【正文】 h the Web browser, it can plete detection and control of house equipment.Keywords:Smart home 。The remote control 。為人類開發(fā)更加舒適便捷、安全高效的產(chǎn)品成為信息社會(huì)發(fā)展的強(qiáng)有力動(dòng)力。如今人們的追求不再停留在單純的物質(zhì)上，對(duì)精神世界的尋求也日益增加。例如，在看書時(shí)不用起身就可以在光線漸弱的時(shí)候打開電燈等智能化控制。那么如何通過不斷發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和通訊設(shè)施來實(shí)現(xiàn)家居智能化，便成了當(dāng)今科技領(lǐng)域努力的方向。這些依賴于家居智能管理系統(tǒng)。隨后，便出現(xiàn)了智能冰箱、智能洗衣機(jī)。這類智能家電看起來功能豐富，卻相互分離開來，并沒有實(shí)現(xiàn)人們預(yù)想的目標(biāo)，反而給人一種累贅的感覺。物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)巨大智能網(wǎng)絡(luò)，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)通過接入網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)將各種信息傳感設(shè)備和系統(tǒng)結(jié)合起來。物聯(lián)網(wǎng)的概念最早出現(xiàn)于 1991 年，是由麻省理工學(xué)院的一位教授提出。簡(jiǎn)單來說，設(shè)備以中介的作用聯(lián)系了物與物、人與物從而實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)。通過物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)家居環(huán)境的設(shè)置，具有安全性高、操作方便、準(zhǔn)確高效的優(yōu)點(diǎn)。智能家居（Smart Home）可以稱為智能住宅。那么“智能”到底要如何體現(xiàn)呢？當(dāng)用戶通過終端——電腦或手機(jī)，可以隨時(shí)隨地地控制家用電器或監(jiān)控家庭環(huán)境，從而體驗(yàn)到安全放心、舒適美好的家居生活便是對(duì)“智能”的最佳詮釋。智能家居的出現(xiàn)，改變?nèi)藗兊膫鹘y(tǒng)居住概念。智能家居不僅給人們帶來方便快捷的家居體驗(yàn)，還大大節(jié)約家庭資源，與現(xiàn)今積極提倡的節(jié)能低碳社會(huì)遙相呼應(yīng)。 雖然，現(xiàn)在智能家居的發(fā)展腳步并不如人們事先預(yù)想的那樣迅速。在不久的將來，普通住宅里也可以擁有如此智能化的家庭生活。近幾年，這一領(lǐng)域發(fā)展迅猛，各大國(guó)際公司都爭(zhēng)相提出相關(guān)方案或者設(shè)計(jì)出具體產(chǎn)品。也就是這個(gè)公司開發(fā)出為客戶提供完成的即插即用系統(tǒng)，成為無線能量采集技術(shù)的開創(chuàng)者。內(nèi)部包括了無線信號(hào)發(fā)送器、能量管理器、軟件及其開發(fā)工具。目前，通過使用易能森技術(shù)，已經(jīng)擁有超過 1000 種無線能量采集技術(shù)產(chǎn)品，它們之間能夠互相兼容，且成功地應(yīng)用于形形色色的建筑中。 Whitbread 是英國(guó)最大的酒店連鎖，正在開創(chuàng)一系列新的經(jīng)濟(jì)型城市酒店，并將其命名為總理酒店（Premier Inn） ，將在 2022 年的倫敦科芬園正式開啟。客人可以使用智能手機(jī)來選擇預(yù)訂和入住、并可在進(jìn)入房間之前調(diào)節(jié)好房間的溫度、燈光等，同時(shí)可以進(jìn)行餐飲類的預(yù)覽和預(yù)訂。 提到智能家居，不得不提的是 Honeywell（霍尼韋爾） 。HRIS1000 系列是該公司近日發(fā)布的單戶型智能家居產(chǎn)品，進(jìn)一步推動(dòng)了智能家居的技術(shù)發(fā)展和科技創(chuàng)新。業(yè)主可以通過手機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)、WiFi 等設(shè)備設(shè)置和控制電動(dòng)窗簾、空調(diào)等家電，并提供電子日歷和不同場(chǎng)景。在一定地點(diǎn)的一定時(shí)間內(nèi)，如果沒有人在，系統(tǒng)根據(jù)設(shè)置的閾值來調(diào)整或關(guān)閉對(duì)應(yīng)電器。 當(dāng)然，霍尼韋爾在這一領(lǐng)域有所建樹是合情合理的，但以汽車制造聞名世界的日本本田公司也開始研究智能家居就足夠讓人們大吃一驚了。該項(xiàng)目正在緊鑼密鼓地進(jìn)行著，多采用環(huán)保技術(shù)，如以太陽能及再生電池等可再生能源作為部分家用電器的電源。這所房子在采暖，通風(fēng)和空調(diào)方面將采用高效率的 HVAC，而由加州大學(xué)戴維斯分校將完成照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)。除此之外，全球最大的搜索引擎公司谷歌（Google ）以及引領(lǐng)創(chuàng)新的蘋果（ Apple）公司也先后開始有關(guān)智能家居的計(jì)劃。自從國(guó)家十二五規(guī)劃中對(duì)物聯(lián)網(wǎng)重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域的出臺(tái)，公告中明確提出了智能家居作為 9 個(gè)重點(diǎn)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域之一后，這一趨勢(shì)更是勢(shì)不可擋，但主要還是集中在發(fā)展較好的城市。就連剛在國(guó)內(nèi)手機(jī)市場(chǎng)獲取一定關(guān)注的小米也在 2022 的夏天，高調(diào)推出智能家居控制中心項(xiàng)目，在微博中引起一陣轟動(dòng)。2022 年 7 月的中國(guó)國(guó)際消費(fèi)電子博覽會(huì)上，海爾憑借人性化的服務(wù)、超前的設(shè)計(jì)理念斬獲創(chuàng)新獎(jiǎng)。該產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng) 3G 產(chǎn)品、安防監(jiān)控、數(shù)字信息共享的家居系統(tǒng)。海除了海爾，國(guó)內(nèi)還有一些優(yōu)秀的智能家居公司，如北京的中訊威易。這對(duì)日新月異的信息社會(huì)來說，足夠進(jìn)行幾次的技術(shù)革命。原因在于現(xiàn)如今的智能家居行業(yè)的發(fā)展存在依然存在不少問題。即使這樣，價(jià)格問題依然沒有得到徹底解決。當(dāng)然，相對(duì)于一開始的天文數(shù)字，如今的價(jià)格似乎越來越貼近民心，特別是一些剛剛興起的國(guó)內(nèi)品牌。比如一個(gè)簡(jiǎn)單的智能插座大概上百元，看起來確實(shí)不貴。這對(duì)于普通的工薪家庭來說，大大小小也是一筆費(fèi)用。（2）標(biāo)準(zhǔn)：各行各業(yè)都會(huì)有大大小小的標(biāo)準(zhǔn)，它不僅給生產(chǎn)廠家提供準(zhǔn)則，也為消費(fèi)者準(zhǔn)備了一把量尺。國(guó)際上，現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)有：CAN、X10 、LonWorks 等數(shù)百種標(biāo)準(zhǔn)；無線通信技術(shù)有：、 等標(biāo)準(zhǔn)。光是這些繞口的名字就足以讓業(yè)外人士眼花繚亂?，F(xiàn)在市面上的智能家居產(chǎn)品也是五花八門，即使是同一公司的同一系列產(chǎn)品，有時(shí)也很難做到絕對(duì)的兼容。國(guó)內(nèi)的不少企業(yè)也是下足了血本將產(chǎn)品宣傳地天花亂墜，但真正到了消費(fèi)者的手中，卻是天上地下。特別對(duì)于一個(gè)價(jià)格不低的產(chǎn)品，如果得到的功能不如預(yù)期將會(huì)打擊人們的購買欲。 （4）服務(wù)：智能家居也算是一種特殊的行業(yè)，它不像食物、生活用品等，可以直接使用。這就要求這個(gè)產(chǎn)業(yè)需要形成完善的售前銷售售后服務(wù)鏈。 未來的發(fā)展趨勢(shì)智能家居這個(gè)行業(yè)依然存在一些問題需要解決。智能家居還做不到普及，最大的原因就是成本問題。無規(guī)矩不成方圓，沒有一個(gè)統(tǒng)一業(yè)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的支持，智能家居的發(fā)展終究會(huì)受到阻礙。 （3）穩(wěn)定化。如果一個(gè)產(chǎn)品花費(fèi)大把時(shí)間安裝完成，但在使用的第二天就出現(xiàn)奇奇怪怪的問題，這樣的體驗(yàn)是任何人都不想要的。 （4）低碳化。低碳環(huán)保的產(chǎn)品是未來的主旋律，包括智能家居這個(gè)新的領(lǐng)域。要想智能家居行業(yè)能夠持續(xù)穩(wěn)定地發(fā)展，就必須建立完善的服務(wù)體系為客戶提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。這種愿望將會(huì)促使智能家居往更安全、更舒適、更便利的方向發(fā)展。 主要內(nèi)容及實(shí)現(xiàn)目標(biāo) 研究?jī)?nèi)容一個(gè)完整的智能家居控制系統(tǒng)的解決方案，需要研究和解決的內(nèi)容主要包含以下幾個(gè)方面：（1）如何實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的功能：包括系統(tǒng)的初始化，對(duì)子系統(tǒng)的調(diào)度和管理，用戶管理，數(shù)據(jù)的接受發(fā)送及處理。5 / 49（3）如何實(shí)現(xiàn)智能家居系統(tǒng)接入互聯(lián)網(wǎng)：包括采用什么樣的方式接入網(wǎng)絡(luò)，該方式的實(shí)現(xiàn)方法，需要支持哪些網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，協(xié)議的工作原理等問題。（5）客戶終端的設(shè)計(jì)，由于系統(tǒng)內(nèi)嵌 Web 服務(wù)器 ，所以采用網(wǎng)頁瀏覽器來作為系統(tǒng)的客戶端，不用單獨(dú)的開發(fā)客戶端的應(yīng)用程序。（1）安防系統(tǒng)：紅外探測(cè)器能夠檢測(cè)到非法入侵，啟動(dòng)報(bào)警器發(fā)出報(bào)警信號(hào)；煤氣探測(cè)器可以探測(cè)到煤氣泄漏的異常，進(jìn)而啟動(dòng)報(bào)警器。（3）家電控制系統(tǒng)：完成溫度濕度數(shù)據(jù)采集，根據(jù)室內(nèi)環(huán)境的變化自動(dòng)調(diào)整空調(diào)、照明燈具和電動(dòng)窗簾的狀態(tài)。第 2 章 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)本論文主要是根據(jù)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需要,設(shè)計(jì)一套廉價(jià)實(shí)用的智能家居控制系統(tǒng)。只有這樣才能良好順利的完成系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)。通過分析對(duì)國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上已有的智能家居系統(tǒng)的服務(wù)對(duì)象、功能對(duì)比,尋找市場(chǎng)的空白。因此在設(shè)計(jì)的時(shí)候需要遵守以下的規(guī)則:（1）簡(jiǎn)單方便由于現(xiàn)在市面上大多數(shù)的智能家居系統(tǒng)主要定位于高收入者、公司高層管理人員者的住宅控制系統(tǒng),方便金領(lǐng)的生活和工作。因此簡(jiǎn)單方便實(shí)用是本系統(tǒng)的主要原則。要做到價(jià)格實(shí)惠,必須在滿足普通家庭生活所需的功能外,去掉多余的功能,減少研發(fā)成本。選擇高性價(jià)比芯片和開源的軟件。在用戶需要新的功能時(shí),方便進(jìn)行日后的優(yōu)化升級(jí)。（4）可靠性強(qiáng)一個(gè)成熟優(yōu)秀的系統(tǒng)必須具有良好的可靠性,本論文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)也必須滿足這個(gè)客觀規(guī)律。 總體設(shè)計(jì)本系統(tǒng)是以基于 CortexM3 為內(nèi)核的 STM32 微處理器為嵌入式控制器的核心 CPU,通信協(xié)議選擇 TCP/IP 協(xié)議族中的 uip 協(xié)議,上位機(jī)采用 VC++實(shí)行監(jiān)控,以此組建本論文家居控制系統(tǒng)的控制中心,向外部的設(shè)備模塊收發(fā)信號(hào)來控制實(shí)際的外圍設(shè)備,從而實(shí)現(xiàn)家電控制和對(duì)室內(nèi)環(huán)境的監(jiān)測(cè)。處理器可以通過串口二直接將圖片通過 GPRS 模塊傳送給遠(yuǎn)程控制端的手機(jī)或者 PDA。如果發(fā)生異常環(huán)境入侵情況,處理器立即向用戶發(fā)送 MMS 報(bào)警信息,在用戶查看圖片授權(quán)確認(rèn)后,處理器根據(jù)用戶的設(shè)置,進(jìn)行操作,如:聯(lián)網(wǎng)報(bào)警、儲(chǔ)存可疑人員圖像、系統(tǒng)復(fù)位、更新系統(tǒng)背景圖片等。用戶能夠任意場(chǎng)地時(shí)間通過 SMS 短息向系統(tǒng)查詢監(jiān)測(cè)情況,也可以遠(yuǎn)程使用 SMS 短息控制家居燈光控制模塊開啟想要開啟的燈、電風(fēng)扇等設(shè)備。目前主要有兩種遠(yuǎn)程控制的方式，基于瀏覽器的 PC 訪問和電話線的遠(yuǎn)端控制，前者其實(shí)現(xiàn)是通過以太網(wǎng)控制芯片提供 RJ45 網(wǎng)絡(luò)接口，經(jīng)由雙絞線接入網(wǎng)絡(luò)，以太網(wǎng)控制芯片同 ARM 處理器一起可以提供 10100M 的網(wǎng)絡(luò)通道，然后在此硬件基礎(chǔ)上安裝 Linux 操作系統(tǒng)，在其上實(shí)現(xiàn) Web 服務(wù)器的功能，并利用操作系統(tǒng)支持的 TCP/IP 協(xié)議，對(duì)系統(tǒng)的設(shè)備進(jìn)行控制；后者是在中央控制系統(tǒng)中嵌入語音控制芯片，以此來實(shí)現(xiàn)電話語音控制功能，對(duì)系統(tǒng)的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。其中 LCD 接口是比較常見的用于圖形界面顯示的接口，并且在現(xiàn)行的微處理器上，都集成了該接口，簡(jiǎn)化了硬件電路的設(shè)計(jì)，為系統(tǒng)的開發(fā)帶來了便利；觸摸屏作為輸入設(shè)備已經(jīng)成為嵌入式設(shè)備應(yīng)用的焦點(diǎn)，考慮到家居系統(tǒng)中控制按鈕的種類繁多，按鈕的形式和要求各不相同，因此在 LCD（液晶顯示器）上根據(jù)不同的場(chǎng)景，提供不同的觸摸屏按鍵輸入是符合智能家居系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用需要的。 自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能家居系統(tǒng)的具體功能，主要實(shí)現(xiàn)溫度濕度的采集，非法入侵報(bào)警，煤氣泄漏檢測(cè)，多表抄送，空調(diào)、照明燈具和電動(dòng)窗簾等家用設(shè)備的控制。其中安防系統(tǒng)是通過在出入口安裝紅外探測(cè)器，當(dāng)有人非法入侵時(shí)，可以發(fā)送報(bào)警信號(hào)觸發(fā)聲光報(bào)警器，提示用戶有異常情況發(fā)生；采用煤氣探測(cè)器來檢測(cè)煤氣濃度，判斷煤氣是否發(fā)生泄漏，若有異常則發(fā)出報(bào)警，控制系統(tǒng)則采取必要措施消除隱患；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬量和開關(guān)量進(jìn)行采集，在該系統(tǒng)中采用溫度濕度傳感器對(duì)室內(nèi)的溫度濕度進(jìn)行采集，在此選擇了檢測(cè)元件為鉑電阻的溫度傳感器和測(cè)量元件為有阻性輸送聚合物的濕度傳感器，傳感器通過模擬輸入接口接入控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)模擬數(shù)據(jù)的采集和傳輸，開關(guān)量通過開關(guān)量輸入/輸出接入控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)對(duì)空調(diào)、照明燈具和電動(dòng)窗簾等家電設(shè)備開關(guān)狀態(tài)的監(jiān)控和控制；家電控制系統(tǒng)由空調(diào)、照明燈具和電動(dòng)窗簾等家用裝置組成，來執(zhí)行最后的功能，改變室內(nèi)的溫度濕度，改變燈光的強(qiáng)度，窗簾的狀態(tài)；9 / 49三表抄送系統(tǒng)通過串口同中央控制系統(tǒng)相連，根據(jù)控制指令讀取數(shù)字水電氣表的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳送到顯示終端，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化抄表的功能。 通信協(xié)議／IP 協(xié)議棧TCP／IP 協(xié)議棧是一個(gè)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上通信的協(xié)議族，這組協(xié)議使得不同平臺(tái)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)成為可能，它是一個(gè)真正開放系統(tǒng)，最早起源于一個(gè)關(guān)于分組交換網(wǎng)絡(luò)研究的項(xiàng)目，后來發(fā)展成為 Inter 事實(shí)上的通信標(biāo)準(zhǔn)。其結(jié)構(gòu)如下圖所示：H T T P 協(xié)議 、 F T P 協(xié)議A R P 協(xié)議 、 I E E E 8 0 2 . 2 ( 以太網(wǎng)協(xié)議 ）I C M P 協(xié)議 、 I P 協(xié)議T C P 協(xié)議 、 U D P 協(xié)議應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層鏈路層圖 22 TCP/IP 協(xié)議四層結(jié)構(gòu)模型其中鏈路層主要實(shí)現(xiàn)了底層同物理介質(zhì)相關(guān)的數(shù)據(jù)通信，它們采用數(shù)據(jù)幀的形式，完成物理介質(zhì)間的數(shù)據(jù)傳輸；網(wǎng)絡(luò)層主要實(shí)現(xiàn)了分組數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)傳輸，是 TCP/IP 協(xié)議的核心，該層的協(xié)議主要有 IP 協(xié)議、ICMP 協(xié)議，能夠?qū)鬏斿e(cuò)誤的數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的丟棄處理，并且產(chǎn)生一個(gè)錯(cuò)誤信息反饋到發(fā)送端；傳輸層實(shí)現(xiàn)了兩臺(tái)主機(jī)之間端到端的數(shù)據(jù)通信，該層的協(xié)議主要有 TCP 協(xié)議和UDP 協(xié)議；應(yīng)用層負(fù)責(zé)處理特定的應(yīng)用程序細(xì)節(jié)，應(yīng)用層的協(xié)議一般有HTTP（超文本傳輸協(xié)議）Tel(遠(yuǎn)程登錄協(xié)議)、FTP(文件傳輸協(xié)議)、SMTP(簡(jiǎn)單郵件傳送協(xié)議) 、SNMP( 簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議)等上層的應(yīng)用，完成上層數(shù)據(jù)通信的需要。由于 TCP 協(xié)議是面向連接的通信協(xié)議，所以在主機(jī)間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，必須先建立連接，才可以提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，而數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃詣t由以下措施來保障：TCP 發(fā)送端將要發(fā)送的數(shù)據(jù)分成多個(gè)合適大小的數(shù)據(jù)塊，然后把數(shù)據(jù)塊傳遞給 IP 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝，一般將 TCP 發(fā)送給 IP 的信息單元稱為報(bào)文段；當(dāng)TCP 發(fā)送端發(fā)出一個(gè)報(bào)文段后，會(huì)激活一個(gè)定時(shí)器，如果在一定的時(shí)間內(nèi)沒有收到 TCP 接收端收到該報(bào)文段的確認(rèn)，TCP 發(fā)送端將會(huì)把該報(bào)文段重新發(fā)送一次；當(dāng) TCP 接受端接受到發(fā)送端發(fā)送的報(bào)文段后，會(huì)發(fā)送一個(gè)確認(rèn)信息，一般這個(gè)確認(rèn)信息將會(huì)延遲幾分之一秒后才發(fā)送；發(fā)送的報(bào)文段中包含它首部和數(shù)據(jù)的校驗(yàn)和，用來驗(yàn)證數(shù)據(jù)在傳送過程中是否發(fā)生異常，如果 TCP 接收端計(jì)算得出的數(shù)據(jù)校驗(yàn)和與報(bào)文段中的校驗(yàn)和不符，TCP 接受端將會(huì)丟棄該報(bào)文段并且不發(fā)送接受確認(rèn)信息，讓 TCP 發(fā)送端重發(fā)該數(shù)據(jù)；由于 TCP 報(bào)文段是封裝在 IP 數(shù)據(jù)包中傳輸?shù)?，這就有可能導(dǎo)致 TCP 報(bào)文段不會(huì)順序到達(dá)，TCP 接收端需要對(duì)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行重新排序，也有可能接受到重復(fù)的報(bào)文段，因此需要把多余的報(bào)文段丟棄，然后將正確的報(bào)文段提交給應(yīng)用層。除了以上的操作外，TCP 協(xié)議還支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)牧髁靠刂?，其?shí)現(xiàn)原理是接收端和發(fā)送端都有固定大小的緩沖空間，TCP 接收端只能接受其緩沖區(qū)允許大小的數(shù)據(jù)，發(fā)送端每次發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，都要根據(jù)接收端反饋的信息來調(diào)整發(fā)送數(shù)據(jù)的大小，通過這種策略來防止數(shù)據(jù)傳輸阻塞和數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象的發(fā)生。11 / 49TCP 協(xié)議首部 TCP 首部的格式如下圖所示：16 位的源端口號(hào) 16 位的目的端口號(hào)32 位的序號(hào)32 位的確認(rèn)序號(hào)4位首部長(zhǎng)