【正文】 、遠(yuǎn)程抄表、門禁系統(tǒng)等各子系統(tǒng)相互連接；實(shí)現(xiàn)手機(jī)、電腦、智能終端都可實(shí)現(xiàn)對(duì)空調(diào)、熱水器、地暖、新風(fēng)、燈光、窗簾等設(shè)備的監(jiān)控。能根據(jù)環(huán)境的溫度、濕度、光線照度改變，并能自動(dòng)調(diào)節(jié)空調(diào)、燈光、窗簾等設(shè)備等功能。 。 雖然智能家居的發(fā)展現(xiàn)在已經(jīng)很成熟，但是在我國(guó)，智能家居存在著許多問(wèn)題，最主要的有智能家居的行業(yè)沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品接口參差不齊，不利于智能家居的發(fā)展。二是成本高，能享受智能家居系統(tǒng)帶來(lái)的便利的只有小部份人群。智能家居的普及是社會(huì)發(fā)展的必然結(jié)果，而 我國(guó)的智能家居正處于起步階段，可見(jiàn)我國(guó)智能家居市場(chǎng)擁有著巨大的發(fā)展前景 。 本文章節(jié)安排 本文章節(jié)安排如下所示： 第一章主要寫了課題的研究背景及意義，簡(jiǎn)要概括了家居系統(tǒng)的發(fā)展史及國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀。 第二章是對(duì)智能家居通訊技術(shù)的介紹，分別簡(jiǎn)述了什么是 3G 網(wǎng)絡(luò)，對(duì) 3G 網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)及標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析，同時(shí)對(duì) ZigBee 技術(shù)、以太網(wǎng)技術(shù)作了簡(jiǎn)要敘述，并將其與其相關(guān)的技術(shù)對(duì)比。 第三章是智能家居系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)，先對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行分析，明確了系統(tǒng)設(shè)計(jì)廣西工學(xué)院鹿山學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 的原則，對(duì)要解決的問(wèn)題進(jìn)行分析，根據(jù)需求設(shè)計(jì)系統(tǒng)的服務(wù)功能。并對(duì)智能家居系統(tǒng)作整 體設(shè)計(jì)，并作出系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖 第四章是智能家居系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，采用以太網(wǎng)技術(shù)與 ZigBee 技術(shù)組成家居系統(tǒng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。 第五章是對(duì)智能家居系統(tǒng)的中樞家庭網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)，主要描述了智能家庭網(wǎng)關(guān)硬件和軟件的相關(guān)信息。 結(jié)束語(yǔ) 章節(jié)小結(jié) 本章簡(jiǎn)述了智能家居系統(tǒng)的研究背景及意義，介紹了智能家居的發(fā)展史與國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀。并簡(jiǎn)述了本文章節(jié)結(jié)構(gòu)。 廣西工學(xué)院鹿山學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 2 智能家居系統(tǒng)通訊技術(shù)簡(jiǎn)介 現(xiàn)在的智能家居系統(tǒng)通訊技術(shù)有以太網(wǎng)、令牌總線網(wǎng)、 WIFI、 ATM網(wǎng)、藍(lán)牙、 3G網(wǎng)絡(luò)和 GigBee 等通訊技術(shù)。其中以太網(wǎng)、令牌總線網(wǎng)為有線組網(wǎng)，一般用于家庭內(nèi)部設(shè)備信息組網(wǎng)。后面三個(gè)為無(wú)線組網(wǎng)，而 3G 網(wǎng)絡(luò)適合遠(yuǎn)程控制， GigBee 則是短距離控制網(wǎng)絡(luò)，適合家庭內(nèi)部傳感器組網(wǎng)，與控制網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)。本文的家庭內(nèi)部信息網(wǎng)絡(luò)采用的是以太網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)，遠(yuǎn)程控制網(wǎng)絡(luò)采用 3G 網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，內(nèi)部傳感器網(wǎng)絡(luò)與控制網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)采用 zigbee 技術(shù)組網(wǎng)。 3G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)介紹 國(guó)際電信聯(lián)盟（ ITU）在 1985 年提出 第三代移動(dòng)通信技術(shù) 也叫 高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆涓C移動(dòng)通訊技術(shù) ， 簡(jiǎn)稱 3G，在 1998 年國(guó)際電信聯(lián)盟（ ITU）把 15 種無(wú)線接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)類似的相融合，最終得到 5種，而其中 3種是由我國(guó)提出的，我國(guó)擁有其自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，它們是： CDMA202 WCDMA、 TDSCDMA。 3G業(yè)務(wù)繁多，代表業(yè)務(wù)有視頻動(dòng)畫，Web 網(wǎng)頁(yè)瀏覽，電話 /Email,OL 游戲，電話會(huì)議等業(yè)務(wù)。 3G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的特點(diǎn) 3G網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 的主要的特點(diǎn) 有： （ 1） 3G 網(wǎng)絡(luò)擁有 全球 化的特征，用戶不僅可以在國(guó)內(nèi)可以進(jìn)行通訊，甚至能提供全球漫游的業(yè)務(wù)。 （ 2） 3G 網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)快，傳送速率能達(dá)到 2Mbit/s。 （ 3） 3G 網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)可視電話功能，還可 以傳輸高清晰的圖像及視頻等。 （ 4）能多網(wǎng)互聯(lián)，能夠與因特網(wǎng)，第二代移動(dòng)通訊網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)相連。 3G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)分析 三種主流標(biāo)準(zhǔn)如表 21 所示 : 廣西工學(xué)院鹿山學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 表 21 三種主流 3G 標(biāo)準(zhǔn)比較 對(duì)比類型 CDMA2021 WCDMA TDSCDMA 載頻帶寬 頻率對(duì)， ， 5MHZ 單頻段， 1,6MHZ 多址方式 DSCDMA/MCCDMA DSCDMA TDMA/DSCDMA 頻率重用率 1 1 1 碼片速率 信道編碼 卷積碼， Turbo 碼 卷積碼， Turbo 碼 卷積碼， Turbo 碼 擴(kuò)頻碼 Walsh 碼，偽隨機(jī)碼 OVSF OVSF 制方式 下行： QPSK 上行： BPSK 下行： QPSK 上行： HPSK QPSK， 8PSK（可選） 幀長(zhǎng) 20ms 10ms 10ms(分兩個(gè)幀 ) 每幀時(shí)隙數(shù) 不分時(shí)隙 15 7（ 6 個(gè)業(yè)務(wù)時(shí)隙） 最大速率 2,4Mbit/s 2Mbit/s 2Mbit/s 功率控制 開環(huán)功控，快速閉環(huán)功控（ 800HZ） 開環(huán)功控，快速閉環(huán)功控（ 1600HZ） 開環(huán)功控，快速閉環(huán)功控（ 200HZ） 接收機(jī) Rake Rake 聯(lián)合檢查 基站間同步 GPS 同步 異步 同步 3G 網(wǎng)絡(luò)于智能家居的應(yīng)用 3G 技術(shù)是通信領(lǐng)域里的一項(xiàng)新技術(shù)，在我國(guó)從 2021 年開始 推廣，經(jīng)過(guò)幾年的發(fā)展， 3G 網(wǎng)絡(luò)已逐漸融入到我們的生活中，給我們帶來(lái)了全新的體驗(yàn)， 3G 網(wǎng)絡(luò)也開始滲透進(jìn)各個(gè)行業(yè)中，成為公共無(wú)線通信平臺(tái)，而因?yàn)槠錈o(wú)線通信互聯(lián)網(wǎng)的功能，它可以作為智能家居外部通訊網(wǎng)絡(luò)通訊，將 PC 機(jī)或手機(jī)接入家居的嵌入式網(wǎng)關(guān)，使得家居能遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制。 ZiBee 技術(shù)簡(jiǎn)介 ZiBee 技術(shù)是一種短距離無(wú)線通信技術(shù)，主要應(yīng)用在智能家居內(nèi)部家居數(shù)據(jù)和控制網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)。 Zigbee 技術(shù)具有以下特點(diǎn)： （ 1）數(shù)據(jù)傳送速率低，通訊距離短，通單點(diǎn)覆蓋距離 100M，傳輸速率為 250Kbps，適 合短距離傳送數(shù)據(jù)。 （ 2）節(jié)點(diǎn)耗能低，當(dāng) ZigBee 節(jié)點(diǎn)不工作時(shí)，會(huì)自動(dòng)進(jìn)入休眠狀態(tài)，且因?yàn)閭鬏數(shù)木嚯x和速率都很低所以能減少能源消耗。 （ 3）時(shí)延短，因?yàn)橥ㄓ嵉木嚯x短，設(shè)備的反應(yīng)速度也快，所以延遲時(shí)間也相對(duì)較短。 廣西工學(xué)院鹿山學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 （ 4）可靠性高，節(jié)點(diǎn)模塊可以自動(dòng)組成組網(wǎng)，有一個(gè)節(jié)點(diǎn)故障，附近的節(jié)點(diǎn)將自動(dòng)調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)較近時(shí)，可自動(dòng)組網(wǎng)功能可避免節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)重復(fù)。 （ 5）網(wǎng)絡(luò)可拓展性高，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)可以使用網(wǎng)狀路由結(jié)構(gòu)，可以支持 65000 個(gè)節(jié)點(diǎn)，所以網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)需要拓展。 （ 6）使用成本低。 ZigBee 技術(shù)與藍(lán)牙、紅外、 藍(lán)牙、 RS285 技術(shù)比較如表 22所示： 表 22 藍(lán)牙、紅外、藍(lán)牙、 RS285 技術(shù)比較 項(xiàng)目 藍(lán)牙 紅外 RS485 ZigBee 通訊速率 1MbP 1200bps 10Mbp 250Kbps 峰值功能 150mW 150mW 150mW 3W 待機(jī)功能 5mW 25mW 50mW 約 10mW 通訊距離 10m 10m 1200m 100m 通訊方向性 無(wú) 有 無(wú) 無(wú) 是否需要布線 不需要 不需要 需要 不需要 抗干擾能力 好 差 一般 好 數(shù)據(jù)安全性 高 差 差 一般 自搜索功能 協(xié)議自帶 無(wú) 無(wú) 有 施工難度 簡(jiǎn)單 簡(jiǎn)單 難 簡(jiǎn)單 維護(hù)成本 低 低 高 低 技術(shù)成熟度 高 高 高 高 用電使用采集情況 未使用 普遍 普遍 一般 功能模塊成本 8~15 2~3 4~8 30~40 應(yīng)用于表箱內(nèi)是否互聯(lián) 容易 不可以 可以 可以 應(yīng)應(yīng)用于采集器至集中器 不可以 不可以 不方便 不可以 以太網(wǎng)技術(shù)簡(jiǎn)介 以太網(wǎng)最早由施樂(lè)公司創(chuàng)造，在 1980 年開發(fā)為一個(gè)通訊標(biāo)準(zhǔn)，在以太網(wǎng)中，所有的計(jì)算機(jī)連接到一條同軸電纜上，采用具有沖突檢測(cè)的載波感應(yīng)多處訪問(wèn)方法， 一般為總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。傳送速率最高可達(dá) 1000M bit/s。在智能家居系統(tǒng)中，以太網(wǎng)技術(shù)被用來(lái)做家庭內(nèi)部通信網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)技術(shù)。以太網(wǎng)與有線通訊技術(shù)對(duì)比如下表 23 所示： 廣西工學(xué)院鹿山學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 表 23 以太網(wǎng)、 RS48 LonWorks 技術(shù)對(duì)比 通訊技術(shù) 以太網(wǎng) RS485 LonWorks 最大速率 1000Mbit/s 35Mbit/s 最大距離 100m 1200m 2500m 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 星型 /總線型 總線型 總線型 傳輸介質(zhì) 光纖、雙絞線、同軸電纜 光纖、雙絞線、同軸電纜 雙絞線、 同軸電纜、電力線、射頻、光纖 本章小結(jié) 本章主要介紹了 3G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、 GigBee 技術(shù)，以及以太網(wǎng)技術(shù)。分別分析了它們的特點(diǎn)及功能，與同類技術(shù)的比較。對(duì)三個(gè)通訊技術(shù)的介紹，為下文智能家居系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)提供技術(shù)支持。 廣西工學(xué)院鹿山學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 3 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 智能家居系統(tǒng)功能需求 本文智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)是為了滿足人們?nèi)粘Ｉ钏枰姆?wù)而設(shè)計(jì)的，以下將對(duì)系統(tǒng)的主要功能進(jìn)行分析，系統(tǒng)的主要功能包括以下幾點(diǎn)： （ 1）智能燈光控制功能：燈光可以根據(jù)環(huán)境的變化，根據(jù)人的需要 可以手動(dòng)，遠(yuǎn)程，智能調(diào)節(jié)。 （ 2）安防監(jiān)控系統(tǒng)：可以實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)視住宅的環(huán)境情況，當(dāng)有火災(zāi)、外界入侵、可燃?xì)怏w泄漏、或者有毒氣體入侵等影響安全的因素存在時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警。為人們提供一個(gè)安全的家居環(huán)境。 （ 3） 智能電器控制 ：電器可以根據(jù)情況自動(dòng)開啟或關(guān)閉，也可以遠(yuǎn)程控制，智能調(diào)節(jié)，如空調(diào)的溫度可以根據(jù)環(huán)境溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)，電視在無(wú)人在家的情況下將自動(dòng)關(guān)閉等。 （ 4）場(chǎng)景智能調(diào)節(jié)功能：環(huán)境的溫度濕度、背景音樂(lè)根據(jù)季節(jié)、節(jié)假日等將環(huán)境自動(dòng)調(diào)節(jié)到讓人最舒服的狀態(tài)。 （ 5）通信自動(dòng)化功能：支持通信網(wǎng)絡(luò)，電話通信，閉路電視等 信息接收、共享功能。 （ 6）遠(yuǎn)程控制功能：能通過(guò)移動(dòng)終端對(duì)家居系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制。 （ 7）家庭網(wǎng)關(guān)功能：智能家居業(yè)務(wù)繁多，要實(shí)現(xiàn)家居設(shè)備的統(tǒng)一管理，就需要一個(gè)平臺(tái)能兼容多種通訊接口的家庭網(wǎng)關(guān)。所以一個(gè)好的智能家庭網(wǎng)關(guān)是智能家居系統(tǒng)必須具備的功能。 智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則 智能家居是為人們提供舒適、安全、便利的環(huán)境，提高人們生活的質(zhì)量，所以設(shè)計(jì)應(yīng)該具 6 個(gè)基本原則，如表 31 所示： 廣西工學(xué)院鹿山學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 表 31 設(shè)計(jì)原則 原則 解釋 舒適性 在家里面能讓人身心上都能夠感到舒適 高效性 能通過(guò)家居系 統(tǒng)有效的管理家用設(shè)備，提高通訊，與外界信息交換等效率 方便性 可以手動(dòng)、自動(dòng)和遠(yuǎn)程控制家居，方便人們使用家居 適應(yīng)性 當(dāng)前科技發(fā)展迅速，產(chǎn)品更新日新月異，而該系統(tǒng)應(yīng)該具備較強(qiáng)的適應(yīng)性，根據(jù)需求可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行更新或拓展。 安全性 通過(guò)系統(tǒng)可以不但要保護(hù)人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，并且要保護(hù)網(wǎng)絡(luò)信息安全，防止信息數(shù)據(jù)被非法入侵破壞 可靠性 系統(tǒng)發(fā)生故障，能盡快發(fā)現(xiàn)解決，且故障影響范圍小，系統(tǒng)能應(yīng)付各種環(huán)境因素可能造成的問(wèn)題 智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要解決的問(wèn)題 智能家居系統(tǒng)需要硬件平臺(tái)和軟件平臺(tái)的支持， 需要硬件平臺(tái)包括各種傳感器，智能開關(guān)，智能插座，家庭網(wǎng)關(guān)，電腦、冰箱、空調(diào)等單品智能化家用電器。軟件平臺(tái)包括發(fā)表在遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)站到 Inter 上的網(wǎng)頁(yè) ,手機(jī)、電腦等控制端的控制軟件，家庭網(wǎng)關(guān)的控制程序等。 除了硬件平臺(tái)和元件平臺(tái)外，智能家居系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)組成也同樣重要，智能家居系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)是整個(gè)系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，將所有硬件設(shè)備組合，連接起來(lái)才能形成一個(gè)完整的智能家居硬件系統(tǒng)。當(dāng)前市場(chǎng)上的各種家用電器及其相關(guān)部件的功能及技術(shù)都很成熟了，本文就不一一研究開發(fā)，本文主要解決的一個(gè)問(wèn)題是將這些硬件設(shè)備，通過(guò)相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù) ，組建一個(gè)功能齊全的智能家居系統(tǒng)。第二個(gè)問(wèn)題是通過(guò) 3G 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)該智能家居系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制，而經(jīng)過(guò)調(diào)查與技術(shù)分析，實(shí)現(xiàn) 3G 網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制有兩種方法，一種是通過(guò) 3G 網(wǎng)絡(luò)接入 Inter，再通過(guò)路由連接到家庭網(wǎng)關(guān)的方式實(shí)現(xiàn) 3G 網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程控制功能。第二種方法是 3G 網(wǎng)絡(luò)直接接入智能家庭網(wǎng)關(guān)中實(shí)現(xiàn) 3G網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程控制功能。 綜合上述分析本文將主要解決的問(wèn)題為： （ 1）智能家居系統(tǒng)服務(wù)功能設(shè)計(jì) （ 2）系統(tǒng)整體設(shè)計(jì) （ 3）智能家居系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì) （ 4）實(shí)現(xiàn) 3G遠(yuǎn)程控制智能家居系統(tǒng)的功能，即基于 3G網(wǎng)絡(luò)的智能家庭網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì) 廣西工學(xué)院鹿山學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 智能家居系統(tǒng)服務(wù)框架設(shè)計(jì) 根據(jù)現(xiàn)如今智能家居的發(fā)展水平，與人們的需求分析，本文描述的系統(tǒng)應(yīng)該具備服務(wù)項(xiàng)目有：家居智能照明，家居安防系統(tǒng)，遠(yuǎn)程控制與監(jiān)控，情景模式控制，智能廚房，音頻共享，家居智能通訊，家居電器設(shè)備智能控制等服務(wù)。 根據(jù)系統(tǒng)的服務(wù)項(xiàng)目做出了智能家居服務(wù)分布圖如圖 31所示 ： 圖 31 智能家居服務(wù)分布圖 智能家居系統(tǒng)的主要功能 （ 1）安防系統(tǒng)：安防系統(tǒng)是住宅的安全衛(wèi)士，系統(tǒng)的主要功能通過(guò)對(duì)環(huán)境的檢 測(cè)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)，可及時(shí)向用戶報(bào)警，提高家庭的安全性