完成；⑤多媒體系統(tǒng)：通過(guò)開(kāi)關(guān)控制，可以遠(yuǎn)程操控電視、音響、電腦等設(shè)備；⑥完全報(bào)警系統(tǒng)：通過(guò)測(cè)量相關(guān)水電氣參數(shù)或者紅外感知參數(shù)，對(duì)室內(nèi)實(shí)時(shí)監(jiān)控，如有危險(xiǎn)提示則報(bào)警。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)

該系統(tǒng)是以單個(gè)家庭為單位進(jìn)行安裝，智能家居控制臺(tái)采用大唐移動(dòng)公司研制的智能家居控制試驗(yàn)箱，ZigBee中心節(jié)點(diǎn)采集環(huán)境信息。FPGA相當(dāng)于智能家居系統(tǒng)中的管理中心，其核心是采用Altera公司推出的32位高性能軟處理器nios2與每個(gè)子節(jié)點(diǎn)連接。管理中心通過(guò)串口可根據(jù)接收到的ZigBee中心節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并通過(guò)家庭總線系統(tǒng)與其他節(jié)點(diǎn)設(shè)備進(jìn)行關(guān)聯(lián)操作，實(shí)現(xiàn)家庭環(huán)境的監(jiān)測(cè)與管理，從而為用戶(hù)提供安全、舒適的生活或工作環(huán)境。智能家居控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2.3 硬件結(jié)構(gòu)

2.3.1 FPGA部分

系統(tǒng)的核心控制部分由FPGA實(shí)現(xiàn)，其設(shè)計(jì)思路是：采用Altera公司DE2-70開(kāi)發(fā)平臺(tái)來(lái)完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)串口后存儲(chǔ)到DE2-70開(kāi)發(fā)板上的SDRAM中，在FPGA控制平臺(tái)上，由Altera的IP核構(gòu)成Nios II軟核，并植入FPGA芯片中，然后通過(guò)軟件編寫(xiě)來(lái)實(shí)現(xiàn)FPGA控制平臺(tái)的功能，然后系統(tǒng)從SDRAM中讀取數(shù)據(jù)后將溫度、濕度等信息顯示在LCD液晶屏上。FPGA系統(tǒng)的Nios II軟核結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.3.2 無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)

無(wú)線傳感器模塊由ATMEGA128和CC2420組成，CC2420通過(guò)SPI總線連接到ATMEGA128。CC2420是Chipcon As公司推出的首款符合2.4GHz IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的射頻收發(fā)器，該器件包括眾多額外功能，是第一款適用于ZigBee產(chǎn)品的RF器件。該模塊能夠在低電壓低頻率模式下開(kāi)始工作，同時(shí)能夠進(jìn)行低功耗操作，還能夠支持許多種不同的低功耗模式，例如睡眠模式以及深度睡眠模式等，都是可以實(shí)現(xiàn)的，從而達(dá)到系統(tǒng)更加智能化的目的。無(wú)線傳感器模塊如圖3所示。

2.3.3 ZigBee中心節(jié)點(diǎn)

ZigBee中心節(jié)點(diǎn)使用大唐移動(dòng)公司研制的智能家居控制試驗(yàn)箱配套產(chǎn)品，模塊內(nèi)嵌工作頻率2.4GHz基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的ZigBee通信協(xié)議，支持最新的RS232串行模式，在此標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議下，經(jīng)測(cè)試，ZigBee中心節(jié)點(diǎn)每次接力通信都能在75m范圍內(nèi)提供250kbps的速率，能在網(wǎng)狀或多次跳接無(wú)線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)支持串行數(shù)據(jù)路由，速率最高可達(dá)38.4kbps，能夠達(dá)到目前國(guó)內(nèi)產(chǎn)品的最好性能，完整體現(xiàn)了最新ZigBee網(wǎng)絡(luò)層的強(qiáng)大功能。

3 結(jié)論

本系統(tǒng)通過(guò)FPGA構(gòu)建了一個(gè)嵌入式控制處理平臺(tái)， 利用FPGA技術(shù)低功耗、定制性高、擴(kuò)展性強(qiáng)、接口靈活等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)智能家居控制部分的設(shè)計(jì)。最終通過(guò)Altera公司的DE2開(kāi)發(fā)板驗(yàn)證，本控制系統(tǒng)在板載50MHz的時(shí)鐘頻率下穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)驗(yàn)結(jié)果達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。該系統(tǒng)中的部分模塊已在我學(xué)院SMT實(shí)訓(xùn)基地自主開(kāi)發(fā)研制并生產(chǎn)。另外以該系統(tǒng)項(xiàng)目為例，通過(guò)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式激發(fā)了學(xué)生的實(shí)踐操作能力、創(chuàng)新能力，對(duì)在研課題具有較好的理論價(jià)值和實(shí)際意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]韓德強(qiáng).嵌入式家庭控制器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2008（3）：23-25.