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時間：2023-02-06 01:55:57
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1.引言
近年來隨著人民生活水平和知識層次的不斷提高，人們也將注意力越來越多的放在了生活環(huán)境的安全性、舒適性和便利性上，因此也就產(chǎn)生了對家居智能化的需求；與此同時，在科學(xué)技術(shù)方面，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)與電子信息通訊技術(shù)的飛速發(fā)展也促成了智能家居系統(tǒng)的出現(xiàn)。開發(fā)智能家居相關(guān)產(chǎn)品不僅能夠滿足人們生活的需要，對整個社會信息化進(jìn)程的推動作用也不可忽略。
我們基于上海未來伙伴機(jī)器人有限公司創(chuàng)新套件設(shè)計(jì)了一套智能家居控制系統(tǒng)，利用結(jié)構(gòu)部件、連接部件和傳動部件以及傳感器完美得組合在一起，通過能力風(fēng)暴控制器、單片機(jī)系統(tǒng)、無線模塊、GSM模塊等，實(shí)現(xiàn)了家居的無線控制、遠(yuǎn)程控制、溫控、安防控制等功能，使人們的生活更加便捷、安全、舒適。
2.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案
家居智能的基本目標(biāo)是，將家庭中各種與信息相關(guān)的通信設(shè)備、家用電器和家庭安防裝置連接到一個家庭智能化系統(tǒng)上進(jìn)行集中或者異地的監(jiān)視、控制和家庭事務(wù)性管理，并保持這些家庭設(shè)施與住宅環(huán)境的協(xié)調(diào)。根據(jù)智能家居所需要的功能，我們按照與家庭所處位置的遠(yuǎn)近，將系統(tǒng)歸納為遠(yuǎn)程控制、無線遙控控制和本地集中控制三種控制方式。
遠(yuǎn)程控制通過手機(jī)發(fā)送短信形式進(jìn)行控制，此方案主要用到GSM模塊和單片機(jī)，手機(jī)發(fā)送指令到GSM模塊的SIM卡，然后根據(jù)用戶的指令來控制家電設(shè)備或者接收報(bào)警信號并向用戶報(bào)告。使人們身在外地就可了解家中的各種狀態(tài)。
無線控制功能是通過無線發(fā)射接收模塊實(shí)現(xiàn)近距離控制功能，主要包括對家電的近距離控制和接收報(bào)警信號，節(jié)省了無線通信不必要的費(fèi)用，也省去了花在綜合布線上的費(fèi)用和精力。其主要電路由51單片機(jī)模塊電路、無線發(fā)射接收電路、能力源控制器、AS-UⅢ智能機(jī)器人組成。
“自動+手動”控制包括路燈、太陽能草坪燈、走廊燈控制的自動控制，可節(jié)約能源。空調(diào)、花園澆水、窗簾是采用“自動+手動”控制，既可以自己通過按鍵控制開關(guān)，也可以自動控制。
3.硬件電路設(shè)計(jì)
3.1 無線控制系統(tǒng)
用戶通過終端控制器發(fā)射指令，由接收系統(tǒng)對電飯煲、熱水器、排風(fēng)扇進(jìn)行開關(guān)控制。用戶通過終端控制器發(fā)射相關(guān)指令，接收系統(tǒng)對大門、車庫門、房門也可進(jìn)行開關(guān)。采用AT89C51單片機(jī)，通過功能按鍵選擇以上的開關(guān)控制，由12864液晶顯示器進(jìn)行顯示相關(guān)狀態(tài)，同時蜂鳴器起到報(bào)警的作用，使用2400bit/s無線模塊實(shí)現(xiàn)近距離無線控制。無線終端控制器的框圖如圖1（左圖）所示。接收系統(tǒng)通過解碼實(shí)現(xiàn)對家用電器、門等控制。同時門上安裝磁敏傳感器檢測門的位置，使門實(shí)現(xiàn)自動開關(guān)功能。接收系統(tǒng)的框圖如圖1（右圖）所示。
無線終端器的電路原理圖見圖2所示，電源為5V直流電，12864液晶顯示器中RP1可以調(diào)節(jié)顯示器的亮度，S1-S6為無線終端控制器的功能選項(xiàng)按鈕，S7為單片機(jī)復(fù)位按鈕。AY1為蜂鳴器，當(dāng)單片機(jī)20腳輸出低電平時，Q1導(dǎo)通，蜂鳴器開始鳴響。2400bit/S為無線模塊，當(dāng)接收到無線信號時，單片機(jī)進(jìn)行解碼，并通過12864與蜂鳴器顯示相關(guān)數(shù)據(jù)。
3.2 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)
用戶通過手機(jī)發(fā)送短信，GSM模塊接收到手機(jī)的指令，通過單片機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制電飯煲、浴室熱水器、浴室換氣扇等的開關(guān)?？刂葡到y(tǒng)框圖如圖3所示。
手機(jī)發(fā)送指令給GSM指定號碼，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的功能。指令表見表1。
3.3 “自動+手動”控制
3.3.1 溫控系統(tǒng)
臥室內(nèi)，用戶可以“手動”設(shè)定空調(diào)的溫度，使室內(nèi)的溫度控制在人體舒適度范圍之內(nèi)，當(dāng)室內(nèi)溫度和設(shè)定溫度有偏差時，就會“自動”啟動空調(diào)開關(guān)，并且會自動進(jìn)行制冷或制熱的選擇?？刂瓶驁D如圖4所示。
3.3.2 自動灑水系統(tǒng)
通過傳感器檢測土壤濕度，土壤干燥時啟動灑水系統(tǒng)為花草澆水，當(dāng)濕度達(dá)到一定值時，灑水機(jī)停止工作，或人為進(jìn)行灑水系統(tǒng)的開關(guān)。控制系統(tǒng)的框圖如圖5所示。
3.3.3 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)
當(dāng)風(fēng)力達(dá)到一定時，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)自動工作，由存儲裝置儲存電能，供電給用電器。
3.3.4 自動太陽能草坪燈系統(tǒng)
白天，通過屋頂上的4塊太陽能板進(jìn)行蓄電，晚上，電池給草坪燈進(jìn)行供電，控制器采用5251專用芯片進(jìn)行光線檢測、升壓驅(qū)動。
3.3.5 燈光控制系統(tǒng)
利用光敏傳感器檢測太陽光，當(dāng)白天接收到太陽光時，路燈滅。晚上接收不到太陽光時，路燈點(diǎn)亮；利用聲音傳感器檢測走廊聲響，當(dāng)有人走過發(fā)出聲音時，傳感器接收到信號，走廊燈亮，延時10秒后，走廊燈熄滅；利用光敏傳感器檢測環(huán)境明亮程度，當(dāng)早上接收到太陽光時，電機(jī)正轉(zhuǎn)，窗簾打開；晚上光線比較弱時，電機(jī)反轉(zhuǎn)，窗簾關(guān)閉，框圖如圖6所示。
3.4 安防系統(tǒng)
本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的安防系統(tǒng)包括防火系統(tǒng)、防盜系統(tǒng)和緊急求救系統(tǒng)。框圖如圖7所示。
利用溫度傳感器檢測室內(nèi)溫度，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，溫度升高，啟動報(bào)警功能，房屋周圍4個LED燈閃爍，喇叭聲音報(bào)警，同時滅火系統(tǒng)（噴水）啟動。并通過無線模塊向終端控制器發(fā)送一個信號，終端控制器報(bào)警以及時提醒房主，同時，GSM模塊也向房主發(fā)送短信進(jìn)行提示。
利用紅外反射、接收裝置安裝在門上，當(dāng)大門關(guān)閉時，如果有人進(jìn)入，啟動報(bào)警，無線控制終端顯示盜賊進(jìn)入，并報(bào)警，提醒房主及時處理，同時，GSM模塊也向房主發(fā)送短信。
當(dāng)別墅內(nèi)人員（尤其是弱勢群體的老人和小孩），出現(xiàn)緊急情況時，按下呼叫按鈕，啟動緊急呼叫系統(tǒng)，報(bào)警器會發(fā)出“嗚嗚～”的報(bào)警聲，同時GSM模塊也向房主發(fā)送短信，表示家中有緊急情況。
4.軟件程序設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)用的軟件主要采用上海未來伙伴機(jī)器人有限公司提供的VJC流程圖編程和單片機(jī)C語言編程相結(jié)合，VJC流程圖編程更加直觀形象，流程圖采用模塊化編程的形式，接近人類自然語言，流程圖程序的形式與標(biāo)準(zhǔn)流程圖完全一致，簡單易學(xué)，是學(xué)習(xí)單片機(jī)C語言編程的基礎(chǔ)。編譯好的流程圖下載到能力源控制器，然后進(jìn)行程序的調(diào)試，最后實(shí)現(xiàn)其功能。
4.1 走廊燈路燈程序
4.2 風(fēng)力發(fā)電與自動灑水
5.制作和調(diào)試
本系統(tǒng)利用上海未來伙伴機(jī)器人有限公司創(chuàng)新套件設(shè)計(jì)了一套智能家居控制系統(tǒng)，將結(jié)構(gòu)部件、連接部件和傳動部件以及傳感器完美得組合在一起，搭建成一套家居系統(tǒng)的框架，再通過能力風(fēng)暴控制器、單片機(jī)系統(tǒng)、無線模塊、GSM模塊等，實(shí)現(xiàn)了智能家居控制系統(tǒng)。實(shí)物如圖10所示，經(jīng)過調(diào)試，系統(tǒng)都完成了以上功能。
6.總結(jié)
本套智能家居控制系統(tǒng)具有以下創(chuàng)新點(diǎn)：
（1）無線控制和遠(yuǎn)程控制相結(jié)合，既能進(jìn)行近距離無線遙控控制也能進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制。
（2）具有太陽能、風(fēng)力發(fā)電裝置，為晚上草坪燈供電，起到了很好的節(jié)能作用。
本套智能家居控制系統(tǒng)通過模擬實(shí)物制作和調(diào)試，都能達(dá)到智能家居的功能，達(dá)到預(yù)期的效果。在應(yīng)用到實(shí)際家庭中，也能實(shí)現(xiàn)這些功能。因此對開發(fā)智能家居控制系統(tǒng)有一定的借鑒意義。
參考文獻(xiàn)
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【關(guān)鍵詞】智能家居 PLC控制系統(tǒng) 硬件 軟件
1 智能家居中PLC控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)
1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體框架
隨著現(xiàn)代科技的不斷進(jìn)步和發(fā)展，智能時代已經(jīng)到來。智能化已經(jīng)運(yùn)用到各行各業(yè)，而智能家居正在滿足這消費(fèi)者的需求。消費(fèi)者在家居中逐漸追求實(shí)用性、多功能性等等，這也是智能家居提高競爭力的關(guān)鍵。對于消費(fèi)者的這些需求，作為智能家居中PLC控制系統(tǒng)正好能夠滿足這些需求。智能家居中PLC控制系統(tǒng)主要包括：智能家居設(shè)備控制、家居環(huán)境的實(shí)時檢測、安全防護(hù)等一些基本性的功能。智能家居中PLC控制系統(tǒng)也就是將用戶家中的電器、門窗、空調(diào)系統(tǒng)、供暖系統(tǒng)等等整合為一體，通過遠(yuǎn)程遙控。當(dāng)用戶開動遙控時，家用電器會自動打開、門窗會打開，室內(nèi)溫度會自動調(diào)節(jié)，若發(fā)生危險(xiǎn)時，報(bào)警系統(tǒng)會自動響應(yīng)。
對于智能家居中PLC控制系統(tǒng)來說是為了滿足用戶的智能化需求，采用可編程控制器PLC技術(shù)和GSM短信息技術(shù)，在運(yùn)用SMS進(jìn)行信息的交互，主要包括自動控制、信息采集和遠(yuǎn)程控制三個部分。
1.1.1 自動控制
這主要是將PLC作為主要的控制器，通過電器的開合控制交流電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)來進(jìn)行控制。比如以智能門為例，當(dāng)用戶發(fā)出開門的信息時，這時PLC接收到信號，并給PLC一個輸入端，通過交流電機(jī)完成開門動作。
1.1.2 信息采集
也就是傳感器的信息采集，主要包括室內(nèi)溫度濕度、煙霧、煤氣等，并將這些信息傳遞給PLC，PLC根據(jù)室內(nèi)實(shí)際的情況，做出相應(yīng)的指令，以保證室內(nèi)的溫度、濕度的合理，安全性更加高。
1.1.3 遠(yuǎn)程控制
用戶發(fā)出相應(yīng)的指令傳感器傳給GSM信息模塊，以實(shí)現(xiàn)與PLC的信息交互，PLC通過用戶發(fā)出的指令，對家居狀態(tài)進(jìn)行解讀，然后把信息傳遞給移動終端，如果檢測到危險(xiǎn)信號，會立即把相關(guān)信息傳遞個PLC主控制器，主控制器接到信息，迅速與GSM進(jìn)行串聯(lián)，再有GSM傳遞給用戶終端，發(fā)出報(bào)警信號，提高室內(nèi)家居的安全系數(shù)。
1.2 系統(tǒng)中的硬件的設(shè)計(jì)
智能家居中PLC控制系統(tǒng)中的硬件設(shè)計(jì)主要是智能防盜門的硬件設(shè)計(jì)、傳感器系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。
1.2.1 智能防盜門的硬件設(shè)計(jì)
主要分為三個部分。第一，電源中硬件設(shè)計(jì)，主要采用單相橋式整流電路，增加兩個二極管連為一體的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)交流電向中直流電的交換。第二，控制硬件系統(tǒng)，通過PLC控制電動機(jī)的運(yùn)作，在輸出端需要小型的繼電器接入控制電路，使PLC控制正反向的輸出點(diǎn)，轉(zhuǎn)換并接觸到電機(jī)的控制。
1.2.2 傳感器系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
這一硬件設(shè)計(jì)中主要包括PLC、溫濕度傳感器、煙霧傳感器等構(gòu)成。當(dāng)室內(nèi)的環(huán)境出現(xiàn)異常時，出現(xiàn)異常的端口會執(zhí)行相應(yīng)的信息做出相應(yīng)的預(yù)警信號。
1.2.3 遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是通過PLC串口通訊方式與GSM進(jìn)行信息的交互，并擴(kuò)展為一個通訊的板塊，安裝在選件的板槽位中，并將PLC與GSM信息板塊與串口線連接，以此能夠更加便捷的與相應(yīng)的PC機(jī)、單片機(jī)以及其它的主控制器相連接。
1.3 系統(tǒng)中的軟件的設(shè)計(jì)
智能家居中PLC控制系統(tǒng)中的軟件設(shè)計(jì)主要是智能防盜門的軟件設(shè)計(jì)、傳感器系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)和遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)三部分組成。
1.3.1 智能防盜門的軟件設(shè)計(jì)
智能防盜門中實(shí)現(xiàn)的軟件功能是：首先自動門受到用戶發(fā)出的相應(yīng)信息是否開啟、關(guān)閉，在接受信息的過程中會遇到相應(yīng)的阻礙，智能防盜門會根據(jù)相應(yīng)的阻礙向相反的方向運(yùn)作，如果遇到的障礙是比較危險(xiǎn)的，那么智能防盜門會啟動強(qiáng)制停止的功能，避免危險(xiǎn)的發(fā)生。
1.3.2 傳感器系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
傳感器系統(tǒng)中的軟件的設(shè)計(jì)主要是通過各種傳感器對家居環(huán)境進(jìn)行相應(yīng)的檢測，當(dāng)檢測到的值超過限定值時，PLC就會做出相應(yīng)的判斷，執(zhí)行中斷的程序。同時，PLC也會檢測GSM的信息模塊是否接到了信息，如果接到了信息會將室內(nèi)的環(huán)境信息傳遞給用戶終端。
1.3.3 遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要包括AT命令、PLC中斷程序的設(shè)計(jì)。AT命令是通過配置MODEM和相應(yīng)的軟件共同工作以此來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端系統(tǒng)完成相應(yīng)的信息。在PLC串口中斷程序的設(shè)計(jì)中，通過相應(yīng)的指令設(shè)計(jì)，然后通過指令給予相應(yīng)的功能，這樣可以大大減輕PLC編程的影響。
2 結(jié)語
隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，智能家居系統(tǒng)不斷豐富著人們的生活方式，越來越多的消費(fèi)者享受智能家居帶來的便利，但對于智能家居的要求也越來越高，對于智能家居的穩(wěn)定性和安全性成為主要的關(guān)注點(diǎn)，雖然在本文涉及到的PLC控制系統(tǒng)能夠提升智能家居的穩(wěn)定性和安全性，但是內(nèi)部也存在一些問題，這需要未來科技和更多的人才進(jìn)行解決，以滿足更多消費(fèi)者的需求。
參考文獻(xiàn)
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作者簡介
中圖分類號TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1674-6708（2014）123-0210-02
在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的推廣普及下，人們的家居生活也朝著智能化方向發(fā)展。近年來，通過引起國外先進(jìn)技術(shù)及自主研發(fā)技術(shù)的不斷成熟，促使我國的通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及控制技術(shù)都形成了成熟的技術(shù)體系，隨著這些技術(shù)體系逐步應(yīng)用于各行各業(yè)，為行業(yè)的發(fā)展提供了新的發(fā)展方向。在現(xiàn)代科技影響下，智能家居系統(tǒng)已成為一種新興產(chǎn)物，其為人們的家居生活提供環(huán)保、舒適及安全保障。
1智能家居含義與特點(diǎn)
所謂智能家居，是指以住宅為平臺將家居生活相關(guān)的設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、綜合布線技術(shù)、自動控制技術(shù)、安全防范技術(shù)及音視頻技術(shù)等集成。雖然智能家居系統(tǒng)大部分都采用綜合布線方式，但由于智能家居采用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議有所不同，仍少數(shù)系統(tǒng)（如電力載波等）系統(tǒng)沒有采用綜合布線技術(shù)。雖然采用的技術(shù)不同，但都有相對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)來進(jìn)行信號傳輸[1]。所以，網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)為智能家居集成的關(guān)鍵技術(shù)。自動控制技術(shù)與安全防范技術(shù)是智能家居系統(tǒng)中不可缺少的技術(shù)，通常在家庭防盜報(bào)警系統(tǒng)中安全防范技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，同時也應(yīng)用于小區(qū)一卡通、家庭監(jiān)控中。而在智能家居控制中心廣泛應(yīng)用到了自動控制技術(shù)，有利于實(shí)現(xiàn)科學(xué)化管理家庭設(shè)備和家庭能源。音視頻技術(shù)主要應(yīng)用在音視頻集中分配、家庭影院及背景音樂，能夠?yàn)榧彝キh(huán)境帶來舒適感和藝術(shù)感。
1.1智能家居系統(tǒng)組成
智通家居系統(tǒng)包含了三個必備系統(tǒng)，即：智能家居控制管理系統(tǒng)、家居照明控制體系統(tǒng)及家庭安防系統(tǒng)。另外還包含了五個可選系統(tǒng)，即：家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、家庭環(huán)境控制系統(tǒng)、背景音樂系統(tǒng)、多媒體與家庭影院系統(tǒng)。
1.2智能家居系統(tǒng)特點(diǎn)
智能家居系統(tǒng)特點(diǎn)主要體現(xiàn)在：1）能夠?qū)崿F(xiàn)靈活配置，增減模塊根據(jù)其功能需要，有利于實(shí)現(xiàn)需求功能；2）多媒體人機(jī)操作界面；3）設(shè)定方便；4）開放式協(xié)議。
2智能家居系統(tǒng)技術(shù)的多元化特點(diǎn)
智能家居在生產(chǎn)企業(yè)、媒體的大肆宣傳下，在我國家居市場上獲得了較大的發(fā)展動力，各種新型的智能家居系統(tǒng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)市場化推廣。但其實(shí)并非如此，我們可列舉兩種常用的智能家居技術(shù)：1）紅外技術(shù)、無線射頻技術(shù)，該技術(shù)的優(yōu)勢在于不需要鋪設(shè)線路，便于安裝，但是不足之處在于穿透能力比較弱、傳輸距離短、信號安全較差，傳輸信號極易受到各種因素的影響而出現(xiàn)控制“死角”現(xiàn)象；2）該技術(shù)安裝布線較方便，但電力線上的電器容易對其造成干擾，并且材料比較貴，其主要被用于光環(huán)境控制及多媒體信號傳輸?shù)确矫?。通過對上述兩種常用技術(shù)進(jìn)行對比分析，其都有各自的優(yōu)勢與不足之處，只有根據(jù)使用環(huán)境、內(nèi)容選取合適的技術(shù)，才能最大限度發(fā)揮技術(shù)的優(yōu)勢[2]。
同時，也能將不同技術(shù)進(jìn)行交叉應(yīng)用，通過先進(jìn)的電力載波技術(shù)與無線技術(shù)，這兩者之間可以起到相互協(xié)調(diào)作用。對于無線技術(shù)存在的缺陷通過電力載波技術(shù)來彌補(bǔ)，運(yùn)用在智能安防、多媒體中心及無線網(wǎng)關(guān)控制等，對智能家居系統(tǒng)通過總控制平臺實(shí)現(xiàn)統(tǒng)籌、協(xié)調(diào)工作。
3關(guān)于智能家居的技術(shù)應(yīng)用
智能家居管理系統(tǒng)能夠?yàn)樽艚⑵鹨粋€全新的家庭日程事務(wù)管理和住宅設(shè)施。其主要技術(shù)應(yīng)用如下所述。
3.1智能安防控制技術(shù)
智能安防控制系統(tǒng)主要包括四大組成部分，即：一是報(bào)警系統(tǒng)；二是安防監(jiān)測器；三是監(jiān)控錄；四是可視對講。在住宅發(fā)生警情的情況下報(bào)警系統(tǒng)會自動報(bào)警，并且能夠?qū)?bào)警信息自動傳送給該小區(qū)物業(yè)，并且業(yè)主能夠收到家居中短信報(bào)警系統(tǒng)及電話系統(tǒng)所傳送的報(bào)警信息。此外，可視對講不僅能夠?qū)碓L者進(jìn)行清晰識別，還能夠?qū)崿F(xiàn)業(yè)主與來房者進(jìn)行對話，并通過遙控為來訪者開門。
3.2智能家電控制技術(shù)
用戶對電視、空調(diào)、電動窗簾、熱水器及飲水機(jī)等家居設(shè)施通過電腦、電話及遙控等高科技設(shè)備就能夠?qū)崿F(xiàn)智能控制。用戶可以根據(jù)自身的實(shí)際需求，對家電控制點(diǎn)進(jìn)行自由添加和配置。應(yīng)用智能家電控制技術(shù)，不僅有效節(jié)約了資源，還為用戶提供了方便。
3.3智能燈光控制技術(shù)
傳統(tǒng)的光燈控制開關(guān)如今已發(fā)展成為智能開關(guān)，使燈光能夠通過感應(yīng)進(jìn)行控制。與此同時，對于燈光開關(guān)場景還可以通過環(huán)境氛圍預(yù)先進(jìn)行設(shè)計(jì)。該技術(shù)與現(xiàn)代社會發(fā)展的步伐相吻合，由此在設(shè)計(jì)理念上更加突顯了以人為本的方針，在燈光設(shè)計(jì)中能根據(jù)不同的場景進(jìn)行相應(yīng)配備，如浪漫晚宴燈光、朋友聚會場景燈光、家庭影院放映燈光等[3]。同時，燈光模式會在用戶外出的情況下自動調(diào)整，并且還會根據(jù)不同時段、外界光線進(jìn)行調(diào)整。
3.4智能影音控制技術(shù)
通過安裝智能影間控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對DVD、有線電視及衛(wèi)生電視等家居影音設(shè)備進(jìn)行預(yù)設(shè)控制、前進(jìn)與后退控制、音量控制及頻道控制等全方位控制，并且在控制過程中不會受到時間的限制[4]。
總之，隨著現(xiàn)代科技逐漸進(jìn)入現(xiàn)代家居設(shè)計(jì)領(lǐng)域，這必將促使智能家居系統(tǒng)在現(xiàn)代科技的推動下將進(jìn)入快速發(fā)展階段，大量實(shí)用性的智能家居投放市場，在滿足了消費(fèi)者的實(shí)際需求的同時，也使得我國的智能家居逐步形成規(guī)模性的新興產(chǎn)業(yè)。隨著時代潮流的發(fā)展，智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)企業(yè)面對市場需求積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，隨著設(shè)計(jì)工作進(jìn)入到標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展階段，這為我國的智能家居提供了一個重要的發(fā)展基礎(chǔ)，在強(qiáng)大的市場需求下，我國的智能家居將擁有廣闊的市場前景。
參考文獻(xiàn)
[1]高明明，林森.基于GSM短信的智能家居控制系統(tǒng)的研究[J].微計(jì)算機(jī)信息，2010（12）：6-7.
一、概述
隨著科技的發(fā)展，智能家居的日漸興起給人們的家居生活帶來了全新的感受，家居智能已成為一種趨勢。智能家居中各種與信息相關(guān)的通訊設(shè)備、家用電器和家庭保安裝置，通過家庭總線技術(shù)連接到一個家庭智能化系統(tǒng)上進(jìn)行集中的或異地的監(jiān)視、控制和家庭事務(wù)性管理，并保持這些家庭設(shè)施與住宅環(huán)境的和諧與協(xié)調(diào)。這些功能都是通過智能家居系統(tǒng)中的家庭網(wǎng)絡(luò)控制器未實(shí)現(xiàn)的，家庭網(wǎng)絡(luò)控制器具有家庭總線系統(tǒng)、通過家庭總線系統(tǒng)提供各種服務(wù)功能、并和住宅以外的外部世界相通連。可以這樣說，智能家居系統(tǒng)是智能住宅的核心。由此可見，智能家居系統(tǒng)在智能住宅中的重要地位。
智能家居系統(tǒng)控制方式的解決方案分為有線方式和無線方式。由于多數(shù)智能家居系統(tǒng)的布線工程比較費(fèi)事，所以在一些新的智能家居商家所研發(fā)的系統(tǒng)，就立足解決這個難題。目前這一問題雖然沒有得到完全、徹底地解決，有難以滿足視頻和音頻信號的傳輸，保密性差，接入設(shè)備昂貴等缺點(diǎn)。但隨著4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟，將會得到更好的應(yīng)用和發(fā)展。所以就算價(jià)格就相對高一些，有的進(jìn)口系統(tǒng)價(jià)位甚至高達(dá)10萬元以上，還有部分系統(tǒng)采用的藍(lán)牙技術(shù)，其產(chǎn)品也更為昂貴。即便如此，無線方式解決了布線的難題，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)步，已能基本滿足視頻和音頻信號的傳輸。本文以2.4G射頻技術(shù)為基礎(chǔ)介紹一種性價(jià)比較高的智能家居控制系統(tǒng)。
二、智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
1.系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及工作原理
智能家居系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)主要包括了網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、系統(tǒng)硬件和系統(tǒng)軟件三個主要的部分。智能家居系統(tǒng)由主機(jī)、從機(jī)、接口設(shè)備及各家電設(shè)備組成，主從機(jī)都有一個無線收發(fā)芯片，通過主從機(jī)間無線數(shù)據(jù)的收發(fā)，實(shí)現(xiàn)一個小型的無線智能網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議我們參考OSI模型，結(jié)合nRF24L01芯片的特性，以采用模塊化、通用性設(shè)備為原則設(shè)計(jì)硬件電路，采用集中控制技術(shù)的控制方式，通過一個以單片機(jī)為核心的系統(tǒng)主機(jī)來構(gòu)建，中心處理單元（CPU）負(fù)責(zé)系統(tǒng)的信號處理。同時把系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行硬件功能劃分，統(tǒng)一設(shè)計(jì)、統(tǒng)一接口，各硬件模塊具有雙向通信能力，以及互操作性和互換性，其控制部件都可以編程，增加了模塊的通用性和實(shí)用性，為系統(tǒng)升級和維護(hù)提供有力的保障。
硬件收發(fā)模塊采用一種新型單片射頻收發(fā)器件nRF24L01，定義了物理無線信道和MAC子層之間的接口，提供物理層數(shù)據(jù)服務(wù)和物理層管理服務(wù)。nRF24L01是NORDIC公司生產(chǎn)的2.4GHz單片射頻收發(fā)芯片,內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等功能模塊，采用FSK調(diào)制,內(nèi)嵌NORDIC公司的增強(qiáng)型Enhanced Shock Burst技術(shù)，內(nèi)置鏈路層，可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)或是1對6無線通信。其中輸出功率和通信頻道可通過程序進(jìn)行配置，有125個可選工作頻道，頻道切換時間短，可用于跳頻，通過跳頻可以減少干擾。首先MCU通過串口對nRF24L01進(jìn)行信道參數(shù)配置，nRF24L01執(zhí)行配置任務(wù)，主機(jī)執(zhí)行發(fā)送數(shù)據(jù)包指令，通過空中接口完成數(shù)據(jù)信息包的發(fā)送與接收；從機(jī)接收數(shù)據(jù)信息，由從MCU執(zhí)行任務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)控制家電的目的。圖l為系統(tǒng)總體框圖。
圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖
2.主要硬件電路設(shè)計(jì)
(1)控制中心電路
控制中心節(jié)點(diǎn)在2.4G網(wǎng)絡(luò)中充當(dāng)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的角色，主要負(fù)責(zé)2.4G網(wǎng)絡(luò)的建立，節(jié)點(diǎn)的管理等任務(wù)。在本系統(tǒng)中，控制中心節(jié)點(diǎn)需要對接受的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并通過鍵盤輸入和液晶顯示，以及通過RS-232串口與PC機(jī)連接通信。
3.串口通信單元設(shè)計(jì)
STC12C5A60S2增強(qiáng)型51芯片有一組串行口接口。本設(shè)計(jì)采用RS-232的9針D型連接器，在最簡單的串行通信中，只需3根通信線連接：TXD串行數(shù)據(jù)發(fā)送，RXD串行數(shù)據(jù)接收以及GND信號地線。
4.無線收發(fā)模塊
根據(jù)硬件設(shè)計(jì)要求各個因素，在基于2.4G無線傳輸控制網(wǎng)絡(luò)智能家居設(shè)計(jì)中，采用了工作在2.4GHz頻段的射頻片nRF2401。單片射頻收發(fā)芯片nRF2401工作于2.4～2.5GHz ISM頻段，芯片內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器等功能模塊，輸出功率和通信頻道可通過程序進(jìn)行配置。芯片能耗非常低，以-5dBm的功率發(fā)射時，工作電流只有10.5mA，接收時工作電流只有18mA，多種低功率工作模式，節(jié)能設(shè)計(jì)更方便。其DuoCeiverTM技術(shù)使nRF2401可以使用同一天線，同時接收兩個不同頻道的數(shù)據(jù)。
5.傳感器電路設(shè)計(jì)
控制中心節(jié)點(diǎn)通過nRF24L01無線模塊，接收各個傳感器節(jié)點(diǎn)所發(fā)送過來的信息，并通過串口模塊，把信息發(fā)送到上位機(jī)，在上位機(jī)的軟件界面上直觀地把各種數(shù)據(jù)呈現(xiàn)給使用者。傳感器節(jié)點(diǎn)硬件主要由電源模塊、時鐘模塊、無線模塊、傳感器模塊組成。
三、結(jié)語
本文的智能家居系統(tǒng)利用無線網(wǎng)路芯片nRF24L01傳輸數(shù)據(jù)，硬件電路簡單以增強(qiáng)型STC芯片作為系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)控制器，極大地提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。本系統(tǒng)使用方便,成本較低，超低功耗，集開放性、交互性、協(xié)作性、通用性、便攜性等特點(diǎn)，使用穩(wěn)定可靠，效率高，有良好的擴(kuò)展性。
參考文獻(xiàn)：
[1]詹寶容，庾錫昌.無線智能家居網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].無線通信技術(shù)，2010(4):41-44
1.別墅智能化的發(fā)展現(xiàn)狀和必要性
家庭智能化的出現(xiàn)已經(jīng)有了將近20年的歷史，最早從比爾·蓋茨的豪宅開始，如今，那個高度科技化就如幻想故事片般，神奇的令人向往的智能生活已經(jīng)開始逐步走入了一些在觀念上同步于世界潮流，在生活上引領(lǐng)世界潮流的高品位時尚人士。
別墅通過智能化建設(shè)，以家庭綜合布線為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和無線通信網(wǎng)絡(luò)為橋梁，全面實(shí)現(xiàn)了家庭智能化生活。為了美化生活環(huán)境，同時為了清除消防隱患，保障家人的安全，有必要運(yùn)用現(xiàn)代化的高科技手段，加強(qiáng)住宅區(qū)的基礎(chǔ)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)住宅區(qū)的信息自動化。
家居智能設(shè)計(jì)長久以來一直堅(jiān)持的原則：健康性、安全性、舒適性、時尚性！
2.別墅智能家居設(shè)計(jì)帶來的具體優(yōu)勢
2.1安全：人身安全——安防系統(tǒng)；用電安全——強(qiáng)弱電分離。
智能化系統(tǒng)與安防實(shí)現(xiàn)聯(lián)動，給物業(yè)管理提供集中式管理的便利，提高緊急事故的快速處理能力，這將大大提高別墅的安防水平。（如，家里發(fā)生緊急安防事故時，能自動電話報(bào)警。）
2.2健康：飲水健康、自然清新空氣、用眼健康。
在我們的日常生活中，空調(diào)循環(huán)的基本上是室內(nèi)空氣，晚上就寢臥室的空氣、車庫的空氣等密封空間的空氣，其實(shí)非常混濁。而且怎么才能讓衛(wèi)生間在每次進(jìn)入時均保持自然清新空氣？智能控制系統(tǒng)讓排風(fēng)扇對室內(nèi)的污濁空氣進(jìn)行定時更新，時刻保持室內(nèi)清新。
系統(tǒng)還可以對飲水機(jī)進(jìn)行定時控制，避免水進(jìn)行反復(fù)加熱，使得飲水更健康。
我們在看書時需要明亮照明，看電視電影時需要柔和的照明，讓燈光在需要的時候自動改變亮度，減少眼睛的疲勞，保護(hù)視力。這一切，在智能控制系統(tǒng)的控制下將不再是天方夜談。
2.3舒適：所有電器、照明，無論身處何處，均可一鍵控制。
進(jìn)行智能化設(shè)計(jì)后，您可以采用遙控器、電話、手機(jī)、電腦等多種操作模式對家里的燈光、飲水機(jī)以及電飯煲等家用電器進(jìn)行控制，這將為您的日常生活提供很大的方便。忘記帶鑰匙，也無須擔(dān)憂；老人小孩在家，盡可放心；客人來訪，也無須起身開門，充分享受到高科技帶給您的一份寧靜與舒心。
2.4節(jié)能：減少不必要的電能損耗。
智能燈光控制系統(tǒng)下，自然合理的分配燈光照明，減少不必要的照明電能損耗。還可以根據(jù)外界光的強(qiáng)度值設(shè)定時段，自動調(diào)節(jié)燈光亮度。它還能夠在我們不需要使用的時候自動切斷電器電源，減少電器不必要的靜態(tài)能耗。這樣既符合您舒適的感覺，又能起到節(jié)能的作用。
2.5先進(jìn)的技術(shù)，未來三十年均不需要重新投資，一次投入，長久享用。
結(jié)合了EIB集中控制技術(shù)與傳統(tǒng)智能家居產(chǎn)品的智能控制技術(shù)。它是將兩種技術(shù)進(jìn)行完美的結(jié)合，并針對兩者的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行技術(shù)突破和改造，達(dá)到和諧統(tǒng)一的集中控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)上主要產(chǎn)品可根據(jù)不同需要，進(jìn)行不同的組合和功能擴(kuò)展槽的串接，不需經(jīng)過重新布線便能通過簡單的多元化升級，以達(dá)到功能拓展的目的。與傳統(tǒng)的安裝方式相比，可達(dá)到一次安裝30年受益的效果。
3.別墅智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的具體解決方案
智能家居控制系統(tǒng)可提供智能家電控制、智能照明控制、環(huán)境控制以及安防控制等多種控制方式和手段。只需要經(jīng)過簡單的設(shè)置，就可以實(shí)現(xiàn)遙控、場景控制、遠(yuǎn)程控制、家居安防等各項(xiàng)功能。根據(jù)不同客戶的具體情況，設(shè)計(jì)不同的智能家居控制系統(tǒng)，為傾心打造一個安全舒適高檔的居住空間而努力。
3.1聰明聽話——智能家電控制系統(tǒng)
家電是我們?nèi)粘Ｉ钪械闹匾M成部分，對這些家電設(shè)備進(jìn)行智能控制后，將會為您帶來更加完美和諧的生活。比如：上班途中，突然想起忘了關(guān)家里的燈或電器，打個電話就可以把家里想要關(guān)的燈和電器全部關(guān)掉：冬天下班，打個電話把家里的熱水器先預(yù)熱，等回到家，馬上就可以洗個熱水澡，夏天下班，可以提前打開家中的中央空調(diào)，回到家里便能立刻享受清涼。也可以讓新風(fēng)換氣系統(tǒng)、電飯煲、飲水機(jī)等等家電提前開始工作……，還可以在您跨入庭院的一剎那，您的庭院自動澆花系統(tǒng)、噴泉系統(tǒng)、庭院景觀燈光系統(tǒng)等自動打開……
3.2流光溢彩——智能照明控制系統(tǒng)
智能照明控制系統(tǒng)貫穿著別墅的每一個地方，房間、過道的燈光都可以通過智能開關(guān)與智能控制主機(jī)相連接。您可以在別墅內(nèi)任一個房間內(nèi)控制所有燈光開關(guān)，免除勞苦地來回走動。同時，可以通過設(shè)置場景記憶模式來控制燈光開關(guān)、亮度等，隨心所欲地控制客廳、餐廳、書房、過道的燈光照亮模式，同時燈光還可以與其它設(shè)備（如幕布、窗簾、電視／音響等）配合組合成復(fù)雜的場景。如 會客、讀書、聽音樂、晚餐模式、影院模式等等百變場景。
3.3健康環(huán)?！h(huán)境控制
（1）環(huán)保節(jié)能系統(tǒng)
在不需要使用電器的時候自動切斷電器電源，減少電器不必要的靜態(tài)能耗，并能減少人為遺忘切斷電器的電能損耗。還可以根據(jù)外界光的強(qiáng)度值設(shè)定時段，自動調(diào)節(jié)燈光亮度，自然合理的分配燈光照明，減少不必要的照明電能損耗。這樣既符合住戶舒適的感覺，又能起到節(jié)能的作用。
（2）窗簾控制系統(tǒng)
清晨，也許不再需要那片刻間令人煩躁的鬧鐘將你吵醒，而靠的窗外的鳥語花香和柔和的自然陽光讓您從睡夢中自然醒來。窗簾控制系統(tǒng)總是會最恰合時宜的開啟窗簾，讓室外清晨的花香飄入，讓您懶洋洋的沐浴陽光。
配合燈光的場景，窗簾的自動開合，有時也能釀造出另一份浪漫的氣氛。只需輕點(diǎn)遙控，它便能為您的隱私起到第一層保護(hù)。
（3）空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)
酷暑炙熱的夏天驅(qū)車回家，當(dāng)您停車入庫后，車庫內(nèi)換氣系統(tǒng)可以通過（遙控）手動或自動定時控制將汽車的尾氣和汽油的味道清除干凈。等到次日清晨，自動定時的換氣系統(tǒng)會將室外清晨空氣中花香的味道注入車庫，讓你在享受晨曦的味道的時候，絲毫感覺不到汽車尾氣的異味給您帶來的不悅。
（4）自動澆花、給排水系統(tǒng)
別墅的陽臺上種植了一些植物和花木，澆水也是可以進(jìn)行智能化管理的，用遙控器就能直接啟動澆花的電磁閥門。自動澆花系統(tǒng)的定時功能，讓您完全不用擔(dān)心因?yàn)楣ぷ鞯拿β刀浟四愕幕ú輰氊?。同時，系統(tǒng)還可以對游泳池的給排水進(jìn)行控制，定時自動的對游泳池內(nèi)的水進(jìn)行更換，時刻保持水質(zhì)的優(yōu)良。
3.4隱形衛(wèi)士——安防系統(tǒng)
（1）指紋鎖
別墅門口裝設(shè)指紋門鎖，在您和家人非授權(quán)的前提下，任何人都無法隨意進(jìn)出您的家庭。
（2）門磁、紅外探測器
事先設(shè)置好防區(qū)，即可把整個別墅的安全置于無線安防報(bào)警系統(tǒng)之中。如果門窗被非法打開，立即通過無線警號現(xiàn)場聲光報(bào)警并按預(yù)先設(shè)置好的報(bào)警電話號碼發(fā)送警訊給主人，并上傳警訊到報(bào)警中心。
（3）煙感探測器
該探頭為消防安防裝置，若房中因火災(zāi)發(fā)生的煙霧濃度達(dá)到一定系數(shù)時，便立即報(bào)警，并通過智能控制主機(jī)發(fā)送警訊給管理處和主人，并立即啟動火災(zāi)滅火系統(tǒng)來處置險(xiǎn)情。
（4）燃?xì)馓綔y器
l引言
隨著國民經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)水平的提高，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)的迅猛發(fā)展與提高，促使了家庭實(shí)現(xiàn)了生活現(xiàn)代化，居住環(huán)境舒適化、安全化。這些高科技已經(jīng)影響到人們生活的方方面面，改變了人們生活習(xí)慣，提高了人們生活質(zhì)量，家居智能化也正是在這種形勢下應(yīng)運(yùn)而生的。
2智能家居控制系統(tǒng)概述
智能家庭控制系統(tǒng)是以HFC、以太網(wǎng)、現(xiàn)場總線、公共電話網(wǎng)、無線網(wǎng)的傳輸網(wǎng)絡(luò)為物理平臺，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為技術(shù)平臺，現(xiàn)場總線為應(yīng)用操作平臺，構(gòu)成一個完整的集家庭通信、家庭設(shè)備自動控制、家庭安全防范等功能的控制系統(tǒng)。
智能家居控制系統(tǒng)的總體目標(biāo)是通過采用計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)和集成技術(shù)建立一個由家庭到小區(qū)乃至整個城市的綜合信息服務(wù)和管理系統(tǒng)，以此來提高住宅高新技術(shù)的含量和居民居住環(huán)境水平。
系統(tǒng)通常由系統(tǒng)服務(wù)器、家庭控制器(各種模塊)、各種路由器、電纜調(diào)制解調(diào)器頭端設(shè)備CMTS、交換機(jī)、通訊器、控制器、無線收發(fā)器、各種探測器、各種傳感器、各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)、打印機(jī)等主要部分組成。
3智能家居控制系統(tǒng)功能
智能家庭控制系統(tǒng)的主要功能包括家庭通信、家庭設(shè)備自動控制、家庭安全防范三個方面。
3．1家庭通信
家庭通信可采用電話線路、計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)、CATV線路、無線局域網(wǎng)等方式。
(1)電話線路
通過電話線路實(shí)現(xiàn)雙向傳輸語音信號和數(shù)據(jù)信號。
(2)計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)
通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)信息交互、綜合信息查詢、網(wǎng)上教育、醫(yī)療保健、電子郵件、電子購物等。
(3)CATV線路
通過CATV線路實(shí)現(xiàn)VOD點(diǎn)播和多媒體通信。
(4)無線局域網(wǎng)
通過無線收發(fā)器、天線、各種無線終端，實(shí)現(xiàn)雙向傳輸數(shù)據(jù)信號。
3．2家庭設(shè)備自動監(jiān)控
家庭設(shè)備自動監(jiān)控包括電器設(shè)備的集中、遙控、遠(yuǎn)距離異地(通過電話或Internet)的監(jiān)視、控制及數(shù)據(jù)采集。
(1)家用電器的監(jiān)視和控制
按照預(yù)先所設(shè)定程序的要求對熱水器、微波爐、視像音響等家用電器進(jìn)行監(jiān)視和控制。
(2)熱能表、燃?xì)獗怼⑺?、電度表的?shù)據(jù)采集、計(jì)量和傳送根據(jù)小區(qū)物業(yè)管理的要求所設(shè)置數(shù)據(jù)采集程序，通過傳感器對熱能表、燃?xì)獗?、水表、電度表的用量進(jìn)行自動數(shù)據(jù)采集、計(jì)量，并將采集結(jié)果遠(yuǎn)程傳送給小區(qū)物業(yè)管理系統(tǒng)。
(3)空調(diào)機(jī)的監(jiān)視、調(diào)節(jié)和控制
按照預(yù)先所設(shè)定的程序，根據(jù)時間、溫度、濕度等參數(shù)對空調(diào)機(jī)進(jìn)行監(jiān)視、調(diào)節(jié)和控制。
(4)照明設(shè)備的監(jiān)視、調(diào)節(jié)和控制按照預(yù)先設(shè)定的時間程序，分別對各個房間照明設(shè)備的開、關(guān)進(jìn)行控制，并可自動調(diào)節(jié)各個房間的照度。
(5)窗簾的控制
按照預(yù)先設(shè)定的時間程序，對窗簾的開啟／關(guān)閉進(jìn)行控制。
3．3家庭安全防范
家庭安全防范主要包括多火災(zāi)報(bào)警、可燃?xì)怏w泄漏報(bào)警、防盜報(bào)警、緊急求救、多防區(qū)的設(shè)置、訪客對講等。家庭控制器內(nèi)按等級預(yù)先設(shè)置若干個報(bào)警電話號碼(如家人單位電話號碼、手機(jī)電話號碼、尋呼機(jī)電話號碼和小區(qū)物業(yè)管理安全保衛(wèi)部門電話號碼等)，在有報(bào)警發(fā)生時，按等級的次序依次不停地?fù)芡ㄉ鲜鲭娫掃M(jìn)行報(bào)警(可報(bào)出家中是哪個系統(tǒng)報(bào)警了)。同時，各種報(bào)警信號通過控制網(wǎng)絡(luò)傳送至小區(qū)物業(yè)管理中心，并可與其它功能模塊實(shí)現(xiàn)可編程的聯(lián)動(如可燃?xì)怏w泄漏報(bào)警后，聯(lián)動關(guān)閉燃?xì)夤艿郎系碾姶砰y)。
(1)防火災(zāi)發(fā)生
通過設(shè)置在廚房的感溫探測器和設(shè)置在客廳、臥室等的感煙探測器，監(jiān)視各個房間內(nèi)有無火災(zāi)的發(fā)生。如有火災(zāi)發(fā)生家庭控制器發(fā)出聲光報(bào)警信號，通知家人及小區(qū)物業(yè)管理部門。家庭控制器還可以根據(jù)有人在家或無人在家的情況，自動調(diào)節(jié)感溫探測器和感煙探測器的靈敏度。
(2)防可燃?xì)怏w泄漏
通過設(shè)置在廚房的可燃?xì)怏w探測器，監(jiān)視燃?xì)夤艿?、灶具有無燃?xì)庑孤?。如有燃?xì)庑孤┘彝タ刂破靼l(fā)出聲光報(bào)警信號，并聯(lián)動關(guān)閉燃?xì)夤艿郎系碾姶砰y，同時通知家人及小區(qū)物業(yè)管理部門。
(3)防盜報(bào)警
防盜報(bào)警的防護(hù)區(qū)域分成兩部分，即住宅周界防護(hù)和住宅內(nèi)區(qū)域防護(hù)。住宅周界防護(hù)是指在住宅的門、窗上安裝門磁開關(guān)，在對外的玻璃窗、門附近安裝玻璃破碎探測器；住宅內(nèi)區(qū)域防護(hù)是指在主要通道、重要的房間內(nèi)安裝被動紅外探測器或被動紅外／微波雙技術(shù)探測器。當(dāng)家中有人時，住宅周界防護(hù)的防盜報(bào)警設(shè)備(門磁開關(guān)、玻璃破碎探測器)設(shè)防，住宅內(nèi)區(qū)域防護(hù)的防盜報(bào)警設(shè)備(紅外探測器或被動紅外／微波雙技術(shù)探測器)撤防。當(dāng)家人出門后，住宅周界防護(hù)的防盜報(bào)警設(shè)備(門磁開關(guān)、玻璃破碎探測器)和住宅內(nèi)區(qū)域防護(hù)的防盜報(bào)警設(shè)備(被動紅外探測器或被動紅外／微波雙技術(shù)探測器)均設(shè)防。當(dāng)有非法侵入時，家庭控制器發(fā)出聲光報(bào)警信號，并通知家人及小區(qū)物業(yè)管理部門。另外，通過程序可設(shè)定報(bào)警裝置的等級和報(bào)警器的靈敏度。
(4)訪客對講
住宅的主人通過訪客對講設(shè)備與來訪者進(jìn)行雙向通話或可視通話，確認(rèn)是否允許來訪者進(jìn)人。住宅的主人利用訪客對講設(shè)備，可以對大樓入口門或單元門的門鎖進(jìn)行開啟和關(guān)閉控制。
(5)緊急求救
當(dāng)遇到意外情況(如疾病或有人非法侵入)發(fā)生時，按動報(bào)警按鈕向小區(qū)物業(yè)管理部門進(jìn)行緊急求救報(bào)警。緊急求救信號在網(wǎng)絡(luò)傳輸中具有最高的優(yōu)先級別，由于是人在緊急情況下的求救信號，其誤報(bào)的可能性很小
4智能家居控制系統(tǒng)類型
4．1系統(tǒng)類型
智能家庭控制系統(tǒng)可分成采用公共電話網(wǎng)的智能家庭控制系統(tǒng)、HFC的智能家庭控制系統(tǒng)、以太網(wǎng)的智能家庭控制系統(tǒng)、LonWorks的智能家庭控制系統(tǒng)、KS485的智能家庭控制系統(tǒng)、無線網(wǎng)的智能家庭控制系統(tǒng)等類型。
4．2基本特點(diǎn)、功能、適用范圍
(1)采用公共電話網(wǎng)的智能家庭控制系統(tǒng)采用公共電話網(wǎng)的智能家庭控制系統(tǒng)圖參見國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)<智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)施工圖集》03X602第14頁。
·基本特點(diǎn)：家庭智能控制器內(nèi)配置了與電話線連接的收發(fā)器，利用電話網(wǎng)絡(luò)作為信息傳輸網(wǎng)。該系統(tǒng)不僅在功能上能完全滿足要求，而且大大地簡化了布線，可以節(jié)省布線的投資。
·系統(tǒng)組成：系統(tǒng)由系統(tǒng)服務(wù)器、家庭控制器(內(nèi)置了與電話線連接的收發(fā)器)、路由器、收發(fā)器、各種探測器、各種傳感器、各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)、打印機(jī)等組成。
·系統(tǒng)功能：實(shí)現(xiàn)家庭通信、家庭設(shè)備自動控制、家庭安全防范。
·適用范圍：該系統(tǒng)適用于新建、擴(kuò)建的智能化住宅(小區(qū))工程，且特別適用于改造的智能化住宅(小區(qū))工程，利用原有的電話線就可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信號的共網(wǎng)傳輸。
(2)采用HFC的智能家庭控制系統(tǒng)
采用HFC的智能家庭控制系統(tǒng)圖參見國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)<智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)施工圖集》03X602第15頁。
·基本特點(diǎn)：家庭智能控制器內(nèi)配置了CableModem，利用有線電視的HFC網(wǎng)絡(luò)作為信息傳輸網(wǎng)。該系統(tǒng)不僅在功能上能完全滿足要求，而且大大地簡化了布線，可以節(jié)省布線的投資。
HFC網(wǎng)絡(luò)采用共享方式，其共享帶寬為36Mbps。當(dāng)上網(wǎng)人數(shù)較多時，上網(wǎng)的速度會變慢。由于CableModem設(shè)備費(fèi)用較高，用戶網(wǎng)絡(luò)的開通費(fèi)用高。
·系統(tǒng)組成：系統(tǒng)由系統(tǒng)服務(wù)器、家庭控制器(內(nèi)置了CableModem)、路由器、電纜調(diào)制解調(diào)器頭端設(shè)備CMTS、有線電視傳輸網(wǎng)絡(luò)、各種探測器、各種傳感器、各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)、打印機(jī)等組成o
·系統(tǒng)功能：實(shí)現(xiàn)家庭通信、家庭設(shè)備自動控制、家庭安全防范。
·適用范圍：該系統(tǒng)適用于新建、擴(kuò)建的智能化住宅(小區(qū))工程，且特別適用于改造的智能化住宅(小區(qū))工程，僅將原有的有線電視HFC網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行雙向改造，就可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和圖像信號的共網(wǎng)傳輸。
(3)采用以太網(wǎng)的智能家庭控制系統(tǒng)
采用以太網(wǎng)的智能家庭控制系統(tǒng)圖參見國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)<智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)施工圖集》03X602第16、17頁。
·基本特點(diǎn)：家庭智能控制器內(nèi)配置了以太網(wǎng)網(wǎng)卡，利用以太網(wǎng)作為信息傳輸網(wǎng)。以太網(wǎng)同時支持住戶計(jì)算機(jī)和智能家庭控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅在功能上能完全滿足要求，而且大大地簡化了布線，可以節(jié)省布線的投資。
以太網(wǎng)傳輸速率較高，傳輸速率有10Mbps、100Mbps等。根據(jù)傳輸距離的要求，由小區(qū)物業(yè)管理中心至各樓交換機(jī)采用5類以上4對對絞線、多模光纜或單模光纜，由交換機(jī)至家庭控制器采用超5類4對對絞電纜。
·系統(tǒng)組成：系統(tǒng)由系統(tǒng)服務(wù)器、家庭控制器、路由器、交換機(jī)、各種探測器、各種傳感器、各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)、打印機(jī)等組成。
·系統(tǒng)功能：實(shí)現(xiàn)家庭通信、家庭設(shè)備自動控制、家庭安全防范。
·適用范圍：該系統(tǒng)適用于新建、擴(kuò)建和改造的智能化住宅(小區(qū))工程，用以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和圖像信號的雙向傳輸。
(4)采用LonWorks的智能家庭控制系統(tǒng)采用LonWorks的智能家庭控制系統(tǒng)圖參見國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)《智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)施工圖集如3X602第21、22、23頁。
·基本特點(diǎn)：采用一個覆蓋全部ISO／OSI標(biāo)準(zhǔn)七層通信協(xié)議、開放性的LonWork總線技術(shù)，一臺系統(tǒng)服務(wù)器最多可連接127臺LONWorks路由器，一臺LonWorks路由器最多可連接63臺家庭控制器。每臺家庭控制器為LonWork一個通道上的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)包括有神經(jīng)元(NEURON)芯片、振蕩器、電源、一個通過媒介通信的收發(fā)器和與監(jiān)控設(shè)備接口的I／O設(shè)備(電路)、存儲器等。
LonWorks直接通信距離可達(dá)2700m(雙絞線、78Kbps)，其通信傳輸速度最大可達(dá)1．25Mbps(此時有效傳輸距離為130m)。LonWorks路由器至小區(qū)物業(yè)管理中心線路長度超過2700m時，需在總線上加裝中繼器。傳輸線通常采用雙絞線，根據(jù)需要也可采用同軸電纜或電力線。
·系統(tǒng)組成：由系統(tǒng)服務(wù)器、家庭控制器、路由器、LonWorks路由器、交換機(jī)、各種探測器、各種傳感器、各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)、打印機(jī)等組成。
·系統(tǒng)功能：實(shí)現(xiàn)家庭通信、家庭設(shè)備自動控制、家庭安全防范。
·適用范圍：該系統(tǒng)特別適用于新建、擴(kuò)建的智能化住宅(小區(qū))工程。
(5)采用KS485的智能家庭控制系統(tǒng)
采用KS485的智能家庭控制系統(tǒng)圖參見國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)<智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)施工圖集>03X602第18、19、20頁。
·基本特點(diǎn)：KS485串行接口總線為主從式網(wǎng)絡(luò)，它的通信為半雙工、采用雙向單信道連接方式。RS485串行接口總線的傳輸介質(zhì)采用雙絞線，它可以高速地進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，傳輸速度與傳輸距離的技術(shù)指標(biāo)如下：傳輸速率為10Mbit／s時，最大傳輸距離是12m；傳輸速率為1Mbit／s時，最大傳輸距離是120m；傳輸速率為100kbit／s時，最大傳輸距離是1200m。
·系統(tǒng)組成：由系統(tǒng)服務(wù)器、家庭控制器、路由器、通訊器、控制器、各種探測器、各種傳感器、各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)、打印機(jī)等組成。
·系統(tǒng)功能：實(shí)現(xiàn)家庭通信、家庭設(shè)備自動控制、家庭安全防范。
·適用范圍：該系統(tǒng)特別適用于新建、擴(kuò)建的智能化住宅(小區(qū))工程。
(6)采用無線網(wǎng)的智能家庭控制系統(tǒng)
采用無線網(wǎng)的智能家庭控制系統(tǒng)圖參見國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)<智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)施工圖集>03X602第24、25頁。
·基本特點(diǎn)：利用無線作為信息傳輸網(wǎng)，該系統(tǒng)不僅在功能上能完全滿足要求，而且從系統(tǒng)服務(wù)器至家庭控制器、家庭控制器至各種現(xiàn)場末端裝置均采用無線傳輸方式，小區(qū)、樓內(nèi)、戶內(nèi)無需布線，施工簡單，可以節(jié)省施工的投資。
無線網(wǎng)的工作頻率符合IEEE802．11b標(biāo)準(zhǔn)要求。
·系統(tǒng)組成：由系統(tǒng)服務(wù)器、家庭控制器、無線收發(fā)器、各種探測器、各種傳感器、各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)、打印機(jī)等組成。
·系統(tǒng)功能：實(shí)現(xiàn)家庭通信、家庭設(shè)備自動控制、家庭安全防范。
·適用范圍：該系統(tǒng)適用于新建、擴(kuò)建的智能化住宅(小區(qū))工程，且特別適用于改造的智能化住宅(小區(qū))工程，不用敷設(shè)線路就可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信號的傳輸。
5系統(tǒng)設(shè)計(jì)及產(chǎn)品選用要點(diǎn)
5．1智能家庭控制系統(tǒng)類型的選用
新建、擴(kuò)建的智能化住宅(小區(qū))工程，宜采用LonWorks的智能家庭控制系統(tǒng)、以太網(wǎng)的智能家庭控制系統(tǒng)或采用RS485的智能家庭控制系統(tǒng)。改造的智能化住宅(小區(qū))工程，宜采用公共電話網(wǎng)的智能家庭控制系統(tǒng)、HFC的智能家庭控制系統(tǒng)或無線網(wǎng)的智能家庭控制系統(tǒng)。
5．2家庭控制器的選用
家庭控制器的選用主要包括功能、總線技術(shù)及模塊化設(shè)計(jì)、擴(kuò)展功能、可按用戶的基本要求進(jìn)行配置等方面的選用要求。
(1)家庭控制器功能的選用
家庭控制器通常具有以下功能：
·家庭防盜報(bào)警；
·家庭火災(zāi)報(bào)警；
·家庭燃?xì)庑孤秷?bào)警；
·家庭緊急求助；
·遠(yuǎn)程設(shè)防與撤防；
·遠(yuǎn)程報(bào)警；
·訪客對講；
·家用電器監(jiān)控；
·家用表具數(shù)據(jù)采集及處理；
·空調(diào)機(jī)監(jiān)控；
·接入網(wǎng)接口；
·小區(qū)電子公告；
·信息查詢；
·家用設(shè)備報(bào)修等。
(2)家庭控制器功能的選擇
在工程設(shè)計(jì)中，家庭控制器功能的選擇可參見下表所示。
5．3總線技術(shù)及模塊化設(shè)計(jì)
·家庭控制器要求采用總線技術(shù)，如LonWorks、R5485、BACnet、C^NBlls、CEBus、X一10；
·家庭控制器要求采用模塊化設(shè)計(jì)，以便用戶可以根據(jù)需求選擇不同的模塊完成不同的功能。
5．4擴(kuò)展功能
家庭控制器要有一定的擴(kuò)展功能，考慮能適應(yīng)今后發(fā)展的需要。
5．5可按用戶的基本要求進(jìn)行配置應(yīng)能根據(jù)用戶提出有哪些被控設(shè)備及監(jiān)視控制要求(功能要求)等因素，來對家庭控制器組成進(jìn)行配置，包含模塊種類的選擇和各種模塊數(shù)量的選擇。6設(shè)備的安裝
6．1交換機(jī)、路由器、控制器、放大箱、分配箱、電話分線箱
這些設(shè)備均應(yīng)安裝在電氣豎井內(nèi)或公共走道的墻上(內(nèi))。
6．2家庭控制器
暗裝(或明裝)在墻內(nèi)(上)，其底邊距地面1．4m左右。家庭控制器應(yīng)設(shè)置在住戶大門附近(宜距戶門0．5m以內(nèi))，且容易操作(包括設(shè)防與撤防)的地方。
6．3可燃?xì)怏w探測器
安裝在廚房內(nèi)的燃?xì)夤艿?、灶具附近，?dāng)住戶使用的是天然氣，燃?xì)馓綔y器吸頂棚安裝在距頂棚300ram以內(nèi)的地方；當(dāng)住戶使用的是液化石油氣，燃?xì)馓綔y器安裝在距地面300mm以內(nèi)地方。
6．4感溫探測器設(shè)置在廚房內(nèi)，它吸頂棚安裝。
6．5感煙探測器設(shè)置在起居室、臥室等房間內(nèi)，它吸頂棚安裝。
6．6緊急按鈕開關(guān)
設(shè)置在起居室沙發(fā)和主臥室床頭附近的墻上，及衛(wèi)生間的墻上。緊急按鈕開關(guān)暗裝在墻內(nèi)，其底邊距地面0．5m~1．2m。
6，門(窗)磁開關(guān)
安裝在門扇和門框內(nèi)或窗扇和窗框內(nèi)。
6．8玻璃破碎探測器
安裝在窗戶和玻璃門(陽臺)附近的墻上或吸頂棚安裝。
6．9被動紅外侵入探測器和被動紅外／微波雙技術(shù)探測器
安裝在住戶的主要通道、重要的房間內(nèi)，它吸頂棚安裝或安裝在頂棚的墻角處。
6．10紅外遙控器
安裝在被控電器設(shè)備正面附近的墻上，距離不能超過紅外線工作范圍，且與電器設(shè)備之間沒有遮擋。
7工程設(shè)計(jì)實(shí)例
以二室戶型為例介紹戶內(nèi)的智能家庭控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)采用康居住宅先進(jìn)級(3A)。采用以太網(wǎng)的家居控制系統(tǒng)，家庭控制器與戶內(nèi)各模塊之間采用R．$485總線，家庭控制器可通過電話線或計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)接收控制指令、發(fā)出信息，所選用的家庭控制器具有可視訪客對講功能。家居控制系統(tǒng)圖參見國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)<智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)施工圖集>03X602第17頁，二室戶型家居控制平面圖參見圖1、2所示，家庭控制器與室內(nèi)設(shè)備的連接參見圖3所示。
在起居廳、臥室設(shè)置了感煙探測器，廚房設(shè)置了感溫探測器、可燃?xì)怏w探測器，各房間的窗戶、陽臺推拉門上及附近設(shè)置了門(窗)磁開關(guān)和玻璃破碎探測器，起居廳設(shè)置了被動紅外侵入探測器，起居廳、臥室、衛(wèi)生間設(shè)置了緊急按鈕開關(guān)。對電、水、燃?xì)膺M(jìn)行計(jì)量；可對餐廳、起居廳、臥室的燈進(jìn)行控制；當(dāng)可燃?xì)怏w探測器探測到有燃?xì)庑孤┖螅?lián)動控制關(guān)閉燃?xì)夤艿郎想姶砰y、開啟排煙風(fēng)機(jī)；當(dāng)有各種探測器報(bào)警后，聯(lián)動警報(bào)發(fā)聲器發(fā)出報(bào)警聲音。
家庭控制器共提供13路輸入：電度表(電度表安裝在照明配電箱內(nèi))、燃?xì)獗?、熱能表、可燃?xì)怏w探測器、感溫探測器、感煙探測器、緊急按鈕開關(guān)、被動紅外侵入探測器、玻璃破碎探測器各1路，水表、門(窗)磁開關(guān)各2路。
家庭控制器共提供7路輸出：警報(bào)發(fā)聲器控制1路、燃?xì)夤艿郎想姶砰y控制1路、排煙風(fēng)機(jī)控制1路、照明控制4路。
一、引言
目前，人們?yōu)榧彝ド钪昧吮洹㈦娨?、洗衣機(jī)、熱水器、凈水機(jī)、抽油煙機(jī)、可視電話等自動化電器設(shè)備，提升了家庭生活的智能化水平，采用智能家居控制系統(tǒng)可以提高自動化管理、控制電器設(shè)備的能力，更好地方便用戶控制家庭設(shè)備，保證家庭設(shè)備的自動化、正常化運(yùn)行。
二、智能家居監(jiān)控報(bào)警控制系統(tǒng)硬件功能設(shè)計(jì)
目前，許多家庭購置了防盜門窗和智能化家電，同時安裝了功能完善的火災(zāi)煙霧傳感器，因此可以利用物聯(lián)網(wǎng)將這些自動化設(shè)備集成在一起，開發(fā)一個智能家居監(jiān)控報(bào)警控制系統(tǒng)，具體的系統(tǒng)硬件功能包括以下幾個方面：
2.1設(shè)備信息采集功能
電視機(jī)、冰箱、門窗防盜器、火災(zāi)煙霧器等設(shè)備上安裝了傳感器，利用傳感器可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能，經(jīng)過電壓轉(zhuǎn)換、信號放大整形、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換等，將其發(fā)送給單片機(jī)信號分析處理器。在采集信號的過程中，為了保證信號采集的準(zhǔn)確性，傳感器將外界信息轉(zhuǎn)換成電信號，其中的電信號包括相關(guān)的數(shù)字信號和模擬信號，可以直接使用電器隔離可以直接使用電器隔離發(fā)送給單片機(jī)或微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行有效的處理；可以使用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將多路被測量的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，再經(jīng)過相關(guān)的單片機(jī)或或微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以實(shí)時地監(jiān)控相關(guān)信息。
2.2設(shè)備操作控制命令管理功能
設(shè)備信息采集完畢之后，為了保證設(shè)備的正常運(yùn)行，可以根據(jù)單片機(jī)的分析和處理結(jié)果，發(fā)送設(shè)備操作控制命令，比如如果發(fā)現(xiàn)熱水器的溫度高，可以發(fā)送降低溫度的操作命令；如果發(fā)生了火災(zāi)，煙霧報(bào)警器就可以及時鳴笛或發(fā)送短信，通知居民使用滅火器撲救或通知消防隊(duì)。
三、智能家居監(jiān)控報(bào)警控制系統(tǒng)軟件功能設(shè)計(jì)
智能家居監(jiān)控報(bào)警控制系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的軟件功能包括系統(tǒng)初始化、模擬摘掛機(jī)、控制電器、雙音頻信號分析處理器、信號音提示、振鈴檢測計(jì)數(shù)任務(wù)處理，系統(tǒng)初始化可以完成控制系統(tǒng)接入設(shè)備參數(shù)初始化，以便能夠?qū)崿F(xiàn)對信息的精準(zhǔn)控制；模擬摘掛機(jī)可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)報(bào)警提示，控制電器可以實(shí)現(xiàn)操作控制命令的生成和發(fā)出，雙音頻信號分析處理器可以實(shí)現(xiàn)對音頻信號的處理和操作；信號音提示可以實(shí)現(xiàn)報(bào)警器聲音的輸入輸出；振鈴檢測計(jì)數(shù)任務(wù)處理可以實(shí)現(xiàn)振鈴的響應(yīng)和處理，利用這些功能可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)、信息處理。
結(jié)束語：智能家居控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對家用電器設(shè)備的遠(yuǎn)程控制、可視化交互、報(bào)警控制，保障了智能家居設(shè)備的安全運(yùn)行、可靠運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)家居生活的便捷化、信息化、共享化和智能化，具有重要的作用和意義。
中圖分類號：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）02（b）-0032-01
智能家居也叫智能住宅，英文叫 Smart Home。也可以叫做網(wǎng)絡(luò)家庭、電子家庭、家庭自動化等等。智能家居首先由美國、歐洲等經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)的國家提出來的。其目標(biāo)就是：“通過家庭內(nèi)部的一個智能系統(tǒng)，將各種信息家電連接起來進(jìn)行集中的或異地的監(jiān)視控制”。
本文智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，穩(wěn)定可靠的硬件是基礎(chǔ)，也是系統(tǒng)的重要組成部分。我們做系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的時候，要考慮到它實(shí)現(xiàn)我們需要的各項(xiàng)功能，還要考慮到系統(tǒng)升級所需要的多端口和空間；還有，在設(shè)計(jì)智能家居系統(tǒng)的時候，硬件設(shè)計(jì)還要兼顧到軟件設(shè)計(jì)的方便和易開發(fā)等條件。
本文設(shè)計(jì)的智能家居系統(tǒng)分為主機(jī)和分機(jī)兩個部分。主機(jī)采用ARM9芯片S3C2440作為CPU，分機(jī)采用ARM9芯片CC2430作為控制器。系統(tǒng)整體框圖如圖1所示。
主機(jī)MCU S3C2440采用了ARM920t 的內(nèi)核，0.13 um的CMOS標(biāo)準(zhǔn)宏單元和存儲器單元。它低功耗，簡單，全靜態(tài)設(shè)計(jì)非常適合于對智能家居這樣低成本、低功率設(shè)計(jì)的應(yīng)用。它采用了新的總線架構(gòu) （AMBA）。S3C2440的優(yōu)點(diǎn)是核心處理器（CPU），是一個由Advanced RISC Machines 有限公司設(shè)計(jì)的16/32位ARM920T的RISC處理器。ARM920T實(shí)現(xiàn)了MMU，AMBA BUS和Harvard高速緩沖體系結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)具有獨(dú)立的16KB指令Cache和16KB 數(shù)據(jù)Cache。S3C2440為智能家居系統(tǒng)提供一套完整的通用系統(tǒng)外設(shè)，減少整體系統(tǒng)成本和盡可能少的配置額外的組件。
本智能家居系統(tǒng)主機(jī)MCU S3C2440的設(shè)備有人機(jī)接口LCD觸摸屏，用來發(fā)送指令或處理接受到的分機(jī)的指令；USB攝像頭是智能家居系統(tǒng)的監(jiān)控單元，能實(shí)時的監(jiān)控周圍的環(huán)境，由于USB攝像頭監(jiān)控的視頻畫面所占存儲空間較大，所以我們還需外加存儲器來存儲視頻畫面。
本智能家居系統(tǒng)主機(jī)與分機(jī)間的聯(lián)系采用Zigbee無線通信。Zigbee是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的新技術(shù)。Zigbee是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗個域網(wǎng)協(xié)議。這個協(xié)議規(guī)定的都是短距離、低功耗的一種曲線通信技術(shù)。Zigbee具有距離近、復(fù)雜度低、自組織、功耗低、數(shù)據(jù)低、成本低的特點(diǎn)。一般會被自動控制和遠(yuǎn)程控制等領(lǐng)域使用，可以嵌入各種設(shè)備?？傊?，ZigBee就是一種便宜的，低功耗的近距離無線組網(wǎng)通訊技術(shù)。
本系統(tǒng)采用的Zigbee技術(shù)有自動組網(wǎng)的功能，比如每人持有一個Zigbee網(wǎng)絡(luò)模塊終端，只要他們彼此間在網(wǎng)絡(luò)模塊的通信范圍內(nèi)，通過彼此自動尋找，很快就可以形成一個互聯(lián)互通的Zigbee網(wǎng)絡(luò)，由于人員的移動，彼此間的聯(lián)絡(luò)還會發(fā)生變化，對原有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行刷新，所以本系統(tǒng)的主機(jī)與分機(jī)在一定范圍內(nèi)可完成實(shí)時通信；ZigBee網(wǎng)絡(luò)采用動態(tài)路由的方式，動態(tài)路由，就是指網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆窂剑⒉皇穷A(yù)先設(shè)定的，而是傳輸數(shù)據(jù)前，通過對網(wǎng)絡(luò)當(dāng)時可利用的所有路徑進(jìn)行搜索，并決定它們的遠(yuǎn)近，然后選擇其中的一條路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在實(shí)際工業(yè)現(xiàn)場，往往預(yù)先確定的傳輸路徑，隨時都可能發(fā)生變化，或者因各種原因路徑被中斷了，或者過于繁忙不能進(jìn)行及時傳送，動態(tài)路由結(jié)合網(wǎng)狀網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，就可以很好解決這個問題，從而保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸；Zigbee技術(shù)使用網(wǎng)狀網(wǎng)通信方式，網(wǎng)狀網(wǎng)通信實(shí)際上就是多通道通信，在實(shí)際工業(yè)現(xiàn)場，由于各種原因，往往并不能保證每一個無線通道都能夠始終暢通，就像城市的街道一樣，可能因?yàn)檐嚨?，道路維修等，使得某條道路的交通出現(xiàn)暫時中斷，此時由于我們有多個通道，車輛（相當(dāng)于我們的控制數(shù)據(jù)）仍然可以通過其他道路到達(dá)目的地，而這一點(diǎn)對智能家居系統(tǒng)非常重要。
CC2430是一個真正的系統(tǒng)芯片（SoC）CMOS解決方案。這種解決方案能夠提高性能并滿足以ZigBee為基礎(chǔ)的2.4 GHz ISM波段應(yīng)用，及對低成本，低功耗的要求。它結(jié)合一個高性能2.4 GHz DSSS（直接序列擴(kuò)頻）射頻收發(fā)器核心和一顆工業(yè)級小巧高效的8051控制器。CC2430在單個芯片上整合了ZigBee射頻（RF）前端、內(nèi)存和微控制器。
CC2430使用的是基于低-中頻結(jié)構(gòu)之上的接收器，經(jīng)過低噪聲放大器將從天線接收的RF信號放大并且下變頻變?yōu)? MHz的中頻信號。中頻信號通過濾波、放大，然后經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號。自動增加控制，信道過濾，在數(shù)字領(lǐng)域完成解調(diào)，這樣會獲得高精確度，增加空間利用率。工作在2.4 GHz ISM波段的不同系統(tǒng)可以在集成模擬通道濾波器下良好共存。
位映射和調(diào)制在發(fā)射模式下的完成是按照IEEE 802.15.4的規(guī)范進(jìn)行的。利用數(shù)字方式完成調(diào)制（和擴(kuò)頻）。進(jìn)過D/A轉(zhuǎn)換器的被調(diào)制的近代信號再經(jīng)過單邊帶調(diào)制器的低通濾波和直接上變頻，轉(zhuǎn)變?yōu)樯漕l信號。最后，片內(nèi)功率放大器會把高頻信號發(fā)達(dá)到可以設(shè)計(jì)的水平。
參考文獻(xiàn)
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1 智能家居的概念
智能家居是指利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、綜合布線技術(shù)，將與家居生活有關(guān)的各種子系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合在一起，通過統(tǒng)籌管理，讓家居生活更加舒適、安全、有效。與普通家居相比，智能家居不僅具有傳統(tǒng)的居住功能，提供舒適安全、高品位且宜人的家庭生活空間；還由原來的被動靜止結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂心軇又腔鄣墓ぞ?，提供全方位的信息交互功能，幫助家庭與外部保持信息交流暢通，優(yōu)化人們的生活方式，幫助人們有效安排時間，增強(qiáng)家居生活的安全性、舒適性，甚至合理控制各種能源的使用。
2 物聯(lián)網(wǎng)智能家居控制系統(tǒng)的工作原理
智能家居控制系統(tǒng)是以有線和無線的形式連接起來的信息傳輸網(wǎng)絡(luò)為硬件平臺，各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為軟件支撐平臺，通過現(xiàn)場總線把家庭生活中使用的通信設(shè)備、家居設(shè)備、家庭安全防范設(shè)備連接成一個完整的、能夠?qū)崿F(xiàn)自動控制的一個控制系統(tǒng)。通過這個控制系統(tǒng)將整個家庭中能夠連接到網(wǎng)絡(luò)是的所有電氣設(shè)備有機(jī)的整合到一起，并對這些設(shè)備進(jìn)行有效的控制，形成功能完善的智能家居系統(tǒng)。智能家居在網(wǎng)絡(luò)的幫助下，形成與外界的溝通渠道，以實(shí)現(xiàn)與外界的智能家居電器的信息交互。從而滿足用戶對家居實(shí)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，對家用電器遠(yuǎn)程控制和狀態(tài)查詢，滿足人們對安全，舒適，便利的生活需求。
3 物聯(lián)網(wǎng)智能家居控制系統(tǒng)采用的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居控制系統(tǒng)主要使用了三控制種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，包括RS-485總線技術(shù)，以太網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和GSM遠(yuǎn)程監(jiān)控報(bào)警網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。
3.1 RS-485總線的家居設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
RS-485串行總線標(biāo)準(zhǔn)，可以使智能家居設(shè)備通信距離從十幾米延長為幾公里，這完全符合家居設(shè)備對互聯(lián)要求。有線的RS-485總線通信，結(jié)構(gòu)相對簡單，價(jià)格比較便宜，數(shù)據(jù)傳輸速率和通信距離適當(dāng)。但是，使用RS-485總線技術(shù)互聯(lián)的家居設(shè)備的前提，是要確定要互聯(lián)的設(shè)備是即插即用設(shè)備。在整個家居系統(tǒng)中，嵌入式系統(tǒng)作為中繼器，負(fù)責(zé)通過與RS-485總線互連的串行端口管理家用終端接入模塊的作用。該系統(tǒng)采用嵌入式ARM處理器為總線主控設(shè)備，RS-485網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)主從網(wǎng)絡(luò)，通過輪詢的方式檢查各個接入設(shè)備的狀態(tài)信息，無論何時保證僅存在一對主機(jī)和從機(jī)之間的通信，即接收數(shù)據(jù)或發(fā)送數(shù)據(jù)。家用設(shè)備作為總線從機(jī)設(shè)備，包括單片機(jī)控制器，接入檢測電路和信號調(diào)節(jié)電路。接入檢測電路，是為了滿足智能家居終端對家居設(shè)備移除及新設(shè)備接入的檢測，實(shí)現(xiàn)家居設(shè)備的即插即用功能。
3.2 GPRS的遠(yuǎn)程報(bào)警網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
GPRS是通用分組無線服務(wù)技術(shù)的簡稱，俗稱“2.5G”，是位于第二代和第三代移動通訊技術(shù)之間的通信技術(shù)。是用戶可用一種GSM移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。與GSM的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)相比，有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1）傳輸速率高，連接方便。GPRS通過使用GSM網(wǎng)絡(luò)中，沒有被使用的TDMA信道，傳輸速率得到保證，可連56至114Kbps。GSM網(wǎng)絡(luò)使用電路交換數(shù)據(jù)模式時，在通信兩端建立物理鏈路，并維持該鏈路到通信結(jié)束。GPRS在傳送數(shù)據(jù)過程中，是把數(shù)據(jù)包劃分成若干個分組之后，再進(jìn)行傳送的。這樣容易獲得更高數(shù)據(jù)速率，并且投資較小。進(jìn)一步說，無線通信裝置不必在它們之間附加中間設(shè)備，就可以方便地傳輸數(shù)據(jù)。
（2）資源利用率高。GPRS使用分組交換通信，通信過程中把數(shù)據(jù)分成具有一定長度的數(shù)據(jù)包。數(shù)據(jù)包頭部包含了地址信息表明該分組發(fā)往的目的地址。當(dāng)數(shù)據(jù)包分組到達(dá)時，根據(jù)該地址信息，尋找臨時可用信道資源來傳輸數(shù)據(jù)，而無需預(yù)先分配信道。
4 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究
所謂智能家居的控制系統(tǒng)實(shí)際上充分應(yīng)用了模塊化的設(shè)計(jì)原理，如此一來其層次相對較為清晰、容易調(diào)試、維護(hù)以及對其功能進(jìn)行充分的擴(kuò)展與程序的不斷移植，另外也能夠有效的提升處理器的對工作的執(zhí)行效率。當(dāng)前控制系統(tǒng)主要以QT/Embedded作為其GUI的研發(fā)主要手段，能夠充分實(shí)現(xiàn)本地圖形的用戶界面，同時實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制和設(shè)置。在系統(tǒng)充分運(yùn)行同時初始化順利完成之后，控制系統(tǒng)會對現(xiàn)階段的狀態(tài)實(shí)施分析研究，如果為正常運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)，那系統(tǒng)會自動運(yùn)行對應(yīng)的子程序段。反之則會使用GPRS模塊實(shí)施報(bào)警操作。在警報(bào)出現(xiàn)的情況下，其觸發(fā)的報(bào)警操作，此時系統(tǒng)打開全球定位系統(tǒng)設(shè)備同時實(shí)施初始化，另外依據(jù)用戶設(shè)置的有關(guān)信息實(shí)施短信報(bào)警或者電話報(bào)警。需要特別注意的是，為了能夠充分保證安全，一般情況下應(yīng)該使用嵌入式WebServer來對其進(jìn)行構(gòu)建，同時可以適當(dāng)加入密碼進(jìn)行驗(yàn)證。如此，用戶可以使用真正認(rèn)證的密碼以及用戶名，利用CGI來充分實(shí)現(xiàn)建立在WEB遠(yuǎn)程條件下的系統(tǒng)控制。
5 結(jié)束語
人類己進(jìn)入21世紀(jì)，在高度物質(zhì)文明的今天，追求環(huán)境綠色化、生活信息化己開成時尚，安全、舒適、方便、現(xiàn)代成為21世紀(jì)居家生活的象征。日益更新的現(xiàn)代科技的力量，打破了傳統(tǒng)的時空界線，借助計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和層出不窮的信息技術(shù)，改變了人類的生產(chǎn)、生活方式，科技正以超乎想象的速度更深刻地影響到人類的思維模式和生存狀態(tài)。建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)智能家居具有時代的前瞻性，順應(yīng)了當(dāng)今信息社會的潮流，對進(jìn)一步提高居民水平和生活質(zhì)量具有非常重要的意義，智能家居具有非常廣闊的發(fā)展前景。
參考文獻(xiàn)
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中圖分類號：TP311文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044(2008)05-10000-00
1 問題的提出
伴隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展與迅速普及，人們的生活方式正在發(fā)生深刻的變化。特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)的迅猛發(fā)展與提高，促使了家庭實(shí)現(xiàn)了生活現(xiàn)代化，居住環(huán)境舒適、安全、環(huán)保、節(jié)能。這些高科技已經(jīng)影響到人們生活的方方面面，改變了人們生活習(xí)慣，提高了人們生活質(zhì)量，家居智能化正是在這種形勢下應(yīng)運(yùn)而生。
智能家居應(yīng)該包含三方面的內(nèi)容：(1)信息產(chǎn)品的家電化，如機(jī)頂盒、Web游戲機(jī)、Web電視、Web電話，還有PC、掌上電腦、手持PC、可穿戴PC等所有能通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)交互信息的消費(fèi)類電子產(chǎn)品；(2)傳統(tǒng)家電的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化，如電冰箱、洗衣機(jī)、微波爐、太陽能熱水器等植入數(shù)字網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使之工作于家庭網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的基礎(chǔ)上；(3)基于家庭網(wǎng)絡(luò)環(huán)境開發(fā)出的新的應(yīng)用模式，如：家庭設(shè)備自動監(jiān)控、安全防范等。
目前，家居智能化發(fā)展的狀況如下：
日本是較早推動智能家居發(fā)展的國家之一，它較早地提出了家庭總線系統(tǒng)（ Home Bus System， 簡稱HBS ）的概念，成立了家庭總線(HBS)研究會，并在郵政省和通產(chǎn)省的指導(dǎo)下組成了HBS標(biāo)準(zhǔn)委員會，制定了日本的HBS標(biāo)準(zhǔn)。按照該標(biāo)準(zhǔn)，HBS系統(tǒng)由一條同軸電纜和4對雙絞線構(gòu)成，前者用于傳輸圖像信息，后者用于傳輸語音、數(shù)據(jù)及控制信號。
比較成型的總線標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議主要是美國公司提出的，包括Echelon 公司的LonWorks協(xié)議、電子工業(yè)協(xié)會(EIA)的CE總線協(xié)議(CEBuS )、Smart House LP的智能屋協(xié)議和X-10公司的X-10協(xié)議等。 LonWorks應(yīng)用范圍主要包括樓宇自動化、工業(yè)控制等，在組建分布式監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)方面有較好的性能，目前全球已建立的LonWorks節(jié)點(diǎn)已經(jīng)超過50萬個。在四種協(xié)議中，X-10是歷史最長且使用最簡單的一種，它于1978年誕生于美國，至今仍是美國家庭自動化的主導(dǎo)系統(tǒng)。之所以說X-10協(xié)議簡單是因?yàn)樗苯永米≌娏€作為控制總線，通過電力線將各控制器與各功能接口器相連并實(shí)現(xiàn)程序控制，不必再穿墻打孔，更有利于改變結(jié)構(gòu)空間，用戶可自己動手安裝，價(jià)格也比較低廉。而CEBuS 作為電子工業(yè)推廣協(xié)議，與歐洲的EHS標(biāo)準(zhǔn)同為歐美家庭自動化電子產(chǎn)品的行業(yè)推薦標(biāo)準(zhǔn)。
EIB歐洲電氣接線裝置總線智能控制系統(tǒng)，簡稱EIB?總線系統(tǒng)，是為電氣接線裝置專業(yè)打造的智能化控制系統(tǒng)。EIB總線系統(tǒng)作為歐洲安裝總線標(biāo)準(zhǔn)利用一條雙絞線作為控制總線，取代了傳統(tǒng)數(shù)量繁多的導(dǎo)線，使照明、調(diào)光、百葉窗、場景控制、用電負(fù)荷控制、保安、供熱系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能化，并成為一個完整的總線系統(tǒng)。
我國對家居智能化并沒有提出了統(tǒng)一的家庭總線系統(tǒng)，家電行業(yè)到目前為止，對于家居智能化的發(fā)展與先進(jìn)國家相比，比較落后；科研投入不夠，因而，真正家居智能家電產(chǎn)品不多。可以認(rèn)為，我國對家居智能化研究正處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。
2 建立適合中國家庭的智能總線標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)想
家居智能化有三大作用：其一、實(shí)現(xiàn)安全、智能化、人性化的近程及遠(yuǎn)程控制；其二、實(shí)現(xiàn)家用電器的節(jié)能；其三、實(shí)現(xiàn)信息共享。
家庭智能化要求諸多家電和網(wǎng)絡(luò)能夠彼此相容，總線協(xié)議是其精髓所在，只有接口暢通，家電才能“聽懂”人發(fā)出的指令，因此總線標(biāo)準(zhǔn)的物理層接口形式是智能家居亟待解決的重要問題之一。智能家電控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)面臨著兩方面的問題：(1)家庭信息需求的具體化，即數(shù)字家庭的概念模型到實(shí)際模型，國內(nèi)外都進(jìn)行了一些有益的探索；(2)技術(shù)解決方案，包括網(wǎng)絡(luò)接入方案和設(shè)備互連方案。
智能家庭控制系統(tǒng)是以網(wǎng)絡(luò)為物理平臺，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)為技術(shù)平臺，現(xiàn)場總線為應(yīng)用操作平臺，構(gòu)成一個完整的集家庭通信、家庭設(shè)備自動控制、家庭安全防范等功能的控制系統(tǒng)。其總體目標(biāo)是通過采用計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)和集成技術(shù)建立一個由家庭到小區(qū)乃至整個城市的綜合信息服務(wù)和管理系統(tǒng)，以此來提高住宅高新技術(shù)的含量和居民居住環(huán)境水平。
我們應(yīng)對建立適合中國家庭的智能總線標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行深入研究，在了解、研究世界范圍智能家庭控制的發(fā)展的同時提出并建立中國的智能總線標(biāo)準(zhǔn)，為我國的智能家居發(fā)展提供標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)指導(dǎo)。筆者認(rèn)為中國家庭的智能總線可以參照日本的HBS和美國X-10協(xié)議制定我國的智能家居標(biāo)準(zhǔn)。通常智能家居系統(tǒng)內(nèi)部傳輸接口可以通過兩種傳輸途徑來實(shí)現(xiàn)：其一是無線傳輸方式；其二是有線傳輸方式。我們可將家居用電設(shè)備基于控制特性分成若干類，這里包括網(wǎng)絡(luò)化的信息產(chǎn)品、傳統(tǒng)家電和基于家庭網(wǎng)絡(luò)環(huán)境開發(fā)出的新的應(yīng)用產(chǎn)品，由此，可以根據(jù)這些家電的特點(diǎn)，建起立家庭的智能總線。
首先建立中國的智能總線標(biāo)準(zhǔn)及協(xié)議，目前，家庭有電力線、電話線、網(wǎng)絡(luò)線以及視頻線，這些網(wǎng)線系統(tǒng)，筆者認(rèn)為可以作為中國家庭的智能總線的載體，標(biāo)準(zhǔn)及協(xié)議可以分成三個部分，傳統(tǒng)家電以電力線、電話線為控制載體，可以實(shí)行短命令控制方式；網(wǎng)絡(luò)化的信息產(chǎn)品、基于家庭網(wǎng)絡(luò)環(huán)境開發(fā)出的新的應(yīng)用產(chǎn)品以網(wǎng)絡(luò)線為控制載體，實(shí)行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制方式；至于視頻及安全防范系統(tǒng)，則應(yīng)以網(wǎng)絡(luò)線以及視頻線為控制載體，實(shí)行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制方式。下圖是智能家居控制系統(tǒng)的框圖。
圖1 智能家居控制系統(tǒng)的框圖
3 實(shí)現(xiàn)智能家居控制常見的技術(shù)與設(shè)想
對于智能家居控制，在建立智能總線標(biāo)準(zhǔn)及協(xié)議之后，對家電的控制關(guān)鍵在于接口，目前國際上流行的物理層系列接口主要包含無線射頻（RF）、電力載波（PL）、雙絞線（RS485等）、專用線IEEE 1394 、IEEE1394b、利用IEEE 1394 的HAVI 、藍(lán)牙技術(shù)（Bluetooth）、無線通信以太網(wǎng)（IEEE802.11）、X11、無線通信HomeRF(Home Radio Frequency)、紅外線技術(shù)等，這些接口涵蓋了從以智能設(shè)備監(jiān)控為代表的低速數(shù)據(jù)鏈路接口和以家庭多媒體娛樂和視頻監(jiān)控為代表的高速數(shù)據(jù)鏈路接口。從過往控制效果分析來看，電力載波（PL）、雙絞線（RS485等）、藍(lán)牙技術(shù)（Bluetooth）、無線通信以太網(wǎng)（IEEE802.11）、X11、紅外線技術(shù)等比較適合智能家居控制，因此，在今后的研究中，我們應(yīng)該加強(qiáng)對相關(guān)技術(shù)在家居控制的接口的深入研究，制定中國智能家居控制長遠(yuǎn)規(guī)劃，統(tǒng)一制定全國的接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)并研發(fā)相關(guān)的接口IC，以利于中國智能家居控制的發(fā)展?fàn)畲?。下面筆者就一些接口技術(shù)做一些深入的探討。
1)電力載波
電力載波主要使用兩種方式：窄帶通訊方式和擴(kuò)頻通訊方式。窄帶通訊技術(shù)價(jià)格低廉并且較為容易實(shí)現(xiàn)；擴(kuò)頻通訊技術(shù)在抗干擾性能上擾于窄帶通訊，但技術(shù)復(fù)雜。使用電力載波應(yīng)用于智能化網(wǎng)絡(luò)家電控制中有許多優(yōu)點(diǎn)：（1）可以利用現(xiàn)有的電力線組網(wǎng)；（2）因?yàn)椴槐刂匦虏季W(wǎng)，所以可以節(jié)約財(cái)力、物力和人力；（3）易于實(shí)現(xiàn)；（4）目前市場上已經(jīng)有多種電力載波芯片，可以擇優(yōu)選用。
但是將電力載波應(yīng)用到智能化網(wǎng)絡(luò)家電控制中還存在許多技術(shù)難點(diǎn)：（1）如何設(shè)計(jì)基于電力載波控制的智能化家電網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)；（2）如何制定電力載波通訊協(xié)議,使得它們之間能夠相互可靠地傳遞信息；（3）如何克服電力載波固有的信號衰減、阻抗失配以及等幅振蕩干擾等問題；（4）如何設(shè)計(jì)電力線接口（PowerLine Interface,簡稱PLI）。
2)藍(lán)牙技術(shù)
藍(lán)牙技術(shù)是由藍(lán)牙SIG(Special Interest Group)聯(lián)合制定的近距離無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，其目的是實(shí)現(xiàn)最高數(shù)據(jù)傳輸速率1Mb/s(有效數(shù)據(jù)傳輸速率是721kb/s)、最大傳輸距離為10米(增加功率后可傳輸100米)的無線通信。藍(lán)牙技術(shù)具有以下幾個特點(diǎn)：工作于2.4GHz的ISM(工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)頻段)頻段，無需申請頻率許可證；采用1600hop/s的快速跳頻技術(shù)；采用正向糾錯編碼(FEC)技術(shù)；采用FM調(diào)制方式，設(shè)備簡單；支持點(diǎn)到點(diǎn)、點(diǎn)到多點(diǎn)通信；協(xié)議體系完備，充分支持現(xiàn)有高層協(xié)議；設(shè)備體積小,便于攜帶或移動,成本低廉。基于藍(lán)牙技術(shù)的家居智能網(wǎng)絡(luò)是用近距離的無線通信技術(shù)取代線纜，構(gòu)建智能化的無線家居網(wǎng)絡(luò)。
藍(lán)牙家居網(wǎng)絡(luò)使藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)家電、藍(lán)牙通信控制器和其它嵌入藍(lán)牙模塊的設(shè)備，利用無線方式連在一起,使之相互通信；同時，利用具有路由功能的藍(lán)牙家庭網(wǎng)關(guān)和外部網(wǎng)絡(luò)相連,構(gòu)成家庭式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)或家庭局域網(wǎng)，提供集中的或異地的音頻、視頻通信、計(jì)算機(jī)控制和管理等，使信息在家庭內(nèi)以及與外部之間充分流通和共享。藍(lán)牙分布式智能家居網(wǎng)絡(luò)是沿用工業(yè)控制方案，將控制功能下放到相當(dāng)于工業(yè)控制中下位機(jī)的藍(lán)牙通信控制器上，實(shí)現(xiàn)分散控制、集中管理的模式。
藍(lán)牙智能家居網(wǎng)絡(luò)中由于藍(lán)牙技術(shù)和信息處理技術(shù)的局限，其缺點(diǎn)也是不可忽視的。其表現(xiàn)如下：由于每臺藍(lán)牙設(shè)備最多同時只能和7臺設(shè)備保持連接，而藍(lán)牙通信控制器需要和較多的設(shè)備交互，如果想和更多的設(shè)備協(xié)調(diào)，需要工作模式的轉(zhuǎn)換，影響處理效率，甚至導(dǎo)致通信失??；由于同一設(shè)備可能接受很多信息，如果微處理器對信息采用排隊(duì)處理，時間延遲將增加；在藍(lán)牙分布式智能家居網(wǎng)絡(luò)中，藍(lán)牙通信控制器之間、藍(lán)牙通信控制器和藍(lán)牙設(shè)備之間、藍(lán)牙設(shè)備都有信息傳遞，造成串?dāng)_，同時通信路數(shù)越多，串?dāng)_越大，通信距離和傳輸速率都隨之降低。
3)射頻（RF）技術(shù)與紅外技術(shù)
射頻（RF）技術(shù)成熟度高、成本低廉，穿透性也非常好，但缺點(diǎn)是沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各公司的通信協(xié)議都不一樣；紅外技術(shù)非常成熟、具有很好的靈活性和可移動性，成本也非常低廉，但受到障礙物的限制，沒有穿透性，方向性較差，也沒有標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議。目前，由于無線射頻無需增加附加的布線資源，數(shù)據(jù)傳輸性能可靠且成本低廉，因而成為目前最現(xiàn)實(shí)和最受歡迎的物理層接口形式之一?？梢灶A(yù)見，隨著無線方式的逐漸成熟，它將在未來取代有線通信，成為家庭網(wǎng)絡(luò)的最佳連接方式。
家電的控制關(guān)鍵在于接口，接口的關(guān)鍵在于由協(xié)議做成的控制集成電路，我國在半導(dǎo)體集成電路生產(chǎn)的研究水平較低，所以，今后，一定要從基礎(chǔ)抓起，抓緊對家智能控制集成電路芯片的研究與生產(chǎn)；另外，也可利用現(xiàn)有相關(guān)技術(shù)，對家智能控制集成電路芯片進(jìn)行開發(fā)，目前，有若干的集成電路芯片，可用于家電的智能控制，如電力載波控制的芯片，ARM技術(shù)芯片，以及目前較為常見單片機(jī)芯片。
很簡單的講，您家里空調(diào)、電視、DVD每樣設(shè)備都單獨(dú)使用一臺遙控器，我們是否能夠把他們幾合一呢？豈不是更加方便？管理這么一堆設(shè)備從軟件上來講肯定是復(fù)雜的多了，從硬件方面當(dāng)然也需要功能更加強(qiáng)大、功耗極低、價(jià)格更廉價(jià)的處理器來支持，32位的ARM處理器能夠輕松完成以上需求。嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域顯然已經(jīng)成為另一種科學(xué)，也由于網(wǎng)絡(luò)與通訊的高速進(jìn)步，帶動了信息家電，信息工業(yè)的潮流，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)成為不可或缺的生活必需品。
圖2ARM嵌入式應(yīng)用于各行業(yè)框圖
ARM公司并不生產(chǎn)芯片，他向芯片制造商提供知識產(chǎn)權(quán)，優(yōu)異的體系結(jié)構(gòu)和開放的平臺，使ARM處理器應(yīng)用非常廣泛，各大公司都同時投入大量的人力研究ARM內(nèi)核的處理器，這不同于CPU幾乎由2家公司壟斷生產(chǎn)，ARM處理器的選擇范圍非常寬廣，同內(nèi)核可以選擇任意一家廠商的芯片。由于多家的支持努力，基于ARM內(nèi)核的處理器芯片外設(shè)非常豐富，這個用戶帶來了極大的方便，很多情況都可以一個芯片就可以完成全部的資源需求。
ARM處理器的優(yōu)點(diǎn)，ARM處理器本身是位設(shè)計(jì)，但也配備16位指令集。一般來講存儲器比等價(jià)位代碼節(jié)省，然而保留了32位系統(tǒng)的所有優(yōu)勢。 ARM的Jazelle技術(shù)使Java加速得到比基于軟件的Java虛擬機(jī)(JVM)高得多的性能，和同等的非Java加速核相比功耗降低80％。 CPU功能上增加DSP指令集提供增強(qiáng)的16位和32位算術(shù)運(yùn)算能力，提高了性能和靈活性。ARM內(nèi)核最初是位手持通訊設(shè)備設(shè)計(jì)的，所以他的功耗非常低。
由上可看出ARM技術(shù)是一個以開放性源代碼進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)的芯片，只要抓緊開發(fā)，我們就能開發(fā)適應(yīng)與家電智能控制中央處理的芯片。
目前，單片機(jī)器件技術(shù)發(fā)展很快，例如單片機(jī)器件STC12C5410AD系列內(nèi)設(shè)置1TCPU、12K閃存、有A/D轉(zhuǎn)換、PWM輸出、16位定時器等許多功能，其最大優(yōu)點(diǎn)是可以用C語言與匯編語言混合編程，這些都為研發(fā)智能家電芯片提供方便，因此，筆者認(rèn)為，單片機(jī)器件可以用于家居智能控制的單元型控制芯片。
4 結(jié)論
隨著智能化技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)家居智能控制的各方面條件更加成熟，筆者對家居智能控制的發(fā)展提出一些想法，相信對從事家居智能控制設(shè)計(jì)的人員會有一些幫助。
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中圖分類號： TN911?34； TH811.2 ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； 文章編號： 1004?373X（2014）23?0009?04
Abstract： A new smart home control system is designed in this paper. In this system， CC2530 is used as the master control chip， and the communication between a master machine and a slave machine is realized through ZigBee wireless technology. The slave machine gathers indoor parameters on temperature， humidity and work condition of household appliances by various kinds of sensors， and sends them to the master machine. The master machine analyzes the data from slave machine and turns electrical appliances on or off by issuing a control signal to the relay control module. Furthermore， the data from slave machine can be transmitted through a serial port to PC for storage and display. The practical test indicates that the system can realize fast detection of temperature and humidity， as well as monitoring and control of household appliances. This system with low?cost and high?practicality has good promotional value.
Keywords： ZigBee； CC2530； smart home； wireless communication
0 ； 引 ； 言
智能家居控制系統(tǒng)就是在住宅中融合自動化控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)于一體的網(wǎng)絡(luò)化智能化的家居控制系統(tǒng)，能為用戶提供一個更簡單更便捷的接口來操控家庭電器。比如，通過PC、手機(jī)甚至是語音控制家中的電器設(shè)備，而且可以設(shè)置一些場景規(guī)則，使多個設(shè)備基于同一場景模式進(jìn)行協(xié)同工作[1?2]。另一方面，智能家居系統(tǒng)中的各種設(shè)備都是聯(lián)網(wǎng)的，可以相互通信，利用多個設(shè)備協(xié)同工作，形成一個閉環(huán)的自動控制系統(tǒng)。用戶只需要對其簡單設(shè)置將其初始化，便可以自動運(yùn)行，這給用戶帶來最大程度的高效、便利、舒適與安全[3?4]。
基于智能家居具有非常強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值，本文設(shè)計(jì)了一套基于ZigBee無線通信技術(shù)的智能家居控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能收集家中溫度、濕度以及家用電器的工作狀態(tài)等參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對家用電器的智能控制。系統(tǒng)用兩個CC2530無線單片機(jī)模塊組成上下位機(jī)。下位機(jī)連接各種傳感器，負(fù)責(zé)收集溫度、濕度和電器工作狀態(tài)等參數(shù)并發(fā)送給上位機(jī)；作為系統(tǒng)的控制中樞，上位機(jī)連接繼電器控制模塊，負(fù)責(zé)接收和處理下位機(jī)傳過來的數(shù)據(jù)，并把控制信號下達(dá)給繼電器控制模塊來控制電器通斷。另外，上位機(jī)還能將接收的數(shù)據(jù)通過串口傳輸?shù)絇C進(jìn)行顯示和保存。
1 ； 系統(tǒng)設(shè)計(jì)和工作原理
本系統(tǒng)使用ZigBee無線傳輸技術(shù)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖1所示，可分為傳感器信號發(fā)射端（即下位機(jī)）和信號處理端（即上位機(jī)）。下位機(jī)由傳感器和一個ZigBee無線單片機(jī)模塊組成，讀取傳感器的數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)通過無線傳輸給上位機(jī)；上位機(jī)由一個ZigBee無線單片機(jī)模塊和繼電器控制模塊組成，處理和分析下位機(jī)發(fā)送來的數(shù)據(jù)，從而判斷打開或關(guān)閉自己所控制的工作電路，并且通過串口與PC進(jìn)行通信。
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圖1 系統(tǒng)組成框圖
2 ； 硬件設(shè)計(jì)
2.1 ； ZigBee無線單片機(jī)模塊
CC2530是一款真正意義上的針對IEEE 802.15.4和ZigBee應(yīng)用的片上系統(tǒng)解決方案，提供了一種可靠而又價(jià)格低廉的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)構(gòu)建方式。它集成了一種高性能的主流RF發(fā)射器、一款基于工業(yè)級的8051核心的微控制器、內(nèi)置可編程閃存、8 KB RAM、不低于32 KB的ROM和許多其他強(qiáng)大的功能。CC2530有多種操作模式，以使系統(tǒng)更好地降低功耗，更好地滿足實(shí)際應(yīng)用。操作模式間很短的切換時間也保證了非常低的能量消耗[5?6]。
2.2 ； 溫度測量模塊
目前常用的溫度傳感器主要有模擬式和數(shù)字式兩種。模擬式的溫度傳感器主要有PT100，它精度高，性能穩(wěn)定[7]，工作溫度在-200～650 ℃之間。但是由PT100構(gòu)成的溫度測量電路十分復(fù)雜，功耗和成本較大，而且普通測量對于溫度測量的精度要求并不是十分高，所以本設(shè)計(jì)選用電路較為簡單的數(shù)字式溫度傳感器DS18B20。該芯片是由美國Dallas半導(dǎo)體公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的一款數(shù)字式溫度傳感器[8]。溫度測量電路如圖2所示，采用DS18B20外部電源供電的方式，在DS18B20的數(shù)據(jù)總線上添加了一個4.7 kΩ的上拉電阻，這樣在這條數(shù)據(jù)線上接多個DS18B20時，也有足夠的電流驅(qū)動它們；而且其中一個DS18B20數(shù)據(jù)線短路時，該電阻也起到了限流保護(hù)電路的作用。
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圖2 溫度測量電路
2.3 ； 濕度測量模塊
濕度測量模塊感應(yīng)部分為HS1101濕度傳感器。HS1101是一種基于獨(dú)特工藝的電容元件，濕度變化引起電容兩極板間介電常數(shù)發(fā)生變化，從而引起HS1101電容值的變化。濕度測量電路如圖3所示。555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器輸出信號的頻率，隨2端口與地之間的電容變化而變化。將HS1101接入555定時器的2端口與地之間，就將電容值轉(zhuǎn)換成了輸出信號的頻率值。利用單片機(jī)可以測出555多諧振蕩器輸出信號的頻率，根據(jù)頻率值，就可以反算出電容值以及相對濕度值。
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圖3 濕度測量電路
2.4 ； 電器工作狀態(tài)感應(yīng)模塊
電壓感應(yīng)器需要與家用電器串聯(lián)在220 V交流工作電路中，而家用電器的工作電流少則幾百毫安，大則幾安培，所以要先利用電流互感器將220 V家用電器電路的電流感應(yīng)轉(zhuǎn)換為小電流。經(jīng)過如圖4所示電路，輸入電流轉(zhuǎn)換為一個單片機(jī)可以測量的小電壓。設(shè)電流互感器比例系數(shù)為[m][∶][n，]二極管正向?qū)〞r兩端的壓降為[UD，]那么對于[R9]兩端電壓[U9]有以下關(guān)系：
[U9=Iin?mn?R7-2UD?R9R8+R9]
電路使用全橋整流將50 Hz交流電路轉(zhuǎn)化為直流電路，根據(jù)不同家用電器的工作電流，來調(diào)節(jié)電位器[R7]和[R9，]使得穩(wěn)壓管D2處于擊穿狀態(tài)，從而獲得一個穩(wěn)定的電壓[U9。]輸出端的電解電容進(jìn)行了簡單的濾波，使輸出電壓更平穩(wěn)。
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圖4 電器工作狀態(tài)感應(yīng)模塊
2.5 ； 繼電器控制模塊
繼電器控制模塊電路設(shè)計(jì)如圖5所示。因?yàn)镃C2530輸出電流很小，無法直接驅(qū)動電磁繼電器，因此在輸出端接了一個三極管，利用共射放大電路將電流放大后送給電磁繼電器。電磁繼電器后端做了一個簡易的工作電路，工作電路工作則LED亮起。
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圖5 繼電器控制模塊電路
2.6 ； 串口通信電路
串口通信模塊的電路圖如圖6所示。MAX232芯片的11腳和12腳分別接CC2530芯片的P0_3和P0_2端口，這兩個端口除了作為普通I/O端口，還是CC2530的USART0串口通信接口[9]。通過設(shè)置CC2530的USART0相關(guān)寄存器，即可與電腦進(jìn)行通信。
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圖6 串口通信模塊電路
3 ； 軟件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)軟件也分上位機(jī)軟件和下位機(jī)軟件兩部分。
下位機(jī)主程序流程圖如圖7所示。與AT89S52單片機(jī)相比，CC2530 有多個晶振，啟動之初在CPU初始化中選擇適當(dāng)?shù)木д?，然后初始化射頻功能。CC2530可以在系統(tǒng)時鐘之外設(shè)置定時器時鐘，使之等于或小于系統(tǒng)時鐘，默認(rèn)狀態(tài)為等于系統(tǒng)時鐘。由于濕度測量時要精確定時到1 s，必須通過很多次系統(tǒng)中斷來完成這個定時。如果減小定時器時鐘，減少1 s內(nèi)所需中斷次數(shù)，能大大提高定時精度。
上位機(jī)初始化和下位機(jī)基本一致，只是多了一個串口初始化。上位機(jī)程序讀取繼電器控制的電器工作狀態(tài)，結(jié)合從下位機(jī)處收集的溫濕度數(shù)據(jù)對繼電器進(jìn)行控制，比如溫度高時打開空調(diào)，濕度低時打開加濕器等，而后將控制動作發(fā)生前的所有數(shù)據(jù)以及采取的動作通過串口傳輸至PC顯示出來。如果在PC端編寫相應(yīng)軟件則可通過PC做更加有效的報(bào)警。上位機(jī)流程圖如圖8所示。
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圖7 下位機(jī)主程序流程圖
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圖8 上位機(jī)程序流程圖
4 ； 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
經(jīng)過軟、硬件調(diào)試，系統(tǒng)成功地實(shí)現(xiàn)了溫濕度的測量和家用電器的監(jiān)視和控制。
用手按住DS18B20，PC端超級終端的溫度顯示情況如圖9所示，顯示的溫度值增加。由于DS18B20是數(shù)字式芯片且可靠性非常好，工作電壓為3～5.5 V，所以在正確驅(qū)動DS18B20之后，讀取溫度值一般即為比較準(zhǔn)確的溫度值。
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圖9 PC端超級終端溫度顯示
將濕度傳感器接入電路，朝濕度傳感器哈一口氣改變環(huán)境濕度值，PC超級終端接收到的濕度值變化情況如圖10所示，哈氣之后濕度值變高。
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圖10 PC端超級終端濕度顯示
將圖4中[R7]設(shè)定為1 kΩ，[R9]設(shè)定為50 kΩ在Multisim軟件中進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果如圖11所示。正弦波為[R7]兩端電壓波形，另一個波形為[R9]兩端電壓也就是最終輸出CC2530的電壓，從仿真結(jié)果可以看出，電路輸入0.5 s后輸出端電壓穩(wěn)定于3 V左右，可以被CC2530讀取。雖然輸出電壓0.5 s的上升時間有點(diǎn)長，但普通家用電器不需在短時間內(nèi)反復(fù)開關(guān)，所以本電路基本能達(dá)到智能家居控制系統(tǒng)的要求。
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圖11 仿真結(jié)果
5 ； 結(jié) ； 語
為了實(shí)現(xiàn)家居的智能管理，本文設(shè)計(jì)了一種監(jiān)控家庭溫度、濕度以及家用電器工作情況等參數(shù)的系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)證明，該系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確及時獲得溫度、濕度以及電器工作狀態(tài)各項(xiàng)參數(shù)，并且通過處理這些參數(shù)實(shí)現(xiàn)對部分家用電器的自動化控制。本系統(tǒng)基本完成了智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，其他參數(shù)的傳感測量、控制和本系統(tǒng)中的溫度、濕度等有很大的相似之處，附加相應(yīng)的傳感器即可。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，無線傳感芯片性價(jià)比進(jìn)一步提高，智能家居必會帶動家用電器領(lǐng)域的革命，使得家居生活更加便捷、美好。
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