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隨著智能化時代的到來，對于人們的生活方式來說發(fā)生了許多改變。而智能家居系統(tǒng)更是豐富著大眾的生活，使大眾的生活方式朝著舒適、安全、多樣化不斷發(fā)展。本文主要是對基于PLC技術(shù)和GSM技術(shù)的智能家居PLC控制系統(tǒng)，以此來實現(xiàn)PLC對智能家居設(shè)備控制、家居環(huán)境的實時檢測、安全防護等一些基本性的功能的智能化，以更好的提升家居的穩(wěn)定性和便捷性。
【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
1.1 系統(tǒng)設(shè)計的總體框架
隨著現(xiàn)代科技的不斷進步和發(fā)展，智能時代已經(jīng)到來。智能化已經(jīng)運用到各行各業(yè)，而智能家居正在滿足這消費者的需求。消費者在家居中逐漸追求實用性、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)境的實時檢測、安全防護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，通過遠程遙控。當用戶開動遙控時，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)生危險時，報警系統(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)，在運用SMS進行信息的交互，主要包括自動控制、信息采集和遠程控制三個部分。
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的正反轉(zhuǎn)來進行控制。比如以智能門為例，當用戶發(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)進行解讀，然后把信息傳遞給移動終端，如果檢測到危險信號，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進行串聯(lián)，再有GSM傳遞給用戶終端，發(fā)出報警信號，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
智能家居中PLC控制系統(tǒng)中的硬件設(shè)計主要是智能防盜門的硬件設(shè)計、傳感器系統(tǒng)的硬件設(shè)計和遠程監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)計。
1.2.1 智能防盜門的硬件設(shè)計
主要分為三個部分。第一，電源中硬件設(shè)計，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控制電動機的運作，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，轉(zhuǎn)換并接觸到電機的控制。
1.2.2 傳感器系統(tǒng)的硬件設(shè)計
這一硬件設(shè)計中主要包括PLC、溫濕度傳感器、煙霧傳感器等構(gòu)成。當室內(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 遠程監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)計
遠程監(jiān)控系統(tǒng)是通過PLC串口通訊方式與GSM進行信息的交互，并擴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、單片機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
智能家居中PLC控制系統(tǒng)中的軟件設(shè)計主要是智能防盜門的軟件設(shè)計、傳感器系統(tǒng)的軟件設(shè)計和遠程監(jiān)測系統(tǒng)的軟件設(shè)計三部分組成。
1.3.1 智能防盜門的軟件設(shè)計
智能防盜門中實現(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作，如果遇到的障礙是比較危險的，那么智能防盜門會啟動強制停止的功能，避免危險的發(fā)生。
1.3.2 傳感器系統(tǒng)的軟件設(shè)計
傳感器系統(tǒng)中的軟件的設(shè)計主要是通過各種傳感器對家居環(huán)境進行相應(yīng)的檢測，當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 遠程監(jiān)測系統(tǒng)的軟件設(shè)計
遠程監(jiān)測系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要包括AT命令、PLC中斷程序的設(shè)計。AT命令是通過配置MODEM和相應(yīng)的軟件共同工作以此來實現(xiàn)遠端系統(tǒng)完成相應(yīng)的信息。在PLC串口中斷程序的設(shè)計中，通過相應(yīng)的指令設(shè)計，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，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行解決，以滿足更多消費者的需求。
參考文獻
[1]李昊.智能家居PLC控制系統(tǒng)實現(xiàn)研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015（23）.
[2]唐義權(quán).基于PLC的智能家居網(wǎng)絡(luò)研究[D].寧波大學(xué)，2012.
[3]林承華，覃青生.基于GSM的遠程控制系統(tǒng)[J].電氣自動化，2012（01）.
[4]陳龍.智能家居自動控制與監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].內(nèi)蒙古大學(xué)，2015.
作者簡介
郭建英，男，山西省沁縣人。大學(xué)本科學(xué)歷，現(xiàn)為攀鋼集團有限公司技改與設(shè)備部助理工程師。主要研究方向為設(shè)備管理與維護，PLC控制，電氣（作者所學(xué)的專業(yè)是機械設(shè)計制造及其自動化）。
一、智能家居系統(tǒng)設(shè)計的流程
單片機系統(tǒng)是微機應(yīng)用產(chǎn)品化的最佳機種之一，其系統(tǒng)本身具備很多優(yōu)點。例如，較其他系統(tǒng)，單片系統(tǒng)的體積更小，成本更低，功能性更加強大，單片機所帶來的系統(tǒng)已經(jīng)在智能化產(chǎn)品工業(yè)制作中被廣泛應(yīng)用。并且隨著技術(shù)水平的不斷進步，逐漸完善的單片機系統(tǒng)能夠滿足設(shè)計過程中的各種要求。
在總體設(shè)計的流程中，外界信息經(jīng)過感應(yīng)器傳導(dǎo)，其信號內(nèi)容進行放大與整形，進一步傳導(dǎo)單片機信號分析處理，再由單片機系統(tǒng)與外部信息結(jié)構(gòu)進行指導(dǎo)交換，引導(dǎo)紅外與光電裝置，將信息內(nèi)容傳遞于執(zhí)行器件。在控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)控制器會接收到遠端傳遞過來的信號，并且對其解碼，再傳遞給中央處理系統(tǒng)。在控制系統(tǒng)的設(shè)計中，我們要充分考慮用戶使用的便捷性，在控制系統(tǒng)中添加語音提示操作系統(tǒng)，使用戶能夠在無人值守系統(tǒng)的情況下，更好地進行系統(tǒng)操作。
二、智能家居系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計
(一)傳感器應(yīng)用設(shè)計
傳感器的應(yīng)用設(shè)計，是家庭智能設(shè)計過程中的信號來源。在傳感器設(shè)計上，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品本身的特點添加各種感應(yīng)裝置。在智能家居系統(tǒng)中，火災(zāi)警報傳感器是設(shè)計的第一項，火災(zāi)煙霧傳感器的體積小、可靠性高，能夠及時將煙霧信號轉(zhuǎn)換為電信號，在智能家居的設(shè)計中，煙霧傳感器可以固定在每個房間的天花板或者墻壁上，將家居系統(tǒng)與小區(qū)或消防警報系統(tǒng)相鏈接，充分利用智能家居系統(tǒng)的安全性。
其次，我們要設(shè)立可燃氣體傳感器，將感應(yīng)器放置于廚房等氣體容易泄露的地方，監(jiān)視氣體疏通管道的安全性，如果發(fā)生天然氣泄露等情況，感應(yīng)器會自動關(guān)閉天然氣輸送管道閥門，并且向外界發(fā)出信號，及時通知家庭以及小區(qū)物業(yè)，降低財產(chǎn)損失。在可燃氣體感應(yīng)器設(shè)置上，利用氣體濃度來對天然氣等裝置進行監(jiān)控。在智能家居生活中，防盜報警系統(tǒng)可以分為兩部分，一部分是對家庭周圍環(huán)境的防護，例如周圍環(huán)境的監(jiān)視控制，門窗系統(tǒng)中的開關(guān)以及玻璃周圍的感應(yīng)系統(tǒng)等;另一部分是針對
家庭無人的情況，對于室內(nèi)的感應(yīng)防盜系統(tǒng)，利用紅外感應(yīng)裝置，在他人進入房間且未關(guān)閉監(jiān)控系統(tǒng)的情況下發(fā)出警報。在房間有人活動的時候，關(guān)閉室內(nèi)防盜系統(tǒng)，開啟室外防盜系統(tǒng)，在無人活動的情況下，室外系統(tǒng)與室內(nèi)系統(tǒng)均開啟，并且防盜系統(tǒng)的靈敏程度可以根據(jù)房屋周圍環(huán)境而設(shè)定。
(二)通訊接口應(yīng)用設(shè)計
智能家居的生活控制系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)通信電路需要完成信息的接受與發(fā)送、與計算機的溝通、與軟件的控制等幾個方面。分析模塊組成部分可以發(fā)現(xiàn)，GSM基帶處理器相較于供電模塊、閃存、天線接口等幾個部分而言是TC35的核心，GSM主要負責(zé)處理終點內(nèi)的語音與數(shù)據(jù)信號，并且在不需要額外增加電路支持的情況下，可以完成FR和EFR的編碼工作。
在連接方式上，TC35與單片機需要采用串行異步通信接口，使用紅外和通信電纜兩種傳輸方式進行傳輸。在整體的傳輸設(shè)計過程中，紅外接口的特點在于信號穩(wěn)定，接口之間相互獨立，使用方面抗干擾性強，不會對手機的通訊產(chǎn)生影響，缺點是傳輸?shù)木嚯x有限，傳播的方向受到接口的限制。而電纜連接的通訊裝置傳輸距離遠，可靠性高，不過缺點在于傳輸接口的電氣參數(shù)不兼容，設(shè)計過程中容易對手機的通訊產(chǎn)生影響。在接口的設(shè)計中，要分析家庭周圍的環(huán)境，考慮接口信號對于家庭通訊設(shè)備的影響，選擇合適的接口，應(yīng)力求將紅外接口與電纜接口進行結(jié)合，提高智能家居系統(tǒng)工作的效率。
(三)紅外線應(yīng)用設(shè)計
在系統(tǒng)設(shè)計的控制方面，可以加入更多的紅外設(shè)計理念，在智能家居設(shè)計中，紅外遙控器是被廣泛應(yīng)用的，但是在實際操作過程中，一個紅外遙控器所針對的只是特定的品牌產(chǎn)品，遙控器之間的兼容性很差，在新型智能家居設(shè)計中，可以利用紅外插座、紅外開關(guān)等產(chǎn)品，將電器的操作信號與電信號進行混合，利用紅外系統(tǒng)中的學(xué)習(xí)與記憶功能，使紅外插座成為信號傳遞的樞紐，同時利用單片機對遙控器發(fā)射出信號的波形進行測量，然后對測量數(shù)據(jù)進行反饋，從而提高遙控器的效率，實現(xiàn)家庭智能控制系統(tǒng)的優(yōu)化。
總之，在智能家居系統(tǒng)的設(shè)計中，首先要明確選擇系統(tǒng)的性質(zhì)，其次建立合理的設(shè)計流程。設(shè)計過程要符合信息技術(shù)的要求，并且最大化地提高用戶的使用效率。在應(yīng)用設(shè)計方面，分析傳感器的種類并選擇合適的連接端口，提高控制系統(tǒng)的靈敏度，并結(jié)合紅外線感應(yīng)技術(shù)，增強智能家居控制系統(tǒng)的完整性，使其能更好地提高人們生活質(zhì)量。
[關(guān)鍵詞]智能家居控制系統(tǒng) 研究 設(shè)計
中圖分類號：TU855 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）24-0098-01
目前，我國的智能家居控制系統(tǒng)已經(jīng)得到了一些有益的發(fā)展，智能家居市場也相繼出現(xiàn)，不斷的有相關(guān)智能家居產(chǎn)品問世，但是我國的智能家居產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景并不樂觀。這種問題聚焦為我國的智能家居產(chǎn)品的生產(chǎn)沒有一個全國通用的統(tǒng)一標準，每個智能家居生產(chǎn)廠家都根據(jù)自己公司的相關(guān)技術(shù)能力開發(fā)符合本公司特點的智能家居產(chǎn)品，這種產(chǎn)品生產(chǎn)的無規(guī)則性嚴重制約了智能家居的生產(chǎn)和開發(fā)。
一、智能家居控制系統(tǒng)的基本概述
（一）優(yōu)勢分析
與普通家居相比，智能家居不但保持了傳統(tǒng)家居的居住功能，而且還新增了建筑網(wǎng)絡(luò)通信，配備了信息化家電，實現(xiàn)了家居設(shè)備自動化。智能家居系統(tǒng)成為將系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、服務(wù)、管理融合為一體的高效率、高舒適度、高安全感、高方便性和具有環(huán)保性的新型居住環(huán)境。
（二） 需求分析
智能家居指的是利用嵌入式技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與通信技術(shù)，將智能家居的各子系統(tǒng)有機地與人們的日常家庭生活聯(lián)系在一起，通過綜合管理，增加人們生活和家居的舒適感與安全度。第一章論述了國內(nèi)智能家居系統(tǒng)的發(fā)展狀態(tài)。目前，智能家居系統(tǒng)通常是在高端酒店和住宅布局和安裝。智能家居系統(tǒng)在普通人家里的大規(guī)模推廣困難有兩個主要原因：布線復(fù)雜不利于完成住宅建設(shè)布局和安裝;系統(tǒng)單調(diào)，缺乏可以定制和個性化的服務(wù)。
二、智能家居控制系統(tǒng)技術(shù)
（一）無線組網(wǎng)技術(shù)
常見的構(gòu)建“無線家居”的無線通信組網(wǎng)技術(shù)如下：藍牙是一種支持設(shè)備短距離通信的無線電技術(shù)，是由東芝、愛立信、IBM、Intel、和諾基亞于1998年5月共同提出的近距離無線數(shù)據(jù)通訊技術(shù)標準。HomeRF是由HomeRF工作組開發(fā)的，適合家庭區(qū)域范圍內(nèi)，在PC和用戶電子設(shè)備之間實現(xiàn)無線數(shù)字通信的開放性工業(yè)標準[1]。Zigbee是ZigBee聯(lián)盟建立的技術(shù)標準，基于IEEE802.15.4標準，主要適用于自動控制和遠程控制領(lǐng)域。
（二）WIFI組網(wǎng)技術(shù)
WIFI無線網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)主要有兩種：分別是Ad-Hoc結(jié)構(gòu)模式和Infrastructure結(jié)構(gòu)模式。Ad-Hoc結(jié)構(gòu)是一種省去了無線AP（Accesspoint）而搭建起的對等網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。Infrastructure結(jié)構(gòu)是WIFI網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用最為廣泛的結(jié)構(gòu)，它是STA（工作站）和無線AP共同搭建起來的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，整個網(wǎng)絡(luò)成星狀，中間的無線AP起橋接作用，這樣所有的STA就可以通過無線AP與其它有線或無線網(wǎng)絡(luò)進行信息交互。本次設(shè)計采用的主要也是該模式[2]。
（三）WIFI無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)
WIFI無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由采集系統(tǒng)、WIFI無線網(wǎng)卡、ARM嵌入式系統(tǒng)、無線AP等四部分組成。所有測試節(jié)點通過控制WIFI無線網(wǎng)卡將測試數(shù)據(jù)傳輸?shù)綗o線接入點，再由無線接入點橋接轉(zhuǎn)發(fā)到遠端的控制臺。每個測試節(jié)點以ARM嵌入式系統(tǒng)作為控制中樞，嵌入式系統(tǒng)通過總線接口控制采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集，同時通過RS232接口控制WIFI無線網(wǎng)卡的數(shù)據(jù)收發(fā)。
三、智能家居控制系統(tǒng)方案設(shè)計
（一）智能家居控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計
本論文設(shè)計主要將智能家居控制系統(tǒng)主要分五個部分組成：電源部分、控制器模塊、各個功能子模塊、智能家居控制系統(tǒng)內(nèi)部通信以及智能家居控制系統(tǒng)外部通信。電源部分：電源部分是為整個智能家居控制系統(tǒng)供電，因此是硬件設(shè)計的重點，在控制設(shè)備設(shè)計中是用直流開關(guān)電源接220V電壓來接入設(shè)備為系統(tǒng)供電，現(xiàn)在的ARM處理器為了減少系統(tǒng)的功耗、便于電源管理，采取多組電源供電的方式來工作。控制器核心板：中央控制器是整個智能家居控制系統(tǒng)的核心，本設(shè)計采用嵌入式ARM-STM32F103芯片，通過一些預(yù)留I/O接口來連接其它功能子模塊，并可以在客戶需要其他功能時做出設(shè)備的擴展。功能子模塊：功能子模塊以控制器為核心，實現(xiàn)系統(tǒng)所需的特定功能，比如：智能燈光的控制、家庭電器設(shè)備的控制、室內(nèi)溫度及氣體的采集、遠程控制等。每個模塊的實現(xiàn)功能都是由控制器來發(fā)送指令。智能家居控制系統(tǒng)內(nèi)部通信：其主要實現(xiàn)的功能是完成中央控制器與功能子模塊之間的信息傳遞。經(jīng)過前面對有線與無線通信方式的分析與研究，本次設(shè)計采用無線通信方式做為智能家居控制系統(tǒng)的內(nèi)部通信方式，并結(jié)合無線通信特點，本設(shè)計采用WIFI以及串口通信做為內(nèi)部通信方式。智能家居控制系統(tǒng)外部通信：主要功能是實現(xiàn)用戶通過Internet遠程操作與控制家居設(shè)備，隨著我國目前寬帶網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展日趨完善，技術(shù)的不斷成熟，現(xiàn)階段我國常用的寬帶接入方式有兩種：ADSL、無線上網(wǎng)及常說的WIFI，因此在控制系統(tǒng)中采用這兩種方式，添加W5300網(wǎng)關(guān)模塊，并將WIFI作為其外部通信，以此來降低系統(tǒng)成本及復(fù)雜度。
（二）智能家居控制系統(tǒng)方案框圖
經(jīng)過對智能家居控制系統(tǒng)方案的選擇及技術(shù)手段的選定，下圖給出本次控制系統(tǒng)方案框圖。由圖可見，本次論文設(shè)計旨在實現(xiàn)的功能有：通過溫濕度傳感器采集房間的溫濕度、通過氣體傳感器采集空氣有害氣體濃度、通過光照傳感器測量房間光照度，通過無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)智能家居統(tǒng)控制系統(tǒng)同Internet網(wǎng)絡(luò)連接，并通過Yeelink網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)實時檢測與開關(guān)控制。
四、結(jié)語
總而言之，隨著社會的發(fā)展，人們的生活環(huán)境在受到越來越大的威脅，集中體現(xiàn)為人們的生活環(huán)境在不斷惡化，如果不對人們的生活環(huán)境進行高度重視，人類的可持續(xù)發(fā)展將受到嚴重威脅。所以世界各國紛紛采取了節(jié)能減排和低碳經(jīng)濟發(fā)展的策略。然而建筑作為人們?nèi)粘Ｉ钪械淖钪匾d體，其內(nèi)的能源消耗和碳排放是低碳經(jīng)濟發(fā)展的一個重要方面，所以應(yīng)該大力發(fā)展智能家居，在人們的居住環(huán)境方面對生活質(zhì)量進行改進。人們越來越追求生活質(zhì)量，所以用家庭智能化系統(tǒng)，具有重要的意義，也符合大眾的心聲。因此，智能家居控制系統(tǒng)有一個非常光明的前景，這也是本課題研究的意義。
參考文獻
[關(guān)鍵詞]智能化；控制系統(tǒng)；智能家居
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)，以計算機網(wǎng)絡(luò)和無線通信網(wǎng)絡(luò)為橋梁，全面實現(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，有必要運用現(xiàn)代化的高科技手段，加強住宅區(qū)的基礎(chǔ)建設(shè)，實現(xiàn)住宅區(qū)的信息自動化。
家居智能設(shè)計長久以來一直堅持的原則：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——強弱電分離。
智能化系統(tǒng)與安防實現(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，其實非?；鞚?。而且怎么才能讓衛(wèi)生間在每次進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)的污濁空氣進行定時更新，時刻保持室內(nèi)清新。
系統(tǒng)還可以對飲水機進行定時控制，避免水進行反復(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。
進行智能化設(shè)計后，您可以采用遙控器、電話、手機、電腦等多種操作模式對家里的燈光、飲水機以及電飯煲等家用電器進行控制，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)進行完美的結(jié)合，并針對兩者的優(yōu)缺點進行技術(shù)突破和改造，達到和諧統(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，進行不同的組合和功能擴展槽的串接，不需經(jīng)過重新布線便能通過簡單的多元化升級，以達到功能拓展的目的。與傳統(tǒng)的安裝方式相比，可達到一次安裝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，就可以實現(xiàn)遙控、場景控制、遠程控制、家居安防等各項功能。根據(jù)不同客戶的具體情況，設(shè)計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。只需輕點遙控，它便能為您的隱私起到第一層保護。
（3）空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)
酷暑炙熱的夏天驅(qū)車回家，當您停車入庫后，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)心因為工作的忙碌而忘記了你的花草寶貝。同時，系統(tǒng)還可以對游泳池的給排水進行控制，定時自動的對游泳池內(nèi)的水進行更換，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)場聲光報警并按預(yù)先設(shè)置好的報警電話號碼發(fā)送警訊給主人，并上傳警訊到報警中心。
（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)生的煙霧濃度達到一定系數(shù)時，便立即報警，并通過智能控制主機發(fā)送警訊給管理處和主人，并立即啟動火災(zāi)滅火系統(tǒng)來處置險情。
（4）燃氣探測器
若室內(nèi)燃氣發(fā)生泄露，并達到一定濃度時，主機接收到訊號后可自動切斷住戶家中的電源，并報警至消防監(jiān)控中心，立即通過發(fā)送警訊給管理處和主人，并立即啟動排氣扇通風(fēng)。
智能建筑在我國經(jīng)過十多年的發(fā)展，正面臨著前所未有的大好形勢。目前，絕大多數(shù)的智能家居產(chǎn)品尚處在發(fā)展初級階段，系統(tǒng)集成程度低、動作聯(lián)動性差、智能化水平差，甚至由于其功能的不完備，系統(tǒng)操作反而成為一種負擔(dān)。為了解決這些問題，本文詳細闡述了筆者親身設(shè)計并實現(xiàn)的智能家居系統(tǒng)――分布式智能家居系統(tǒng)。
一、分布式智能家居系統(tǒng)構(gòu)建背景
分布式控制系統(tǒng)DCS（Distributed Control System）采用多臺控制分機分別承擔(dān)不同的控制功能和處理范圍，不僅其處理能力大大提高，而且將危害及系統(tǒng)安全的因素降低。由于智能家居系統(tǒng)具有監(jiān)控點多、控制動作簡單、設(shè)備分布散、系統(tǒng)邏輯關(guān)系復(fù)雜等特點，系統(tǒng)運行需要協(xié)調(diào)大量被監(jiān)控對象之間的關(guān)系，這就需要應(yīng)用一種適合該系統(tǒng)特點要求的控制理論。于是，本設(shè)計采用工業(yè)上廣為使用的分布式控制系統(tǒng)來構(gòu)建智能家居系統(tǒng)。系統(tǒng)采用分級模塊的方式，可以使處理工作分散、協(xié)調(diào)工作統(tǒng)一、控制功能靈活機動、可靠性高、安裝靈活方便。采用分布式控制技術(shù)，系統(tǒng)分類分區(qū)的監(jiān)控可以分散系統(tǒng)處理器運算處理工作，減小誤報、誤控的發(fā)生。同時，分散的子系統(tǒng)各自獨立工作，可以避免系統(tǒng)一處故障全體癱瘓的情形出現(xiàn)。
1. 分布式控制系統(tǒng)在智能建筑中的應(yīng)用現(xiàn)狀
DCS在智能建筑中的應(yīng)用早已提出，所構(gòu)建系統(tǒng)控制分機采用可靠性較高的PC機作為控制分機及主機，系統(tǒng)功能強大、可靠性高。但是，智能家居系統(tǒng)不可能采用多臺PC機來構(gòu)建分布式控制系統(tǒng)，這就要求必須有分散的控制處理單元。加之其處理工作繁瑣但不復(fù)雜，故本文采用了處理能力簡單的AVR單片機為模塊處理器。所構(gòu)建的系統(tǒng)功能適用、性價比高、功能穩(wěn)定，完全可以達到要求。
2. 分布式智能家居的構(gòu)建思路
智能家居系統(tǒng)的設(shè)備量大、分布散、需要監(jiān)控的數(shù)量多，以及網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟的逐步發(fā)展，必將改變目前這種家用電器單機運作的模式。同時又考慮到家用電器的擺放及使用的靈活性，我們研究并提出了采用分布式控制技術(shù)解決方案。根據(jù)DCS的特點與智能家居系統(tǒng)的功能需要，選用了ATMEL公司生產(chǎn)的8位AVR單片機――ATmega8。
考慮到同類分機模塊的功能基本相同，我們設(shè)計了環(huán)境監(jiān)測分機模塊、監(jiān)控分機模塊、控制主機模塊。最后，據(jù)各子系統(tǒng)不同的功能要求分別編制對應(yīng)程序進行現(xiàn)場錄制，從而使各模塊真正具有功能齊全、經(jīng)濟合理、維護升級方便的特點。家庭內(nèi)各個被控單元與控制功能模塊連接，實現(xiàn)智能監(jiān)控，并且各模塊間建立聯(lián)系，最終通過控制主機模塊與PC機及電話等連接。主人可以通過遙控器、網(wǎng)絡(luò)、電話等監(jiān)控家庭安全及住宅環(huán)境狀況，遙控家用電器的運行。
二、分布式智能家居控制系統(tǒng)的構(gòu)建
為了綜合利用資源，模塊的設(shè)計采用了統(tǒng)分結(jié)合的指導(dǎo)思想，實現(xiàn)家居智能監(jiān)控可以簡化為監(jiān)測處理信息和實現(xiàn)控制功能。為了滿足家庭內(nèi)所有監(jiān)控功能，根據(jù)需要將所需監(jiān)控對象根據(jù)位置劃分，安裝相應(yīng)的分機模塊。
1. 系統(tǒng)構(gòu)建總體框架
系統(tǒng)功能根據(jù)監(jiān)控任務(wù)的不同分為三類：環(huán)境狀況監(jiān)測功能；設(shè)備開關(guān)監(jiān)控功能；信息處理及對外通信功能。據(jù)此，將家庭內(nèi)各處設(shè)備分類分區(qū)控制，并且模塊間均具有獨立的通信及控制功能，可以相互協(xié)作（如圖1所示）。例如，監(jiān)測模塊把所監(jiān)測到的信息發(fā)送到總線上，控制模塊接收并判斷實現(xiàn)控制功能?？刂浦鳈C模塊與家用PC及電話互通信息，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。
2. 系統(tǒng)構(gòu)建模塊
1）環(huán)境監(jiān)測分機模塊
設(shè)計環(huán)境監(jiān)測模塊，主要是因為環(huán)境參數(shù)受周圍電器工作和安裝位置的影響較大。為了防止檢測誤差，單獨安裝減小干擾作用。該模塊負責(zé)監(jiān)測住宅內(nèi)外的所有環(huán)境信息，包括溫度、濕度、亮度、煙霧、燃氣、噪音、風(fēng)速、空氣質(zhì)量、有人活動、玻璃破碎等參數(shù)。它還可以將所有的信息進行綜合分析，最后將結(jié)果總結(jié)，決定該采取何種控制動作并發(fā)送到總線上，比如環(huán)境監(jiān)測模塊檢測房間內(nèi)的溫度，同時與總線上傳來的室外溫度及天氣情況進行邏輯分析。如果室外溫度舒適而且空氣質(zhì)量好，未有刮風(fēng)下雨等，則該模塊就會發(fā)送打開該房間窗戶的命令。相反，如果天氣突然惡劣時，會發(fā)出關(guān)閉窗戶的命令。
2）設(shè)備監(jiān)控分機模塊
該模塊負責(zé)所分配區(qū)域所有設(shè)備的開關(guān)控制，并且進行設(shè)備控制效果監(jiān)控。將房間內(nèi)各個電器根據(jù)需要劃分為若干個區(qū)域，使用一臺分機控制。控制的內(nèi)容主要為照明、空調(diào)、窗戶、窗簾、電視、背景音樂及總電源開關(guān)等。分機接到命令或條件成立時，模塊實施控制動作，并且檢查控制效果。在正常運行期間，定時進行設(shè)備故障監(jiān)測，并且隨時匯報故障結(jié)果，同時進行故障記錄。比如上述情況中環(huán)境監(jiān)測模塊發(fā)送打開窗戶的命令時，相應(yīng)模塊便會打開窗戶，同時檢查是否成功打開，并且將結(jié)果發(fā)送到控制主機；如果有故障發(fā)生，則將故障結(jié)果發(fā)送到總線上等待處理，在未處理之前會隔一定時段再次匯報。
3）控制主機模塊
控制主機模塊為該系統(tǒng)的下位機的處理中心，它負責(zé)接收處理所有分機發(fā)送的信息，與上位機或電話聯(lián)系，實現(xiàn)報警或遠程監(jiān)控功能。當控制主機配裝液晶顯示器時，主人可以方便查看各設(shè)備的工作狀況、故障情況。并且，系統(tǒng)在沒有上位機的情況下仍能獨立的完成各項控制工作，從而保證了系統(tǒng)的可靠性及對環(huán)境的適應(yīng)性。當發(fā)生緊急情況時，該模塊要進行電話自動撥號報警。如果PC機打開的情況下還可以通過互聯(lián)網(wǎng)報警、監(jiān)視或監(jiān)聽等。
3. 系統(tǒng)通信方式
1）有線通信方式
該系統(tǒng)通信采用了RS-485總線。由于RS-485總線的可擴展性及工程安裝的簡單性、廉價性等特點，使得系統(tǒng)可以方便的實現(xiàn)各并聯(lián)連接功能模塊之間的通信，易于擴展、維護升級方便。保證了分機模塊間的順利通信協(xié)調(diào)工作之后，總線可以通過一個RS-485轉(zhuǎn)RS-232器件與計算機通信，實現(xiàn)系統(tǒng)與局域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)。
2）無線通信方式
該系統(tǒng)還采用了無線通信方式。無線數(shù)據(jù)傳輸電路由Nordic公司的單片UHF無線數(shù)據(jù)收發(fā)芯片NRF401及其電路構(gòu)成。NRF401采用FSK調(diào)制解調(diào)技術(shù)，其工作效率可達20kbit/s，且有兩個頻率通道供選擇，并且支持低功耗和待機模式。它不用對數(shù)據(jù)進行曼徹斯特編碼，其天線接口設(shè)計為差分天線，因而很容易用PCB來實現(xiàn)。采用該無線通信方式可以實現(xiàn)模塊間通信，還可靈活布置無線探測器及控制器。完全采用無線通信方式可以方便進行舊住宅房改造安裝，不會影響裝修并且省去布線的工作和費用。
三、系統(tǒng)軟件設(shè)計
本系統(tǒng)軟件主要由系統(tǒng)主機和系統(tǒng)分機的AVR程序及系統(tǒng)上位機控制系統(tǒng)與Internet網(wǎng)絡(luò)通訊程序組成。該系統(tǒng)正常工作時，用戶可以完全不必干預(yù)，也可通過分機操作接口、上位機操作系統(tǒng)接口界面控制，或通過Internet及電話方式進行遠程訪問監(jiān)控。
1. 下位機程序的編制
系統(tǒng)主機程序主要用于實現(xiàn)系統(tǒng)的總體通信調(diào)節(jié)控制功能，包括無線數(shù)據(jù)傳輸程序、分機采集匯報數(shù)據(jù)的收集處理轉(zhuǎn)發(fā)、緊急電話撥號報警、雙音頻編解碼程序、語音錄放程序、串行通訊程序、鈴流檢測與摘掛機控制程序、系統(tǒng)初始化程序、意外事件處理程序及接收上位機控制命令及匯報數(shù)據(jù)等。程序編制以消息驅(qū)動為主導(dǎo)思想。消息由計數(shù)器中斷1、外部中斷0和串行中斷產(chǎn)生，在中斷服務(wù)程序中應(yīng)按相應(yīng)的狀態(tài)位置位，而在消息循環(huán)中則應(yīng)按相應(yīng)的狀態(tài)位調(diào)用功能函數(shù)，然后由功能函數(shù)將相應(yīng)的狀態(tài)位清0并完成所需功能，并最后返回到消息循環(huán)中。其程序流程如圖5所示。該系統(tǒng)的分機程序和主機類似，故此不再詳述。
2. 上位機操作系統(tǒng)及其與Internet網(wǎng)絡(luò)遠程訪問程序的編制
上位機操作系統(tǒng)程序用C++語言在C++ Builder編譯環(huán)境中編制，系統(tǒng)帶有友好操作界面，可以通過鼠標方便的控制及查詢?nèi)魏渭揖釉O(shè)備的工作狀態(tài)等。通過Internet訪問部分通訊程序分為服務(wù)器和客戶端兩個程序。服務(wù)器程序主要完成客戶端與系統(tǒng)主機通訊的中轉(zhuǎn)，即將客戶端發(fā)來的控制或者查詢命令翻譯成系統(tǒng)主機能識別的格式；或者將系統(tǒng)主機收到的報警等信息上傳到客戶端，主要通過Internet網(wǎng)絡(luò)完成用戶的控制功能。客戶端程序是運行在遠端用戶的控制界面，主要用于完成家居內(nèi)狀態(tài)的顯示以及對家居內(nèi)電器的遠程控制，同時使客戶端直接連接到服務(wù)器。
四、結(jié)論
主要對基于物聯(lián)網(wǎng)的新型智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計展開了研究，從系統(tǒng)整體設(shè)計、系統(tǒng)硬件設(shè)計、嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)計和系統(tǒng)監(jiān)控頁面設(shè)計四方面對基于物聯(lián)網(wǎng)的新型智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計進行了詳細的介紹，以期能為相關(guān)設(shè)計提供參考和借鑒。
關(guān)鍵詞：
物聯(lián)網(wǎng)；智能家居控制系統(tǒng)；嵌入式網(wǎng)關(guān)；監(jiān)控頁面
隨著科技的不斷進步和社會信息化腳步的不斷加快，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)逐漸得到了迅速的發(fā)展，融合了信息采集、數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)分析、節(jié)能環(huán)保等一系列物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居控制系統(tǒng)也逐漸走進了人們的生活。智能家居控制系統(tǒng)是以信息傳輸網(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)場總線將家庭生活中所用的通信設(shè)備、家居設(shè)備和家庭安全防范設(shè)備連接起來的一種智能控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能滿足人們對家居環(huán)境安全性、方便性、舒適性和可控制性的需求，具有良好的市場前景。鑒于此，筆者將對智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計進行詳細的介紹。
1系統(tǒng)總體設(shè)計
根據(jù)智能家居控制系統(tǒng)的功能需求，將其分為四個子系統(tǒng)：①環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)，主要作用是將室內(nèi)的溫濕度、光照度等環(huán)境因素控制在適宜的范圍內(nèi)。②安防監(jiān)控子系統(tǒng)，主要作用是監(jiān)控室內(nèi)的防盜、火災(zāi)、燃氣泄漏等安全狀況。一旦出現(xiàn)緊急情況，系統(tǒng)將自動報警，且使執(zhí)行機構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)的動作。③遠程抄表子系統(tǒng)，主要作用是采集并顯示室內(nèi)的水、電、煤氣數(shù)據(jù)，月底發(fā)送數(shù)據(jù)報表。④供電控制子系統(tǒng)，主要作用是確保機電設(shè)備正常用電，并以室內(nèi)的溫濕度、光照度、安防等為對象進行優(yōu)化控制。在設(shè)計時，應(yīng)兼顧各個系統(tǒng)之間的交互聯(lián)動控制，在組態(tài)軟件Kingview的基礎(chǔ)上開發(fā)具有開放性的智能家居綜合管理系統(tǒng)。
2系統(tǒng)硬件設(shè)計
為實現(xiàn)上述智能家居的總體設(shè)計，采用無線傳感網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)ZigBee和嵌入式ARM技術(shù)構(gòu)建家庭WEB網(wǎng)關(guān)平臺，通過紅外傳感器、氣敏傳感器、濕敏傳感器、溫度傳感器和無線智能插座等設(shè)備實現(xiàn)相應(yīng)的功能。本文僅選擇其中兩個具有代表性的子系統(tǒng)來介紹具體的設(shè)計情況。
2.1環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)的設(shè)計環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)主要包括溫濕度和光照的檢測兩部分。溫濕度檢測是非常重要的一環(huán)，本設(shè)計選用數(shù)字式集成溫濕度傳感器SHT11來實現(xiàn)該功能。SHT11的檢測精度能夠滿足家庭使用需求，其檢測信號通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)傳送到家庭WEB網(wǎng)關(guān)平臺，并通過家庭網(wǎng)關(guān)進行后續(xù)信號的處理。無線傳感網(wǎng)絡(luò)采用ZigBee技術(shù)。ZigBee這種新型的無線網(wǎng)絡(luò)具有抗干擾、低功耗、易組網(wǎng)等特點，能夠滿足物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的需求。本設(shè)計選用的ZigBee芯片為CC2430芯片。該芯片是世界上首款符合ZigBee標準的射頻單芯片，其頻率為2.4GHz，由CHIPCON公司設(shè)計，適用于多種ZigBee標準的無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點以及與之相關(guān)的路由器、協(xié)調(diào)器和終端設(shè)備等。CC2430芯片集成度很高，只需較少的器件就可以組建一個完整的系統(tǒng)進行信號的接收和發(fā)送。在硬件電路的基礎(chǔ)上，配合相應(yīng)軟件就可以實現(xiàn)溫濕度信號的采集和報警。為了實現(xiàn)對溫濕度的檢測和控制，除了由上述溫濕度檢測電路向家庭網(wǎng)關(guān)傳送數(shù)據(jù)外，還需要設(shè)計一個接收控制命令的執(zhí)行機構(gòu)。本文選用以標準CC2430模塊為核心的智能插座，并在擴展繼電器控制電路，根據(jù)開關(guān)命令實現(xiàn)繼電器的通電和斷電。繼電器的通電和斷電由CC2430的一個輸出引腳控制。智能插座硬件節(jié)點電路如圖1所示。當三極管由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r，繼電器線圈會出現(xiàn)較大的感應(yīng)電勢，為了保護三極管，在繼電器兩端反向串聯(lián)一個續(xù)流二極管4418，以吸收該電勢。
2.2安防監(jiān)控子系統(tǒng)的設(shè)計安防監(jiān)控子系統(tǒng)的硬件電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。其中，氣敏傳感器負責(zé)檢測燃氣的泄漏情況。本設(shè)計選擇QM-N5型氣敏傳感器，當其檢測到燃氣泄漏時，電導(dǎo)率迅速升高，將此信號放大后通過CC2430模塊傳送給主控器。熱釋電紅外傳感器是基于熱電效應(yīng)的紅外傳感器，其熱電系數(shù)高于熱電偶，由傳感探測元、干涉濾光片和場效應(yīng)管匹配器三部分組成，通過配套的菲尼爾透鏡，能夠檢測到一定范圍內(nèi)的人體輻射，并進行防盜報警?；馂?zāi)報警選用煙霧傳感器，當檢測到煙霧時，傳感器的電阻值發(fā)生變化，并輸出相應(yīng)的信號進行報警。
3嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)計
物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)在智能家居控制系統(tǒng)中占據(jù)非常重要的地位，它起著承上啟下的作用，是連接服務(wù)器與終端設(shè)備的樞紐，且負責(zé)運營商網(wǎng)絡(luò)和家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的交互訪問。此外，用戶對家居設(shè)備的遠程控制和管理也需要通過物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)完成。本設(shè)計的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)采用S3C2440芯片作為主控制器。S3C2440是以ARM920T為核心的RISC微處理器。該芯片具有低功耗和高性能的特點，能夠滿足設(shè)計需求。家庭網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。主控制器S3C2440和ZigBee模塊、3G模塊的連接通過USB接口實現(xiàn)。
4監(jiān)控界面設(shè)計
利用北京亞控科技發(fā)展有限公司開發(fā)的組態(tài)軟件Kingview6.53來設(shè)計監(jiān)控界面。Kingview軟件是用于過程控制和數(shù)據(jù)采集的專用軟件，提供資源管理模式的操作界面，使用靈活，支持多種主流硬件設(shè)備，包括艾默生、歐姆龍、西門子等各廠家的PLC系列、智能儀表系列、智能模塊系列、板卡系列等。Kingview軟件具有較強的通信功能，并提供OPC接口、網(wǎng)絡(luò)等功能，在國內(nèi)市場占有很大的比例。
4.1基于Kingview的設(shè)備驅(qū)動設(shè)計Kingview軟件將與其通信的設(shè)備都看作是外部設(shè)備。為實現(xiàn)與外部設(shè)備的通信，Kingview軟件內(nèi)置了大量設(shè)備的驅(qū)動程序，以此作為通訊接口。在運行期間，Kingview軟件通過驅(qū)動程序和外部設(shè)備收發(fā)數(shù)據(jù)。每一個驅(qū)動程序都是Kingview軟件的一個COM對象。這種通信方式使驅(qū)動程序和Kingview軟件組成一個完整的系統(tǒng)。Kingview軟件驅(qū)動程序是其與硬件設(shè)備連接的樞紐，本設(shè)計中的通信協(xié)議采用小端模式，即默認數(shù)據(jù)格式為低字節(jié)數(shù)據(jù)在前。該協(xié)議定義了光強感測設(shè)備、燈光控制設(shè)備、溫濕度檢測設(shè)備、電能檢測設(shè)備、人體檢測設(shè)備、燃氣泄漏檢測設(shè)備、智能插座、幕布控制設(shè)備共八類設(shè)備。利用驅(qū)動加載工具將驅(qū)動加載到Kingview軟件中需要以下三步：①給該驅(qū)動配置一個描述文件（擴展名為.des）。該描述文件不能單獨使用和操作，只能配合驅(qū)動文件一起安裝使用。②在建好.des文件后，利用驅(qū)動開發(fā)包工具加載安裝驅(qū)動。③打開Kingview軟件的工程管理器，點擊“設(shè)備”，然后再點“新建”，出現(xiàn)“設(shè)備配置向?qū)А?，在“設(shè)備驅(qū)動”一欄即可看到新加載的驅(qū)動。
4.2基于Kingview的監(jiān)控界面設(shè)計監(jiān)控界面是使用者操控底層設(shè)備的界面，通過監(jiān)控界面可以實現(xiàn)對家居設(shè)備的全面檢測和實時控制。利用Kingview軟件開發(fā)工程的一般步驟如下：設(shè)計圖形界面，即定義畫面；定義設(shè)備；構(gòu)造數(shù)據(jù)庫，即定義變量；建立動畫連接；運行和調(diào)試。
5結(jié)束語
綜上所述，智能家居控制系統(tǒng)的應(yīng)用使得家庭生活更安全、方便，提高了人們的生活質(zhì)量，具有良好的應(yīng)用前景。本文設(shè)計的基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居控制系統(tǒng)不僅能夠?qū)⒄麄€家居中可連接到網(wǎng)絡(luò)的所有電氣設(shè)備有機整合到一起，并對這些設(shè)備進行有效控制，還能夠?qū)崿F(xiàn)對整個系統(tǒng)的實時監(jiān)控和管理，具有實現(xiàn)簡單、性能穩(wěn)定、適用范圍廣、安全、可靠等優(yōu)點，值得被廣泛推廣和應(yīng)用。
參考文獻
［1］姜宇航.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計［D］.長春：吉林大學(xué)，2014.
關(guān)鍵詞：智能家居 控制系統(tǒng) 嵌入式
中圖分類號：TP3 文獻標識碼：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)濟比較發(fā)達的國家提出來的。其目標就是：“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，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)計的時候，要考慮到它實現(xiàn)我們需要的各項功能，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)計智能家居系統(tǒng)的時候，硬件設(shè)計還要兼顧到軟件設(shè)計的方便和易開發(fā)等條件。
本文設(shè)計的智能家居系統(tǒng)分為主機和分機兩個部分。主機采用ARM9芯片S3C2440作為CPU，分機采用ARM9芯片CC2430作為控制器。系統(tǒng)整體框圖如圖1所示。
主機MCU S3C2440采用了ARM920t 的內(nèi)核，0.13 um的CMOS標準宏單元和存儲器單元。它低功耗，簡單，全靜態(tài)設(shè)計非常適合于對智能家居這樣低成本、低功率設(shè)計的應(yīng)用。它采用了新的總線架構(gòu) （AMBA）。S3C2440的優(yōu)點是核心處理器（CPU），是一個由Advanced RISC Machines 有限公司設(shè)計的16/32位ARM920T的RISC處理器。ARM920T實現(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MCU S3C2440的設(shè)備有人機接口LCD觸摸屏，用來發(fā)送指令或處理接受到的分機的指令；USB攝像頭是智能家居系統(tǒng)的監(jiān)控單元，能實時的監(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)主機與分機間的聯(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標準的低功耗個域網(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。一般會被自動控制和遠程控制等領(lǐng)域使用，可以嵌入各種設(shè)備。總之，ZigBee就是一種便宜的，低功耗的近距離無線組網(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)進行刷新，所以本系統(tǒng)的主機與分機在一定范圍內(nèi)可完成實時通信；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?，并不是預(yù)先設(shè)定的，而是傳輸數(shù)據(jù)前，通過對網(wǎng)絡(luò)當時可利用的所有路徑進行搜索，并決定它們的遠近，然后選擇其中的一條路徑進行數(shù)據(jù)傳輸。在實際工業(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行及時傳送，動態(tài)路由結(jié)合網(wǎng)狀網(wǎng)拓撲結(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)通信實際上就是多通道通信，在實際工業(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，可能因為車禍，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（相當于我們的控制數(shù)據(jù)）仍然可以通過其他道路到達目的地，而這一點對智能家居系統(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)范進行的。利用數(shù)字方式完成調(diào)制（和擴頻）。進過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)達到可以設(shè)計的水平。
參考文獻
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智能家居系統(tǒng)產(chǎn)品取代了傳統(tǒng)的燈光及家電控制模式，在為您提供安全保障的同時，讓您輕松享受生活。在外您可通過電話、電腦來遠程遙控您的家居，例如在回家的路上提前打開家中的空調(diào)和熱水器；到家開門時，借助門磁或紅外傳感器，系統(tǒng)會自動為您拉上窗簾、打開過道燈，讓家處于最佳的狀態(tài)迎接您的歸來；回到家里，通過遙控器您可以方便地控制房間內(nèi)的各種電器設(shè)備，設(shè)置所需的預(yù)置場景，讓懂得生活的您有更充裕的時間來享受更舒適的生活。
二、系統(tǒng)功能介紹
家庭遠程自動化控制和監(jiān)控功能
現(xiàn)代家庭擁有越來越多的家用電器設(shè)備，家庭智能化系統(tǒng)可以對這些家電設(shè)備進行遠程控制和監(jiān)控功能。業(yè)主可以根據(jù)需要以及光線的變化來控制電器設(shè)備和照明燈光的開或關(guān)，使用者還可以控制家中空調(diào)設(shè)備的啟停以及溫度的高低?？v使控制主機故障，只要系統(tǒng)電源不中斷，亦不影響其它家電設(shè)備及燈光的控制。避免因系統(tǒng)故障而對家居生活產(chǎn)生的影響。
多種控制方式
家庭智能化系統(tǒng)對家庭中的任何一件電器產(chǎn)品都可有五種控制方式來選擇，即：
1）直接操作智能模塊上的按鍵進行控制和調(diào)節(jié)；
2）在智能控制主機的鍵盤上輸入操作碼控制；
3）在戶內(nèi)通過射頻（RF）遙控器進行控制和調(diào)節(jié)；
4）在異地通過電話進行遠程控制；
5）在異地通過INTERNET網(wǎng)絡(luò)控制。
系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測
家庭智能化系統(tǒng)可以通過系統(tǒng)的控制狀態(tài)反饋檢測，以語音方式通知業(yè)主目前家中每個模塊的運行狀態(tài)，有效防止誤操作，這一點是家庭智能化系統(tǒng)所特有的功能。當業(yè)主一旦進行誤操作時，系統(tǒng)不但不會執(zhí)行指令，同時還會通過語音方式提示操作者：“電源關(guān)或閉”。通過這一點就可以說明家庭智能化系統(tǒng)的卓越功能和智能水平。
聯(lián)動聯(lián)控
家庭智能化系統(tǒng)由于采用了控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，從而徹底改變了傳統(tǒng)的控制方式。家庭智能控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)的聯(lián)動控制方式主要有以下幾種：
1）場景控制：在很多情況下，我們希望能夠通過燈光來營造美好的家庭氣氛，使生活更加豐富多彩。然而好的燈光效果往往需要多個燈具共同作用才能實現(xiàn)。家庭智能化系統(tǒng)的場景控制功能可以將常用的各種場景模式保存起來，并把控制指令定義給任意一個開關(guān)模塊的任意一個按鍵上，需要時只要按一下對應(yīng)的按鍵，室內(nèi)所有的燈具就會按照預(yù)先的定義產(chǎn)生動作，營造出主人希望的燈光效果和氣氛。比如，當主人離開廚房前按下廚房燈光控制模塊上的某一按鍵時，系統(tǒng)會將廚房、書房、客廳的燈光調(diào)暗，打開餐廳的燈光、關(guān)掉各個臥室的燈光，從而營造出就餐氣氛。與此相類似，我們還可以定義會客場景、休閑場景、慶祝節(jié)日等場景的燈光照明模式；
2）報警聯(lián)動控制：當室內(nèi)發(fā)生報警時，系統(tǒng)可以在向外發(fā)出報警信息的同時打開室內(nèi)的照明燈光、啟動警號等；
3）設(shè)/撤防聯(lián)動控制：當主人外出前啟動安全防范系統(tǒng)的同時，系統(tǒng)可以聯(lián)動切斷某些家用電器的電源，比如關(guān)掉所有的燈光，切斷電熨斗、電水壺、電視機等家用電器的插座電源等；
4）定時控制：家庭智能控制系統(tǒng)提供一個定時控制器。通過對定時控制器的設(shè)置，可以實現(xiàn)對系統(tǒng)各個模塊的定時控制。比如根據(jù)定義，家庭飲水機可以在早餐前10分鐘開啟，并在早餐結(jié)束或上班前關(guān)掉飲水機，以此來延長飲水機的使用壽命、節(jié)能節(jié)源。
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