【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 前在世界上尚未有一個(gè)統(tǒng)一的定義，家居智能化到什么程度，也是一個(gè)隨著科學(xué)技術(shù)和智能化產(chǎn)品的不斷發(fā)展而發(fā)展的概念。要構(gòu)建智能家居系統(tǒng)，首先需要在整個(gè)家庭范圍內(nèi)組建一個(gè)信息交互網(wǎng)絡(luò)，打通數(shù)據(jù)交互的通道；其次設(shè)計(jì)一個(gè)集中控制器，通過它去控制和監(jiān)測(cè)整個(gè)家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)里的設(shè)備；最后需要采取一定的技術(shù)手段，將家庭內(nèi)部的集中控制器與 外界 Intemet相連接，實(shí)現(xiàn)整個(gè)家居的真正意義上的網(wǎng)絡(luò)化，達(dá)到能夠在網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)端對(duì)家庭內(nèi)部設(shè)備實(shí)現(xiàn)監(jiān)控的目的。當(dāng)然，智能家居的出發(fā)點(diǎn)和最終目的都是為了改善人們的生活環(huán)境，使人們生活得更加舒適便捷，從而提高生活水平的質(zhì)量 ， 并 提供全方位的信息交互功能，甚至為各種能源費(fèi)用節(jié)約資金。 智能家居的應(yīng)用 智能家居 最初的發(fā)展主要以燈光遙 控控制、電器遠(yuǎn)程控制和電動(dòng)窗簾控制為主，隨著行業(yè)的發(fā)展，智能控制的功能越來越多，控制的對(duì)象不斷擴(kuò)展，控制的聯(lián)動(dòng)場(chǎng)景要求更高，其不斷延伸到家庭安防報(bào)警、背景音樂、可視對(duì)講、門禁指紋控制等領(lǐng)域，可以說智能家居幾乎可以涵蓋所有傳統(tǒng)的弱電行業(yè)，市場(chǎng)發(fā)展前景誘人，因此和其產(chǎn)業(yè)相關(guān)的各路品牌不約而同加大力度爭(zhēng)奪智能家居業(yè)務(wù)，市場(chǎng)漸成春秋爭(zhēng)霸之勢(shì) 。 智能家居的趨勢(shì) 智能家電控制系統(tǒng)已經(jīng)有 20 多年的歷史，雖然已經(jīng)有很多成熟的解決方案，可是還不足以推出市場(chǎng)，主要是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的智能家電系統(tǒng)存在一些不足：市場(chǎng)上智能 家電系統(tǒng)都是采用有線介質(zhì)的方式通信，采用這些方式設(shè)計(jì)的智能家電系統(tǒng)的兼容性比較差，而且大多數(shù)系統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)還是采用比較傳統(tǒng)的 PC，不方便移動(dòng)和攜帶，功耗也很大。許多廠家設(shè)計(jì)的智能家電系統(tǒng)還是沿用以前的一些功能，像用于探測(cè)的紅外裝置，用于安全的監(jiān)控?cái)z像頭，用于預(yù)防和檢測(cè)的感知煙霧探頭，具有在發(fā)生緊急事件的求助按鈕等，這些設(shè)計(jì)已經(jīng)能滿足用戶的基本需求，但普遍存在報(bào)警不及時(shí)、重復(fù)投資率大等缺點(diǎn)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能家電系統(tǒng)也采用了先進(jìn)的的通信技術(shù)、增強(qiáng)了系統(tǒng)的擴(kuò)展功 黃河科技學(xué)院畢業(yè) 論文 第 6頁(yè) 能、減少系統(tǒng)的成本和削減或去除人工操作等。 任 何一個(gè)新概念、新問題的提出，也必將伴隨著一門新技術(shù)的產(chǎn)生去解決這個(gè)問題。智能家居同樣如此，應(yīng)當(dāng)通過何種方法、何種技術(shù)手段去實(shí)現(xiàn)智能家居系統(tǒng)。為了解決這一問題，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，它的出現(xiàn)為智能家居的實(shí)現(xiàn)提供了一個(gè)很好的技術(shù)手段。 目前，智能家電系統(tǒng)需要克服幾個(gè)困難：由網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控等給業(yè)主帶來的隱私保密問題、控制設(shè)備的靈活控制問題、互聯(lián)和擴(kuò)展性問題、技術(shù)和設(shè)備的復(fù)雜性帶來的易用性問題、安防系統(tǒng)中的安全可靠和可維護(hù)性問題、設(shè)備的配置和其配件帶來的成本問題等。要想解決這些問題，必須引入新的科技，遵循綠色、生態(tài)、環(huán)保 的核心理念，結(jié)合生物電子、軟件工程、高新材料、環(huán)保生態(tài)等學(xué)科，帶領(lǐng)智能家電控制系統(tǒng)進(jìn)入一個(gè)新的輝煌時(shí)代。在未來的幾年甚至是十幾年中，隨著物聯(lián)網(wǎng)和各學(xué)科的發(fā)展，智能家電也將迎來一個(gè)快速發(fā)展的時(shí)期。新的高科技產(chǎn)品和芯片產(chǎn)品將會(huì)源源不斷的出現(xiàn)，所以智能家電的未來將會(huì)著下面這些方向發(fā)展： 隨著傳感器技術(shù)的發(fā)展，智能家居傳感終端將具備對(duì)環(huán)境的判別自我適應(yīng)、自我診斷及自我修復(fù)的機(jī)能，有效提升智能家居各應(yīng)用的智能協(xié)同感知。另外，隨著國(guó)內(nèi)電信運(yùn)營(yíng)商對(duì)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及其應(yīng)用的快速發(fā)展，依靠當(dāng)前最新的 4G 網(wǎng)絡(luò) 技術(shù)優(yōu)勢(shì)，結(jié)合智能家居應(yīng)用的新特點(diǎn)，通過 4G 手機(jī)上網(wǎng)可實(shí)現(xiàn)可視對(duì)話、遠(yuǎn)程家電控制、安防監(jiān)控、遠(yuǎn)程醫(yī)療等眾多業(yè)務(wù)，滿足用戶任何時(shí)間地點(diǎn)對(duì)住宅的智能掌控。 現(xiàn)有的智能家居業(yè)務(wù)多呈現(xiàn)出一種孤島狀，各業(yè)務(wù)的互通性和融合性較低，這樣不利于為用戶提供更全面、更人性化的服務(wù)。因此，通過促進(jìn)智能家居業(yè)務(wù)傳輸協(xié)議的 IP化，提升業(yè)務(wù)之間及相關(guān)平臺(tái)的融合度，同時(shí)結(jié)合電信運(yùn)營(yíng)商以家庭網(wǎng)關(guān)構(gòu)建的家庭網(wǎng)絡(luò)及電信大網(wǎng)能力，借助智慧社區(qū)的駐地網(wǎng)，打通、融合智能家居各子網(wǎng)應(yīng)用，提升整體業(yè)務(wù)體驗(yàn)。 集約化 隨著智能家居業(yè)務(wù)融合度的提升，家庭網(wǎng)絡(luò)中的智能家居終端功能將更加集中。同時(shí)為提升安裝的便捷性及使用的可靠性，智能家居終端的體積將日漸縮小，耗電將降低。另外，在保證安全性的基礎(chǔ)上，通過終端模塊化加載和自動(dòng)發(fā)現(xiàn)協(xié)議，終端接入家庭網(wǎng) 黃河科技學(xué)院畢業(yè) 論文 第 7頁(yè) 絡(luò)會(huì)更加自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)即插即用。 目前，在智能家居的施工中，因房屋在建設(shè)初期考慮不足而未能預(yù)留網(wǎng)絡(luò)管線，只能考慮通過打墻、挖地等方式重新鋪設(shè)管線，造成了施工造價(jià)較高且用戶體驗(yàn)較差的問題。而通過無線傳輸?shù)撵`活性、移動(dòng)性和可擴(kuò)展性滿足了人們對(duì)于靈 活、便攜、無所不在的訴求。因此對(duì)于智能家居應(yīng)用終端在家庭網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的接入方式在未來從有線走向無線的總趨勢(shì)是無法逆轉(zhuǎn)的。 物聯(lián)網(wǎng)的問世讓智能家居生活方式逐步發(fā)生變化。智能家居已從一個(gè)集中控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)家庭智能秘書，從一個(gè)強(qiáng)調(diào)以“控制”為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐浴肮芾怼睘橹行模鼘?duì)人們從“衣、食、住、行”等方面進(jìn)行全方位的管理和服務(wù)。它可以通過基于物聯(lián)網(wǎng)的衣物管理系統(tǒng)，方便地為家人提供衣物基本信息跟蹤與定位、穿衣顧問及購(gòu)物指南，滿足人們對(duì)于“美”的追求。它也可以通過飲食管理系統(tǒng)，為家人方便地提供安全的食物來源信息追蹤、 合理的飲食搭配及便捷的在線訂購(gòu)服務(wù)。另外，在基于傳統(tǒng)的燈光、家電、安防等本地控制的基礎(chǔ)上，通過基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)，能夠?yàn)榧胰颂峁?duì)燈光、窗簾、家電的智能聯(lián)動(dòng)及遠(yuǎn)程管控，提供安防報(bào)警與視頻聯(lián)動(dòng)及多種方式的報(bào)警通知，如通過彩信方式將報(bào)警視頻信息推送給用戶手機(jī)或接警中心。同時(shí)，結(jié)合智慧電網(wǎng)與家電在線服務(wù)系統(tǒng)，為用戶提供家電的智慧用電和全時(shí)故障信息監(jiān)測(cè)與處理。 3 智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 智能家居系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思想 我們應(yīng)用智能家居的基本目標(biāo)是使我們的生活環(huán)境更加舒適、安全、方便和高效。因此智能家居系統(tǒng)的 硬件和軟件都應(yīng)具有先進(jìn)性，避免短期內(nèi)因技術(shù)陳舊造成整個(gè)系統(tǒng)性能不高和過早淘汰。與此同時(shí)，應(yīng)立足于用戶對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的具體需求，具有實(shí)用性。不管是系統(tǒng)中的設(shè)備、軟件還是網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，都應(yīng)具有良好的開放性。網(wǎng)絡(luò)化的目的在于要實(shí)現(xiàn)設(shè)備資源和信息資源的共享，由于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)本身具有開放性，和共享性。因此我們應(yīng)設(shè)計(jì)提供標(biāo)準(zhǔn)接口。用戶可根據(jù)其需求，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行更新和升級(jí)。 這個(gè)系統(tǒng)采用 GPRS 技術(shù)和短消息的方式來實(shí)現(xiàn)無線傳輸短消息，并且控制器將把短消息分析翻譯成為可以識(shí)別的命令編碼。這樣可以通過手機(jī)操控的方式來實(shí)現(xiàn)家居監(jiān)控。用 GPRS 接入的好處是可以滿足部分 Inter 普及率不是很高的現(xiàn)狀，同時(shí)用手機(jī) 黃河科技學(xué)院畢業(yè) 論文 第 8頁(yè) 傳 感器熱 水 器開 關(guān)燈 光開 關(guān)用戶手機(jī)G P R S模 塊主 控 制模 塊Z i g b e e模 塊Z i g b e e模 塊家 電 控制 模 塊 圖 31 系統(tǒng)總結(jié)構(gòu)圖 對(duì)家庭進(jìn)行監(jiān)控彌補(bǔ)了通常智能家居控制器的操作距離短、地域限制等問題。并且以短消息的方式對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，提高了效率降低了成本，同時(shí)本系統(tǒng)可以擴(kuò)展應(yīng)用于多種無人職守地區(qū)的監(jiān)控安防等場(chǎng)所，如圖 31 所示。 系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)功能： (1)防盜警報(bào) 當(dāng)家庭遭到非法入侵的時(shí)候，例如玻璃被打破、門窗被撬等，相應(yīng)傳感器將檢測(cè)到情況，立刻通過室內(nèi)的無線網(wǎng)絡(luò)， 將采集到的信號(hào)發(fā)送到家庭控制器，再經(jīng)過家庭控制器處理，最后將警報(bào)信息通過 GPRS 模塊以短消息的方式發(fā)送到主人的手機(jī)上，從而實(shí)現(xiàn)了家庭的安防功能。 (2)家電遠(yuǎn)程控制 當(dāng)我們需要遠(yuǎn)程控制家用電器的開關(guān)時(shí)，只要用手機(jī)發(fā)送指定命令的短信息，通過GPRS 模塊的接收，并將短信息翻譯成為可以識(shí)別的命令傳輸給家庭控制器，控制器經(jīng)過處理，通過 Zigbee 模塊的無線傳輸將命令發(fā)送到與家電相連接的單片機(jī)上，通過對(duì)單片機(jī)的控制實(shí)現(xiàn)了對(duì)家電的控制。 (3)火災(zāi)監(jiān)控 安裝在室內(nèi)的感溫探測(cè)器及感煙探測(cè)器將實(shí)時(shí)監(jiān)控各個(gè)房間內(nèi)有無 火災(zāi)的發(fā)生。當(dāng)檢測(cè)到的火災(zāi)存在，將把采集到的信息通過無線 Zigbee 模塊發(fā)送到家庭控制器，家庭控 黃河科技學(xué)院畢業(yè) 論文 第 9頁(yè) 制器通過 GPRS 模塊將信息以短消息的方式發(fā)送到主人的手機(jī)。 系統(tǒng)工作過程 智能家居的系統(tǒng)主要有 GPRS 模塊、基于單片機(jī)的主控制模塊、 ZigBee 無線傳輸模塊、家電端的控制模塊、和傳感信號(hào)采集發(fā)送模塊幾部分組成。其中， GPRS 模塊的主要功能是接收用戶手機(jī)所發(fā)送的短消息，并將短消息解析成為一段可以識(shí)別的命令傳輸給主控制器。基于單片機(jī)的主控制器的作用是將接收到的命令做出響應(yīng)。 ZigBee 模塊是將主控制器所下達(dá)的 命令通過無線的 ZigBee 網(wǎng)傳輸?shù)郊译姸?。傳感信?hào)采集發(fā)送模塊的作用是通過實(shí)時(shí)的監(jiān)控，不斷確認(rèn)是否達(dá)到預(yù)訂的警報(bào)值，如果達(dá)到了預(yù)定值，就將警報(bào)信號(hào)發(fā)送給主控制器，主控制器通過分析判斷出該警報(bào)信號(hào)是從哪個(gè)家電終端發(fā)送的，在經(jīng)過 GPRS 模塊發(fā)送給用戶手機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)家庭各個(gè)方面的防護(hù)。 應(yīng)用技術(shù)分析 無線傳輸技術(shù) 室內(nèi)無線傳輸采用基于 ZigBee 射頻芯片 CC2430 設(shè)計(jì)的終端節(jié)點(diǎn)，通過覆蓋在家中的無線網(wǎng)絡(luò)把信息發(fā)送到總控制器。此射頻收發(fā)模塊的特點(diǎn)如下： (1)低功耗。在低耗電待機(jī)模式下， 2 節(jié) 5 號(hào)干電池可支持 1 個(gè)節(jié)點(diǎn)工作 6~24 個(gè)月，甚至更長(zhǎng)。 (2)低成本。通過大幅簡(jiǎn)化協(xié)議，降低了對(duì)通信控制器的要求