【正文】 gBee CC3K30 Inter FPGA 模塊 廣西工學院鹿山學院本科生畢業(yè)設計（論文） 22 設計。工作時，由 ZigBee 模塊接收到傳感器的信息，再經過 CPU 處理通過該以太網或者 3G模塊傳送給控制終端。其硬件接口支持電源接口，模擬電路接口，標準 SIM卡接口， USB接口， UART接口等。速率最高可達 3Mbps。 泰科姆 CC2530 模塊 如圖 52所示： 圖 52 泰科姆 CC2530 模塊實物圖 系統(tǒng)是以太網網技術來組建智能家居聯網功能的，以太網模塊采用的是有人公司研發(fā)的 RS232 RJ45型以太網模塊（如圖 53所示），市場價格為 100 元。其功工頻為 ,有 16個傳送信道；可根據現場自由更換可靠通信信道；功耗也相對較低，接收電流小于 30mA,發(fā)送電流小于 50mA。 OMA3530 核心模塊支持 及 WinCE 操作系統(tǒng)給研發(fā)者使用OMAP3530 處理器提供了很好的軟件開發(fā)平臺。市場價格為 500 元。 （ 6）安全功能 作為家庭設備連接寬帶網絡的關口，家庭網關承擔著保護家庭網絡安全的重大責任，因此，家庭網關必須具備防攻擊、防入侵的能力 家庭網關硬件設計 CPU 的選擇要考慮的首先是性能要能滿足系統(tǒng)設計要求，二是要成本低，價格合理，三是要選擇耗能低，又環(huán)保。 （ 3） QoS 功能 能區(qū)分不同組網的業(yè)務流，對不同優(yōu)先級業(yè)務流進行處理設置等 （ 4） DHCP 功能 DHCP 動態(tài)主機配置協議，為接入 Inter 的家庭設備動態(tài)分配 IP 地址。 管理功能包括： （ 1）設備自動檢測能力 家庭網關使用的軟件應該有助于提高產品的即插即用性能，同時家庭網絡內部的設備之間應當采用規(guī)范化的方式，完成設備之間的自動發(fā)現和自動配置。 接入功能包括： （ 1）網絡接入與網絡路由功能 家庭網關支持多種接入方式，包括與外部網絡通信，與網絡路由等功能。 PC/手機端 家庭網關 燈光音頻 安防報警 視頻監(jiān)控 傳感器檢測 以太網 Zigbee 聲音 /動作 家庭網關 燈光音頻 Zigbee Zigbee PC/手機 家庭網關 聲音、動作 以太網 Zigbee 廣西工學院鹿山學院本科生畢業(yè)設計（論文） 19 5 家庭網關平臺設計 智能家居的中央連接樞紐是家庭網關，是系統(tǒng)內部網絡和外部網絡數據交換的業(yè)務平臺，是整個智能家居系統(tǒng)的核心，系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)的功能業(yè)務都要通過它來實現 3G網絡接入。 具體流程如圖 45 所示： 家庭網關 ZigBee 控制器 控制器 ZigBee 設備 （控制開關） ZigBee 設備 （數字插座） ZigBee 設備 （傳感器） 電冰箱、電視 …… 照明燈具 溫濕度傳感器 廣西工學院鹿山學院本科生畢業(yè)設計（論文） 18 流程 A： 流程 B： 流程 C： 圖 45 智能家居系統(tǒng)控制流程圖 本章小結 本章主要對智能家居系統(tǒng)的網絡進行設計，分別對智能家居內部網絡，傳感器網絡進行設計，內部網絡控制。 流程 C:PC 或手機控制終端當接收到室內播放音樂的信息時，控制端發(fā)出關閉語音控制指令，關閉 語音控制功能，避免音樂對語音控制系統(tǒng)產生干擾。具體網絡結構圖如圖 44所示： 圖 44 ZigBee 網絡結構 智能家居控制網絡控制流程 系統(tǒng)控制可以分為三種控制流程 : 流程 A：用戶通過控制電腦 PC 端或者移動手機端監(jiān)控界面，發(fā)出指令通過以太網接入家庭網關，家庭網關再將控制信號傳送到燈光音樂、安防報警、傳感器監(jiān)測和視頻監(jiān)控等設備實現遠程控制。在家庭網關中也設置了 ZigBee 設備，用于接收傳感器傳來的信息，和發(fā)送控制指令到控制端。而同時溫度傳感器檢測到室內溫度高于預定的值時，就會聯動開啟中央空調調節(jié)問題，而這時，空調的動作等級就要高于窗簾對于燈光控制的，即開啟空調時，窗簾就要自動關閉。如系統(tǒng)檢測到有人在家，那相應的家居設備就開啟，如照明系統(tǒng)等，空調系統(tǒng)等。如溫度傳感器將溫度變化轉換為電信號傳到智能家庭，將報警信息處理后，通過直接給設定的報警號碼發(fā)報警短消息或者撥打電話。具體流程如圖 42 所示： 42 智能家居系統(tǒng)終端網絡圖 家庭傳感網絡及控制網絡組網 傳感器主要對住宅內部外部的溫度、濕度、光照度、有無人員在等信息進行收集信息。在以太網中，電腦，筆記本等設備鏈接到一條同軸電纜上，采用競爭機制和總線型拓撲結構。系統(tǒng)無線遠程控制智能家居系統(tǒng)是通過 3G網絡技術來實現的，而 3G網絡通過作為網關服務接入互聯網的方式，實現對智能家居系統(tǒng)的遠程監(jiān)控。第五章會詳細介紹。 廣西工學院鹿山學院本科生畢業(yè)設計（論文） 15 4 智能家居系統(tǒng)網絡設計 智能家居系統(tǒng)由各種各樣的傳感器和各種智能開關，智能插座，還有豐富的家用設備組成，而這些家用設備是用什么技術連接起來的，是本章主要研究的問題，本章節(jié)先進行了智能家居系統(tǒng)總體網絡設計 ，根據家居系統(tǒng)的網絡分為兩個部分，外部網絡，內部網絡，下面將根據網絡的功能需求進行設計。 章節(jié)小結 本章是系統(tǒng)的總體方案設計根據系統(tǒng)功能需求及設計原則，對系統(tǒng)的服務功能進行設計，并對主要系統(tǒng)的功能服務進行分析。接收到的信息可以通過家庭控制中心的服務器自動分析信息數據，或者通過移動終端手機，電腦等接收到信息后人為的分析數據，再發(fā)出控制指令，智能家庭網關也具備部分的自動分析數據的功能，而有的直接將信息反饋到家用電器中，家用電器根據設置自動調 節(jié)，空調的溫度控制就是如此。一路通過家庭網關與外部網絡連接，用戶可以通過外部網絡的終端設備對家居終端設備進行遠程監(jiān)控。 系統(tǒng)總體結構設計 根據系統(tǒng)服務功能，將各個子系統(tǒng)硬件通過家庭網關結合起來，形成一個完整的智能家居系統(tǒng)，系統(tǒng)的總體結構如圖 38 所示： 多媒體 安防系統(tǒng) 家電控制 信息分配與共享 傳感器網絡 燈光控制 遠程控制 圖 38系統(tǒng)總體結構圖 智能窗簾系統(tǒng) 可見光傳感器 控制開關 窗簾 信號模塊 …… 家庭網關 筆記本 電話 電視 火災探測器 門磁 聲光報警 …… 空調 飲水機 電視 冰箱 …… 手機 筆記本 電話 … 控制模塊 節(jié)能燈、白熾燈、日光燈 … 電動窗簾、電動門鎖 光控模塊、聲控模塊 … 家庭控制中心 溫度、濕度、紅外人體傳感器 …… 移動網絡、無線接入、 固定網絡、閉路電視 ... 數字插座 物業(yè)管理 廣西工學院鹿山學院本科生畢業(yè)設計（論文） 14 系統(tǒng)說明：系統(tǒng)的分為簡單的三部分，一是數據采集，二數據傳送，三是數據分析，三是數據處理。情景模式組成如圖 36 所示 : 圖 36 情景模式組成圖 （ 6）智能窗簾系統(tǒng)：智能窗簾系統(tǒng)和普通窗簾的區(qū)別就在于，窗簾不僅可以手動控制還可以手機遠程控制，并根據室內室外的亮度自動開關，系統(tǒng)主要由可見光傳感器，空調系統(tǒng) 溫度傳感器 定風量系統(tǒng) 變風量系統(tǒng) 新風通風控制系統(tǒng) 空氣處理系統(tǒng) 濕度傳感器 情景模式 早起模式 離家模式 影院模式 酒吧模式 …… 廣西工學院鹿山學院本科生畢業(yè)設計（論文） 13 控制系統(tǒng)，窗簾等設備組成。離家模式，當系 統(tǒng)檢測到用戶離開家時，或者用戶將家居系統(tǒng)調為離家模式，一些不必要的家居系統(tǒng)就會自動關閉，如室內照明會關閉，而冰箱不會關閉?？照{系統(tǒng)主要由定風量系統(tǒng)、空氣處理系統(tǒng)、變風量系統(tǒng)、傳感器、新風通風控制系統(tǒng)等子系統(tǒng)模塊組成。當室內溫度過高或過低時，系統(tǒng)自動開啟空調，將室內溫度調節(jié)到最適合人體的溫度。實現住宅內部與外部網絡進行聲音、圖像，視頻等多媒體信息的高速傳送、共享等服務。創(chuàng)造一個可以根據功能需要靈活調節(jié)燈光，且節(jié)能環(huán)保，給家庭營造舒適的視覺環(huán)境，系統(tǒng)主要由調光器、燈具和傳感器及控制元件等設備組成。由防盜報警子系統(tǒng)、火災報警子系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、及視頻監(jiān)控系統(tǒng)等四個子系統(tǒng)組成。 根據系統(tǒng)的服務項目做出了智能家居服務分布圖如圖 31所示 ： 圖 31 智能家居服務分布圖 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)的主要功能通過對環(huán)境的檢 測，當發(fā)現異常情況時，可及時向用戶報警，提高家庭的安全性。第二種方法是 3G 網絡直接接入智能家庭網關中實現 3G網絡的遠程控制功能。當前市場上的各種家用電器及其相關部件的功能及技術都很成熟了，本文就不一一研究開發(fā)，本文主要解決的一個問題是將這些硬件設備，通過相應的網絡連接技術 ，組建一個功能齊全的智能家居系統(tǒng)。軟件平臺包括發(fā)表在遠程監(jiān)控網站到 Inter 上的網頁 ,手機、電腦等控制端的控制軟件，家庭網關的控制程序等。 智能家居系統(tǒng)設計原則 智能家居是為人們提供舒適、安全、便利的環(huán)境，提高人們生活的質量，所以設計應該具 6 個基本原則，如表 31 所示： 廣西工學院鹿山學院本科生畢業(yè)設計（論文） 9 表 31 設計原則 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 能通過家居系 統(tǒng)有效的管理家用設備，提高通訊，與外界信息交換等效率 方便性 可以手動、自動和遠程控制家居，方便人們使用家居 適應性 當前科技發(fā)展迅速，產品更新日新月異，而該系統(tǒng)應該具備較強的適應性，根據需求可以對系統(tǒng)進行更新或拓展。 （ 7）家庭網關功能：智能家居業(yè)務繁多，要實現家居設備的統(tǒng)一管理，就需要一個平臺能兼容多種通訊接口的家庭網關。 （ 5）通信自動化功能：支持通信網絡，電話通信，閉路電視等 信息接收、共享功能。 （ 3） 智能電器控制 ：電器可以根據情況自動開啟或關閉，也可以遠程控制，智能調節(jié)，如空調的溫度可以根據環(huán)境溫度自動調節(jié)，電視在無人在家的情況下將自動關閉等。 （ 2）安防監(jiān)控系統(tǒng)：可以實時遠程監(jiān)視住宅的環(huán)境情況，當有火災、外界入侵、可燃氣體泄漏、或者有毒氣體入侵等影響安全的因素存在時，系統(tǒng)自動報警。對三個通訊技術的介紹，為下文智能家居系統(tǒng)通訊網絡設計提供技術支持。以太網與有線通訊技術對比如下表 23 所示： 廣西工學院鹿山學院本科生畢業(yè)設計（論文） 7 表 23 以太網、 RS48 LonWorks 技術對比 通訊技術 以太網 RS485 LonWorks 最大速率 1000Mbit/s 35Mbit/s 最大距離 100m 1200m 2500m 拓撲結構 星型 /總線型 總線型 總線型 傳輸介質 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 本章主要介紹了 3G 網絡技術、 GigBee 技術，以及以太網技術。傳送速率最高可達 1000M bit/s。 （ 6）使用成本低。 廣西工學院鹿山學院本科生畢業(yè)設計（論文） 6 （ 4）可靠性高，節(jié)點模塊可以自動組成組網，有一個節(jié)點故障，附近的節(jié)點將自動調節(jié)網絡，當兩個節(jié)點較近時，可自動組網功能可避免節(jié)點發(fā)送數據重復。 （ 2）節(jié)點耗能低，當 ZigBee 節(jié)點不工作時，會自動進入休眠狀態(tài)，且因為傳輸的距離和速率都很低所以能減少能源消耗。 ZiBee 技術簡介 ZiBee 技術是一種短距離無線通信技術，主要應用在智能家居內部家居數據和控制網絡的組網。 （ 4）能多網互聯，能夠與因特網，第二代移動通訊網等網絡相連。 （ 2） 3G 網絡傳輸數據快，傳送速率能達到 2Mbit/s。 3G業(yè)務繁多，代表業(yè)務有視頻動畫，Web 網頁瀏覽，電話 /Email,OL 游戲，電話會議等業(yè)務。本文的家庭內部信息網絡采用的是以太網技術組網，遠程控制網絡采用 3G 網絡通訊技術，內部傳感器網絡與控制網絡網采用 zigbee 技術組網。其中以太網、令牌總線網為有線組網，一般用于家庭內部設備信息組網。并簡述了本文章節(jié)結構。 第五章是對智能家居系統(tǒng)的中樞家庭網關的設計，主要描述了智能家庭網關硬件