【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 區(qū)服務(wù)和管理系統(tǒng) ,實(shí) 現(xiàn)綠色低碳住宅產(chǎn)業(yè) ， 但是像這樣的龍頭企業(yè)卻比較少。在外觀和產(chǎn)品質(zhì)量上，總體與國(guó)外還有 較大的 差距，但有些產(chǎn)品，比如家庭智能終端，中國(guó)的幾個(gè)廠家的產(chǎn)品已經(jīng)做得很好了，不但美觀漂亮，而且功能很多，與國(guó)外的品牌比非常有競(jìng)爭(zhēng)力。智能家居是未來居家生活的前進(jìn)方向， 受我國(guó)經(jīng)濟(jì)現(xiàn)狀的限制，智能家居 現(xiàn)在普及比較少，多是 有一定經(jīng)濟(jì)能力 的專屬，不過現(xiàn)在已經(jīng)慢慢有廉價(jià)的產(chǎn)品出現(xiàn)，進(jìn)入普通百姓家，比如家庭的情景燈光系統(tǒng)，這個(gè)比較實(shí)用，價(jià)格也不是太高，目前也比較容易讓老百姓接受 。 特別是 近幾年以來，伴隨著房地產(chǎn)業(yè)的火爆，給國(guó)內(nèi)智能領(lǐng)域 帶來了發(fā)展的機(jī)遇。眾所周知，中國(guó)人口眾多，城市住宅建設(shè)也多選擇密集型的住宅小區(qū)方式，因此很多房地產(chǎn)商會(huì)站在整個(gè)小區(qū)的角度來看智能化，也就出現(xiàn)了目前一統(tǒng)天下、無所不包的“ 智能小區(qū) ” 的模式。 “ 智能小區(qū) ” 是一個(gè)多功能的系統(tǒng)，每個(gè)功能子系統(tǒng)都可以單獨(dú)使用。諸多功能子系統(tǒng)還要具有協(xié)同配合的能力。這些系統(tǒng)包括：小區(qū)對(duì)講系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、小區(qū)周界防范系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、背景音樂系統(tǒng)、停車場(chǎng)系統(tǒng)、自動(dòng)抄表系統(tǒng)等等。 在房地產(chǎn)和媒體的助推下，與智能小區(qū)緊密相連的智能家居也會(huì)逐漸的進(jìn)入千家萬戶，但是在發(fā)展的同時(shí)，也遇到了很多不容忽視的 問題： (1)沒有統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。沒有標(biāo)準(zhǔn)就造成了百花齊放的局面，不同廠家的產(chǎn)品之間相互之間彼此不兼容，用戶很難有選擇性，換代或者升級(jí)很麻煩，成本也很高，用戶在 實(shí)際 使用時(shí) 存在 很大的困惑。 (2)市場(chǎng)定位太高。大部分的智能家居品牌都是定位在高端客戶，目標(biāo)就是高檔住宅和別墅，這就造成了市場(chǎng)非常的狹窄， 初期 投入非常的大， 就是大客戶也不會(huì)冒然的投資，市場(chǎng)局面無法打開。 智能家居發(fā)展趨勢(shì) 智能家居的提出到現(xiàn)在已經(jīng)有 很 多年了。從第一代單一智能家居產(chǎn)品到現(xiàn)在的百花齊放，智能家居發(fā)展已經(jīng)非常的迅速，特 別是距互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的又一革命性的技術(shù) — 物聯(lián)網(wǎng)的提出和全世界對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的熱情投入， 物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展也必將推動(dòng)智能家居的發(fā)展，智能家居 作為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用最廣泛的一環(huán)也必將得到迅猛發(fā)展。 當(dāng)今的智能家居產(chǎn)品品質(zhì)參差不齊，相互之間兼容性也很差，規(guī)范不統(tǒng)一。 未來的智能家居將 依照人體工程學(xué)原理，融合個(gè)性需求，將與家居南昌航空大學(xué) 軟件學(xué)院東軟班學(xué)士學(xué)位論文 第一章 緒論 4 生活有關(guān)的各個(gè)子系統(tǒng)如安防、燈光控制、窗簾控制、煤氣閥控制、信息家電、場(chǎng)景聯(lián)動(dòng)、淋浴器等有機(jī)地結(jié)合在一起，通過網(wǎng)絡(luò)化綜合智能控制和管理，實(shí)現(xiàn) “以人為本 ”的全新家居生活體驗(yàn) 并更加的人性化、實(shí)用、易用，真正的提高人們的生 活品質(zhì)，智能家居的發(fā)展 趨勢(shì)會(huì)朝著以下幾個(gè)方面發(fā)展 : (1) 家居內(nèi) 網(wǎng)無線化。以往的智能家居產(chǎn)品之間的信息交換大都是靠有線傳輸，有線傳輸帶來的問題很明顯，布線麻煩，系統(tǒng)升級(jí)困難，更重要的是有線控制限制了產(chǎn)品的智能化， 除 干線區(qū)域采用布線控制 外， 家居 內(nèi)網(wǎng)的無線化使得控制更加的方便，安裝和維護(hù)也會(huì)更加的方便。 (2) 控制系統(tǒng)的高度集成化。隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人們的生活水平也相應(yīng)的得到提高，電子產(chǎn)品越來越多，但是各個(gè)產(chǎn)品之間沒有任何的聯(lián)系，幾乎每個(gè)產(chǎn)品都有單獨(dú)的遙控器， 如果能用一個(gè)終端控制、監(jiān)控所有的家電，給生活帶來的 便利不言而喻。 (3) 控制方式多樣化。傳統(tǒng)的智能家居控制方式單一， 隨著網(wǎng)絡(luò)和電子終端產(chǎn)品的發(fā)展，控制軟件可以運(yùn)行在各種智能手機(jī)和有網(wǎng)絡(luò)接入功能的其他電子產(chǎn)品中。 特別是 智能手機(jī)，將成為未來智能家居最重要的移動(dòng)式智能控制終端，通過手機(jī)的智能家居客戶端軟件或 WEB 方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭內(nèi)部的遠(yuǎn)程監(jiān)控與控制，對(duì)家里遠(yuǎn)程開鎖，客人圖像確認(rèn)，遠(yuǎn)程開啟空調(diào)以及暖器設(shè)備。 (4) 功能更加智能化。 隨著生活節(jié)奏的加快和生活壓力的增大，人們都希望能有一個(gè)溫馨的港灣能夠放松疲憊的身心 .回到家后人們希望能根據(jù)外部環(huán)境來調(diào)節(jié)室內(nèi)的溫度和濕度等，同時(shí) 也希望能夠在開電視的時(shí)候自動(dòng)調(diào) 暗燈光等 。 而隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，甚至家中的每一件物品的狀態(tài)都能查詢到，比如冰箱的存儲(chǔ)狀態(tài)，熱水器的水溫。而一旦家中有安全威脅或者家中老人的有突發(fā)情況，系統(tǒng)也會(huì)相應(yīng)的進(jìn)行報(bào)警。 研究?jī)?nèi)容及組織結(jié)構(gòu) 本文根據(jù)國(guó)內(nèi)外智能家居的歷程，結(jié)合當(dāng)前的發(fā)展現(xiàn)狀 的不足之處 ，選擇 ZigBee無線網(wǎng)作為家庭內(nèi)網(wǎng)。并以嵌入式為基礎(chǔ)，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)，傳感器等 技術(shù) 設(shè)計(jì)出一套 簡(jiǎn)單，易操作，低成本和多方式控制 的 基于 ZigBee的智能家居智能控制系統(tǒng)。 實(shí)現(xiàn)對(duì)家用電器的現(xiàn)場(chǎng)無線遙控操作和安防信息的監(jiān)控與預(yù)警 ，同時(shí)使得有網(wǎng)絡(luò)接入功能的特定設(shè)備可以遠(yuǎn)程使用本智能控制系統(tǒng)。 本論文的研究?jī)?nèi)容如下： 南昌航空大學(xué) 軟件學(xué)院東軟班學(xué)士學(xué)位論文 第一章 緒論 5 (1) 開發(fā) 不同環(huán)境的遠(yuǎn)程控制端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，以方便用戶多途徑方便的控制家中電器設(shè)備和對(duì)家中安防信息進(jìn)行監(jiān)控。 (2) 開發(fā)集中控制端，驗(yàn)證遠(yuǎn)程控制端用戶的控制權(quán)限，在權(quán)限合法后對(duì)遠(yuǎn)程指令進(jìn)行解析后通過串口轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的目標(biāo)設(shè)備。 (3) 遠(yuǎn)程控制信息的加密處理，防止控制信息被截取后帶來的安全隱患。 (4) 利用 ZigBee技術(shù)來進(jìn)行家居內(nèi)部組網(wǎng)，以方便節(jié)點(diǎn)的靈活加入和離開，省去布線的麻煩。 (5) 開發(fā)簡(jiǎn)潔，美觀，易操作 的用戶界面，方便用戶使用。 本論文的 組織結(jié)構(gòu)安排 如下： 第一章： 介紹智能家居的研究背景和意義，以及智能家居在國(guó)內(nèi)外的研究概況、展望智能家居在未來 發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)對(duì) 本文 研究?jī)?nèi)容 、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn) 和 文章 組織結(jié)構(gòu)作安排。 第二章： 介紹了無線通信技術(shù)的發(fā)展，并對(duì) ZigBee和其他 幾種無線技術(shù)進(jìn)行 對(duì)比介紹后， 分析 ZigBee在智能家居內(nèi)部組網(wǎng)的適用性，然后對(duì) ZigBee協(xié)議的各層次進(jìn)行比較詳細(xì)的介紹。 第三章： 根據(jù)對(duì)智能家居系統(tǒng)進(jìn)行的需求分析，設(shè)計(jì)出智能家居系統(tǒng)的方案后，定位系統(tǒng)方案要能達(dá)到的目標(biāo)，對(duì)系統(tǒng)各結(jié)構(gòu)的具體功能作詳 細(xì)介紹。 第四章： 詳細(xì)介紹基于 ZigBee的無線信息采集與傳輸和 Linux下的遠(yuǎn)程控制端的設(shè)計(jì)與 實(shí)現(xiàn) ，同時(shí)簡(jiǎn)單介紹集中控制端 。 第五章：介紹智能家居系統(tǒng)開發(fā)用到的硬件和系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)，然后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析。 第六章：對(duì)工作進(jìn)行總結(jié)， 提出系統(tǒng)設(shè)計(jì)中還需要完善和改進(jìn)的地方 ，并對(duì)本文的意義和價(jià)值作介紹 。 本章小結(jié) 本章首先介紹了 智能家居 的研究背景和意義 ，隨著人們生活節(jié)奏的加快，智能家居會(huì) 扮演越來重要的角色。 隨后介紹了 智能家居在國(guó)內(nèi)外的研究概況和發(fā)展現(xiàn)狀，智能家居在歐美日韓等發(fā)達(dá)國(guó)家 起步早，現(xiàn)在也走在技術(shù)的前端，國(guó)內(nèi)雖起步晚，但發(fā)展迅猛。最后綜合現(xiàn)狀和環(huán)境，展望了智能家居在未來的發(fā)展趨勢(shì)。 南昌航空大學(xué) 軟件學(xué)院東軟班學(xué)士學(xué)位論文 第二章 無線通信與 ZigBee技術(shù) 6 第二章 無線通信與 ZigBee 技術(shù) 無線通信概述 隨著 科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，通信技術(shù)已深入到人類的各個(gè)方面 ,為了擺脫各種線纜對(duì)個(gè)人終端的束縛，人們對(duì)能夠隨時(shí)隨地提供信息服務(wù)的移動(dòng)計(jì)算和無線通信的需求越來越迫切。 無線通信是指利用電磁波信號(hào)可以在自由空間中傳播的特性進(jìn)行信息交換的一種通信方式。近些年在通信領(lǐng)域中，發(fā)展最快、應(yīng)用最廣泛的就是無線通信技術(shù)。 自從馬可尼發(fā)明無線電以來，無線通信技術(shù)一 直向著不斷提高數(shù)據(jù)速率、傳輸距離、安全和穩(wěn)定的方向發(fā)展。 從七十年代開始，人們就開始了無線網(wǎng)的研究，而伴隨著以太局域網(wǎng)的迅猛發(fā)展，以具有不用 架 線、靈活性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn) 的無線網(wǎng)以己之長(zhǎng)補(bǔ)有線之短，也贏得了特定的市場(chǎng)認(rèn)可，為了規(guī)范和更好的發(fā)展， IEEE 制訂了 無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，主要對(duì)網(wǎng)絡(luò)的物理層和媒質(zhì)訪問控制層進(jìn)行規(guī)定，這樣就使得無線網(wǎng)的多點(diǎn)接入和多網(wǎng)段互聯(lián)能更加方便、廉價(jià)的實(shí)現(xiàn)。 無線通信已深入到人們生活和工作的各個(gè)方面，包括日常使用的手機(jī)、 無線電話等，當(dāng)然也有當(dāng)今很熱門的 3G、 WLAN、 寬 帶衛(wèi)星系統(tǒng)等應(yīng)用。 2021 年成立的IEEE 工作組將致力于提供一種廉價(jià)的固定、便攜或移動(dòng)設(shè)備使用的極低復(fù)雜度、低成本、低功耗、低速率的無線連接技術(shù)，而 ZigBee 正是這種無線技術(shù) 的商業(yè)命名。 ZigBee 技術(shù)簡(jiǎn)介 ZigBee 技術(shù)概述及特點(diǎn) ZigBee 是基于 標(biāo)準(zhǔn)的低 功耗 個(gè)人區(qū) 域網(wǎng)協(xié)議， 是一種應(yīng)用于短距離范圍內(nèi)，低傳輸數(shù)據(jù)速率下的各種電子設(shè)備之間的無線通信技術(shù)。 ZigBee 名字來源于蜂群使用的賴以生存和發(fā)展的通信方式， 蜜蜂通過跳 ZigZag 形狀的舞蹈來通知發(fā)現(xiàn)的新食物源 的位置、距離和方向等信息，以此作為新一代無線通訊技術(shù)的名稱。 在標(biāo)準(zhǔn)化方面， 工作組主要負(fù)責(zé)制定物理層和 MAC 層，高層應(yīng)用和市場(chǎng)推廣等工作將由 ZigBee 聯(lián)盟負(fù)責(zé)。 ZigBee 技術(shù) 具有低功耗、數(shù)據(jù)傳輸可靠、網(wǎng)絡(luò)容量大、兼容性好、安全性高、實(shí)現(xiàn)成本低等特點(diǎn) ，可以工作在 、 868MHz 和 915MHz 這 3 個(gè)頻段上，分別南昌航空大學(xué) 軟件學(xué)院東軟班學(xué)士學(xué)位論文 第二章 無線通信與 ZigBee技術(shù) 7 具有 250kbit/s、 20kbit/s 和 40kbit/s 的傳輸速率，他的技術(shù)特點(diǎn)具體如下： (1) 低功耗 : 由于 ZigBee 的傳輸速率低 ,發(fā)射功率僅為 1mW,而且采用了休眠模式，功耗低 ,因此 ZigBee 設(shè)備非常省電。據(jù)估算， ZigBee 設(shè)備僅靠?jī)晒?jié) 5 號(hào)電池就可以維持長(zhǎng)達(dá) 6 個(gè)月到 2 年左右的使用時(shí)間 ,這是其它無線設(shè)備望塵莫及的。 (2) 成本低： ZigBee 模塊的初始成本在 6 美元左右，估計(jì)很快就能降到 — 美元 , 并且 ZigBee 協(xié)議是免專利費(fèi)的。低成本對(duì)于 ZigBee 也是一個(gè)關(guān)鍵的因素。 (3) 時(shí)延短 : 通信時(shí)延和從休眠狀態(tài)激活的時(shí)延都非常短，典型的搜索設(shè)備時(shí)延 30ms,休眠激活的時(shí)延是 15ms, 活動(dòng)設(shè)備信道接入的時(shí)延為 15ms。因此 ZigBee技術(shù)適用于對(duì)時(shí)延要求苛刻的無線控制 (如工業(yè)控制場(chǎng)合等 )應(yīng)用。 (4) 網(wǎng)絡(luò)容量大：一個(gè)星型結(jié)構(gòu)的 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)最多可以容納 254 個(gè)從設(shè)備和一個(gè)主設(shè)備， 一個(gè)區(qū)域內(nèi)可以同時(shí)存在最多 100 個(gè) ZigBee 網(wǎng)絡(luò) , 而且網(wǎng)絡(luò)組成靈活。 (5) 可靠 : 采取了碰撞避免策略，同時(shí)為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時(shí)隙 ,避開了發(fā)送數(shù)據(jù)的競(jìng)爭(zhēng)和沖突。 MAC 層采用了完全確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸模式， 每個(gè)發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認(rèn)信息。如果傳輸過程中出現(xiàn)問題 可以進(jìn)行重發(fā)。 (6) 安全： ZigBee 提供了基于循環(huán)冗余校驗(yàn) (CRC)的數(shù)據(jù)包完整性檢查功能 ,支持鑒權(quán)和認(rèn)證，采用了 AES128 的加密算法 ,各個(gè)應(yīng)用可以靈活確定其安全屬性。 在 ZigBee 無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中 定義了兩種功能設(shè)備 ：全功能設(shè)備和 精簡(jiǎn)功能設(shè)備 。全功能設(shè)備 FFD (FullFunction Device) 可以支持任何一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，主要作為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器和路由器， 能夠和任何一種設(shè)備 通信。 精簡(jiǎn)功能設(shè)備 RFD(ReducedFunction Device) 只支持星型結(jié)構(gòu) ， 不能成為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器 ，但可以和網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器進(jìn)行通信，精簡(jiǎn)功能設(shè)備通常嵌入現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中使用。 全功能設(shè)備 之間以及 全功能設(shè)備 與精簡(jiǎn)功能設(shè)備之間都可以通信 ， 但精簡(jiǎn)功能設(shè)備之間不能直接通信 ， 只能與 全功能設(shè)備 通信。精簡(jiǎn)功能設(shè)備可以通過一個(gè) 全 功 能設(shè)備向外轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù) ， 這個(gè)與精簡(jiǎn)功能設(shè)備相關(guān)聯(lián)的 全功能設(shè)備 稱為該精簡(jiǎn)功能設(shè)備的協(xié)調(diào)器。 精簡(jiǎn)功能設(shè)備主要用于簡(jiǎn)單的控制應(yīng)用 ，如燈的開關(guān)、 被動(dòng) 式紅外線傳感器等， 傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量少，對(duì)傳輸資源 和通信資源占用不多， 這樣精簡(jiǎn)功能設(shè)備 可以采用非常廉價(jià)的實(shí)現(xiàn)方案。 由此可知 ZigBee 是一種近距離、低復(fù)雜度、低功 耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術(shù)。主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸以及典型的有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應(yīng)時(shí)間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用。 南昌航空大學(xué) 軟件學(xué)院東軟班學(xué)士學(xué)位論文 第二章 無線通信與 ZigBee技術(shù) 8 ZigBee 的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) ZigBee 技術(shù) 可以組合出適合不同需求的網(wǎng)絡(luò)，它 有兩種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：星型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和 對(duì)等的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) ， 如圖 ： [2] 圖 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖 星型拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有一個(gè)叫做 PAN 主協(xié)調(diào)器的中央控制器和多個(gè)從設(shè)備組成，主協(xié)調(diào)器必須為一個(gè) 全 功能的設(shè)備，從設(shè)備既可為 全 功能設(shè)備也可為簡(jiǎn)化 功能設(shè)備，在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)具體應(yīng)用情況，采用不同功能的設(shè)備，合理的構(gòu)造 出需要的 通信網(wǎng)絡(luò)。 對(duì)于 星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成當(dāng)一個(gè)具有 全 功能的設(shè)備 第一次被激活后，它就會(huì)建立一個(gè)自己 的 網(wǎng)絡(luò)，將自身成為一個(gè) PAN主協(xié)調(diào)器。所有星型網(wǎng)絡(luò)的操作獨(dú)立于當(dāng)前其它星型網(wǎng)絡(luò)的操作，這就說明了在星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中只有一個(gè)唯一的 PAN 主協(xié)調(diào)器，通過選擇一個(gè) PAN標(biāo)識(shí)符確保網(wǎng)絡(luò)的唯一性，目前其它