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1 智能家居的国内外发展情况
智能家居是指通过利用电脑、网络、综合布线技术等，建立家庭信息管理平台，将家居生活中的各种子系统（防盗报警系统、家电控制系统等）联系成一个整体，通过一定的媒介平台，如电脑网络、有线电话、GSM网络等，构成家庭信息与外界的沟通的通道，实现家居用品的远程控制和监测，满足人们对家居系统安全、舒适、方便方面越来越高的要求。随着科技的进步和人们对居住环境要求的提高，只能家居系统拥有广阔的发展前景。
智能家居系统概念最初是在1984年提出的，美国联合科技公司（United Techno1ogies Building System）将建筑设备信息化、整合化概念用到CityPlace—Building，出现了“智能型建筑。到上世纪80年代，开始出现采用电子技术的家电，结合家用电器、通信设备和安全防范设备形成住宅自动化的概念。80年代末，随着通信技术和信息技术的迅猛发展，在美国出现了Smarthouse，是通过总线技术对住宅中的童心、家电、安防设备进行监控与管理的系统。从此，智能家居的概念基本建立。上世纪末，新加坡推出了家庭智能化系统，在现场模拟中看到已有较为晚上的报警、监控、控制功能，同时还有一些使家居生活更加方便、舒适的功三表抄送、电话接入等功能。但由于家庭自动化设备的安装费用较高，市场并未真正打开。
我国上世纪末引入了智能家居，智能家居在我国发展逐渐被人们熟悉，现在逐步进入快速发展的时期。2000年，我国召开了首届国际建筑智能化峰会，智能化家居开始在国内推广，到2005年，我国信息产业部批准《家庭网络平台》和《信息设备资源共享协同服务》两个技术标准，只能家居在我国取得飞速的发展，到现在，我国已有10余家企业相继加入这个行业，如居美宜家和天津瑞朗智能家居电子科技有限公司，中国的智能家居市场逐渐被打开。智能家居的概念被越来越多的人所熟悉，有不少人在装修时会考虑智能家居的购买，智能家居系统逐渐进入了一些的大型社区，进入市民的生活。近年来我国房地产业的迅速发展也使智能家居受到更多的关注，智能家居成为房地产开发商的炒作的卖点，将智能家居引入新建楼盘中。随着市场的扩大，很多厂家都将自己原来单一的产品进行技术整合，加入智能家居控制使其功能更加完善和人性化，从而取得更好的经济效益，也使智能家居控制更加普及。随着智能家居有其方便、安全、人性化的优点，很多消费者都在考虑选择智能家居产品。
虽然我国智能家居的发展前景令人欣慰，但也存在很多阻碍因素。我国智能家居发展还不成熟，缺乏统一的设计和评价标准，市面上的产品稳定性和可靠性还不够，安装和吊饰成本高，一般公民承担不起，不能大范围普及，另外还缺乏各行业之间的良好的合作体系，这些问题都限制了智能家居的发展。
2 智能家居控制系统的构成
智能家居要实现的主要功能包括：遥控控制功能、高加密（电话识别）多功能语音电话远程控制功能、定时控制功能、集中控控制功能、场景功能、网络远程控制功能、全球网络视频监控功能、安防报警功能、影音设备共享功能、数字家庭客厅娱乐系统、背景音乐系统、指纹锁、新风空气调节方案、宠物保姆，概括起来主要是家庭安全防范、家庭设备自动监控、设备远程控制、家庭通信几方面的功能。
智能家居系统主要的组成部分是：系统服务器、家庭控制器、路由器、电缆调制解调器头端设备CMTS、交换机、通讯器、控制器、无线收发器、探测器、传感器、执行机构、打印机等。其中系统服务器、家庭控制器、路由器、电缆调制解调器头端设备CMTS将家电设备联系在一个网络中，构成家具设备之间、同外界的信息交流的通道，交换机、通讯器实现信息的交换，探测器、传感器将设备相关的信息传递给控制器或者通讯器，控制器接受设备相关信息输出控制信号实现家居设备的控制、调节，执行机构接受控制器的控制信号，实现家居设备的开关和调节，如继电器等，打印机用于打印一段时间家居控制系统的工作情况。
3 智能家居系统的相关技术
智能家居系统综合了多种先进的技术，包括计算机技术、数字技术、网络通信技术和综合布线技术等，都是较为先进的科学技术，计算机技术、数字技术、网络通信技术是现在的热门技术，还在迅猛的发展中，智能家居系统也会随着这些先进技术的发展和更新换代而发展。
计算机技术是上世纪最伟大的科技发明之一，计算机已被人们大量使用，可完成算数、逻辑运算等，同时有大容量的存储器，配件包括鼠标、键盘、显示器、打印机等，功能强大。但是在智能家居控制系统中有时候会选择功能没有那么强大，体积小、价格便宜的微控制器，如单片机。数字技术是随着计算机技术的发展而产生的技术，主要是将普通信号转换为计算机可识别的二进制码进行运算、存储、传送、还原的技术，在工作过程中还要完成信息的编码、解码和压缩，也被称为数字控制技术。网络通信技术通过计算机和通信设备对图形文字等信息进行采集、处理、存储和传输，达到资源共享，是智能家具控制系统实现远程控制的关键，近年来网络通信技术发展得功能更加强大，形式更多样化。综合布线是建筑物内信息传输的网络，使语音、数据通信设备、交换设备和其他信息管理系统相连，同时与外部网络相连，是建筑物信息传送的神经。
4 智能家居系统的发展预测
智能家居系统是因人们对家居生活的更高要求而产生的，它的发展也会因为人们的要求的变化而发展，把握住消费市场的方向，会跟着人们对家居系统的要求的提高而变得功能更多样化，稳定性和可靠性都大大提高。智能家居是多种技术融合的产物，它的发展速度和发展的方向还会受到这些技术的发展的制约。下面本文从消费者和市场影响方面以及技术层面对智能家居控制系统的发展做出预测。
4.1 从消费者和市场影响看智能家居控制系统的发展
智能家居系统可以提供全方位的信息交换，优化人们的家居生活，提高家居生活的安全性、舒适度，做到能源的节约。因人们对家居生活要求的提高，智能智能家居要做到实用性、易用性和人性化，家居系统操作会越来越简单，功能更加实用、更强大、更智能，扩展更多的生活服务和健康服务，功能会功能将会越来越精彩。
我国因为人口数量大，的城市住宅以密集型小区为主，因此家具的智能化要结合整个小区的智能化，将智能家居控制系统与小区的智能系统紧密联系，而产生智能小区。智能家居控制系统多为小区配套系统是一段时间内智能家居的发展情况，但最终智能家居会独立出来，可以根据用户的喜好和需求自助选择系统功能。
随着智能家电的发展和成本的降低，智能家居控制系统必然会和家电行业结合，从而使智能家居系统配备家电产品。通过系统的整合，使整个系统的安装和调试更加系统，减少重复投资，降低安装和调试的费用，生产物美价廉的产品，使智能家居得到更好的普及，使智能家居走入一般人家，向“平民化”转变。
“可持续发展”是现在的经济和工业发展的主张，智能家居系统要通过智能化的手段达到节能减排，使用户长期受益，智能家居才能在市场中有旺盛的生命力。
4.2 从相关技术的发展看智能家居控制系统的发展
智能家居控制系统涉及的技术领域都处在飞速的发展中，智能家居也会随着这些技术的发展而发展和改变。
随着数字技术的发展，智能家居控制系统在电路设计上会更多的采用集成电路，这样可以使线路有很高的集成度，缩小体积，节约安装成本，也有更高的可靠性。采用数字化的显示方式，能提高显示的效果。采用数字化的通信传输方式，例如家电远程控制中就开始利用有线电话、有线网络，结合我国的网络普及程度还开始发展利用了GSM短信息数字通信平台的远程家电控制，具有较高的可靠性。
智能家居控制系统要通过网络的连接实现各种家具设备之间的信息传递和家居系统和外界的信息传递。随着网络技术的不断发展和普及，现有的有线组网技术（电话线、以太网、电力线）将逐渐被无线组网技术所取代，克服有线组网技术不限繁琐、影响美观、有剪线危险的缺点，无线组网技术无需布线，有安装周期短、后期维护容易、容易迁移的优点，功能的实现也更容易。基于GSM、GPRS、蓝牙技术、红外技术、WiFi技术等的远程控制较有线电话的远程控制就有诸多优点，GSM在我国覆盖面相当广，易于实现，较有线网络远程控制（如利用英特网和计算机的远程控制）功耗、成本低，安全性更高。今年还兴起了ZigBee技术，有低成本、低功耗、高质量等优势。
社会经济的发展和信息化程度的提高要求只能家居有更强大的功能，功能需求的多样化对智能家居的硬件平台提出了更高的要求。传统的单片机已不能满足日益扩大的功能要求，嵌入式控制系统应用到智能家居控制系统中，采用多片单片机联合控制或者是其他嵌入式系统平台，采用一些运算速度快、稳定性高、便于升级、性价比较高的芯片，如PHILIPS公司生产的LPC2131芯片较传统单片机就有很多优势。
智能家居的操作界面也必将更方便简洁，今年来的控制系统中已经开始采用彩色LED触摸面板。控制显示界面方面：加入3D立体成像动交界面的阐述；控制方面：加入声控、动作控制等；远程控制的方式也会更加多样化，从以往的有线电话控制，发展更多的基于INTER网和GSM网络的控制方式。今年兴起的物联网技术也将给智能家居的发展带来新的契机。
5 总结
智能家居从上世界末进入中国以来已逐渐被人们所熟悉，它结合了计算机技术、数字技术、网络通信技术和综合布线技术，是多种先进技术融合的产物。到现在智能家居对人们来说已不是一个陌生的名词，已经开始逐渐进入人们的生活，走进一些新兴的大型小区，但是由于其安装和调试成本较高，没有确定的规范，没有行业间的合作体系，智能家居在我国并没有普及。随着相关技术的发展和人们对家居系统不断提出更高的要求，智能家居控制系统必将成为未来住宅的发展趋势，走进普通居民的家居，进一步提高居民的家居生活品质与品味。
参考文献：
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[2] 熊江.数字信息家电和智能家居系统的产业化研究[J].电脑知识与技术（学术交流），2007（1）：204—205.
篇2
1 智能家居中PLC控制系统的总体设计
1.1 系统设计的总体框架
随着现代科技的不断进步和发展，智能时代已经到来。智能化已经运用到各行各业，而智能家居正在满足这消费者的需求。消费者在家居中逐渐追求实用性、多功能性等等，这也是智能家居提高竞争力的关键。对于消费者的这些需求，作为智能家居中PLC控制系统正好能够满足这些需求。智能家居中PLC控制系统主要包括：智能家居设备控制、家居环境的实时检测、安全防护等一些基本性的功能。智能家居中PLC控制系统也就是将用户家中的电器、门窗、空调系统、供暖系统等等整合为一体，通过远程遥控。当用户开动遥控时，家用电器会自动打开、门窗会打开，室内温度会自动调节，若发生危险时，报警系统会自动响应。
对于智能家居中PLC控制系统来说是为了满足用户的智能化需求，采用可编程控制器PLC技术和GSM短信息技术，在运用SMS进行信息的交互，主要包括自动控制、信息采集和远程控制三个部分。
1.1.1 自动控制
这主要是将PLC作为主要的控制器，通过电器的开合控制交流电动机的正反转来进行控制。比如以智能门为例，当用户发出开门的信息时，这时PLC接收到信号，并给PLC一个输入端，通过交流电机完成开门动作。
1.1.2 信息采集
也就是传感器的信息采集，主要包括室内温度湿度、烟雾、煤气等，并将这些信息传递给PLC，PLC根据室内实际的情况，做出相应的指令，以保证室内的温度、湿度的合理，安全性更加高。
1.1.3 远程控制
用户发出相应的指令传感器传给GSM信息模块，以实现与PLC的信息交互，PLC通过用户发出的指令，对家居状态进行解读，然后把信息传递给移动终端，如果检测到危险信号，会立即把相关信息传递个PLC主控制器，主控制器接到信息，迅速与GSM进行串联，再有GSM传递给用户终端，发出报警信号，提高室内家居的安全系数。
1.2 系统中的硬件的设计
智能家居中PLC控制系统中的硬件设计主要是智能防盗门的硬件设计、传感器系统的硬件设计和远程监测系统的硬件设计。
1.2.1 智能防盗门的硬件设计
主要分为三个部分。第一，电源中硬件设计，主要采用单相桥式整流电路，增加两个二极管连为一体的结构，实现交流电向中直流电的交换。第二，控制硬件系统，通过PLC控制电动机的运作，在输出端需要小型的继电器接入控制电路，使PLC控制正反向的输出点，转换并接触到电机的控制。
1.2.2 传感器系统的硬件设计
这一硬件设计中主要包括PLC、温湿度传感器、烟雾传感器等构成。当室内的环境出现异常时，出现异常的端口会执行相应的信息做出相应的预警信号。
1.2.3 远程监测系统的硬件设计
远程监控系统是通过PLC串口通讯方式与GSM进行信息的交互，并扩展为一个通讯的板块，安装在选件的板槽位中，并将PLC与GSM信息板块与串口线连接，以此能够更加便捷的与相应的PC机、单片机以及其它的主控制器相连接。
1.3 系统中的软件的设计
智能家居中PLC控制系统中的软件设计主要是智能防盗门的软件设计、传感器系统的软件设计和远程监测系统的软件设计三部分组成。
1.3.1 智能防盗门的软件设计
智能防盗门中实现的软件功能是：首先自动门受到用户发出的相应信息是否开启、关闭，在接受信息的过程中会遇到相应的阻碍，智能防盗门会根据相应的阻碍向相反的方向运作，如果遇到的障碍是比较危险的，那么智能防盗门会启动强制停止的功能，避免危险的发生。
1.3.2 传感器系统的软件设计
传感器系统中的软件的设计主要是通过各种传感器对家居环境进行相应的检测，当检测到的值超过限定值时，PLC就会做出相应的判断，执行中断的程序。同时，PLC也会检测GSM的信息模块是否接到了信息，如果接到了信息会将室内的环境信息传递给用户终端。
1.3.3 远程监测系统的软件设计
远程监测系统的软件设计主要包括AT命令、PLC中断程序的设计。AT命令是通过配置MODEM和相应的软件共同工作以此来实现远端系统完成相应的信息。在PLC串口中断程序的设计中，通过相应的指令设计，然后通过指令给予相应的功能，这样可以大大减轻PLC编程的影响。
2 结语
随着现代科技的不断发展，智能家居系统不断丰富着人们的生活方式，越来越多的消费者享受智能家居带来的便利，但对于智能家居的要求也越来越高，对于智能家居的稳定性和安全性成为主要的关注点，虽然在本文涉及到的PLC控制系统能够提升智能家居的稳定性和安全性，但是内部也存在一些问题，这需要未来科技和更多的人才进行解决，以满足更多消费者的需求。
参考文献
[1]李昊.智能家居PLC控制系统实现研究[J].科技创新与应用，2015（23）.
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[4]陈龙.智能家居自动控制与监测系统的设计与实现[D].内蒙古大学，2015.
作者简介
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电气控制系统、消防报警系统、照明控制系统和安防门禁系统是完整智能家居网络系统的重要构成部分，而网络层、应用层和物理层是系统总体的机构，其中数据网络、控制网络和音频视频网络是网络层中所包括的，而应用层中则包括安全系统、家用电器和灯光系统等，物理层包括无线、电力线、电话线和双绞线等传输媒介。系统总体包括的三个机构可以将信息的集中控制和输入输出等完美实现。
2智能家居网络控制系统的解决方案
2.1基于单片机架构系统基于单片机架构系统是智能家居网络控制系统三种解决方案中的一种，其处理单元是以单片机作为核心，并且共同组成控制系统的还要定制的硬件和软件。基于单片机架构系统相较于普通系统有很大程度的提升，尤其是在易用性、专业性和适用性方面。不过，由于智能家居网络控制系统在不断地更新，其性能和功能都在增加，一片单片已经无法将其完全控制，所以在联合控制的时候就会出现扩展能力不强、电路设计复杂和系统稳定性不高等问题，需要我们进一步解决。2.2基于PC机架构系统家居网络的核心就是智能家居主控制器，并且家居网络指的是将一定的传输介质和家庭内部联系起来，实现资源共享。而PC机架构系统将家用电脑视为主控制器，将电脑作为处理器，通过太网和一些设备的连接，对家居设备进行规范和管理，这是一种十分先进的系统，将现代计算机的功能应用其中，并利用现代计算机的普及优势将其不断开发，但是PC机架构系统会使得智能家居控制系统的适用性有所下降，与此同时其成本也相对提高。并且PC机架构系统需要电脑24小时开机，对于电能损耗也是十分大的。2.3基于嵌入式架构系统所以嵌入式架构系统指的是以专门设计的嵌入式主控制器来作为智能家居网络控制平台，并且其核心是嵌入式系统，此系统可以将外部网络和家居内部的连接实现，同时也可以将内部网络中设备和信息家电的控制实现，其对比较复杂的应用十分适合，并且耗能也比较少，结构也相对简单，这使得嵌入式架构系统成为家居控制器的首选。但是嵌入式架构系统也存在标准不统一、开发周期长等缺点，并且其应用面也相对来说窄一点，市场价格也偏高。嵌入式系统的智能家居网络控制系统应该将其成本不断降低，这样才能在未来迎来更加广阔的市场。
3智能家居网络拓扑方案
3.1总线型结构智能家居网络拓扑方案在抛开网络物理连接的前提之下，对网络系统的连接形式进行探讨，也是网络中各个站点连接的形式和方式。总线型结构是智能家居网络中用的比较多的一种，其是指个节点传感器和家电在一条总线上，没有中心节点控制的时候，公用电线上的信息的传递方向是从发送信息的节点向两端扩散的。并且，总线型结构中的每一个节点都会在接受到信息的时候，对地址进行检查，并且总线型结构的扩充性较好，安装也相对来说更容易，可靠性也很高。3.2星型结构智能家居网络中应用比较多的另一个结构就是星型结构，其将传感器和家中电气以星型的方式连接起来，形成网，网络的中央节点是主控制器，而家用电器和其他节点传感器则是直接连接在主控制器上，这样最大的优点就是便于建网，因为其结构十分简单，并且这样也可以将传输误差、网络延迟等现象大大减小。
4智能家居网络组网方案
4.1有线传输方式有线传输方式是智能家居网络控制系统内部传输接口的两种传输途径之一，并且有线传输方式主要包括电话线联网、电力线联网、以太网联网和总线联网。其中电话线联网是通过电话线实现信息的传递，可以使家庭内部数据传输和电话业务互不干扰，并且其价格较低。而电力线联网不光可以为家中所以电气设备传输电能，另一方面还可以通过家庭内部电力线进行对外传输，在使用时不需要繁杂的布线。以太网联网的优势主要在于技术的成熟，并且其实现的成本比较小，不过家庭用户不愿意使用以太网联网，因为需要的费用太高。总线联网的优点是技术较为成熟，并且其抗干扰能力也很强。4.2无线传输方式无线传输方式主要有蓝牙技术联网、IrDA红外线技术联网和ZigBee技术联网。其中蓝牙技术联网可以组建相应的无线网络，并且完全智能家居系统的需求，不过其通信距离比较短。而IrDA红外线技术联网是利用红外线进行点对点通信，成本不高，设备也很简单，传输速度也很高，不过其没有标准的通信协议，对于家庭组网来说不太合适。ZigBee技术联网是一种无线通信技术，并且适用于自动化系统。在近距离低速率无线通信协议方面较为完善，其主要优点在于成本较低，复杂度也不高，并且还可以双向传输。4.3有线和无线方式组网比较有线方式组网在行业中已经有了一定的通用性，并且其技术也相较成熟。但是有线方式中的电话线、电力线等组网技术都存在一定问题，移动性比较低，在布线方面普遍都很麻烦，并且其扩展性也不高。而无线方式组网的移动性比较好，其扩展性也高，并且在安装时还能省很多电缆连线，但是无线方式组网的质量不如有线方式组网，并且其传输信息也容易受到干扰。
5结束语
随着我国综合国力的不断提升，国民生活水平不断提高，其对于家庭网络构建的安装和使用有了更高的要求，但是我国如今还面临着技术成熟度不够、基础设施不足等问题。智能家居网络中最为领先的就是无线移动，其较强的移动性和扩展性受广大群众的喜爱，但是无线移动网络依旧存在一些现实问题，需要我们不断的优化。利用对几种智能家居网络控制系统的比较和分析，对其未来优化做出一定贡献，为我国实现强国梦献出一份力。
参考文献
[1]李鸿.几种智能家居网络控制系统方案的分析与比较[J].现代电子技术,2010,33(03):143-146.
[2]严建亮.基于嵌入式的智能家居网络控制系统的研究与实现[D].南京邮电大学,2012.
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引言
智能家居系统是以住宅为平台，通过计算机网络把安防系统、家电、娱乐设施及照明设备实现现场或者远程控制等现代智能化家居环境。针对现代家居中譬如家用电器种类繁多，操作繁琐以及难以科学管理等问题，本文结合无线电通信技术和计算机控制等技术，探讨一种无线智能家居控制系统的设计，使该系统实现对家用电器协调统一地控制。
一、概述
现代科技迅猛发展，随之而来的智能家居日渐强势，以其新颖优异的特性为当今社会的人们的家庭起居带来了极大的方便和全新的理念，它注定代表着一种引领未来的趋势。设计者开发的家庭总线技术将把家用电器、通讯设备以及家庭保安装备等多种和信息相关联的智能家居连接到一个智能系统上，然后对其采取集中的或多分散地监控与家务性质的管理，同时还要保证这些智能的家庭设施跟现实中的居住环境相协调。其实，这些功能的实现主要依赖于智能家居控制系统中的家庭网络控制器，家庭总线系统属于这种家庭网络控制器，并通过它来为使用者提供各种优质服务，同时居住地之外的外部环境也与之相通连。换言之，智能住宅的核心就是智能家居系统，因此，智能家居系统在智能家庭中处于异常重要的地位。
有线方式和无线方式是智能家居系统控制的两种解决方法。因为大多智能家居系统在工程布线方面十分麻烦，因此很多智能家居公司就着眼于解决这个问题来研发新的系统。伴随着它的问题是较差的保密性、接入设备甚为昂贵、很难满足音频与视频信号的传输等，虽然这些难题直到目前还没有得到真正的、完美的解决，但是它终将伴随着4G网络技术的逐渐成熟而得到更好的改善和应用。即便价格稍微高一些，无线方式确实能很好地解决布线工程繁琐的问题，并且随着网络技术的进步必能满足音频信号与视频信号的基本传输。接下来将以2.4G射频技术作为基础，介绍一种性价比较高的、性能相对完善的智能家居控制系统。
二、设计方案探讨
2.1 系统总体结构及工作原理
智能家居系统包含各家电设备和接口设备、主机和从机，主机和从机都具有一个无线收发芯片，主从机间通过收发无线数据来构建一种范围较小的的无线智能网络。网络协议、系统软件和系统硬件是无线智能家居控制系统总体设计的三个主要组成部分。
设计电路时的原则是要采用通用性、模块化设备，关于网络协议时参考OSI模型，同时结合nRF24L01芯片的特质。用一个系统主机来构建，本系统是以单片机为核心的，中心处理单元（CPU）的作用是处理系统的信号，选用集中控制技术作为控制方式，系统设备需要进行硬件功能的划分，各硬件模块都具有双向交互通信的能力、互换性和互相操作性，统一设计、统一接口，它们的控制部件都可以进行编程，从而保证了模块的实用性和通用性，有利于系统安全稳定。
nRF24L01（一种新型单片射频收发器件），提供物理层数据服务和物理层管理服务，定义了物理无线信道和MAC子层之间的接口。nRF24L01是一种2.4GHz单片射频收发芯片，包含频率调制器、合成器、晶体振荡器等功能，采用FSK调制，可实现点对点或是1对6无线通信。程序可以配置nRF24L01的输出功率和通信频道，有125个可选工作频道，可用于跳频，频道切换时间短，通过跳频可以减少干扰。对nRF24L01进行信道参数配置是通过MCU通过串口实现的，由nRF24L01来实施配置任务，然后发送大量数据包的指令由主机完成，最后从机接收数据信息，整个过程从机和主机是借用空中接口来发送与接收数据信息包的，执行MCU的指示任务，故才能完美地控制家电。图l为系统总体框图：
2.2 串口通信单元设计
STC12C5A60S2增强型51芯片有一组串行口接口，3根通信线连接便能实现较普通的串行通信，发送是TXD串行数据，接收是RXD串行数据，还有GND信号地线。
2.3 硬件电路设计
在2.4G网络中控制中心节点如同协调器节点，拥有节点的管理，2.4G网络的建立等任务的功能。在本系统中，控制中心节点对接受的数据进行处理，并通过RS-232串口与PC机连接通信以及通过，以及键盘输入和液晶显示。
2.4 无线收发模块
结合硬件设计要求的多种因素，在智能家居设计中，采用的射频片nRF2401是工作在2.4GHz频段的。
把功率放大器，频率合成器，调制器以及晶体振荡器这些功能模块放置在芯片内，使射频片nRF2401在2.4～2.5GHzISM频段内工作，通过程序配置通信频道和输出功率。工作电流在接收时才18mA，在以-5dBm的功率发射时也仅为10.5mA，芯片的能量损耗不高，多种低功率工作模式很大程度上方便了节能方面的设计。nRF2401可以在使用同一天线的情况下，能够两个不同频道的数据都能被同时接收，这是因为DuoCeiverTM技术使它具有了这样的优点。
2.5 传感器电路设计
时钟模块、电源模块、传感器模块、无线模块构成了主要的传感器节点硬件。各个传感器节点所发送过来的信息是由控制中心节点通过nRF24L01无线模块接收的，并通过串口模块，把信息发送到上位机，使用的人直接从上位机的软件界面上获取所有数据。
三、结语
本文总体设计了一种无线智能家居控制系统，系统节点控制器选用硬件电路中简单的增强型STC芯片，系统的安全性以及效率得到有效提高，数据传输是靠无线网路芯片nRF24L01来完成的。这个系统成本较低，使用方便，功耗超低，有良好的拓展性而且使用效率高、稳定可靠，集便于携带、更加开放、便于协作、交互性强等优秀特点于一身。
参考文献
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篇5
家庭智能化的出现已经有了将近20年的历史，最早从比尔·盖茨的豪宅开始，如今，那个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经开始逐步走入了一些在观念上同步于世界潮流，在生活上引领世界潮流的高品位时尚人士。
别墅通过智能化建设，以家庭综合布线为基础，以计算机网络和无线通信网络为桥梁，全面实现了家庭智能化生活。为了美化生活环境，同时为了清除消防隐患，保障家人的安全，有必要运用现代化的高科技手段，加强住宅区的基础建设，实现住宅区的信息自动化。
家居智能设计长久以来一直坚持的原则：健康性、安全性、舒适性、时尚性！
2.别墅智能家居设计带来的具体优势
2.1安全：人身安全——安防系统；用电安全——强弱电分离。
智能化系统与安防实现联动，给物业管理提供集中式管理的便利，提高紧急事故的快速处理能力，这将大大提高别墅的安防水平。（如，家里发生紧急安防事故时，能自动电话报警。）
2.2健康：饮水健康、自然清新空气、用眼健康。
在我们的日常生活中，空调循环的基本上是室内空气，晚上就寝卧室的空气、车库的空气等密封空间的空气，其实非常混浊。而且怎么才能让卫生间在每次进入时均保持自然清新空气？智能控制系统让排风扇对室内的污浊空气进行定时更新，时刻保持室内清新。
系统还可以对饮水机进行定时控制，避免水进行反复加热，使得饮水更健康。
我们在看书时需要明亮照明，看电视电影时需要柔和的照明，让灯光在需要的时候自动改变亮度，减少眼睛的疲劳，保护视力。这一切，在智能控制系统的控制下将不再是天方夜谈。
2.3舒适：所有电器、照明，无论身处何处，均可一键控制。
进行智能化设计后，您可以采用遥控器、电话、手机、电脑等多种操作模式对家里的灯光、饮水机以及电饭煲等家用电器进行控制，这将为您的日常生活提供很大的方便。忘记带钥匙，也无须担忧；老人小孩在家，尽可放心；客人来访，也无须起身开门，充分享受到高科技带给您的一份宁静与舒心。
2.4节能：减少不必要的电能损耗。
智能灯光控制系统下，自然合理的分配灯光照明，减少不必要的照明电能损耗。还可以根据外界光的强度值设定时段，自动调节灯光亮度。它还能够在我们不需要使用的时候自动切断电器电源，减少电器不必要的静态能耗。这样既符合您舒适的感觉，又能起到节能的作用。
2.5先进的技术，未来三十年均不需要重新投资，一次投入，长久享用。
结合了EIB集中控制技术与传统智能家居产品的智能控制技术。它是将两种技术进行完美的结合，并针对两者的优缺点进行技术突破和改造，达到和谐统一的集中控制系统。该系统上主要产品可根据不同需要，进行不同的组合和功能扩展槽的串接，不需经过重新布线便能通过简单的多元化升级，以达到功能拓展的目的。与传统的安装方式相比，可达到一次安装30年受益的效果。
3.别墅智能家居控制系统设计的具体解决方案
智能家居控制系统可提供智能家电控制、智能照明控制、环境控制以及安防控制等多种控制方式和手段。只需要经过简单的设置，就可以实现遥控、场景控制、远程控制、家居安防等各项功能。根据不同客户的具体情况，设计不同的智能家居控制系统，为倾心打造一个安全舒适高档的居住空间而努力。
3.1聪明听话——智能家电控制系统
家电是我们日常生活中的重要组成部分，对这些家电设备进行智能控制后，将会为您带来更加完美和谐的生活。比如：上班途中，突然想起忘了关家里的灯或电器，打个电话就可以把家里想要关的灯和电器全部关掉：冬天下班，打个电话把家里的热水器先预热，等回到家，马上就可以洗个热水澡，夏天下班，可以提前打开家中的中央空调，回到家里便能立刻享受清凉。也可以让新风换气系统、电饭煲、饮水机等等家电提前开始工作……，还可以在您跨入庭院的一刹那，您的庭院自动浇花系统、喷泉系统、庭院景观灯光系统等自动打开……
3.2流光溢彩——智能照明控制系统
智能照明控制系统贯穿着别墅的每一个地方，房间、过道的灯光都可以通过智能开关与智能控制主机相连接。您可以在别墅内任一个房间内控制所有灯光开关，免除劳苦地来回走动。同时，可以通过设置场景记忆模式来控制灯光开关、亮度等，随心所欲地控制客厅、餐厅、书房、过道的灯光照亮模式，同时灯光还可以与其它设备（如幕布、窗帘、电视／音响等）配合组合成复杂的场景。如 会客、读书、听音乐、晚餐模式、影院模式等等百变场景。
3.3健康环保——环境控制
（1）环保节能系统
在不需要使用电器的时候自动切断电器电源，减少电器不必要的静态能耗，并能减少人为遗忘切断电器的电能损耗。还可以根据外界光的强度值设定时段，自动调节灯光亮度，自然合理的分配灯光照明，减少不必要的照明电能损耗。这样既符合住户舒适的感觉，又能起到节能的作用。
（2）窗帘控制系统
清晨，也许不再需要那片刻间令人烦躁的闹钟将你吵醒，而靠的窗外的鸟语花香和柔和的自然阳光让您从睡梦中自然醒来。窗帘控制系统总是会最恰合时宜的开启窗帘，让室外清晨的花香飘入，让您懒洋洋的沐浴阳光。
配合灯光的场景，窗帘的自动开合，有时也能酿造出另一份浪漫的气氛。只需轻点遥控，它便能为您的隐私起到第一层保护。
（3）空气调节系统
酷暑炙热的夏天驱车回家，当您停车入库后，车库内换气系统可以通过（遥控）手动或自动定时控制将汽车的尾气和汽油的味道清除干净。等到次日清晨，自动定时的换气系统会将室外清晨空气中花香的味道注入车库，让你在享受晨曦的味道的时候，丝毫感觉不到汽车尾气的异味给您带来的不悦。
（4）自动浇花、给排水系统
别墅的阳台上种植了一些植物和花木，浇水也是可以进行智能化管理的，用遥控器就能直接启动浇花的电磁阀门。自动浇花系统的定时功能，让您完全不用担心因为工作的忙碌而忘记了你的花草宝贝。同时，系统还可以对游泳池的给排水进行控制，定时自动的对游泳池内的水进行更换，时刻保持水质的优良。
3.4隐形卫士——安防系统
（1）指纹锁
别墅门口装设指纹门锁，在您和家人非授权的前提下，任何人都无法随意进出您的家庭。
（2）门磁、红外探测器
事先设置好防区，即可把整个别墅的安全置于无线安防报警系统之中。如果门窗被非法打开，立即通过无线警号现场声光报警并按预先设置好的报警电话号码发送警讯给主人，并上传警讯到报警中心。
（3）烟感探测器
该探头为消防安防装置，若房中因火灾发生的烟雾浓度达到一定系数时，便立即报警，并通过智能控制主机发送警讯给管理处和主人，并立即启动火灾灭火系统来处置险情。
（4）燃气探测器
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1 引言
当今社会科学技术的不断进步不仅加速了社会生产力的发展，同时也提升了人类对于物质生活水平的大力需求[1]。一直以来，居住环境都是人们较为关注的领域，随着网络、微电子、光电、通信等高新技术飞速发展，家居环境的“智能化”这一概念也不断促使科技工作者们将计算机控制系统引入民用小区、住宅以及小区建筑技术之中[2]。本文设计了一款集智能无线遥控、手机远程控制、Internet远程监控、智能系统警报等功能与一体的远程智能家居控制系统，该系统具有强大的数据图像处理能力及监控能力，可以广泛应用于交通领域、金融系统、住宅设施、学校、医疗机构等安防领域。尤其是在基于网络的远程视频监察、智能化预警及报警方式等方面有着广泛的应用。
2 系统整体构造
本系统高效集成了综合布线、网络通信、 安全防范、自动控制和音视频等技术。其中，网络通信的传送与交互方式采用无线网与移动通信网等网络进行信息的传递，为了提高产品的监控能力，文中还通过智能计算技术对信息进行分析并处理。音视频部分采用DSP与ARM相结合的技术提高数据图像处理能力[3]。总体设计大致可概括为命令发射零碎和命令执行零碎等两部分[4]。主要可完成自动照明、遥控窗户窗帘、空调控制、花草自动灌溉、防盗监控报警等功能。
2.1 命令发射零碎
命令发射零碎主要工作过程如下：当设置在房间中各处的各类传感设备接纳各类传感信号后，将触发的控制命令发出，再进行人的主观遥控采取手动触发方式对相应的发射类智能仪器，从而实现收回控制命令的目的。其中手持命令终端可包括手机、平板电脑、触摸屏等无线通信设备。
在本系统中，当温湿度变化的相关数据被温湿度传感器搜集到以后，其中，温湿度变化的触发命令可根据当时具体情况进行人为设置。当温度或湿度的相关数据满足事先所设置的触发条件时，就执行收回控制命令的措施。例如当外部天气变冷时，室内温度数据即可达到事先人为设定的触发命令值，室内空调开始工作，进行室内加热；当外部天气变热时，室内温度数据即可达到事先人为设定的触发命令值，室内空调开始工作，进行室内降温，实现了远程温度控制部分。本系统同时包含了感光模块，当室外天气晴朗达到事先预设的触发条件时，室内灯光主动关闭，实现节能的目的；当室外阴天或下雨达到事先预设的触发条件时，室内灯光主动打开，从而实现了灯光自动控制功能。同时，为了达到防盗监控报警的目的，在室内安装了人体感应器用以检测室内无人状态时的内部活动情况。当安防设备启动时，若监测到室内有人即刻拨打电话报警。从而完成安全监控报警功能。
2.2 命令执行零碎
灯光、电器、窗帘等设备的控制命令的执行主要通过智能面板来完成，当各类控制命令被智能面板接收后，智能面板首先会对解码进行分析，进而触发相关的强电驱动电路。例如空调、电视机、DVD等红外家电的控制主要经过装置在棚顶的人体感应器来完成，当人所发出的控制信号被人体感应器接收到以后，该控制信号即刻转发为对应的红外指令从而达到对相应设备的运转进行控制的目的。另外室内还具备安防报警功能，此功能主要由数字安防模块完成，当报警模块接收到控制命令后，相关的控制系统会将命令转换成匹配的语音信号，并拨打给预设的电话号码进行报警。
3 本系统优势
（1）设计结构合理。整体框架上，该设计可以根据不同场合的需求增加或者删减子系统以满足对响应功能的需要。并且该智能家居的控制系统是由网络通信系统将多个子系统连接起来形成的。（2）操作管理便捷。该系统具有易于操作、简单方便等优势。所有的设备都可以由人通过手机，平板电脑，触摸屏的无线通信设备进行指令操作。（3）场景控制功能丰富。可以根据使用者的具体需求设置各种控制情景，如宴会情景，回家情景、节能情景、离家情景，下雨情景，生日情景等，可以极大的满足人们对各类生活模式和生活品质的需求。（4）信息资源共享。可以将家里的温湿度或干燥度等相关数据信息内容到网上以便在各个区域形成环境监测点，为环境的监测提供有效有价值的信息。
另外，该系统还配置了多款节能子系统，具有自动照明、遥控窗户窗帘、太阳能电池板、花草自动灌溉系统以及风力发电设备等等，具有节能环保等特点。
4 结语
综上所述，本系统是一款集智能无线遥控、手机远程控制、Internet远程监控、智能系统警报等功能与一体的远程智能家居控制系统，由于采取了DSP与ARM相结合的技术使得该系统具有强大的数据图像处理能力及监控能力，不仅可以应用于家具住所，同时也可以广泛应用于交通领域、金融系统、住宅设施、学校、医疗机构、蔬菜大棚等安防领域，具有成本低、安全简单、易操作等优点。是一款具有广泛发展前景的远程智能家具控制体统。
参考文献
[1] 甘早斌，李开，鲁宏伟.物联网识别技术及应用[M].北京：清华大学出版社，2014
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随着国民经济和科学技术水平的提高，特别是计算机技术、通信技术、网络技术、控制技术的迅猛发展与提高，促使了家庭实现了生活现代化，居住环境舒适化、安全化。这些高科技已经影响到人们生活的方方面面，改变了人们生活习惯，提高了人们生活质量，家居智能化也正是在这种形势下应运而生的。
2智能家居控制系统概述
智能家庭控制系统是以HFC、以太网、现场总线、公共电话网、无线网的传输网络为物理平台，计算机网络技术为技术平台，现场总线为应用操作平台，构成一个完整的集家庭通信、家庭设备自动控制、家庭安全防范等功能的控制系统。
智能家居控制系统的总体目标是通过采用计算机技术、网络技术、控制技术和集成技术建立一个由家庭到小区乃至整个城市的综合信息服务和管理系统，以此来提高住宅高新技术的含量和居民居住环境水平。
系统通常由系统服务器、家庭控制器(各种模块)、各种路由器、电缆调制解调器头端设备CMTS、交换机、通讯器、控制器、无线收发器、各种探测器、各种传感器、各种执行机构、打印机等主要部分组成。
3智能家居控制系统功能
智能家庭控制系统的主要功能包括家庭通信、家庭设备自动控制、家庭安全防范三个方面。
3．1家庭通信
家庭通信可采用电话线路、计算机互联网、CATV线路、无线局域网等方式。
(1)电话线路
通过电话线路实现双向传输语音信号和数据信号。
(2)计算机互联网
通过互联网实现信息交互、综合信息查询、网上教育、医疗保健、电子邮件、电子购物等。
(3)CATV线路
通过CATV线路实现VOD点播和多媒体通信。
(4)无线局域网
通过无线收发器、天线、各种无线终端，实现双向传输数据信号。
3．2家庭设备自动监控
家庭设备自动监控包括电器设备的集中、遥控、远距离异地(通过电话或Internet)的监视、控制及数据采集。
(1)家用电器的监视和控制
按照预先所设定程序的要求对热水器、微波炉、视像音响等家用电器进行监视和控制。
(2)热能表、燃气表、水表、电度表的数据采集、计量和传送根据小区物业管理的要求所设置数据采集程序，通过传感器对热能表、燃气表、水表、电度表的用量进行自动数据采集、计量，并将采集结果远程传送给小区物业管理系统。
(3)空调机的监视、调节和控制
按照预先所设定的程序，根据时间、温度、湿度等参数对空调机进行监视、调节和控制。
(4)照明设备的监视、调节和控制按照预先设定的时间程序，分别对各个房间照明设备的开、关进行控制，并可自动调节各个房间的照度。
(5)窗帘的控制
按照预先设定的时间程序，对窗帘的开启／关闭进行控制。
3．3家庭安全防范
家庭安全防范主要包括多火灾报警、可燃气体泄漏报警、防盗报警、紧急求救、多防区的设置、访客对讲等。家庭控制器内按等级预先设置若干个报警电话号码(如家人单位电话号码、手机电话号码、寻呼机电话号码和小区物业管理安全保卫部门电话号码等)，在有报警发生时，按等级的次序依次不停地拨通上述电话进行报警(可报出家中是哪个系统报警了)。同时，各种报警信号通过控制网络传送至小区物业管理中心，并可与其它功能模块实现可编程的联动(如可燃气体泄漏报警后，联动关闭燃气管道上的电磁阀)。
(1)防火灾发生
通过设置在厨房的感温探测器和设置在客厅、卧室等的感烟探测器，监视各个房间内有无火灾的发生。如有火灾发生家庭控制器发出声光报警信号，通知家人及小区物业管理部门。家庭控制器还可以根据有人在家或无人在家的情况，自动调节感温探测器和感烟探测器的灵敏度。
(2)防可燃气体泄漏
通过设置在厨房的可燃气体探测器，监视燃气管道、灶具有无燃气泄漏。如有燃气泄漏家庭控制器发出声光报警信号，并联动关闭燃气管道上的电磁阀，同时通知家人及小区物业管理部门。
(3)防盗报警
防盗报警的防护区域分成两部分，即住宅周界防护和住宅内区域防护。住宅周界防护是指在住宅的门、窗上安装门磁开关，在对外的玻璃窗、门附近安装玻璃破碎探测器；住宅内区域防护是指在主要通道、重要的房间内安装被动红外探测器或被动红外／微波双技术探测器。当家中有人时，住宅周界防护的防盗报警设备(门磁开关、玻璃破碎探测器)设防，住宅内区域防护的防盗报警设备(红外探测器或被动红外／微波双技术探测器)撤防。当家人出门后，住宅周界防护的防盗报警设备(门磁开关、玻璃破碎探测器)和住宅内区域防护的防盗报警设备(被动红外探测器或被动红外／微波双技术探测器)均设防。当有非法侵入时，家庭控制器发出声光报警信号，并通知家人及小区物业管理部门。另外，通过程序可设定报警装置的等级和报警器的灵敏度。
(4)访客对讲
住宅的主人通过访客对讲设备与来访者进行双向通话或可视通话，确认是否允许来访者进人。住宅的主人利用访客对讲设备，可以对大楼入口门或单元门的门锁进行开启和关闭控制。
(5)紧急求救
当遇到意外情况(如疾病或有人非法侵入)发生时，按动报警按钮向小区物业管理部门进行紧急求救报警。紧急求救信号在网络传输中具有最高的优先级别，由于是人在紧急情况下的求救信号，其误报的可能性很小。
智能家居控制系统类型
4．1系统类型
智能家庭控制系统可分成采用公共电话网的智能家庭控制系统、HFC的智能家庭控制系统、以太网的智能家庭控制系统、LonWorks的智能家庭控制系统、KS485的智能家庭控制系统、无线网的智能家庭控制系统等类型。
4．2基本特点、功能、适用范围
(1)采用公共电话网的智能家庭控制系统采用公共电话网的智能家庭控制系统图参见国家建筑标准设计<智能家居控制系统设计施工图集》03X602第14页。
·基本特点：家庭智能控制器内配置了与电话线连接的收发器，利用电话网络作为信息传输网。该系统不仅在功能上能完全满足要求，而且大大地简化了布线，可以节省布线的投资。
·系统组成：系统由系统服务器、家庭控制器(内置了与电话线连接的收发器)、路由器、收发器、各种探测器、各种传感器、各种执行机构、打印机等组成。
·系统功能：实现家庭通信、家庭设备自动控制、家庭安全防范。
·适用范围：该系统适用于新建、扩建的智能化住宅(小区)工程，且特别适用于改造的智能化住宅(小区)工程，利用原有的电话线就可实现数据信号的共网传输。
(2)采用HFC的智能家庭控制系统
采用HFC的智能家庭控制系统图参见国家建筑标准设计<智能家居控制系统设计施工图集》03X602第15页。
·基本特点：家庭智能控制器内配置了CableModem，利用有线电视的HFC网络作为信息传输网。该系统不仅在功能上能完全满足要求，而且大大地简化了布线，可以节省布线的投资。
HFC网络采用共享方式，其共享带宽为36Mbps。当上网人数较多时，上网的速度会变慢。由于CableModem设备费用较高，用户网络的开通费用高。
·系统组成：系统由系统服务器、家庭控制器(内置了CableModem)、路由器、电缆调制解调器头端设备CMTS、有线电视传输网络、各种探测器、各种传感器、各种执行机构、打印机等组成o
·系统功能：实现家庭通信、家庭设备自动控制、家庭安全防范。
·适用范围：该系统适用于新建、扩建的智能化住宅(小区)工程，且特别适用于改造的智能化住宅(小区)工程，仅将原有的有线电视HFC网络进行双向改造，就可实现数据和图像信号的共网传输。
(3)采用以太网的智能家庭控制系统
采用以太网的智能家庭控制系统图参见国家建筑标准设计<智能家居控制系统设计施工图集》03X602第16、17页。
·基本特点：家庭智能控制器内配置了以太网网卡，利用以太网作为信息传输网。以太网同时支持住户计算机和智能家庭控制系统。该系统不仅在功能上能完全满足要求，而且大大地简化了布线，可以节省布线的投资。
以太网传输速率较高，传输速率有10Mbps、100Mbps等。根据传输距离的要求，由小区物业管理中心至各楼交换机采用5类以上4对对绞线、多模光缆或单模光缆，由交换机至家庭控制器采用超5类4对对绞电缆。
·系统组成：系统由系统服务器、家庭控制器、路由器、交换机、各种探测器、各种传感器、各种执行机构、打印机等组成。
·系统功能：实现家庭通信、家庭设备自动控制、家庭安全防范。
·适用范围：该系统适用于新建、扩建和改造的智能化住宅(小区)工程，用以太网实现数据和图像信号的双向传输。
(4)采用LonWorks的智能家庭控制系统采用LonWorks的智能家庭控制系统图参见国家建筑标准设计《智能家居控制系统设计施工图集如3X602第21、22、23页。
·基本特点：采用一个覆盖全部ISO／OSI标准七层通信协议、开放性的LonWork总线技术，一台系统服务器最多可连接127台LONWorks路由器，一台LonWorks路由器最多可连接63台家庭控制器。每台家庭控制器为LonWork一个通道上的网络节点，每个网络节点包括有神经元(NEURON)芯片、振荡器、电源、一个通过媒介通信的收发器和与监控设备接口的I／O设备(电路)、存储器等。
LonWorks直接通信距离可达2700m(双绞线、78Kbps)，其通信传输速度最大可达1．25Mbps(此时有效传输距离为130m)。LonWorks路由器至小区物业管理中心线路长度超过2700m时，需在总线上加装中继器。传输线通常采用双绞线，根据需要也可采用同轴电缆或电力线。
·系统组成：由系统服务器、家庭控制器、路由器、LonWorks路由器、交换机、各种探测器、各种传感器、各种执行机构、打印机等组成。
·系统功能：实现家庭通信、家庭设备自动控制、家庭安全防范。
·适用范围：该系统特别适用于新建、扩建的智能化住宅(小区)工程。
(5)采用KS485的智能家庭控制系统
采用KS485的智能家庭控制系统图参见国家建筑标准设计<智能家居控制系统设计施工图集>03X602第18、19、20页。
·基本特点：KS485串行接口总线为主从式网络，它的通信为半双工、采用双向单信道连接方式。RS485串行接口总线的传输介质采用双绞线，它可以高速地进行远距离传输，传输速度与传输距离的技术指标如下：传输速率为10Mbit／s时，最大传输距离是12m；传输速率为1Mbit／s时，最大传输距离是120m；传输速率为100kbit／s时，最大传输距离是1200m。
·系统组成：由系统服务器、家庭控制器、路由器、通讯器、控制器、各种探测器、各种传感器、各种执行机构、打印机等组成。
·系统功能：实现家庭通信、家庭设备自动控制、家庭安全防范。
·适用范围：该系统特别适用于新建、扩建的智能化住宅(小区)工程。
(6)采用无线网的智能家庭控制系统
采用无线网的智能家庭控制系统图参见国家建筑标准设计<智能家居控制系统设计施工图集>03X602第24、25页。
·基本特点：利用无线作为信息传输网，该系统不仅在功能上能完全满足要求，而且从系统服务器至家庭控制器、家庭控制器至各种现场末端装置均采用无线传输方式，小区、楼内、户内无需布线，施工简单，可以节省施工的投资。
无线网的工作频率符合IEEE802．11b标准要求。
·系统组成：由系统服务器、家庭控制器、无线收发器、各种探测器、各种传感器、各种执行机构、打印机等组成。
·系统功能：实现家庭通信、家庭设备自动控制、家庭安全防范。
·适用范围：该系统适用于新建、扩建的智能化住宅(小区)工程，且特别适用于改造的智能化住宅(小区)工程，不用敷设线路就可实现数据信号的传输。
5系统设计及产品选用要点
5．1智能家庭控制系统类型的选用
新建、扩建的智能化住宅(小区)工程，宜采用LonWorks的智能家庭控制系统、以太网的智能家庭控制系统或采用RS485的智能家庭控制系统。改造的智能化住宅(小区)工程，宜采用公共电话网的智能家庭控制系统、HFC的智能家庭控制系统或无线网的智能家庭控制系统。
5．2家庭控制器的选用
家庭控制器的选用主要包括功能、总线技术及模块化设计、扩展功能、可按用户的基本要求进行配置等方面的选用要求。
(1)家庭控制器功能的选用
家庭控制器通常具有以下功能：
·家庭防盗报警；
·家庭火灾报警；
·家庭燃气泄露报警；
·家庭紧急求助；
·远程设防与撤防；
·远程报警；
·访客对讲；
·家用电器监控；
·家用表具数据采集及处理；
·空调机监控；
·接入网接口；
·小区电子公告；
·信息查询；
·家用设备报修等。
(2)家庭控制器功能的选择
在工程设计中，家庭控制器功能的选择可参见下表所示。
5．3总线技术及模块化设计
·家庭控制器要求采用总线技术，如LonWorks、R5485、BACnet、C^NBlls、CEBus、X一10；
·家庭控制器要求采用模块化设计，以便用户可以根据需求选择不同的模块完成不同的功能。
5．4扩展功能
家庭控制器要有一定的扩展功能，考虑能适应今后发展的需要。
5．5可按用户的基本要求进行配置应能根据用户提出有哪些被控设备及监视控制要求(功能要求)等因素，来对家庭控制器组成进行配置，包含模块种类的选择和各种模块数量的选择。设备的安装
6．1交换机、路由器、控制器、放大箱、分配箱、电话分线箱
2．在住户内安装入侵报警探测器。
具有语音对讲及控制开启楼道人口处防盗门功能。
1~2点
热能表、燃气表、水表、电度表的自动抄收及远传、超限判断、自动检查、分时计费、实时计量、管理功能。
提高级(2A)
在室内安装可燃气体泄
漏自动报警装置。且能就地
发出声光报警信号。
1．在住户内两处安装紧急按钮开关。
2．在住户内安装入侵报警探测器，在户门、及用台、外窗安装
人侵报警装置。
具有语音对讲及控镧开启楼道人口处防盗门功能。可实
现住户与安防监控中心的直接联系。
2点以上
热能表、燃气表、水表、电度表的自动抄
收及远传、超限爿断、自动检查、分时计费、实时计量、管理功能。
先进级(3A)
1．在室内安装可燃气体泄漏自动报警装置，当燃气体泄漏报警后能自动切断气源、打开捧气装置，且能就地发出声光报警信号。
2．在住户内设置火灾自动报警装置。
1．在住户内不少于两处安装紧急按钮开关。
2．在住户内安装入侵报警探测器，在户门及阳台门、外窗安装入侵报警装置。
具有语音、可视对讲及控翻开启楼道入口处防盗门功能，可实现住户与安防监控中心的直接联系。
2点以上
热能表、燃气表、水表、电度表的自动抄收及远传、超限判断、自动检查、分时计费、实时计量、管理功能。
这些设备均应安装在电气竖井内或公共走道的墙上(内)。
6．2家庭控制器
暗装(或明装)在墙内(上)，其底边距地面1．4m左右。家庭控制器应设置在住户大门附近(宜距户门0．5m以内)，且容易操作(包括设防与撤防)的地方。
6．3可燃气体探测器
安装在厨房内的燃气管道、灶具附近，当住户使用的是天然气，燃气探测器吸顶棚安装在距顶棚300ram以内的地方；当住户使用的是液化石油气，燃气探测器安装在距地面300mm以内地方。
6．4感温探测器设置在厨房内，它吸顶棚安装。
6．5感烟探测器设置在起居室、卧室等房间内，它吸顶棚安装。
6．6紧急按钮开关
设置在起居室沙发和主卧室床头附近的墙上，及卫生间的墙上。紧急按钮开关暗装在墙内，其底边距地面0．5m~1．2m。
6，门(窗)磁开关
安装在门扇和门框内或窗扇和窗框内。
6．8玻璃破碎探测器
安装在窗户和玻璃门(阳台)附近的墙上或吸顶棚安装。
6．9被动红外侵入探测器和被动红外／微波双技术探测器
安装在住户的主要通道、重要的房间内，它吸顶棚安装或安装在顶棚的墙角处。
6．10红外遥控器
安装在被控电器设备正面附近的墙上，距离不能超过红外线工作范围，且与电器设备之间没有遮挡。
7工程设计实例
以二室户型为例介绍户内的智能家庭控制系统设计，设计标准采用康居住宅先进级(3A)。采用以太网的家居控制系统，家庭控制器与户内各模块之间采用R．$485总线，家庭控制器可通过电话线或计算机网络接收控制指令、发出信息，所选用的家庭控制器具有可视访客对讲功能。家居控制系统图参见国家建筑标准设计<智能家居控制系统设计施工图集>03X602第17页，二室户型家居控制平面图参见图1、2所示，家庭控制器与室内设备的连接参见图3所示。
在起居厅、卧室设置了感烟探测器，厨房设置了感温探测器、可燃气体探测器，各房间的窗户、阳台推拉门上及附近设置了门(窗)磁开关和玻璃破碎探测器，起居厅设置了被动红外侵入探测器，起居厅、卧室、卫生间设置了紧急按钮开关。对电、水、燃气进行计量；可对餐厅、起居厅、卧室的灯进行控制；当可燃气体探测器探测到有燃气泄漏后，联动控制关闭燃气管道上电磁阀、开启排烟风机；当有各种探测器报警后，联动警报发声器发出报警声音。
家庭控制器共提供13路输入：电度表(电度表安装在照明配电箱内)、燃气表、热能表、可燃气体探测器、感温探测器、感烟探测器、紧急按钮开关、被动红外侵入探测器、玻璃破碎探测器各1路，水表、门(窗)磁开关各2路。
家庭控制器共提供7路输出：警报发声器控制1路、燃气管道上电磁阀控制1路、排烟风机控制1路、照明控制4路。
篇8
智能家居也叫智能住宅，英文叫 Smart Home。也可以叫做网络家庭、电子家庭、家庭自动化等等。智能家居首先由美国、欧洲等经济比较发达的国家提出来的。其目标就是：“通过家庭内部的一个智能系统，将各种信息家电连接起来进行集中的或异地的监视控制”。
本文智能家居系统的设计，稳定可靠的硬件是基础，也是系统的重要组成部分。我们做系统硬件设计的时候，要考虑到它实现我们需要的各项功能，还要考虑到系统升级所需要的多端口和空间；还有，在设计智能家居系统的时候，硬件设计还要兼顾到软件设计的方便和易开发等条件。
本文设计的智能家居系统分为主机和分机两个部分。主机采用ARM9芯片S3C2440作为CPU，分机采用ARM9芯片CC2430作为控制器。系统整体框图如图1所示。
主机MCU S3C2440采用了ARM920t 的内核，0.13 um的CMOS标准宏单元和存储器单元。它低功耗，简单，全静态设计非常适合于对智能家居这样低成本、低功率设计的应用。它采用了新的总线架构 （AMBA）。S3C2440的优点是核心处理器（CPU），是一个由Advanced RISC Machines 有限公司设计的16/32位ARM920T的RISC处理器。ARM920T实现了MMU，AMBA BUS和Harvard高速缓冲体系结构。这一结构具有独立的16KB指令Cache和16KB 数据Cache。S3C2440为智能家居系统提供一套完整的通用系统外设，减少整体系统成本和尽可能少的配置额外的组件。
本智能家居系统主机MCU S3C2440的设备有人机接口LCD触摸屏，用来发送指令或处理接受到的分机的指令；USB摄像头是智能家居系统的监控单元，能实时的监控周围的环境，由于USB摄像头监控的视频画面所占存储空间较大，所以我们还需外加存储器来存储视频画面。
本智能家居系统主机与分机间的联系采用Zigbee无线通信。Zigbee是无线传感器网络的新技术。Zigbee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议。这个协议规定的都是短距离、低功耗的一种曲线通信技术。Zigbee具有距离近、复杂度低、自组织、功耗低、数据低、成本低的特点。一般会被自动控制和远程控制等领域使用，可以嵌入各种设备。总之，ZigBee就是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。
本系统采用的Zigbee技术有自动组网的功能，比如每人持有一个Zigbee网络模块终端，只要他们彼此间在网络模块的通信范围内，通过彼此自动寻找，很快就可以形成一个互联互通的Zigbee网络，由于人员的移动，彼此间的联络还会发生变化，对原有网络进行刷新，所以本系统的主机与分机在一定范围内可完成实时通信；ZigBee网络采用动态路由的方式，动态路由，就是指网络中数据传输的路径，并不是预先设定的，而是传输数据前，通过对网络当时可利用的所有路径进行搜索，并决定它们的远近，然后选择其中的一条路径进行数据传输。在实际工业现场，往往预先确定的传输路径，随时都可能发生变化，或者因各种原因路径被中断了，或者过于繁忙不能进行及时传送，动态路由结合网状网拓扑结构，就可以很好解决这个问题，从而保证数据的可靠传输；Zigbee技术使用网状网通信方式，网状网通信实际上就是多通道通信，在实际工业现场，由于各种原因，往往并不能保证每一个无线通道都能够始终畅通，就像城市的街道一样，可能因为车祸，道路维修等，使得某条道路的交通出现暂时中断，此时由于我们有多个通道，车辆（相当于我们的控制数据）仍然可以通过其他道路到达目的地，而这一点对智能家居系统非常重要。
CC2430是一个真正的系统芯片（SoC）CMOS解决方案。这种解决方案能够提高性能并满足以ZigBee为基础的2.4 GHz ISM波段应用，及对低成本，低功耗的要求。它结合一个高性能2.4 GHz DSSS（直接序列扩频）射频收发器核心和一颗工业级小巧高效的8051控制器。CC2430在单个芯片上整合了ZigBee射频（RF）前端、内存和微控制器。
CC2430使用的是基于低-中频结构之上的接收器，经过低噪声放大器将从天线接收的RF信号放大并且下变频变为2 MHz的中频信号。中频信号通过滤波、放大，然后经过A/D转换器转变成数字信号。自动增加控制，信道过滤，在数字领域完成解调，这样会获得高精确度，增加空间利用率。工作在2.4 GHz ISM波段的不同系统可以在集成模拟通道滤波器下良好共存。
位映射和调制在发射模式下的完成是按照IEEE 802.15.4的规范进行的。利用数字方式完成调制（和扩频）。进过D/A转换器的被调制的近代信号再经过单边带调制器的低通滤波和直接上变频，转变为射频信号。最后，片内功率放大器会把高频信号发达到可以设计的水平。
参考文献
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[2] 祝谨惠.浅谈数字社区和家庭自动化[J].山东电大学报，2005（3）：47-48.
篇9
1 系统总体设计
系统融合了ZigBee无线传感器技术，wifi无线通信网络，GPRS无线通信技术以及互联网络。实现了基于ZigBee技术的传感器的无线组网及数据的传输，基于GPRS的手机短信报警和手机通讯控制，可以通过互联网和移动通信实现家居环境监测，家电设备远程控制等功能。
本系统的实现主要包括三个部分，数据采集部分，数据传输部分和网络控制部分。其中数据采集部分由多种传感器节点组成，这些传感器用来采集室内环境的数据，监测房间环境的变化。例如使用温湿度传感器采集房间内的温湿度数据，CO传感器采集房间内的浓度，空气质量传感器采集房间内的空气质量以及各个家电设备的状态信息，并将采集到的数据通过ZigBee终端节点发送。ZigBee协调器将收集的各个ZigBee终端节点的信息，这些信息通过协调器的串口将数据发送到嵌入式网关或者家庭计算机。家庭计算机处理后发送给3G模块，以短信的形式反馈给远程智能移动设备。此外，一些家用电器设备也可以通过继电器或者执行控制器，通过ZigBee终端节点获取这些电器设备的运行状态信息，远程用户就可以通过计算机网络实现对各种家电设备的状态查询，控制家电设备。整个系统的总体结构如图1。
2 系统硬件电路设计
2.1 无线通信模块设计
家居环境监测主要使用了不同的传感器，这些传感器的连接采用ZigBee无线组网技术。ZigBee协议是一个无线通信协议标准，该标准定义了短距离，低速率无线数据传输通信所需要的一系列通信协议。ZigBee协议栈是协议的具体实现形式，通过ZigBee协议栈应用层的API调用可实现传感器无线组网和数据传输。
为了实现较低功率的损耗和降低成本材料。无线传感网络中的主要设备是CC2530，CC2530 是用于2.4-GHz IEEE 802.15.4、ZigBee 和RF4CE 应用的一个真正的片上系统（SoC）解决方案。它能够以非常低的总的材料成本建立强大的网络节点。
CC2530 结合了RF 收发器的优良性能，业界标准的增强型8051 CPU，系统内可编程闪存等许多其它强大的功能。CC2530 有四种不同的闪存版本：CC2530F32/64/128/256，分别具32/64/128/256KB 的闪存。CC2530 具有不同的运行模式，使得它尤其适应超低功耗要求的系统。运行模式之间的转换时间短进一步确保了低能源消耗。
CC2530F256 结合了德州仪器的ZigBee 协议栈（Z-Stack），提供了一个强大和完整的ZigBee 解决方案。
2.2 嵌入式网关
嵌入式网关是智能家居的控制中心，是整个系统的大脑，同时又充当网关和中间件的作用。嵌入式网关具有7寸液晶以及友好的操作界面，支持物联网远程访问和控制，并且还可以无线接入手机网络可进行远程查询和控制。嵌入式网关以ARM Cortex-A8 为核心芯片，具有ZigBee接口，wifi接口，GPRS模组接口等众多接口，可以连接多种外部设备。
嵌入式网关通过串口与协调器通信可以控制控制器或者执行器，从而控制家电的运行，并且也可以读取其他传感器节点的状态，将其显示在液晶显示器上。
2.3 无线手机通信模块
GPRS是在现有GSM系统上发展出来的一种新的数据承载业务，支持TCP/IP协议，可以与分组数据报直接互通。GPRS服务支持节点和网关支持节点既能够实现安全控制和接入控制，也支持与外部分组交换网的互通。
本GPRS模组采用SIM900M通信芯片，利用无线移动网络实现语言传输和点对点数据传输，同时，模组内具备TCP/IP协议栈，可直接实现无线上网。该模组使用标准的UART串行通信接口与主芯片进行通信。如图2所示。
3 系统软件的设计
3.1 基于ZigBee技术的无线传感网设计
家庭环境监测和家电状态控制的终端节点主要通过ZigBee网络完成数据传输，协调器是ZigBee网络的核心。数据通信都是在ZigBee协议栈Z-stack下完成。
利用ZStack APP应用程序框架，通过添加各类传感器驱动程序，使得终端节点可以周期性的发送传感器的状态数据给协调器。协调器检测状态数据的情况，将数据以及检测结果通过串口输出到控制计算机。如图3所示。
3.2 基于GPRS的手机控制模块
手机短信报警与手机控制节点设计：
GPRS模块与A8核心板通过串口连接，当监测传感器的ZigBee节点被触发时，产生报警，ZigBee网络将报警信号发给A8 核心板，A8将此报警信号编辑为短信，通过GPRS模块发送给设定的手机用户。
在嵌入式网关上运行着一个负责与GPRS模块通信的后台程序，它提供了相应的接口，允许用户在收到短信时，立即获得该短信的内容。利用这个接口，可以从短信里读取相关继电器或者控制器的状态，通过短信向执行器节点发送信息从而设置ZigBee网络的控制节点的开关。
GPRS模块SIM900与控制器间通过AT指令进行串行通信，SIM900模块根据受到的不同AT指令去 执行不同的任务。
手机短信报警的流程和手机控制的流程如图4。
3.3 基于QT的嵌入式网关的设计
良好的人机交互界面在物联网系统中是很重要的。QT技术在嵌入式linux的UI最常用到的。QT是跨平台的C++应用程序和UI开发的框架。在本系统中的QT应用程序开发中，先将传感器数据信息服务程序的API进行一定的封装，以便于使用的相关接口函数，使其能够在QT环境下弹出显示各类传感器信息的窗口。这些函数都被封装在各自传感器对应的Sensor类中，需要传感器信息的时候，调用对应传感器的showOut（）函数用来显示传感器采集到的数据。
4 系统实现
为了便于远程访问，系统将ZigBee技术和web技术结合起来，将传感器采集到的数据保存在数据库中，建立基于B/S模式的远程数据访问系统。
该系统的远程监控网络页面通过浏览器来来访问。系统页面分为登陆界面和主界面，主界面可以实现房间内各项数据的监测，以及对警报的控制。这些监控包括房间的温湿度，CO浓度，空气质量监控等。
5 结论
本文研究了一种基于物联网技术的智能家居远程控制系统，可以实现家居环境的监测和报警，家电设备运行状态的远程查看和控制。该系统通过综合利用ZigBee无线传感器技术，GPRS手机通信技术以及互联网技术实现。系统扩展性好，组网方便，操作简便，运行稳定，应用成本和功耗都很低，具有很大的应用前景。本系统也为物联网在未来生活中的应用提供参考。
参考文献
[1]王小强等.ZigBee无线传感器网络设计与实现[M].化学工业出版社，2014（08）.
篇10
Android平台以其开源的平台特性，成为市场上最热门的移动互联网终端系统之一，Android系统的迅速发展和技术的进一步成熟，为智能家居控制终端的发展带来新鲜的思路。本文从智能家居的系统结构及发展趋势出发，研发了一种基于Android平台的智能家居控制系统。
1.Android平台特点以及智能家居控制系统组成
1.1Android平台特征体现
Android，是基于Linux操作系统平台的手机开源操作系统，是Google公司在2007年11月05日推出的，主要用于移动设备。2014年第四季度调查显示，Android智能手机占据了市场的81.5%份额，远超占据市场14.8%的IOS，排名领先。中国市场占有率高达90%。获得这样的高速发展，Android平台有其无可替代的优势[1]。Android是一个开放平台。Android的开源特性使得它受到更多开发者的喜爱，拥有完全开放的源代码，允许开发人员研究和修改，提高了开发人员的创新空间。
运营商大力支持。各厂商都研发推出了 Android系统手机。美国几大手机制造商，T-Mobile、Sprint、AT&T和Verizon全都推出了Android手机。此外，日本的NTTDoCoMo、KDDI、意大利的TelecomItalia、德国的T-Mobile、西班牙的Telef6nica等众多运营商都大力支持Android系统。入门容易。Android系统开发使用Java语言，入门容易，开发条件简单，一台电脑和一部Android系统手机即可满足需求。硬件选择种类多，兼容性强[2]。Android智能手机机型多样，配置优秀，功能全面，兼容性强，很大程度上提高了用户体验和移动应用推广。
1.2智能家居控制系统主要组成
（1）智能安防系统，为家居环境提供安全保障，是智能家居的基础功能；
（2）智能照明系统，主要实现对整个居住空间的照明的智能控制管理，通过手机智能控制方式实现对居住环境照明灯的开和关；
（3）智能家电系统，主要实现对家庭内部家电设备的控制和管理；
（4）智能娱乐系统，是指对家居环境中的生活娱乐设备的控制和管理；
（5）节能控制系统，监控统计家居环境中能源的利用，有利于家电的节能使用；
（6）智能家居生态系统：这是智能家居系统的理想发展方向，致力于生态循环。
2.基于Android智能家居控制系统设计原则和系统设计
2.1基于Android智能家居控制系统设计原则
第一，可行性，保证技术实施上的可实现性和系统运行的可适应性；
第二，易用性，注重用户体验，设计易操作界面，保证界面的灵活性，同时保证用户的个性化设置；
第三，完整性，充分利用软硬件环境，不断改进系统，使系统功能完善；
第四，可靠性，确保系统运作的稳定和可靠，确保所研发系统的使用寿命；
第五，安全性，设置系统的登录界面，保证用户数据的安全性，制定可靠的通讯协议，避免通讯数据的泄露；
第六，可扩展性，设计模块化，各个模块之间保留可扩展的接口，有利于系统的扩展。
2.2基于Android智能家居控制系统设计
Android客户端控制软件设计主要包括界面，通信功能，SQLite数据库和操作日志模块的设计。终端控制软件作为用户对产品最直接的体验，用户通过终端控制软件的操作来进行与家具设备的交互，发送命令控制设备[3]。控制网关是整个智能家居控制系统中最重要的部分，负责数据的接收、发送和处理。Android智能手机或平板电脑都带有WIFI模块，使用无线传输的方式与智能控制终端相连并进行数据的交互通信。Android平台终端软件通过WIFI向控制网关发送控制命令。
首先用户要通过软件控制家居设备，用户通过界面来实现对软件的操作，所以良好的界面设计是十分必要的。当用户在界面上进行按钮操作时，软件后台将特定协议的数据发送出去，发送给控制网关，实现对家居设备的控制，这就需要实现网络通信功能。用户注册时需要存储用户的账号密码等数据，并且用户可以根据自己的喜好对界面和设备进行一些设置，也要用到数据库来保存用户的操作。同时设计操作日志功能，方便用户查询历史操作记录和家居设备使用情况，提高安全性，也方便用户估算用电量，注意节能使用，是智能家居节能系统设计的体现。
基于Android平台的智能家居控制软件的设计主要有四大部分组成：用户界面、网络通信、数据库和操作日志模块。智能家居控制终端软件构成如图3.4所示。
用户界面设计资源由android的View类实现。通信功能采用基于TCP传输协议的Socket通信来实现。智能家居控制系统数据量小，操作简单，本文研究中使用SQLite数据库来实现对数据的存储。操作日志模块使用文件存储方式实现。
界面设计。软件应用界面是人们对一个产品最直观的体验，良好的界面设计不仅能提高用户的体验效果，还能更好地推动产品的推广。Android的用户界面的设计一般通过三种设计方式来完成：其一，由XML配置界面布局构成。其二，用户程序代码实现，其三，调用用户界面功能函数来实现。
SQLite数据库设计。（1）文件存储方式Android平台下的文件存储，是使用输入输出流，即I/O流。Android中的文件存储方式常用于大量的数据的存储。数据既可以放在手机本身内存中，也可以放在外部扩展的SD卡中。（2）SharedPreferences存储方式一般用来存储一些用户的简单配置信息，使用Map数据结构键值对的方式来存储数据，采用了XML数据格式将数据存储到设备中。比如在设计登录界面时，用户应当可以设置是否记住用户名、密码这一选项。其本身对存入的数据只能进行查询和获取，而不能进行修改，需要开发其他函数对象进行修改，常用于存储一些固定的参数数据[4]。（3）SQLite数据库存储方式SQLite数据库是嵌入在Android系统里的轻量级关系数据库，占用资源少，目前已经使用在了很多嵌入式设备中，支持主流的操作系统，如Linux、Windows、Android等。它还能够结合很多程序语言进行开发，比如C#、Java等，相比于其他数据库管理系统，它的处理速度很快[43]，常用于数据量不大的应用程序中。
3.结语
C上，本文以家居智能化为研究背景，结合当前智能家居产业发展的实际情况，研发了一种基于Android平台的智能家居控制系统，主要开发了Android平台控制软件，并成功实现了一种家庭控制网关的设计，这两部分内容都是智能家居系统的重要支撑部分。
参考文献：
[1] 陈莉，付蔚. 基于Android的远程家电控制终端设计[J]. 山西电子技术. 2015（05）
篇11
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
智能家居控制系统就是在住宅中融合自动化控制系统、计算机网络系统和网络通信技术于一体的网络化智能化的家居控制系统，能为用户提供一个更简单更便捷的接口来操控家庭电器。比如，通过PC、手机甚至是语音控制家中的电器设备，而且可以设置一些场景规则，使多个设备基于同一场景模式进行协同工作[1?2]。另一方面，智能家居系统中的各种设备都是联网的，可以相互通信，利用多个设备协同工作，形成一个闭环的自动控制系统。用户只需要对其简单设置将其初始化，便可以自动运行，这给用户带来最大程度的高效、便利、舒适与安全[3?4]。
基于智能家居具有非常强的实用价值，本文设计了一套基于ZigBee无线通信技术的智能家居控制系统。该系统能收集家中温度、湿度以及家用电器的工作状态等参数，从而实现对家用电器的智能控制。系统用两个CC2530无线单片机模块组成上下位机。下位机连接各种传感器，负责收集温度、湿度和电器工作状态等参数并发送给上位机；作为系统的控制中枢，上位机连接继电器控制模块，负责接收和处理下位机传过来的数据，并把控制信号下达给继电器控制模块来控制电器通断。另外，上位机还能将接收的数据通过串口传输到PC进行显示和保存。
1 ； 系统设计和工作原理
本系统使用ZigBee无线传输技术，系统设计框图如图1所示，可分为传感器信号发射端（即下位机）和信号处理端（即上位机）。下位机由传感器和一个ZigBee无线单片机模块组成，读取传感器的数据，然后将数据通过无线传输给上位机；上位机由一个ZigBee无线单片机模块和继电器控制模块组成，处理和分析下位机发送来的数据，从而判断打开或关闭自己所控制的工作电路，并且通过串口与PC进行通信。
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图1 系统组成框图
2 ； 硬件设计
2.1 ； ZigBee无线单片机模块
CC2530是一款真正意义上的针对IEEE 802.15.4和ZigBee应用的片上系统解决方案，提供了一种可靠而又价格低廉的网络节点构建方式。它集成了一种高性能的主流RF发射器、一款基于工业级的8051核心的微控制器、内置可编程闪存、8 KB RAM、不低于32 KB的ROM和许多其他强大的功能。CC2530有多种操作模式，以使系统更好地降低功耗，更好地满足实际应用。操作模式间很短的切换时间也保证了非常低的能量消耗[5?6]。
2.2 ； 温度测量模块
目前常用的温度传感器主要有模拟式和数字式两种。模拟式的温度传感器主要有PT100，它精度高，性能稳定[7]，工作温度在-200～650 ℃之间。但是由PT100构成的温度测量电路十分复杂，功耗和成本较大，而且普通测量对于温度测量的精度要求并不是十分高，所以本设计选用电路较为简单的数字式温度传感器DS18B20。该芯片是由美国Dallas半导体公司设计生产的一款数字式温度传感器[8]。温度测量电路如图2所示，采用DS18B20外部电源供电的方式，在DS18B20的数据总线上添加了一个4.7 kΩ的上拉电阻，这样在这条数据线上接多个DS18B20时，也有足够的电流驱动它们；而且其中一个DS18B20数据线短路时，该电阻也起到了限流保护电路的作用。
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图2 温度测量电路
2.3 ； 湿度测量模块
湿度测量模块感应部分为HS1101湿度传感器。HS1101是一种基于独特工艺的电容元件，湿度变化引起电容两极板间介电常数发生变化，从而引起HS1101电容值的变化。湿度测量电路如图3所示。555定时器构成的多谐振荡器输出信号的频率，随2端口与地之间的电容变化而变化。将HS1101接入555定时器的2端口与地之间，就将电容值转换成了输出信号的频率值。利用单片机可以测出555多谐振荡器输出信号的频率，根据频率值，就可以反算出电容值以及相对湿度值。
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图3 湿度测量电路
2.4 ； 电器工作状态感应模块
电压感应器需要与家用电器串联在220 V交流工作电路中，而家用电器的工作电流少则几百毫安，大则几安培，所以要先利用电流互感器将220 V家用电器电路的电流感应转换为小电流。经过如图4所示电路，输入电流转换为一个单片机可以测量的小电压。设电流互感器比例系数为[m][∶][n，]二极管正向导通时两端的压降为[UD，]那么对于[R9]两端电压[U9]有以下关系：
[U9=Iin?mn?R7-2UD?R9R8+R9]
电路使用全桥整流将50 Hz交流电路转化为直流电路，根据不同家用电器的工作电流，来调节电位器[R7]和[R9，]使得稳压管D2处于击穿状态，从而获得一个稳定的电压[U9。]输出端的电解电容进行了简单的滤波，使输出电压更平稳。
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图4 电器工作状态感应模块
2.5 ； 继电器控制模块
继电器控制模块电路设计如图5所示。因为CC2530输出电流很小，无法直接驱动电磁继电器，因此在输出端接了一个三极管，利用共射放大电路将电流放大后送给电磁继电器。电磁继电器后端做了一个简易的工作电路，工作电路工作则LED亮起。
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图5 继电器控制模块电路
2.6 ； 串口通信电路
串口通信模块的电路图如图6所示。MAX232芯片的11脚和12脚分别接CC2530芯片的P0_3和P0_2端口，这两个端口除了作为普通I/O端口，还是CC2530的USART0串口通信接口[9]。通过设置CC2530的USART0相关寄存器，即可与电脑进行通信。
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图6 串口通信模块电路
3 ； 软件设计
本系统软件也分上位机软件和下位机软件两部分。
下位机主程序流程图如图7所示。与AT89S52单片机相比，CC2530 有多个晶振，启动之初在CPU初始化中选择适当的晶振，然后初始化射频功能。CC2530可以在系统时钟之外设置定时器时钟，使之等于或小于系统时钟，默认状态为等于系统时钟。由于湿度测量时要精确定时到1 s，必须通过很多次系统中断来完成这个定时。如果减小定时器时钟，减少1 s内所需中断次数，能大大提高定时精度。
上位机初始化和下位机基本一致，只是多了一个串口初始化。上位机程序读取继电器控制的电器工作状态，结合从下位机处收集的温湿度数据对继电器进行控制，比如温度高时打开空调，湿度低时打开加湿器等，而后将控制动作发生前的所有数据以及采取的动作通过串口传输至PC显示出来。如果在PC端编写相应软件则可通过PC做更加有效的报警。上位机流程图如图8所示。
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图7 下位机主程序流程图
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图8 上位机程序流程图
4 ； 实验结果
经过软、硬件调试，系统成功地实现了温湿度的测量和家用电器的监视和控制。
用手按住DS18B20，PC端超级终端的温度显示情况如图9所示，显示的温度值增加。由于DS18B20是数字式芯片且可靠性非常好，工作电压为3～5.5 V，所以在正确驱动DS18B20之后，读取温度值一般即为比较准确的温度值。
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图9 PC端超级终端温度显示
将湿度传感器接入电路，朝湿度传感器哈一口气改变环境湿度值，PC超级终端接收到的湿度值变化情况如图10所示，哈气之后湿度值变高。
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图10 PC端超级终端湿度显示
将图4中[R7]设定为1 kΩ，[R9]设定为50 kΩ在Multisim软件中进行仿真，仿真结果如图11所示。正弦波为[R7]两端电压波形，另一个波形为[R9]两端电压也就是最终输出CC2530的电压，从仿真结果可以看出，电路输入0.5 s后输出端电压稳定于3 V左右，可以被CC2530读取。虽然输出电压0.5 s的上升时间有点长，但普通家用电器不需在短时间内反复开关，所以本电路基本能达到智能家居控制系统的要求。
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图11 仿真结果
5 ； 结 ； 语
为了实现家居的智能管理，本文设计了一种监控家庭温度、湿度以及家用电器工作情况等参数的系统。实验证明，该系统能够准确及时获得温度、湿度以及电器工作状态各项参数，并且通过处理这些参数实现对部分家用电器的自动化控制。本系统基本完成了智能家居控制系统的设计要求，其他参数的传感测量、控制和本系统中的温度、湿度等有很大的相似之处，附加相应的传感器即可。随着物联网技术的进一步发展，无线传感芯片性价比进一步提高，智能家居必会带动家用电器领域的革命，使得家居生活更加便捷、美好。
参考文献
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篇12
1 系统的总体结构及工作过程
智能家居系统由系统主机、系统分机、Internet服务器和网络接口等部分组成。其中系统主机通过服务器（个人计算机）连入Internet，并通过自己的PSTN公用电话交换网 接口电路连入PSTN。其结构图如图1所示。主机与分机通过无线传输组成星形拓扑结构。系统主机通过本地无线传输网络同系统分机进行通讯、传输控制命令和反馈信息。
该系统正常工作时，用户可以通过Internet和PSTN两种网络进行访问，当通过Internet访问时，本系统可提供一个界面友好的终端软件，用户只需登陆到运行在家中的服务器即可对家中的设备进行远程控制；当通过PSTN访问时，本系统将为用户提供语音操作界面。其工作流程如图2所示。
2 系统的硬件构成
本系统的硬件主要有系统主机与系统分机两大部分。系统主机由单片机AT89C52和各种接口电路组成，如图3所示。系统分机由单片机AT89C52和各种接口电路、传感器单元电路、固态继电器控制电路组成，并由固态继电器控制具体设备，具体硬件组成框图如图4所示。
通过系统主机的各种接口电路可将主机CPU从繁忙的计算中解脱出来，以便把主要精力运用在控制和信息传递上。系统主机主要依照各个功能电路的输出结果进行逻辑判断和控制命令的输出。系统分机的各种接口电路和主机相似，只是根据设备的不同（传感器单元）有着细节上的变化。下面主要介绍系统主机的各种接口电路。
2．1 nRF401 无线数据传输电路
无线数据传输电路由Nordic公司的单片UHF无线数据收发芯片nRF401及其外围电路构成。nRF401采用FSK调制解调技术，其工作效率可达20kbit／s，且有两个频率通道供选择，并且支持低功耗和待机模式。它不用对数据进行曼彻斯特编码，其天线接口设计为差分天线，因而很容易用PCB来实现。
2．2 看门狗电路
看门狗电路由MAX813L及其外围元件组成。通常，在单片机的工作现场，可能有各种干扰源。这些干扰源可能导致程序跑飞、造成死机或者程序不能正常运行。如果不及时恢复或使系统复位，就容易造成损失。看门狗电路的作用就是在程序跑飞或者死机时，能有效地使系统复位以使系统恢复正常运转。因此，在程序中定期给P1．5送入看门狗信号，就可以保证在程序运行异常时，由MAX813L使单片机复位。
2．3 DS1307时钟接口电路
DS1307时钟芯片是美国DALLAS公司生产的I2C总线接口实时时钟芯片。DS1307可以独立于CPU工作，它不受晶振和电容等的影响，并且计时准确，月积累误差一般小于10秒。此芯片还具有掉电时钟保护功能，可自动切换到后备电源供电。同时还具有闰年自动调整功能，可以产生秒、分、时、日、月、年等数据，并将其保存在具有掉电保护功能的时间寄存器内，以便CPU根据需要对其进行读出或写入。由于单片机AT89C52没有I2C总线接口，因此，要驱动DS1307，就必须采用单主机方式下的I2C总线虚拟技术。在此方式下，以单片机为主节点（主器件），主器件永远占有总线而不出现总线竞争，且可以用两根I／O口线来虚拟I2C总线接口。I2C总线上的主器件（单片机）可在时钟线（SDL）上产生时钟脉冲，在数据线（SDA）上产生寻址信号、开始条件、停止条件以及建立数据传输的器件。任何被选中的器件都将被主器件看成是从器件。在这里，DS1307作为I2C总线的从器件。I2C总线为同步串行数据传输总线，其内部为双向传输电路，端口输出为开漏结构，因此，需加上拉电阻。
2．4 MT8880C双音频编解码电路
由于单片机是通过MT8880C芯片得到PSTN网络的双音频信号解码输出，也就是说，单片机可以识别来自PSTN网络的控制信号，用户可以根据系统的语音提示进行按键选择以实现用户身份的识别与远程控制。因此，利用MT8880C的双音频编码功能，系统可以在紧急时刻将用户预置的紧急电话打到PSTN网络，从而把损失减少到最低。
2．5 ISD4004语音录放电路
ISD4004是美国ISD公司生产的一种语音录放芯片。它可录制8～16分钟的语音信号。该芯片可提供SPI标准接口和单片机进行接口，其语音的录放控制均通过单片机来实现。该芯片的一个最大特点是可以按地址编程录放，因而可由ISD4004和单片机编程控制来构成本系统与PSTN网络用户的语音平台。由于ISD4004的INT和RAC脚输出为开漏结构，因此需要加上拉电阻。
2．6 MAX202串行通讯电路
篇13
1系统的总体结构及工作过程
智能家居系统由系统主机、系统分机、Internet服务器和网络接口等部分组成。其中系统主机通过服务器（个人计算机）连入Internet，并通过自己的PSTN公用电话交换网接口电路连入PSTN。其结构图如图1所示。主机与分机通过无线传输组成星形拓扑结构。系统主机通过本地无线传输网络同系统分机进行通讯、传输控制命令和反馈信息。
该系统正常工作时，用户可以通过screen.width-400)this.style.width=screen.width-400;\>Internet和PSTN两种网络进行访问，当通过Internet访问时，本系统可提供一个界面友好的终端软件，用户只需登陆到运行在家中的服务器即可对家中的设备进行远程控制；当通过PSTN访问时，本系统将为用户提供语音操作界面。其工作流程如图2所示。
2系统的硬件构成
本系统的硬件主要有系统主机与系统分机两大部分。系统主机由单片机AT89C52和各种接口电路组成，如图3所示。系统分机由单片机AT89C52和各种接口电路、传感器单元电路、固态继电器控制电路组成，并由固态继电器控制具体设备，具体硬件组成框图如图4所示。
通过系统主机的各种接口电路可将主机CPU从繁忙的计算中解脱出来，以便把主要精力运用在控制和信息传递上。系统主机主要依照各个功能电路的输出结果进行逻辑判断和控制命令的输出。系统分机的各种接口电路和主机相似，只是根据设备的不同（传感器单元）有着细节上的变化。下面主要介绍系统主机的各种接口电路。
2．1 nRF401 无线数据传输电路
无线数据传输电路由Nordic公司的单片UHF无线数据收发芯片nRF401及其外围电路构成。nRF401采用FSK调制解调技术，其工作效率可达20kbit／s，且有两个频率通道供选择，并且支持低功耗和待机模式。它不用对数据进行曼彻斯特编码，其天线接口设计为差分天线，因而很容易用PCB来实现。screen.width-400)this.style.width=screen.width-400;\>
2．2 看门狗电路
看门狗电路由MAX813L及其外围元件组成。通常，在单片机的工作现场，可能有各种干扰源。这些干扰源可能导致程序跑飞、造成死机或者程序不能正常运行。如果不及时恢复或使系统复位，就容易造成损失。看门狗电路的作用就是在程序跑飞或者死机时，能有效地使系统复位以使系统恢复正常运转。因此，在程序中定期给P1．5送入看门狗信号，就可以保证在程序运行异常时，由MAX813L使单片机复位。
2．3 DS1307时钟接口电路
DS1307时钟芯片是美国DALLAS公司生产的I2C总线接口实时时钟芯片。DS1307可以独立于CPU工作，它不受晶振和电容等的影响，并且计时准确，月积累误差一般小于10秒。此芯片还具有掉电时钟保护功能，可自动切换到后备电源供电。同时还具有闰年自动调整功能，可以产生秒、分、时、日、月、年等数据，并将其保存在具有掉电保护功能的时间寄存器内，以便CPU根据需要对其进行读出或写入。由于单片机AT89C52没有I2C总线接口，因此，要驱动DS1307，就必须采用单主机方式下的I2C总线虚拟技术。在此方式下，以单片机为主节点（主器件），主器件永远占有总线而不出现总线竞争，且可以用两根I／O口线来虚拟I2C总线接口。I2C总线上的主器件（单片机）可在时钟线（SDL）上产生时钟脉冲，在数据线（SDA）上产生寻址信号、开始条件、停止条件以及建立数据传输的器件。任何被选中的器件都将被主器件看成是从器件。在这里，DS1307作为I2C总线的从器件。I2C总线为同步串行数据传输总线，其内部为双向传输电路，端口输出为开漏结构，因此，需加上拉电阻。
2．4 MT8880C双音频编解码电路
由于单片机是通过MT8880C芯片得到PSTN网络的双音频信号解码输出，也就是说，单片机可以识别来自PSTN网络的控制信号，用户可以根据系统的语音提示进行按键选择以实现用户身份的识别与远程控制。因此，利用MT8880C的双音频编码功能，系统可以在紧急时刻将用户预置的紧急电话打到PSTN网络，从而把损失减少到最低。
2．5 ISD4004语音录放电路
ISD4004是美国ISD公司生产的一种语音录放芯片。它可录制8～16分钟的语音信号。该芯片可提供SPI标准接口和单片机进行接口，其语音的录放控制均通过单片机来实现。该芯片的一个最大特点是可以按地址编程录放，因而可由ISD4004和单片机编程控制来构成本系统与PSTN网络用户的语音平台。由于ISD4004的INT和RAC脚输出为开漏结构，因此需要加上拉电阻。screen.width-400)this.style.width=screen.width-400;\>
2．6 MAX202串行通讯电路
通讯电路可由串行通讯专用芯片MAX202组成，通过此电路可以方便地与PC机进行串行通讯。
2．7 铃流检测与摘挂机控制电路
当系统被呼叫时，电话交换机发出铃流信号。振铃为25±3V的正弦波，失真小于10％，电压有效值为90±15V。振铃信号以5秒为周期，即1秒送，4秒断。由于振铃信号电压比较高，所以先要通过高压稳压二极管进行降压，然后输入至光耦。再经光耦隔离转换后，从光耦输出时通时断的正弦波，最后经RC回路进行滤波以输出标准的方波。该方波信号可以直接输出至单片机的定时器1进行计数，以实现对铃流的检测。
由于程控电话交换机在电话摘机时电话线回路电流会突然变大（约30mA），因此，交换机检测到回路电流变大就认为电话机已经摘机。自动摘挂机电路可以通过单片机的P1．7来控制一个固态继电器，固态继电器的控制端应连接一个大约300Ω的电阻后再接入电话线两端，从而完成模拟摘挂机。
3系统软件编制
本系统软件主要由系统主机和系统分机的C51程序和系统与Internet网络通讯程序组成。
3．1 系统主机程序的编制
系统主机程序主要用于实现系统的总体功能。包括无线数据传输程序、看门狗程序、时间戳程序、双音频编解码程序、语音录放程序、串行通讯程序、铃流检测与摘挂机控制程序、系统初始化程序、意外事件处理程序等。程序编制以消息驱动为主导思想。消息由计数器中断1、外部中断0和串行中断产生，在中断服务程序中，应将相应的状态位置位，而在消息循环中则应按相应的状态位调用功能函数，然后由功能函数将相应的状态位清0并完成所需功能，并最后返回到消息循环中。其程序流程如图5所示。该系统的分机程序和主机类似，故此不再详述。screen.width-400)this.style.width=screen.width-400;\>
3．2 系统与Internet网络通讯程序的编制
这部分通讯程序分为服务器和客户端两个程序，主要通过Internet网络完成用户的控制功能。
服务器程序主要完成客户端与系统主机通讯的中转，即将客户端发来的控制或者查询命令翻译成系统主机能识别的格式，或者将系统主机收到的报警等信息上传到客户端。服务器程序使用Socket与客户端进行Internet通讯。
