【文章內容簡介】 ，平臺可以記錄存儲各系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)，對系統(tǒng)的運行可以提供有效的歷史數(shù)據(jù)，同時可以根據(jù)歷史 的運行數(shù)據(jù)，總結出主人的使用習慣和某種規(guī)律，讓系統(tǒng)能夠自學習。 控制軟件可編程（ DIY），提供信息服務 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，信息服務是非常重要的不可或缺的部分，有了信息服務，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的生命，它是智能家居更高的境界。信息服務內容包括：健康、烹飪、交通信息、生活常識、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)而是信息服務與控制有機結合的系統(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)能隨時掌控、需要的信息隨時獲取，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、移動觸摸屏、電腦、手機、 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?；顒庸?jié)約不必要的能耗。隨著科技的提高，經濟的發(fā)展，人們的物質生活水平的提高，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)絡技術 所謂無線網(wǎng)絡，既包括允許用戶建立遠距離無線連接的全球語音和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡，也包括為近距離無線連接進行優(yōu)化的紅外線技術及射頻技術，與有線網(wǎng)絡的用途十分類似，最大的不同在于傳輸媒介的不同，利用無線電技術取代網(wǎng)線，可以和有線網(wǎng)絡互為備份。 [6]無線技術也分不同種類，通常以產生無線信號的方式來區(qū)分，目前主要的方式有調頻無線技術、紅外無線技術和藍牙無線技術三種，其成本和特點也不盡相同。廣泛應用于音響 鍵鼠等各項內容，有很好的發(fā)展前景。 5 無線網(wǎng)絡的標準 常見標準有以下幾種： 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 300Mbps，目前標準尚為草案，但產品已層出不窮。 目前 IEEE 最常用，但 IEEE 更具下一代標準的實力， 也在快速發(fā)展中。 IEEE 標準含有確保訪問控制和加密的兩個部分，這兩個部分必須在無線 LAN 中的每個設備上配置。擁有成百上千臺無線 LAN 用戶的公司需要可靠的安全解決方案，可以從一個控制中心進行有效的管理。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用中得到使用的根本原因。 IEEE 標準定義了兩種機理來提供無線 LAN 的訪問控制和保密：服務配置標識符（ SSID）和有線等效保密（ WEP）。還有一種加密的機制是通過透明運行在無線 LAN 上的虛擬專網(wǎng)（ VPN）來進行的 。 SSID ，無線 LAN 中經常用到的一個特性是稱為 SSID 的命名編號，它提供低級別上的訪問控制。 SSID 通常是無線 LAN 子系統(tǒng)中設備的網(wǎng)絡名稱；它用于在本地分割子系統(tǒng)。 WEP ， 標準規(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)流的機制。 WEP 利用一個對稱的方案，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 ZigBee 技術是一種近距離、低復雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術。主要用于距離短、 功耗低且傳輸速率不高的各種電子設備之間進行數(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)和低反應時間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽谩? ZigBee 技術簡介 蜜蜂在發(fā)現(xiàn)花叢后會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信息的方式。借此意義 ZigBee 作為新一代無線通訊技術的命名。在此之前 ZigBee 也被稱為“ HomeRF Lite”、“ RF EasyLink”或“ fireFly”無線電技術，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，類似于 CDMA 和 GSM 網(wǎng)絡。ZigBee 數(shù)傳模塊類似于移動網(wǎng)絡基站。通訊距離從標準的 75m 到幾百米、幾公里，并且支持無限擴展。 ZigBee 是一個由可多到 65000 個無線數(shù)傳模塊組成的一個無線數(shù)傳網(wǎng)絡平臺，在整個網(wǎng)絡范圍內，每一個 ZigBee 網(wǎng)絡數(shù)傳模塊之間可以相互通信，每個網(wǎng)絡節(jié)點間的距離可以從標準的 75m 無限擴展。與移動通信的 CDMA 網(wǎng)或 GSM 網(wǎng)不同的是，ZigBee 網(wǎng)絡主要是為工業(yè)現(xiàn)場自動化控制數(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，價格低的特點。而移 動通信網(wǎng)主要是為語音通信而建立，每個基站價值一般都在百萬元人民幣以上，而每個 ZigBee“基站”卻不到 1000 元人民幣。每個 ZigBee 網(wǎng)絡節(jié)點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行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，還可以自動中轉別的網(wǎng)絡節(jié)點傳過來的數(shù)據(jù)資料。除此之外，每一個 ZigBee 網(wǎng)絡節(jié)點 (FFD)還可在自己信號覆蓋的范圍內，和多個不承擔網(wǎng)絡信息中轉任務的孤立的子節(jié)點 (RFD)無線連接。 ZigBee 協(xié)議棧各層結構 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，應用框架 AF(APhcationFram， ork)功能及各類應用對象。 PDU (ProtocolDataUnit)表示協(xié)議數(shù)據(jù)單元。 PHY 層 主要通過無線信道進行收發(fā)數(shù)據(jù)包 PPDU (PHYProtcoloDataUin)t，以及檢測接收包的鏈路質量 LQI(Link alitylndication)值，信道選擇，信道能量檢測ED(Energy Detect)和空閑信道評估 CCA (Clear ChannelAssessment)。 AMC 層 對從即 DU 中提取的淤 DU 進 行進一步的處理，同時，還提供 AMC 層數(shù)據(jù)傳輸機制， ED、 ACTIVE 和 ORPN 三種掃描機制，和關聯(lián) /退出關聯(lián)功能。 AMC 層的 ED 掃描調用 PHY 層的 ED 檢測實現(xiàn)。 NwK 層 負責 NPDU 收發(fā)，組網(wǎng)管理及信息路由的實現(xiàn)。其中組網(wǎng)管理主要包括網(wǎng)絡建 7 立、地址分配、節(jié)點入網(wǎng)及節(jié)點離網(wǎng)。信息路由則包括路徑發(fā)現(xiàn)、路徑維護、信息單播及信息廣播。 [10] ZigBee 的技術特點 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 ,但可以繼續(xù)增加。作為一種無線通信技術， ZigBee 具有如下特點： 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 設備非常省電。據(jù)估算， ZigBee 設備僅靠兩節(jié) 5 號電池就可以維持長達 6 個月到 2 年左右的使用時間 ,這是其它無線設備望塵莫及的。 成本低： ZigBee 模塊的初始成本在 6 美元左右，估計很快就能降到 — 美元 , 并且 ZigBee 協(xié)議是免專利費的。低成本對于 ZigBee 也是一個關鍵的因素。 時延短 : 通信時延和從休眠狀態(tài)激活的時延都非常短，典型的搜索設備時延 30ms,休眠激活的時延是 15ms, 活動設備信道接入的時延為 15ms。因此 ZigBee技術適用于對時延要求苛刻的無線控制 (如工業(yè)控制場合等 )應用。 網(wǎng)絡容量大： 一個星型結構的 ZigBee 網(wǎng)絡最多可以容納 254 個從設備和一個主設備， 一個區(qū)域內可以同時存在最多 100 個 ZigBee 網(wǎng)絡 , 而且網(wǎng)絡組成靈活。 可靠 : 采取了碰撞避免策略，同時為需要固定帶寬的通信業(yè)務 預留了專用時隙 ,避開了發(fā)送數(shù)據(jù)的競爭和沖突。 MAC 層采用了完全確認的數(shù)據(jù)傳輸模式，每個發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認信息。如果傳輸過程中出現(xiàn)問題可以進行重發(fā)。 安全： ZigBee 提供了基于循環(huán)冗余校驗 (CRC)的數(shù)據(jù)包完整性檢查功能 ,支持鑒權和認證，采用了 AES128 的加密算法 ,各個應用可以靈活確定其安全屬性。 ZigBee 聯(lián)盟及標準制定 ZigBee 聯(lián)盟是一個高速成長的非盈利業(yè)界組織，成員包括國際著名半導體生產商、技術提供者、技術集成商以及最終使用者。聯(lián)盟制定了基于 ，具有高可靠、高性價比、低功耗的網(wǎng)絡應用規(guī)格。 ZigBee 聯(lián)盟的主要目標是以通過加入無線網(wǎng)絡功能，為消費者提供更富有彈性、更容易使用的電子產品。 ZigBee 技術能融入各類電子產品，應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)盟會員可以利用 ZigBee 這個標準化無線網(wǎng)絡平臺，設計出簡單、可靠、便宜又節(jié)省電力的各種產品來。 ZigBee 聯(lián)盟所鎖定的焦點為制定網(wǎng)絡、安全和應用軟件層；提供不同產品的協(xié)調性及互通性測試規(guī)格；在世界各地推廣 ZigBee 品牌并爭取市場的關注，管理技術的發(fā)展。 ZigBee 聯(lián)盟對 ZigBee 標準的制定： 的物理層、 MAC 層及數(shù)據(jù)鏈路層，標準已在 2021 年 5 月發(fā)布。 ZigBee 網(wǎng)絡層、加密層及應用描述層的制定也取得了較大的進展。 版本已經發(fā)布。其他應用領域及其相關的設備描述也會陸續(xù)發(fā)布。由于 ZigBee 不僅只是 的代名詞，而且 IEEE 僅處理低級 MAC 層和物理層協(xié)議，因此 ZigBee 聯(lián)盟對其網(wǎng)絡層協(xié)議和 API 進行了標準化。完全協(xié)議用于一次可直接連接到一個設備的基本節(jié)點的 4K 字節(jié)或者作為 Hub 或路由器的協(xié)調器的 32K 字節(jié)。每個協(xié)調器可連 接多達 255 個節(jié)點，而幾個協(xié)調器則可形成一個網(wǎng)絡，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，以保證這種便攜設備不會意外泄漏其標識，而且這種利用網(wǎng)絡的遠距離傳輸不會被其它節(jié)點獲得。 ZigBee 聯(lián)盟所鎖定的焦點為制定網(wǎng)絡、安全和應用軟件層；提供不同產品的協(xié)調性及互通性測試規(guī)格；在世界各地推廣 ZigBee 品牌并爭取市場的關注，管理技術的發(fā)展。 [9] 課題研究內容 課題目的 智能家居是以住宅為平臺，利用綜合布線技術、網(wǎng)絡通信技術、安全防范技術、自動控制技術、音視頻技術將家居生活有關的設施集成，構建高效的住宅設施與家庭日程事務的管理系統(tǒng)，提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術性，并實現(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 技術的特點，設計出的本系統(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) )的基礎上，加入了家居布線系統(tǒng)、家庭網(wǎng)絡系統(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的計算機技術、嵌入式系統(tǒng)和網(wǎng)絡通訊技術，將家庭中的各種設備（如照明系統(tǒng)、環(huán)境控制、安防系統(tǒng)、網(wǎng)絡家電）通過家庭網(wǎng)絡連接到一起的，自從美國在 1984 真正的智能建筑出現(xiàn)以來， 國外已經有將近 30 年的研究歷史，而國內在這方面的研究相對較晚，從 2021 年才逐步應用于高端市場，而且 9 標準不統(tǒng)一。由于智能家居系統(tǒng)具有安全、方便、高效、快捷、智能化和個性化的獨特魅力，使得智能家居的開發(fā)與建設成為 21 世紀科技發(fā)展的 必然趨勢。隨著全球對能源和環(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。 研究主要內容 要求 基本 問題 ： （ 1）報 警 模塊的設計與實現(xiàn)。 （ 2） 智能光控燈具模塊的設計與實現(xiàn)。 （ 3） 智能溫控空調模塊的設計與實現(xiàn)。 重點注意 ： 軟件與硬件的聯(lián)合調試。 10 第二章 智能家居系統(tǒng)的任務設計（硬件部分） 系統(tǒng)設計 總體方案 在智能家居系統(tǒng)設計中，在盡可能保持統(tǒng)一標準的前提下，針對各種信號類型選擇合適的總線或者無線技術并設計主控器已成 為智能家居建設的首要問題。 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)點是可以簡化各功能單元的設計，缺點就是布線多，結構復雜，也存在總線協(xié)議設計選擇的問題。 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 無線通信技術的新型智能家居系統(tǒng)設計方案，設計并實現(xiàn)了該系統(tǒng)中的檢測、中央處理、控制等各個模塊。 智能家居系統(tǒng)的組成 系統(tǒng)主要由智能家居網(wǎng)絡控制器，即主節(jié)點，與智能家居設備相連的智能家居網(wǎng)絡控制器，即分節(jié)點，每個房間放置的充當路由器的智能家居網(wǎng)絡控制器，功能