【文章內(nèi)容簡介】 ，平臺(tái)可以記錄存儲(chǔ)各系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，對系統(tǒng)的運(yùn)行可以提供有效的歷史數(shù)據(jù)，同時(shí)可以根據(jù)歷史 的運(yùn)行數(shù)據(jù)，總結(jié)出主人的使用習(xí)慣和某種規(guī)律，讓系統(tǒng)能夠自學(xué)習(xí)。 控制軟件可編程（ DIY），提供信息服務(wù) 此系統(tǒng)方便用戶改變控制邏輯、控制方式、操作界面，用戶的控制邏輯、操作界面可以自定義、可以 DIY。在現(xiàn)代的智能家居系統(tǒng)中，信息服務(wù)是非常重要的不可或缺的部分，有了信息服務(wù)，它給智能家居更多的“智慧”、給我們的生活提供更多的信息和資訊、給智能家居賦予更生動(dòng)的生命，它是智能家居更高的境界。信息服務(wù)內(nèi)容包括：健康、烹飪、交通信息、生活常識(shí)、嬰幼兒哺育、兒童教育、日常購物、社區(qū)信息、家居控制專家等等，智能家居已 不僅僅是面向控制的系統(tǒng)而是信息服務(wù)與控制有機(jī)結(jié)合的系統(tǒng)。 多種控制手段 在日常家居生活中，為了使我們對家庭的控制系統(tǒng)能隨時(shí)掌控、需要的信息隨時(shí)獲取，操作終端的形式非常重要，多種形式的智能操作終端是必不可少如：智能遙控器、移動(dòng)觸摸屏、電腦、手機(jī)、 PDA 等。 智能家居控制器可以為系統(tǒng)提供智能控制方案，使住戶的控制更便捷，更高效，更能為家庭的日常活動(dòng)節(jié)約不必要的能耗。隨著科技的提高，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的物質(zhì)生活水平的提高，對家居環(huán)境的要求也越來越高，作為家居智能化的核心部分—— 智能家居控制系統(tǒng)也越發(fā)顯得 重要。 [5] 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 所謂無線網(wǎng)絡(luò)，既包括允許用戶建立遠(yuǎn)距離無線連接的全球語音和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，也包括為近距離無線連接進(jìn)行優(yōu)化的紅外線技術(shù)及射頻技術(shù)，與有線網(wǎng)絡(luò)的用途十分類似，最大的不同在于傳輸媒介的不同，利用無線電技術(shù)取代網(wǎng)線，可以和有線網(wǎng)絡(luò)互為備份。 [6]無線技術(shù)也分不同種類，通常以產(chǎn)生無線信號(hào)的方式來區(qū)分，目前主要的方式有調(diào)頻無線技術(shù)、紅外無線技術(shù)和藍(lán)牙無線技術(shù)三種，其成本和特點(diǎn)也不盡相同。廣泛應(yīng)用于音響 鍵鼠等各項(xiàng)內(nèi)容，有很好的發(fā)展前景。 5 無線網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn) 常見標(biāo)準(zhǔn)有以下幾種： IEEE ：使用 5GHz 頻段，傳輸速度 54Mbps，與 不兼容。 IEEE ：使用 頻段，傳輸速度 11Mbps 。 IEEE ：使用 頻段，傳輸速度主要有 54Mbps、 108Mbps，可向下兼容 。 IEEE 草案：使用 頻段，傳輸速度可達(dá) 300Mbps，目前標(biāo)準(zhǔn)尚為草案，但產(chǎn)品已層出不窮。 目前 IEEE 最常用，但 IEEE 更具下一代標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)力， 也在快速發(fā)展中。 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)含有確保訪問控制和加密的兩個(gè)部分，這兩個(gè)部分必須在無線 LAN 中的每個(gè)設(shè)備上配置。擁有成百上千臺(tái)無線 LAN 用戶的公司需要可靠的安全解決方案，可以從一個(gè)控制中心進(jìn)行有效的管理。缺乏集中的安全控制是無線 LAN只在一些相對較的小公司和特定應(yīng)用中得到使用的根本原因。 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)定義了兩種機(jī)理來提供無線 LAN 的訪問控制和保密：服務(wù)配置標(biāo)識(shí)符（ SSID）和有線等效保密（ WEP）。還有一種加密的機(jī)制是通過透明運(yùn)行在無線 LAN 上的虛擬專網(wǎng)（ VPN）來進(jìn)行的 。 SSID ，無線 LAN 中經(jīng)常用到的一個(gè)特性是稱為 SSID 的命名編號(hào)，它提供低級(jí)別上的訪問控制。 SSID 通常是無線 LAN 子系統(tǒng)中設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)名稱；它用于在本地分割子系統(tǒng)。 WEP ， 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了一種稱為有線等效保密（或稱為 WEP）的可選加密方案，提供了確保無線 LAN 數(shù)據(jù)流的機(jī)制。 WEP 利用一個(gè)對稱的方案，在數(shù)據(jù)的加密和解密過程中使用相同的密鑰和算法。 [7] ZigBee 技術(shù) ZigBee 技術(shù)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。 ZigBee 技術(shù)簡介 蜜蜂在發(fā)現(xiàn)花叢后會(huì)通過一種特殊的肢體語言來告知同伴新發(fā)現(xiàn)的食物源 6 位置等信息，這種肢體語言就是 ZigZag 行舞蹈，是蜜蜂之間一種簡單傳達(dá)信息的方式。借此意義 ZigBee 作為新一代無線通訊技術(shù)的命名。在此之前 ZigBee 也被稱為“ HomeRF Lite”、“ RF EasyLink”或“ fireFly”無線電技術(shù)，目前統(tǒng)稱為 ZigBee。[9] 簡單的說， ZigBee 是一種高可靠的無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)，類似于 CDMA 和 GSM 網(wǎng)絡(luò)。ZigBee 數(shù)傳模塊類似于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)基站。通訊距離從標(biāo)準(zhǔn)的 75m 到幾百米、幾公里，并且支持無限擴(kuò)展。 ZigBee 是一個(gè)由可多到 65000 個(gè)無線數(shù)傳模塊組成的一個(gè)無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，每一個(gè) ZigBee 網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳模塊之間可以相互通信，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的距離可以從標(biāo)準(zhǔn)的 75m 無限擴(kuò)展。與移動(dòng)通信的 CDMA 網(wǎng)或 GSM 網(wǎng)不同的是，ZigBee 網(wǎng)絡(luò)主要是為工業(yè)現(xiàn)場自動(dòng)化控制數(shù)據(jù)傳輸而建立，因而，它必須具有簡單，使用方便，工作可靠，價(jià)格低的特點(diǎn)。而移 動(dòng)通信網(wǎng)主要是為語音通信而建立，每個(gè)基站價(jià)值一般都在百萬元人民幣以上，而每個(gè) ZigBee“基站”卻不到 1000 元人民幣。每個(gè) ZigBee 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)不僅本身可以作為監(jiān)控對象，例如其所連接的傳感器直接進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，還可以自動(dòng)中轉(zhuǎn)別的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳過來的數(shù)據(jù)資料。除此之外，每一個(gè) ZigBee 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn) (FFD)還可在自己信號(hào)覆蓋的范圍內(nèi)，和多個(gè)不承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)信息中轉(zhuǎn)任務(wù)的孤立的子節(jié)點(diǎn) (RFD)無線連接。 ZigBee 協(xié)議棧各層結(jié)構(gòu) Zig Bee 協(xié)議棧各層的主要功能模塊主要包括 PHY 層功能、 MAC 層功能、 NWK 層功能、 APS 子層功能，應(yīng)用框架 AF(APhcationFram， ork)功能及各類應(yīng)用對象。 PDU (ProtocolDataUnit)表示協(xié)議數(shù)據(jù)單元。 PHY 層 主要通過無線信道進(jìn)行收發(fā)數(shù)據(jù)包 PPDU (PHYProtcoloDataUin)t，以及檢測接收包的鏈路質(zhì)量 LQI(Link alitylndication)值，信道選擇，信道能量檢測ED(Energy Detect)和空閑信道評(píng)估 CCA (Clear ChannelAssessment)。 AMC 層 對從即 DU 中提取的淤 DU 進(jìn) 行進(jìn)一步的處理，同時(shí)，還提供 AMC 層數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制， ED、 ACTIVE 和 ORPN 三種掃描機(jī)制，和關(guān)聯(lián) /退出關(guān)聯(lián)功能。 AMC 層的 ED 掃描調(diào)用 PHY 層的 ED 檢測實(shí)現(xiàn)。 NwK 層 負(fù)責(zé) NPDU 收發(fā)，組網(wǎng)管理及信息路由的實(shí)現(xiàn)。其中組網(wǎng)管理主要包括網(wǎng)絡(luò)建 7 立、地址分配、節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)及節(jié)點(diǎn)離網(wǎng)。信息路由則包括路徑發(fā)現(xiàn)、路徑維護(hù)、信息單播及信息廣播。 [10] ZigBee 的技術(shù)特點(diǎn) ZigBee 是一種無線連接，可工作在 (全球流行 )、 868MHz(歐洲流行 )和915 MHz(美國流行 )3 個(gè)頻段上 ,分別具有 最高 250kbit/s、 20kbit/s 和 40kbit/s 的傳輸速率，它的傳輸距離在 1075m 的范圍內(nèi) ,但可以繼續(xù)增加。作為一種無線通信技術(shù)， ZigBee 具有如下特點(diǎn)： 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)備僅靠兩節(jié) 5 號(hào)電池就可以維持長達(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。 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。低成本對于 ZigBee 也是一個(gè)關(guān)鍵的因素。 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)適用于對時(shí)延要求苛刻的無線控制 (如工業(yè)控制場合等 )應(yīng)用。 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。 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)的競爭和沖突。 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)。 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。 ZigBee 聯(lián)盟及標(biāo)準(zhǔn)制定 ZigBee 聯(lián)盟是一個(gè)高速成長的非盈利業(yè)界組織，成員包括國際著名半導(dǎo)體生產(chǎn)商、技術(shù)提供者、技術(shù)集成商以及最終使用者。聯(lián)盟制定了基于 ，具有高可靠、高性價(jià)比、低功耗的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用規(guī)格。 ZigBee 聯(lián)盟的主要目標(biāo)是以通過加入無線網(wǎng)絡(luò)功能，為消費(fèi)者提供更富有彈性、更容易使用的電子產(chǎn)品。 ZigBee 技術(shù)能融入各類電子產(chǎn)品，應(yīng)用范圍橫跨全球的民用、商用、公共事業(yè)以及工業(yè)等市場。 8 使得聯(lián)盟會(huì)員可以利用 ZigBee 這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化無線網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，設(shè)計(jì)出簡單、可靠、便宜又節(jié)省電力的各種產(chǎn)品來。 ZigBee 聯(lián)盟所鎖定的焦點(diǎn)為制定網(wǎng)絡(luò)、安全和應(yīng)用軟件層；提供不同產(chǎn)品的協(xié)調(diào)性及互通性測試規(guī)格；在世界各地推廣 ZigBee 品牌并爭取市場的關(guān)注，管理技術(shù)的發(fā)展。 ZigBee 聯(lián)盟對 ZigBee 標(biāo)準(zhǔn)的制定： 的物理層、 MAC 層及數(shù)據(jù)鏈路層，標(biāo)準(zhǔn)已在 2021 年 5 月發(fā)布。 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)層、加密層及應(yīng)用描述層的制定也取得了較大的進(jìn)展。 版本已經(jīng)發(fā)布。其他應(yīng)用領(lǐng)域及其相關(guān)的設(shè)備描述也會(huì)陸續(xù)發(fā)布。由于 ZigBee 不僅只是 的代名詞，而且 IEEE 僅處理低級(jí) MAC 層和物理層協(xié)議，因此 ZigBee 聯(lián)盟對其網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議和 API 進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。完全協(xié)議用于一次可直接連接到一個(gè)設(shè)備的基本節(jié)點(diǎn)的 4K 字節(jié)或者作為 Hub 或路由器的協(xié)調(diào)器的 32K 字節(jié)。每個(gè)協(xié)調(diào)器可連 接多達(dá) 255 個(gè)節(jié)點(diǎn)，而幾個(gè)協(xié)調(diào)器則可形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，對路由傳輸?shù)臄?shù)目則沒有限制。 ZigBee 聯(lián)盟還開發(fā)了安全層，以保證這種便攜設(shè)備不會(huì)意外泄漏其標(biāo)識(shí)，而且這種利用網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)距離傳輸不會(huì)被其它節(jié)點(diǎn)獲得。 ZigBee 聯(lián)盟所鎖定的焦點(diǎn)為制定網(wǎng)絡(luò)、安全和應(yīng)用軟件層；提供不同產(chǎn)品的協(xié)調(diào)性及互通性測試規(guī)格；在世界各地推廣 ZigBee 品牌并爭取市場的關(guān)注，管理技術(shù)的發(fā)展。 [9] 課題研究內(nèi)容 課題目的 智能家居是以住宅為平臺(tái)，利用綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、安全防范技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、音視頻技術(shù)將家居生活有關(guān)的設(shè)施集成，構(gòu)建高效的住宅設(shè)施與家庭日程事務(wù)的管理系統(tǒng)，提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術(shù)性，并實(shí)現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的居住環(huán)境。基于智能家居的最新定義，參考 ZigBee 技術(shù)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出的本系統(tǒng)，在包含了智能家居必備系統(tǒng) (智能家居 (中央 )控制管理系統(tǒng)、家居照明控制系統(tǒng)、家庭安防系統(tǒng) )的基礎(chǔ)上，加入了家居布線系統(tǒng)、家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、背景音樂系統(tǒng)和家庭環(huán)境控制系統(tǒng)。在智能家居的認(rèn)定上，只有完整地安裝了所有的必備系統(tǒng) ，并且至少選裝了一種及以上的可選系統(tǒng)的家居系統(tǒng)才能稱為智能家居。 課題意義 智能家居是利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，將家庭中的各種設(shè)備（如照明系統(tǒng)、環(huán)境控制、安防系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)家電）通過家庭網(wǎng)絡(luò)連接到一起的，自從美國在 1984 真正的智能建筑出現(xiàn)以來， 國外已經(jīng)有將近 30 年的研究歷史，而國內(nèi)在這方面的研究相對較晚，從 2021 年才逐步應(yīng)用于高端市場，而且 9 標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。由于智能家居系統(tǒng)具有安全、方便、高效、快捷、智能化和個(gè)性化的獨(dú)特魅力，使得智能家居的開發(fā)與建設(shè)成為 21 世紀(jì)科技發(fā)展的 必然趨勢。隨著全球?qū)δ茉春铜h(huán)境的要求越來越高，而智能家居在節(jié)能方面的效果優(yōu)勢非常明顯，因此具有非常廣闊的市場前景。 研究主要內(nèi)容 要求 基本 問題 ： （ 1）報(bào) 警 模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。 （ 2） 智能光控?zé)艟吣K的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。 （ 3） 智能溫控空調(diào)模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。 重點(diǎn)注意 ： 軟件與硬件的聯(lián)合調(diào)試。 10 第二章 智能家居系統(tǒng)的任務(wù)設(shè)計(jì)（硬件部分） 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 總體方案 在智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，在盡可能保持統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的前提下，針對各種信號(hào)類型選擇合適的總線或者無線技術(shù)并設(shè)計(jì)主控器已成 為智能家居建設(shè)的首要問題。 在有線方式中，各類傳感器和控制器的連接通過總線，它的優(yōu)點(diǎn)是可以簡化各功能單元的設(shè)計(jì)，缺點(diǎn)就是布線多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，也存在總線協(xié)議設(shè)計(jì)選擇的問題。 針對智能家居中采用有線方式存在的問題，本文提出了一種采用 ZigBee 無線通信技術(shù)的新型智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了該系統(tǒng)中的檢測、中央處理、控制等各個(gè)模塊。 智能家居系統(tǒng)的組成 系統(tǒng)主要由智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器，即主節(jié)點(diǎn)，與智能家居設(shè)備相連的智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器，即分節(jié)點(diǎn)，每個(gè)房間放置的充當(dāng)路由器的智能家居網(wǎng)絡(luò)控制器，功能