智能家居的设计方案范文

导语：如何才能写好一篇智能家居的设计方案，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

关键词：家庭网络；WLAN技术；OPNE

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）30-0196-02

1 WLAN概述

近几年，移动通信技术从2G到4G，使移动设备也能享受到有线宽带的网速，但在移动用户较密集的区域网速总是十分慢。其次，在建筑内，网络信号因为穿透性的阻碍，信号强度也不够高。对于室内和人口密集的局部区域，我们的期望不再是网络的移动性，而是更偏向于网络的速度和稳定性。WLAN技术利用射频的技术，使用电磁波，取代旧式碍手碍脚的双绞铜线所构成的局域网络，在空中进行通信连接，使得无线局域网络能利用简单的存取架构让用户透过。

2 家庭网络设计方案及仿真

2.1 仿真软件OPNET简介

OPNET就是一个网络仿真技术软件包，它能够准确的分析复杂网络的性能和行为，在网络模型中的任意位置都可以插入标准的或用户指定的探头，以采集数据和进行统计。通过探头得到的仿真输出可以以图形化显示、数字方式观察、或者输出到第三方的软件包去。其产品结构有ItDecisionGuru、Modeler、Modeler/Radio三个模块组成，能为用户提供一系列的仿真模型库，在电信、军事、航天航空、系统集成、咨询服务、大学、行政机关等方面被广泛应用。

2.2家庭网络设计方案

基于WLAN室内组网设计的应用场景，仿真对象为100*100m的住宅环境，针对家庭网络进行组网设计。首先，对网络设备进行设置，以太网入户，一台以太路由器进行协议转换，并且以太路由器可以将有线信号转换为Wi-Fi信号，提供给家庭移动互联设备使用。其次，若家庭面积较大或因建筑结构问题，有的区域内无法完全被Wi-Fi信号覆盖，则需要进行扩展，这里我们选用10Base-T，即传输速度10Mbps的非屏蔽双绞线进行有线连接，选用3com公司的小型交换机作为以太路由的扩展，实现家庭网络的全覆盖。

本次家庭网络设计的过程是先了解家庭网络的结构，其次进行初步设计。初步设计使用VISIO进行模拟，绘制网络拓扑图，给出家庭网络的初步设计思想，即网络的结构组成。然后通过OPNET进行对应的网络模型搭建，搭建完后选取需要收集的结果统计量，最后进行网络性能分析。

2.3家庭网络建模

2.4 OPNET网络仿真配置及相关数据量的采集

完成建模后，对网络进行参数配置，这里对每个无线节点及路由器选择802.11g协议，传输速率设置为54 Mbps，仿真时间设置为300s，这些在仿真过程中为不变量。为了对比网络性能，可变参数为节点数量及门限值。门限值对比我们选择系统默认的none和门限值256进行对比。

3 仿真的网络性能及结果分析

3.1减少移动节点后的网络的性能变化

移动无线节点的数量变化，会影响家庭网络的性能。因此，减少节点数目后，再次研究网络的数据丢失率，延迟，负载，吞吐量就可以知道节点数目对网络性能的影响。由于节点数量的减少，吞吐量峰值从21000bit/sec下降到13000bit/sec，其次，网络的负载峰值从34000bits/sec降到18000bits/sec。

3.2改变门限值后网络性能的变化

门限值也是影响网络性能的一个重要参数。拆分门限就是指以字节的形式给出拆分门限及除了最后一个包以外的数据的大小，任何从高层接收的数据如果其大小大于此门限值，都要在MAC层进行拆分，在无线接口上分片进行传输。门限值为特殊值none表明不对任何数据分片，门限值256表示以256字节为拆分标准。

由图可以看出，拆分门限值从0变到256时，网络的数据丢失率下降，但是因为对于大于256字节的数据要进行分片传输，因此信道易造成拥堵，导致平均延迟时间变大。其次，门限值的加入使限制了负载和吞吐量，因此门限值为0的负载峰值能达到35000bits/sec，吞吐量峰值能达到22500bits/sec；但是门限值为256的负载峰值达到22000bits/sec，吞吐量峰值达到17000bits/sec。

4 仿真性能分析及结论

网络的整体性能随着负载的增加，吞吐量也逐渐变大。当负载达到某个值时，网络的性能达到最优，但是随着网络负载的继续增加，当负载达到一个峰值时，由于负载过大，延迟也会随着负载的变化逐渐达到最大值，之后随着负载的稳定，延迟也逐渐趋于稳定。

减少网络的节点数目，会导致网络的负载量减小，吞吐量也随之较小，但是网络延迟因为负载的降低而减小，因此节点数目的减小使网络在传输的即时性上性能提高。

增加门限值，由于每次传输前要对数据进行分片，因此使网络延迟增加，降低了即时性。但是同时，由于分片处理，网络的数据丢失率明显降低，提高了网络的可靠性和稳定性。门限值的加入，使负载和吞吐量也受到影响，两者都相应地降低 。

参考文献：

[1] 张雪强.WLAN接入网络组网建设探讨[J].价值工程，2010，29（28）：158-160.

[2] 江涛.无线网络技术导论[M].北京：清华大学出版社，2008.

[3] 杨士元. 智能家庭网络技术及其应用.北京：电子工业出版社，2002.

[4] 何健. 智能小区网络设计规划[J].科技信息，2011（1）.

[5] 李军，陈虎.WLAN网络优化设计[J].现代电信科技，2005（2）：37-40.

[6] 胡祝帮.智能化家庭网络的现状与未来发展[J].建设科技，2002（6）.

篇2

【关键词】智能家居安防监控系统设计软件实现

由于社会财富与个人财富的不断增长与积累，人类对于家居安全与独立的意识不断提高，因此，智能家居在一开始就紧紧抓住了人类的需要，并且必将有个宏阔的发展前途。而智能家居的安防监控系统也处在永不止步的创新设计中，对此，安防监控的软件开发肩负着家居安防监控系统智能化的重任。

一、简介智能家居安防监控系统

1.1智能家居的含义

智能家居，就是指利用一种家居智能化的系统，使用家居总线技术来连接家中的各种设备，通过连接后，也就是将所有的家具设备都集中在一起，之后再对这些集中起来的设备进行异地的控制、监视，以此来达到对主人指定的家居事物的管理。同时，在智能家居的安装中，需要注意的一个问题是，智能家居的装置需要与整个住宅的环境相协调，做到现代监控设备与住宅的和谐，不影响住宅原先的审美。

1.2智能家居安防监控系统

智能家居安防监控系统，集众多高科技技术于一身，如数据、通讯、图像以及计算机的实时系统集成等等，智能家居安防监控系统实现了网络化、数字化、智能化的住宅安全管理。智能家居安防监控系统，通常由四大子系统组成，分别为防盗报警系统，视频监控系统，火灾报警系统和煤气泄漏的报警系统。目前，家居安防系统，是由紧急求助按钮、红外探测器、烟感探头、红外护栏、气体泄漏探头、报警主机以及报警广播等等部分组成的。此外，有些家居安防系统还会连接到个人的计算机上，这是为了有效地监测险情，及时的感知入侵，并做出最快的防护措施。而还有少部分的住宅还安装了视频监控设备，如某些豪华的大型住宅。

二、家居安防系统的设计

最初的安防监控系统都是用于公共场合，为了保证大多数人的共同利益，对需要进行监控的地方进行监督的一种方式，像大型的公共活动场所，医院、银行等等类似的场所，而家居的安防监控与这些公共场所不一样的是，家居的监控安防就是为了保证住宅主人的安全和隐私，预防打击住宅外的入侵者。所以，在家居的安防监控系统设计上，肯定也就与大型公共空间的监控理念与监控原则不一样，设计上也会有很大的出入。一般来说，家居安防监控的实现大致有四种方案，虽然家居安防监控系统的结构几乎是大同小异，这些结构主要包括：红外防卫栏、红外广角探测器、红外幕帘探测器、门磁性传感器、燃气泄漏探测器、微电脑主机、手机、报警中心。感烟火灾探测器、卷闸门离合传感器、紧急按钮。但是，根据对这些结构的具体侧重的不同，就产生了不同的具体方案。

（1）报警控制主板+配件。这个方案的优点是，由于配件齐全，所以能及时传递消息到主人的个人电脑和手机上，也可以给110报警。但是这个方案也有自身的缺点，那就是，这个报警方案只是用于警示入侵者，没有视频录像文件，所以发生盗窃等事故案件后，很难抓获违法嫌疑人。（2）计算机、电脑摄像头和监控报警软件三者合一。这个方案自然是弥补了第一个方案中的缺陷，有直接的录像视频文件，而且安装简单，造价也不高。但是，这里存在的问题是电脑黑客的信息盗窃，因为摄像头与家中连接了互联网络的计算机是相连接的。（3）网络摄像机。这是当前较为流行的一种方案，这里只需要两个配件，那就是网络摄像机和路由器，唯一的工作就是配置好路由器，再用网线把网络摄像机与路由器连接起来。优点是网络摄像机可以自动实现远程监控，但缺点也突出，因为网络摄像机的造价比较高昂，而且也容易受黑客的袭击。（4）视屏采集、监控软件、摄像机和电脑的组合。这个方案因为考虑周全，一般用于需要重点监控保护的地方，方案成熟，也能满足住宅主人的需要，但是缺点是，配件太多，所以网线繁复，同时必须要有合适的监控软件的命令才能完成。

三、软件研发探讨

3.1家居安防监控系统软件

对于一个功能成熟的家居安防监控系统，不仅需要齐全的硬件设备，同时也必须要有一个完善的软件系统作为平台来管理，而软件平台几乎是整个家居安防监控系统的中枢神经，软件的灵活与否直接关系到整个家居安防监控系统的操作，灵活的软件是智能家居安防监控系统的灵魂，操控着所有设备的协调工作。而且，想要设备达到智能化，必须依靠软件的命令来完成。

目前较为人熟知的软件系统设计，是使用UML为建模语言的软件系统设计。智能家居安防监控系统的软件设计，主要有三个部分，软件平台搭建，系统功能模块通讯的软件设计以及系统功能模块的软件设计。智能家居安防监控系统软件又包括4个部分，分别为操作系统，boot loader，用户应用程序和文件系统。

3.2软件研发的未来方向―――IMOS

当前的安防监控系统已经完全进入了网络监控的时代，这是时代的需要，也还是时代的趋势。2009年，根据市场的现实需要，业界推出了IMOS―――IP多媒体操作系统。IMOS作为一种开放的多功能的软件平台，从本质上说，IMOS就是一个通用的操作系统与中间件平台。IMOS，与传统的安全防护软件平台以及安全防护软件中间件对比，具备很多特点及优点。（1）在IP监控解决方案中，IMOS的地位是核心支撑平台，IMOS所针对的，不仅仅是上层的管理平台，需要优化支撑网络监控中的网络缓存、编解码器和网络传输交换，同时，IMOS在支持跨区域联网监控系统上也十分方便，满足系统的全局需要，如看、存、控、管以及用各项业务。（2）IMOS作为开放的软件平台，可以通过使用通用I/O引擎，实现管理各种设备，如：安防报警，SCADA与门禁等。（3）IMOS的开放度十分广，不只局限于上层应用，它还可以提供更多更丰富的二次开发手段。（4）IMOS由于是多媒体应用平台，因此可以更方便的实现视频点播、视讯会议、视频直播、即时通信等等。

IMOS作为一种多功能的安防监控软件的开放平台，它能满足当前人类的各种需要，如果把IMOS软件应用在家居的安防监控系统中，对各种设备进行命令，也必将达到家居安防监控系统的智能化。

参考文献

[1]何强，李伯振.基于ARM技术的智能家居电话远程控制器设计[J].长春理工大学学报，2010（11）.

[2]李建勇，杜清珍，任献伟等.基于ARM的智能家居安防监控报警系统的设计[J].机械与电子，2008（10）.

[3]张俊才，陈华锋，吕杨.基于嵌入式Web服务器的信息家电安防监控系统[J].科技情报开发与经济，2006（23）.

[4]罗颖.基于BAC net门禁系统的研究与设计[J].武汉理工大学学报：信息与管理工程版，2007，29（12）：73-76.

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关键词 STM32；智能家居；Wifi

中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）12-0014-02

随着通信技术、计算机技术、网络技术、控制技术的迅猛发展与提高，家庭实现了生活现代化、环境舒适化、居住安全化，对家居的智能化要求越来越高。智能家居是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、智能家居——系统设计方案安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事物的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。智能家居不仅能给用户提供安全、健康和舒适的生活环境，而且用户能够远程监控自己的家居状态和控制家庭电器设备。

1 智能家居控制系统总体设计

本控制系统通过上位机手机（或个人电脑），通过Wifi访问STM32单片机，实现环境监控、照明电路、家庭电器、窗户、窗帘、门禁系统的智能控制。它们由统一的智能平台将各个独立的子系统连接成一个能够有相互信息交换，并加以控制的网络。环境监控系统包括各种报警探测器的讯息采集，如煤气探测、火警探测以及室内温度的监测，用户可通过手机实时了解；家电控制子系统可实现对灯具、窗帘等家用电器进行远程控制、定时控制；GPRS远程监控系统可实现主人与家居系统的“沟通”，并将系统检测到的室内相关情况实时的发送给主人，同时主人也可以本地显示控制，并可以通过该子系统向智能家居系统发送相应的指令。

2.1 12 V电机驱动的电动窗户、电动窗帘模块

该模块使用TI公司的TSL230B来测量环境周围的光线强度，不需外接元件即可完成高分辨率的光硅光电照度/频率转换。可将一定光谱的光转换成电流，再由电流/频率转换器转换成相应的脉冲频率。通过采集到的传感器数据，再根据季节的不同，半天和黑夜光照强度的不同，从而自动调节窗帘的打开面积，模块控制流程设置如图2所示。

2.2 红外遥控模块

该模块包含红外风扇、空调、电视模块。利用1838通用一体化红外接收头接收学习红外信，然后由控制器软件解码，除去编码协议NEC Protocol的PWM（脉冲宽度调制）或PhilipsRC-5 Protocol的PPM（脉冲位置调制），红外信号贮存的按键信息。用户在上位机进行操作后，上位机发送指令下位机，下位机再通过重新编码由红外发射头输出。用户无需参与调节，但根据界面可以进行相关设置。

2.3 市电220 V电器控制模块

本模块包含钨丝电灯、电冰箱等常用电器。使用的是CS5211与CS5212配对使用的遥控编码专用电路。采用RF射频发射方式，通过STM32单片主机输出信号控制CS5211输出无线编码信号。插座端接有CS5212，接收到对应指令后，将触发继电器开关插座电路，从而实现对电灯等电器的控制。

2.4 门禁系统ID卡模块

利用串口接收来自门禁系统的信息，该信息包括ID卡的卡号，归属人的信息。上位机接收到来自门禁系统的指令后，对信息进行判断，然后上位机发送指令下位机，对房间电子门进行开关控制。

2.5 自动浇花模块

自动浇花系统由stm32控制，stm32读取土壤湿度传感器的模拟输出口并通过AD转换，计算出相应的湿度，当土壤湿度过低时发出警报或者通过电磁阀控制自动浇水，当湿度到达一定时，自动停止浇水。同时也可以通过串口或按键控制浇水。

3 智能家居控制系统实现

3.1 智能家居控制系统软件设计与实现

整个控制系统根据功能可以分为智能控制中心和遥控部分。控制信号通过手机发送到控制单片机STM32，单片机接受信号将信号进行分析处理发出控制命令到各个开关并接受反馈信号将信息显示在显示屏上（如图3）。控制中心由STM32F 103VCT6微控制器、无线接受模块、开关、传感器等组成，是整个系统的核心。远程控制采用Android操作系统智能手机，实

3.2 智能家居控制系统实现

根据系统设计整合一套微型智能家居系统（如图4），模拟家居环境配置门禁、窗户、窗帘、家电、浇花等，并模拟智能家居的温度湿度环境进行分析控制。

4 结束语

本文提出的基于STM32单片机以的智能家居系统的设计方案，主要特点在于功能实用、操作简单、价格低廉、易于安装。并根据方案完成了智能家居系统的硬件平台和软件设计，并配合器件组成一个完整的智能家居系统。

基金项目

2012广东省大学生创新创业训练计划项目、广州市属高校科研计划项目（2012A025）

参考文献

[1]张逢雪，等.基于STM32单片机的无线智能家居控制系统[J].行业应用与交流，2011（8）.

[2]南忠良，孙国新.基于Zigbee技术的智能家居系统设计[J].电子设计工程，2010（7）.

[3]王超，等.基于Zigbee的智能家居控制系统的设计[J].长江大学学报，2011（10）.

篇4

关键词：智能家居，嵌入式系统，WindowsCE，VisualC++，Delphi

1绪论

目前，科学技术发展迅速，借助飞速发展的网络和信息技术，人们可以足不出户地纵览全球。为了适应信息化的需求，科研机构将智能化的理念引入小区管理，并进一步引入家庭，从而产生了智能家居的概念。将手机通信和以太网通信技术引入智能家居的设计，恰好利用了现有的良好的通信条件，使在外的业主能及时了解家中的安全，提高业主的安全感，而且通过手机实时控制家电，提高了业主生活的舒适度。

本文提出了基于嵌入式系统ARM10的智能控制平台的设计，功能包括了短信控制家电，传感器探测非正常环境并且通过手机短信告知业主，以及以太网实时视频监控等功能。

2系统设计方案

2.1硬件总体设计框图

根据上文的功能需要，设计出由ARM10为控制核心，单片机控制的家电控制模块和传感器报警模块，并且包含GSM通信模块的智能家居系统，硬件结构框图如图2-1所示。

2.2控制核心选择

智能家居控制系统采用如图2-2所示的XSBase270作为开发平台，该平台基于Intel®高性能的PXA270处理器，支持WindowsCE和Linux等嵌入式操作系统，是针对教学和实验的多功能实验平台。

PXA270处理器的最高主频可达520MHz，且该处理器被加入了WirelessMXX技术，大大的提高了多媒体处理能力，而且加入了IntelSpeedStep动态电源管理技术，在保证CPU性能的前提下，最大限度的降低设备功耗[1]。

XSBase270配置32MFLASHROM，64MSDRAM，并配备了触摸屏、以太网、USB、串口、CF/MMC、PCMCIA等接口。满足了智能家居系统控制中心的硬件要求。

2.3家电控制板

家电控制板采用AT89C51为控制核心。扩展板的元件布局如图2-3所示，其上有四盏LED分别模拟四种家电，三个按钮模拟三种传感器。其中四盏LED分别连接单片机的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3；三个按钮分别连接P2.0、P2.1、P2.2。

2.3.1串行端口电路

家电控制板采用串口与XSBase270实验箱进行通信，其采用了经典的兼容RS-232标准的MAX232芯片作为串口的电平转换芯片。电路的连接如图2-4所示：

如上图所示，家电扩展板采用的是常用的DB9头作为串口接口，其针脚定义图如图2-5所示：

其中2脚RxD为接收引脚，3脚TxD为发送引脚，GND为信号地引脚。一般情况下普通串口只接这几个引脚；特殊的串口，如蓝牙串口除接上述的三个脚之外，还接了DSR引脚和CTS引脚，是因为蓝牙串口的数据流输出采用这两个脚的信号控制；而其他引脚是跟MODEM相关的。在智能家居系统中，家电控制板接普通串口，GSM模块接蓝牙串口。

RS-232信号相对于信号地而言，在正负电平之间摆动。发送数据时，发送端输出的正电平在+5V到+15V之间，负电平在-5V和-15V之间。无数据传输时，线上为TTL电平。接收器典型的工作电平在+3V~+12V与-3V~-12V。由于发送电平和接收电平的差仅为2~3V左右，所以其共模抑制能力差，加上双绞线的分布电容，信号传输距离最大为15m，最高速率为20kb/s[2]。

MAX232包含2个驱动器、2个接收器和一个电压发生器电路，提供TIA/EIA-232-F电平。该器件符合TIA/EIA-232-F标准，每一个接收器将TIA/EIA-232-F电平转换成5VTTL/CMOS电平。每一个发送器将TTL/CMOS电平转换成TIA/EIA-232-F电平。

2.3.2家电控制电路

家用电器控制的接口电路如图2-7所示，K1～K4为继电器，分别控制四路家电的闭合和断开，Q1～Q4为继电器线圈电流驱动，电路由单片机的P1口进行控制，DD1～DD4发光二极管用于显示某路控制电路的工作情况，主要为了调试电路而设置。

2.3.3传感器接口电路

如图2-8所示，在传感器没有报警信号时，光电耦合芯片处于截止状态，与之相接的单片机端口为低电平；当传感器有报警，传感器输出高电平，此时光电耦合芯片导通，与之相接的单片机端口为高电平，由单片机对报警信号进行采集并做出相应处理。

2.4GSM通信模块

GSM通信部分采用如图2-9所示的西门子MC35GSM/GPRS无线模块作为通信工具。它支持EGSM900和GSM1800双频，支持数字、语音、短消息和传真，使用AT指令控制发送短消息。它采用9V直流电源供电，通过RS-232串行端口与XSBase270试验箱连接进行通信。

2.5视频监控模块

视频采集模块采用使用中星微（Vimicro）公司的ZC0301P芯片的摄像头，ZC0301P芯片可支持USB1.1接口，硬件最高支持VGA分辨率（640×480）。在VGA模式下可达到15帧/秒速率，在CIF（352×288）和SIF（320×240）模式下可达到30帧/秒速率。它通过USB接口连接到XSBase270试验箱。

2.6总体软件设计方案

根据智能家居的硬件设计方案，设计出软件的总体设计方案如图2-11所示：

其中:、

（1）家电控制系统和GSM网络通信各自独占一个RS-232串口。家电控制系统接XSBase270的红外串口，GSM模块接蓝牙串口。如图2-12所示。

（2）实时视频监控通过USB摄像头捕捉图像，图像数据通过以太网发送到PC客户端进行图像还原。

（3）以太网通信基于TCP/IP协议，测试环境为局域网，若投入到因特网的应用，则需要在服务端、客户端所在的局域网连接到因特网的网关——即路由器上，要进行端口映射，才可以进行网络的连接。

智能家居系统的软件基于WindowsCE5.0嵌入式操作系统。WindowsCE被设计成一种分层结构，从下而上一共分为了硬件层、OEM层、操作系统层和应用层共四个层[3]。这种层次的结构将硬件和软件，操作系统和应用软件隔离开，以便于实现系统的移植。智能家居的软件设计主要是集中在应用层。

3操作系统的定制

WindowsCE5.0嵌入式操作系统的定制依靠PlatformBuilder5.0完成。PlatformBuilder是微软公司设计的用于嵌入式操作平台定制与驱动程序的开发的工具。推出它的目的之一就是让用户可以更好的将嵌入式操作系统移植到特定的目标平台上。

3.1BSP的安装

篇5

“其实早在2005年国外很多智能家居品牌纷纷进入国内市场时，我们就开始叫‘狼来了’。”韦波坦言，国人在很多方面还是比较相信洋品牌的，不过这更给国产品牌以警示：我们一定要做好产品，形成属于中国特色的核心竞争力，这样才能在“狼来了”的叫声中成长并壮大。

作为波创企业集团创始人兼董事长，韦波深知做国产智能家居品牌的不易。集团旗下包含波创科技（中国）有限公司、深圳市波创科技发展有限公司、深圳市物联通投资发展有限公司、深圳市物联通科技有限公司，以集团优势覆盖了智能家居技术开发、产品开发、海外市场开发及智能家居物联网相关产业投资的各方面。尤其在近年来，诸多智能家居品牌如雨后春笋般涌现，使得这一行业成为备受市场关注的宠儿。

自2003年成立至今，深圳市波创科技发展有限公司经历数次市场的厮杀和考验，在智能家居市场，屹然树立了标志性的“旗帜”。韦波对《中国经济信息》记者说，“‘狼来了’的时代已经变了样子，如今国产智能家居品牌也可以在全球市场响当当。”

初出茅庐 潜身行业

毕业于上海理工大学的韦波，和众多的创业者一样自信、坚持。而他的创业之所以成功，除了自身柔和又理性的性格品质外，时运也起到了相当的推动作用。

1996年，韦波只身一人来到深圳，就职于IT行业，从事软件开发。“当时的环境是，‘IT想家电化，家电想IT化’。”

韦波最初是为联想、方正、清华同方等IT企业做产品方案，同时配套做产品，正是这些准备和积淀为他日后创立波创科技，奠定了基础。

只是，隔行如隔山，韦波来深圳做产品研发之初，便对此有清醒的洞察。卧龙岂会甘于栖息于他人脚下，经过性格、技术的磨练后，波创已经在他的脑海里逐渐有了雏形。“在联想、方正、清华同方供职的同时，我和伙伴们便已将最早的家居智能控制器研发出来。”

此后，韦波又陆续为创维、TCL、美的、伊莱克斯等企业做IT化的部分产品。直到2003年，智能家居作为新概念被媒体和家电企业推上“新宠”宝座时，他毅然选择创立智能家居企业――深圳波创科技有限公司。之后的十几年，波创科技一直在中国智能家居行业中壮大发展。

创业初期，韦波已经有一定的资金积累，并以“自造血”的方式运营。五年的短期计划发展后，波创科技便在全国各地新增数百家商、经销商，随后智能家居体验馆逐步延伸至二级城市，如今已在中国香港、台湾，东南亚、中东及欧美市场业务均有扩大。

如今的波创已经集团化，但企业品牌每年都被评为中国智能家居十大品牌，套用韦波的话就是：“波创正是乘着‘物联中国、智慧城市、宽带中国’之风，迅速进入高速发展轨道，取得当前的大好市场反响。”

快速发展 模式多样化

智能家居在中国发展近十几年，站在第一波吃螃蟹行列中的韦波，谈起智能家居的普及和快速发展，他告诉《中国经济信息》记者，“从最初决定做智能家居，便明白应该先让一部分人用起来，继而大范围推广普及。”

韦波带领着企业在智能家居行业内快速发展，其中，业务模式开展多样化是其尤为关键的成功经验。

当然，这一业态的形成也经历了多个阶段的演进过程。“波创科技至少前五年是提供OEM（俗称代工生产）和ODM（原始设计生产）业务，为大型的IT企业、家电企业设计和生产产品；而后逐步进入品牌市场，建立自己的经销渠道，建立智能家居体验店；继而发展进入海外市场，之后又进入房地产项目的预装市场……到目前，波创企业集团已经可以为全球用户提供别墅、住宅、社区、地产科技领域的先进技术、产品和服务。”

从波创的应运而生，到如今集团成为面向全球的专业家居智能化、社区智能化的产品制造商和方案供应商。在韦波看来，这一智能家居品牌正诠释着“中国智造”的演进。

“俗话说，众人拾柴火焰高，智能家居行业需要更多企业抱团取暖。”韦波个人认为，智能家居行业的确充满希望，业内的企业也都在等待爆发期，但行业始终是处于一个市场启动期，很多厂商是无法支撑的。“初创时的波创也是依靠集团的其他产业支撑才走到今天的。”他坦言，智能家居是波创投入最大、产出却最小的一个领域，“但我认为这可能是在未来给新和创带来更多发展机会的领域。”

百家争鸣 能者胜

从事智能家居行业多年来，韦波最深刻的感受是，向许多用户展开产品推广时，只要谈及智能家居，消费者都会对家居的智能化功能表现出极大的兴趣，之后的演示、安装等免费的体验也都受到欢迎。“但免费推广毕竟还只是少数。”他强调，在中国对于智能家居概念的普及还远远不够，也正因如此，使得智能家居产品陷入了“叫座不叫卖”的怪圈。

针对这一现象，波创就智能家居产品的市场拓展及销售方式加以创新。韦波告诉《中国经济信息》记者，“几年前，当波创拿新产品向房地产商推荐时，智能化并不能引起足够的重视，而近年来已经有很多房地产商开始主动把智能化做到设计方案中去，开发商的招标文件和我们的产品系统说明书一样。”

另外，现在的智能化已不单单停留在以往的可视对讲和安防领域，很多房产商自然找上门来。韦波还指出一个典型的现象，如今国内上规模的楼宇对讲厂商都提出要做智能家居，不仅与智能开关厂商加大合作力度，有的还自身研发智能终端。

而对于市场的拓展，波创更是推出自身的数字化产品走工程市场，“仅仅走工程市场还不行，我们还在全国建立免费的体验中心，推进发展‘体验式营销’。”韦波对《中国经济信息》记者说，他们在国内有专门的渠道事业部负责商、经销商和分公司管理，但这都达不到深入推广的目的，“直到体验中心建立后，才真正实现了让老百姓来亲身感受什么是智能家居，怎样才算智能化。”

不容忽视的是，搭建体验中心包含的建设成本问题，另外就是数量仍然匮乏，在很多地区难以实现普及，“对于搭建智能家居推广体验中心而言，至少要数以千计才会有普及的效果。”韦波更以雷士照明举例说，“如果雷士照明只有一百家店，肯定不赚钱，而现在全国有近万家体验直营店等，每年销售额接近二十亿，这充分说明从量变到质变是需要过程的”。

篇6

[关键词]手势控制，智能家居

中图分类号：TP273.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）08-0167-01

0 引言

随着社会的发展和生活水平的提高，智能家居逐渐走入人们的生活。当前市场上存在多种类型的智能家居，如，遥控式、互联网式、声控式等等，但是现有的智能家居仍然存在着操作复杂、控制方式不精确、用户体验差等问题，这些问题制约着智能家居的发展。问题多由控制方式复杂导致，因此，智能家居急需一种简单方便的控制方式[1]。与此同时，嵌入多种传感器的可穿戴电子设备发展迅速，运动手环、智能运动鞋、谷歌眼镜等产品纷纷进入人的生活。设计一种使用可穿戴设备控制的智能家居，用户使用一些简单好记的手势即可控制智能家居，以提高智能家居的用户体验[2]。

1 系统设计思路

整个系统分为佩戴式手势控制装置和本地端控制系统两部分，佩戴端可以在用户需要操作家居时采集当前用户手势运动数据，包括手势的角度和加速度，并将这些数据通过蓝牙实时传输给本地端，本地端负责对这些数据进行处理，通过对比预先编好的功能表，即可实现操作对应家居的功能[3]。

2 佩戴式手势装置

2.1 硬件设计

手势控制端主要包括STM32C8T6、MPU6050和蓝牙模块。STM32C8T6是一款小型的ARM单片机，可以在保证运算速度的前提下缩小硬件体积；MPU6050是一个姿态传感器，可以检测出当前手势在X、Y、Z轴上的角速度和加速度，通过姿态解算程序，即可得出用户的角度手势数据。为了达到缩小体积，方便用户使用的目的，我们采用了印刷电路板的方式来制作佩戴端，进过多次改进设计方案，我们最终设计了如图1所示的5×5（cm）的PCB，电路图如图2。

2.2 软件设计

佩戴式手势控制端的软件部分主要功能是，在用户按下操作按键后的一小段时间内利用欧拉角解算MPU6050采集到的角加速度信息，计算出用户手势的角度数据，再利用蓝牙模块将角度数据实时传输给本地端，以达到控制家居的目的。下面具体介绍姿态解算算法。图3是使用欧拉角描述一次平面旋转：

设原坐标系绕Z轴旋转α角，原X轴矢量为，则旋转后的X轴矢量投影为，Y轴同理，由于是绕Z轴旋转，所以Z轴坐标未变，即有：

转化成矩阵形式为：

经过整理：

以上为绕一个坐标轴旋转一定角度的过程，可以得到对应的旋转矩阵，同理，也可以得到绕Y、Z轴单次旋转的旋转矩阵。而在现实中用户的手势动作可以看做是三维空间中三个坐标轴的欧拉角各旋转一次。

将三次的旋转阵相乘，即可得到表示此三维旋转过程的方向余弦矩阵，然后套用欧拉角微分方程，即可得到欧拉角结算出来的姿态：

上式左边是本次更新后的欧拉角，对应绕X、Y、Z轴的夹角。右侧是上个周期测算出的角度，三个角速度由安装在手势控制端的陀螺仪在这个周期内测得，陀螺仪根据一定周期内转动的角度（单位为弧度）除以周期T计算得到的。因此求解这个微分方程即可得出这一时刻的欧拉角。

3 本地端控制系统

本地端主要包括蓝牙模块、STM32F103ZET6和LED小灯等组成，本地端蓝牙模块设置为从模式，与手势控制端的主模块通过地址绑定后一对一通信，负责接收佩戴端的角度数据，当有数据进来时，单片机将之与预定角度范围比较，当符合时，点亮LED或控制对应电器，并屏蔽接下来一小段时间的蓝牙数据。不符合时，继续接收数据进行比较。

在实现点亮LED的基本功能后，设计规划了智能家居控制功能表，进而拓展智能家居的数量，通过不同的角度范围组合，可以实现控制多种智能家居。同时，为了尽量扩展可控制的智能家居数量、规范控制方式，设计编写了特定的通信协议。

4 结语

本系统实现了利用手势控制智能家居的目标，可以起到简化智能家居操作、提高用户体验的作用，通过拓展功能表还可实现更多的智能家居控制。并且手势控制端具有便利性和通用性，可控制更多更丰富的设备、可推广到更多领域，让更多人体验到科技发展的便利。

参考文献

[1] 朱敏玲，李宁.智能家居发展现状及未来浅析[J]. 电视技术，2015，（04）：82-85.

[2] 邓中祚.智能家居控制系统设计与实现[D].哈尔滨工业大学，2015.

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索博智能家居系统主要采用电力线通信总线技术(荷兰PLC-BUS技术)来实现家居智能化控制。PLC-BUS技术是一种高稳定性及较高价格性能比的双向电力线通信总线技术，它主要利用已有的电力线来实现对灯光、家用电器及办公设备的智能控制。这种电力线通信技术是由位于荷兰阿姆斯特丹市的ATS电力线通信有限公司(ATS.,CO)研发而成，它们致力于设计、开发和制造先进的电力载波智能家居控制技术，并因此技术的革新获得多项专利。

ATS.,CO公司推出的一整套基于PLC-BUS技术的智能家居控制系统重新定义了家庭内部高可靠、低成本智能家居控制的新标准。此项技术拥有超强的系统稳定性和可靠性。为商业住宅提供了更为经济的智能化控制解决方案。而其它的电力线控制技术与PLCBUS技术在系统功能、可靠性和成本上是没办法相比的。

PLC-BUS技术的解决方案包括如下领域的应用：灯光控制，电器控制，HVAC控制以及网络与电器设备间的通信。ATS.,CO公司目前已经就此项技术与多家制造商进行―了有偿授权使用此项专利的合作，其中包括世界上最大的电子设备厂商。现在上海索博智能电子有限公司是中国大陆及亚洲地区此项专利技术的唯一授权生产商。

PLC―BUS系统主要由三部分组成，即发射器、接收器和系统配套设备。

发射器的主要作用是通过电力线发射PLC-BUS控制信号给接收器，通过对接收器的控制．从而达到间接控制灯及电器设备的目的。接收器的主要作用是接收来自电力线的PLC―BUS控制信号，并执行相关控制命令，从而达到灯及电器控制的目的。系统配套设备主要是为了配合发射器及接收器设备，辅助实现控制目的。例如：三相耦合器、信号转换器、信号强度分析仪、吸波器等。

二、索博智能家居功能简介：

索博智能家居系统主要包括智能照明和智能电器控制两大系统。

所谓智能照明系统，通俗地讲就是对灯光进行智能控制与管理的系统。跟传统照明相比，它主要可以实现对白炽灯的调光、一键场景、一对一遥控及分区灯光全开全关等管理，并可以用多种控制方式实现以上功能。最主要的控制方式为无线遥控、定时控制、集中控制甚至远程控制等，从而达到智能照明的节能、环保、舒适、方便功能。

所谓智能电器控制系统，通俗地讲就是对电器进行智能控制与管理的系统。传统的电器都是以个体形式存在，没有系统的管理与控制；而智能电器控制系统就像一张无形的网络，把所有能控制的电器以一定的结构有机的组合起来，形成了一个整体。通过这个管理系统，用户可以实现对家电的集中无线遥控、定时开关控制及远程控制，以及实现电器的场景控制与管理， 从而达到智能电器系统的节能、环保、舒适、方便功能。索博智能家居系统主要可以实现以下九大功能：

1．远程控制――一个电话，家电听话I

您有没有想过，在上班途中突然想起忘了关家里的灯或电器，打个电话就可以把家里想要关的灯和电器全部关掉：下班途中，打个电话先把家里的电饭煲和热水器启动，让电饭煲先煮饭，热水器先预热。等您回到家，马上就可以洗个热水澡，并可立即享用香喷喷的饭菜啦：若是在炎热的夏天，您可以打电话把家里的空调先开启，回家后就能享受丝丝凉意；在家里，您可直接拿起分机电话就可以控制家里所有的灯和电器！

2．定时控制――免费保姆，体贴入微!

早晨，当您还在熟睡，卧室的窗帘准时自动拉开，温暖的阳光轻洒入室，轻柔的音乐慢慢响起，呼唤您开始全新生活每一天；当您起床洗漱时，微波炉(电饭煲)已开始为您烹饪早餐，您就可以马上享受营养早餐啦；餐毕不久，音响自动关机，提醒您赶快上班；轻按门厅口的“全关”键，所有的灯和电器全部熄灭，安防系统自动布防，这样您就可以安心上班去啦；当您和家人外出旅游时，可设置主人在家的虚拟场景。这样小偷就不敢随意轻举妄动！

3．智能照明――梦幻灯光，随心创造！

1)轻松替换：无论新装修户还是已装修户，只要在普通面板中随意暗接超小模块，就能轻松实现智能照明，让生活增添更多亮丽色彩。

2)软启功能：灯光的渐亮渐暗功能，能让眼睛免受灯光骤亮骤暗的刺激，同时还可以延长灯具的使用寿命。

3)调光功能：灯光的调亮调暗功能能让您和家人在分享温馨与浪漫的同时，还能达到节能和环保的功能。

4)亮度记忆：灯光亮度记忆的功能使灯光更富人情味，让灯光充满变幻魔力。

引全开全关：轻松实现灯和电器的一键全关和所有灯的一键紧急全开功能。

4．无线遥控一一随时随地，全屋遥控！

您有没有想过像遥控电视机一样遥控家里所有灯和电器呢?现在只要一个遥控器，就可以在家里任何地方遥控家里所有楼上楼下、隔房的灯和电器，而且无需频繁更换各种遥控器，就能实现对多种红外家电的遥控功能。轻按场景按钮，就能轻松实现“会客”、“就餐”、“影院”等您想要的灯光和电器的组合场景。

5．场景控制――梦幻场景，一触而就!

回家时，只要轻按门厅口的 “回家”键，您想要开启的灯和电器就自动开启，马上可以准备晚餐啦；备好晚餐后，轻按“就餐”键，就餐的灯光和电器组合场景即刻出现；晚餐后，轻按‘‘影院’’键，欣赏影视大片的灯光和电器组合场景随之出现；若晚上起夜，只要轻按床头的“起夜”键，通向卫生间的灯带群就逐一启动，不要再摸黑啦，回卧室后，再把灯全关。您是不是觉得生活比以前更神奇而富有意思呢?

6．集中控制――一键在手，尽在掌握！

就像宾馆床头柜的集中控制器一样，轻松集中控制家里的所有灯和电器。即插即用，外观更小巧，使用更方便；夜晚，如有突发事件，只要按一下全开紧急按键，所有灯就全部同时亮起；睡觉前，只要按一下全关按键，所有灯和电器就全部关掉，无需再担心忘了关某些电器啦！

7．电脑控制――轻松点击，智能实现!

鼠标轻松点击就可实现所有灯和电器的智能控制，功能更强大，控制更方便界面更美观

8．家电控制――普通家电，智能升级!

通过用电器随意插、红外伴侣、定时控制器、语音电话远程控制器等智能产品的随意组合，无需对现有普通家用电器进行改造就能轻松实现对家用电器的定时控制、无线遥控、集中控制、电话远程控制、场景控制、电脑控制等多种智能控制。

9．电动窗帘――随时开关，随意遥控!

无需再为每天开关窗帘而心烦，结合定时控制器，电动窗帘每天自动定时开关；遥控器轻松一按，窗帘自在掌控中。

索博智能家居典型设计方案：

当遇到客户需求时，我们就需要给客户做一个满意且合适的方案。做一个成功的方案要注意两点，首先是满足客户的功能需求，其次是预期客户心理价位的满足。一个成功的方案，不只是做最强大的功能方案，最主要达到合适度。要分析与推断客户的心理价格、生活习惯、家庭成员组成、性格及职业等。我们今天按常规 需求来设计一个别墅智能照明和智能电器控制方案。按以下流程来设计方案：

1、了解客户需求

首先得了解客户的功能需求，其次要了解客户的房源信息，最主要包括的是房型图，灯光开关插座图，每路负载功率，三相或单相电等信息。以下是一个典型的三层别墅的成功方案案例，我们以它为例来详细了解一下它的配置方案。

2．方案配置清单及功能简介

四、索博智能家居功能详述：

此方案可以实现九大功能：

1)智能照明系统：住户可以很方便的实现在客厅、主卧等处用一个触摸屏遥控器一对一遥控整屋的25路灯光，其中5路灯光可以实现随意调光及亮度记忆场景功能，可以达到创造优雅的生活情调，同时又可达到节能的目的。住户可以实现对灯光的分区域管理与控制。

2)无线遥控系统：住户无需要手动开灯关灯，只要一个遥控器在手，就可以随处实现灯光的控制。就像控制电视机一样方便，想开想关尽在遥控中，一键创造“就餐、影院、会客”等灯光场景。

3)场景控制系统：住户走到家门口，用随意携带的四位超薄遥控器就可以一键实现回家灯光、电器同启场景，不需要摸黑进家门一一开灯或电器。“离家”时，一按“离家”键，想要关掉的灯或电器自动全部关掉。在“就餐、看片、休息、会客”时，一键创造这种灯光及电器场景效果。场景可用客厅、主卧的触摸屏遥控器及餐厅的集中控制器，甚至随身带的小遥控器实现。

4)集中控制系统：住户可以在餐厅用集中控制器控制最常用的16路灯或电器，实现一一开关及分区全开全关功能，同时也可以实现想要的各种场景功能。

5)电脑控制系统：住户可以用书房的电脑接上电脑接口，就可以用电脑接口附带的应用控制界面实现对整屋的灯和电器的开关、场景、定时等多种控制功能。

6)家电控制系统：住户可以实现对厨房及主卫的热水器的定时开关，一方面可以更舒适，还可以在下班以前，提前打电话把热水器打开，把客厅或主卧的空调提前开启，回到家就可以享受丝丝凉意和热水浴。

7)远程控制系统：可以实现所有灯或电器的远程开关和全开全关，用家里的电话就可以实现遥控灯和电器的增值功能，使普通的电话也升级成为智能遥控器。

8)定时控制系统：可以定时开关家里的热水器、空调、窗帘，真正做到保姆式的贴心服务，又可以在电费低价时段开启不重要的设备， 以达到节能的目的。如主人出差在外，还可以创造有人在家的场景， 以达到威慑小偷的作用。

9)电动窗帘系统：每天开关窗帘是不是很麻烦?如果安装了电动窗帘，再配置相应的定时控制器，则每天早上窗帘自动打开，晚上自己关闭；平时也可以在家里任何位置用遥控器随意遥控客厅的窗帘开关，甚至一键创造灯光及窗帘开或关的生活场景。若配置相应的电话远程及定时控制设备则还可以实现远程控制开窗帘与关窗帘，每天早上窗帘自动打开，晚上自动关上，您不觉得生活很现代与智能吗?

五、弱电布线要求

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Maxicom智能家居采用现场分布式总线技术TP-Bus。TP-Bus是一种电源／信号混合传输技术，同时也是是一种家庭自动化网络总线技术，该总线技术主要用于网络化控制系统，如智能家居网络、住宅小区网络等。该总线技术采用24＼’直流电源，信号传输速率为10kbps，以双绞线作为传输媒体，像这种传输速率的双绞线很容易实现，总线的双绞线结构使网络既可作数据传输，也可以作为电能的供应。

TP-Bus是一种智能控制总线，在欧洲标准EIB总线及LonWorks总线技术上作了创造性的改进，其防通信冲撞协议的设计很好的解决了总线上各节点收发指令的冲撞问题，大大提高了系统的通信效率与稳定性。

该系统的特点是：

1．Maxicom智能家居系统体现了人性化设计，可以进行各种场景和功能的设置。如：聚会、家庭影院、就餐、起夜等环境的设置。一键全关的功能、家电远程控制、语言提示、数字留言等。

2．在安全方面，它采用的是24V直流供电，配有红外、煤气、烟雾等多种的探头，并能以光、声两种形式报警；为防占线，它可自动连续拨打6组报警电话，也可以实现远程监听，所谓是“身在千里之外，可察房中一切”。

3．系统配备的红外探测器，可做到“人来灯亮，人走灯灭”，并可以根据亮度探测器所测到的室内数据，自动调整室内相关灯光亮度，既舒适又节能。

4．本系统可以通过修改软件改变按键与灯光等设备的对应关系，而不需像传统方式那样重新连线。同时，它采用的是总线式的控制系统， 区别于集中控制模式，所以，本系统有着它无可比拟的扩展灵活性。

Maxicom智能家居”是以住宅为平台，兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，集系统、结构、服务、管理于一体的居住环境。智能家居将各种与信息相关的住宅设备通过家庭内网络(家庭总线)系统连接起来，并保持这些设备与住宅的协调。需要指出的是，“Maxicom智能家居”的概念和技术特点与“智能小区”、“智能大厦”不尽相同，“Maxicom智能家居”更注重住宅中各种电器设备和人们生活的紧密联系，它是整个智能生活领域的核心。

“Maxicom智能家居”有效地实现住户与外界的沟通和联系。智能家居支持即插即用的多种接入，包括电话、传真、高速数据网络、宽带接入等。智能家居的远程控制系统可以实现在远方控制家电设备，自动传送水、电、煤气的读数。智能家居配备的保安系统遇火灾及偷盗紧急情况时会自动向主人和物业管理单位报警。

“Maxicom家居智能技术”是指利用微处理器技术，集成或控制家中的电子电器产品或系统，例如计算机、照明系统、厨房设备、保安系统、暖气及冷气系统、通讯系统、视频及音响系统等。自动化的家庭不再是一幢被动的建筑，相反，它成了帮助主人尽量利用时间的工具，使家庭更为舒适、安全、高效和节能。一方面，系统会自动参考来自各个传感器中的信号做出相应的一系列操作；另一方面主人可以通过键盘、模块面板、手持遥控器、电话、互联网等人机接口来控制家中的电子电器产品。

二、系统结构

Maxicom现场分布式总线系统采用总线式的结构，主要由电源供应器、双绞线和功能模块三个基本部分组成。每个功能模块都是串连在双绞线上，互相的连接不分极性。如下图所示：

一根专用总线可以连接32个功能模块，如果功能模块超过32个，则需要另加根总线，两根总线之间通过一个路桥器连接。如下图所示：

构成本系统必须有：系统通讯电源、各种功能模块、以及通讯媒体，其中通讯媒体采用最简单的双绞线。下面我们从系统的大小分别介绍它的构成。

1．基本(最小)模块

总线电源供应器、双绞线以及功能模块是构成Maxicom系统的三个基本组成部分，它们的连接关系如图所示，其中双绞线与各功能模块的连接是不分极性的，这样在工程安装非常方便。

2．标准家居系统

构成一个系统不止一个功能模块，但也不超过三十二个功能模块(这是普通家庭型)，这样构成了Ma、ic。m智能家居的标准系统，各种功能模块的有无、多少有用户自己决定，其中双绞线与各功能模块的连接是不分极性的。

3．扩展的家居系统

如果一个系统的功能模块大于三十二个(例如复式或多层住宅)，每三十二个模块就要加一个系统电源，每一个小系统之间是相互联系的，我们在每一个小系统之间加一个桥路器，这样它们就构成了一个扩展的家居系统，其中双绞线与各功能模块的连接是不分极性的。

构成这个系统是由各个功能模块构成的，它们之间是相互独立的，其中包括：系统电源、照明开关／调光模块(DM203)、红外模块(iRl02)、智能插座模块(PW115、PW415)、通用无线接收模块(RC101)、主控面板。利用这些模块在整个系统中的连线图如下图所示：

三、功能介绍

室内照明、场景设定

对室内外灯光进行开关、调光控制，预先设定多种应用场景，比如会客模式、就餐模式、起夜模式等等；只需通过遥控器、或开关面板，轻触一个按钮便可产生一种预先设定的照明效果。例如，欣赏影片时，调暗灯光，拉上窗帘，开启音响及视频系统，一键到位!

灯光控制，随心所欲。

通过系统编程设定，主人可随时变换灯光的开启按钮位置，而不用改动任何布线及开关安装。

家电控制

通过系统灵活多样的控制方式(如按键开关、遥控器、电话、Internet等)，您随时可开启家中空调、电动窗帘、电饭煲等电器设备，功能实用方便。系统设置的“全关模式”，可以在您出门或就寝时，非常方便的关闭室内灯光、电器设备的电源，方便、安全又省电。

无线遥控

通过遥控器，您可以方便地控制家中所有的灯光、电器设备。比如，您身在二楼的主人卧室，却仍可方便的关闭楼下客厅的空调及灯光。而且，您再也不必在等候小孩入睡后，才轻轻的进入房内替他关灯了。细微之处，给您带来前所未有的方

当您在客厅看电视时，您可通过遥控方便地关掉厨房、走廊、阳台和房间里不必要的灯光电器，而不用因起身而错过剧情。

电话远程遥控

电话远程控制功能灵活实用，无论何时何地，您都可方便的通过电话或手机按键远程控制家中的各种灯光、电器设备。例如，在夏日的正午，回家前在您携家人外出度假时，可在遥远的海边，通过手机打开阳台及室内的灯光，甚至开启音响或电视。

安防、防盗报警

Maxicom智能家居系统兼容目前大多数的防盗产品(红外探测器、煤气探头、门磁开关、声光报警装置等)，且具有逻辑判断，多防区设置，电话报警功能。

系统设有“在家”、“离家”两种布防模式，并可通过电话远程布、撤防，并带有语音提示及系统自检功能。一旦检测到报警信号，系统立即将警情报至小区保安中心，引发灯光闪烁、警号鸣响等动作，并启动电话远程告警功能。

定时控制

各种家电设备均可通过定时器，预设开启时间，实现您梦寐以求的智能控制功能。万用定时器，可以设定100组时间，足够为家里的所有灯光、电器制定一个详细的运转时间表。

温度、光照检测与调节

系统还可监测每个房间内的温度和光照度，可以随时查询和记录，并根据这些参数调整灯光、空调的工作状态。

Intemet远程遥控

在任何可以连接IxTERxET的地方，通过网络浏览器您可方便实时的远程监控的家庭状态，控制家庭灯光、电器及安防报警系统。

四、典型设计方案

当客户有需求时，我们就需要给客户做既一个客户既满意又合适的方案，做一个方案需要注意：首先是满足客户的功能要求，其次是客户能够承受的价格。一个成功的方案，最主要的是了解客户的生活习惯、家庭成员组成、性格等。我们按常规功能需求来设计一个三房二厅的家庭智能化控制方案。

1．前期的准备工作首先得了解客户的功能需求，其次是要了解客户的房源的信息，最主要包括是户型图、平面布置图、有没有大功率的灯路、有没有调光的以及需要调光的路数等信息。

2．家庭智能化控制设计方案配置单功能模块位置图本方案可实现以下功能：

(1)智能灯光照明系统；

(2)场景控制系统；

(3)家用电器控制系统：

(4)远距离无线控制系统

(5)电话远程控制；

(6)三种布撤防模式；

(7)主控键盘可控制全屋的灯光、电器等，全程语音提示；

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关键词：物联网；智能家居；信息技术

伴随我国经济水平的不断进步和科学技术的持续发展，智能家居也在蓬勃发展。然而，智能家居处在初级阶段，许多方面依旧不完善，很多功能不能有效地在居民中应用、推广，而且我国国民对智能家居的认识还很肤浅，再加上一些其他因素对智能家居的影响，使得智能家居到现在为止都没有在我国普及开来。本将智能家居作为起点，详细介绍了智能家居，进而分析我国未能全面推广普及智能家居的原因，最后探究如何使得智能家居创新和优化。

1智能家居

我们所说的智能家居就是将居民住宅作为应用平台，综合利用各项技术对相关的家居生活设施进行集合处理，例如：安全防范技术、音频视频技术、自动控制技术、智能家居系统设计方案等，使得家庭事务和住宅设施的管理系统具有更高的效率，从而使得家具的舒适性、安全性、艺术性、便利性得以稳步提升，另外，智能家居可以为我们提供节能环保的居住条件和生活环境[1]。不可否认，这样的智能家居理念可以有机的结合个人需要、先进科学技术和国家的整体实际状况，不仅有利于科学技术充分发挥作用，还有助于我国自然环境的改善，为广大人民群众提供安全、舒适、便利、健康的居住环境。而智能家居通过构建八个子系统实现其现代化、智能化、自动化和安全化。八个子系统分别为：家庭能量管理子系统、背景音乐子系统、智能照明子系统、智能安防子系统、家庭娱乐子系统、家庭信息处理子系统、家庭环境子系统、家庭监控子系统。

2智能家居的八个子系统

智能家居子系统可以有效地优化和保护家庭的居住环境和生活条件，可以非常好的应用网络电视、手机、计算机等网络设备，从而使得人民的健康有了可靠的保证。1)家庭能量管理子系统。在广大人民群众的生活环境中，水、电、天然气等都属于能量范畴。而家庭能量管理子系统能够有效地计算人民日常所消耗的水、电、天然气等，对用户所需交的费用进行确定，并可自动帮助业主完成缴费任务，实现真正意义上的便民利民[2]。2)背景音乐子系统。所谓的背景音乐子系统就是在住宅的内部设合适的音乐路线，并且有效率的使用自动感应技术，从而使背景音乐的感应功能更好。居住在住宅中居住的居民可以随时随地打开音乐进行歌曲的选择，可以使人们更好地享受音乐，体验音乐带来的乐趣。3)智能照明子系统。家居生活中，我们更希望更加智能化的控制照明，智能照明子系统对实现节约用电的目标起到了良好的促进作用，同时保护眼睛，减少光线对人类眼睛的伤害，更加体现人性化。从这个意义上讲，智能照明子系统的实用性非常强。智能照明子系统不仅可以对点灯的开关做到自动化的控制，在居民离开时做到自动感应。居民离开时电灯是亮着的，一段时间后，照明系统会自动启动程序，自动对电灯进行关闭。利用智能照明子系统，居民还可以调节灯光的亮度，根据居民自身的喜好和习惯，居民可以对亮度进行智能化的调节，科学化的管理灯光，从而，达到更加科学、更加合理保护人类眼睛的目的。4)智能安防子系统。智能安防子系统最大的优势就是可以对居民住宅的安全实现智能化的保护，而且报警功能非常强大，可以与公安系统进行联网，如果发生非法闯入、火灾、煤气泄漏、紧急呼救等危险事故，依据预先设定的安防系统，智能安防子系统开设相应的营救工作。可以拨打110报警或者向提前设定的电话进行报警，同时也可使用当地的声光进行报警，确保有关的电器处于全面应急的联动状态。当遇到非法入侵的危险时，智能安防子系统主要通过使用保留视频的手段进行证据保存，有效的记录入侵者的行为和证据，尽最大可能的有效保护居住用户的人身生命安全和财产安全。5)家庭娱乐子系统。每一位居住用户都会在家中进行娱乐活动，进行家庭娱乐子系统的安装，用户不用出门的同时，就可以轻松享受一系列感官上的享受，例如：游戏带来的刺激、电影院中强大而且具有视觉冲击的影院氛围甚至是家庭KTV带来的快乐与激情。6)家庭信息处理子系统。人类的生活中，邻里和社区间的信息传递无处不在，想要在住宅中就充分了解小区和物业的有关信息，家庭信息处理子系统就会发挥强大的作用。家庭信息处理子系统不仅具备精确接收、分析和家庭有关信息的功能，还具备自动有效删除垃圾信息的功能，对信息进行自动分类管理，删选垃圾信息的同时，将某些较为重要的信息直接传输到用户手上，家庭信息处理子系统可以有效合理的帮助用户实事的掌握家中的动态。7)家庭环境子系统。在人民群众的眼中，家庭是人生中重要的组成成分，人们非常重视家庭环境的问题，每一位业主都非常重视室内湿度的大小和温度的高低，为良好的解决这样的问题，家庭环境子系统依据每天的天气状况自动调节室内空气的温度和湿度，智能化的调节采暖和调节湿度等方面的问题，使人们居住的环境更加的健康、和谐。8)家庭监控子系统。家庭监控子系统的安装非常有利于住户实事的掌握家庭的各种状况。家庭监控子系统主要由遥控器、总控制器和传感器组成，不同的组成部分之间进行联系的方式是使用规定的通信方式。总控制器的功能就是控制系统，同时与用户进行实时联系交互，不断接收各个组成部分所传输的信息，并对传感器的状态进行实时的监控，当家庭出现访客或遇到危险时，家庭监控子系统可以及时通知用户，用户就可以利用家庭监控子系统远程监控家庭状态，方便、快捷、有效[3]。

3物联网技术

在物联网时代，只要在各种各样的日常用品上嵌入短距离的移动接收器，通过网络所有的物体都进行信息交换。且物联网的实现是通过各种技术的，从应用末端感知核心技术的角度进行分类，物联网技术可分为三类：1)基于射频识别（RFID）的应用。如果我们想将RFID智能标签镶入到监控和管理的对象上，借助现有的技术，例如：数据库技术、网络技术、中间件技术，一个由海量读写器和大量移动设备的电子标签构成的物联网就以建成。2)基于传感器的应用。如果想要控制和管理对象，可在其四周安装许多传感器节点，利用节点获取监控对象的信息，同时将这些信息传输到信息处理中心，因而，一个依据获取的信息对一个“物”进行管理和监控的物联网就以构成[4]。3)基于M2M的应用。所谓的M2M包括增加装置机器通信和网络能力的技术手段，绝大部分指机器和人之间设立连接的一切技术和手段，他的目标就是提升设备的智能化程度。基于M2M技术，我们能够建立机器对人、机器对机器、和人对机器的物联网。

4物联网技术在智能家居中的应用

传统的智能家居系统绝大部分是通过有线的方式构成，这种组成方式不仅需要专业的技术人员和专业的维护公司，还具有工程周期时间长、系统灵活性较差的特点。而物联网智能家居可以有机地将物联网技术和智能家居结合在一起，进而使的现代的智能家居系统具有更好的使用方便、容易维护、安装简单的特点。1)感知层物联网技术的一大特点是全面感知，就是利用二维码、摄像头、传感器等感知、捕获、测量等一系列技术手段，对感知对象进行随时随地的信息接收和捕获，智能家居中，人自身和人们所居住生活的环境都可作为感知对象，传统智能家居的子系统可以做感知层的执行设备。另外，应用物联网技术的智能家居系统还采用了许多特别典型的感知技术，例如：无线门磁、窗磁、无线温度湿度传感器等。2)网络层物联网中的网络层是指互联网和各种通信网络组合的融合网络，另外，还包括家居物联网管理中心、云计算平台、专家系统等大量信息智能处理的部分。智能家居中，网络层不仅要具备网络运营的功能，还要不断提高信息运营功能[5]。网络层中，可靠传递和智能处理的问题要特别关注。3)应用层应用层是有机结合物联网技术和智能家居并达到家居智能化应用的解决方案集。通过应用层，物联网可以深度融合现代信息技术和传统家居，除此之外，应用层还可为家庭服务商提出第三方借口，使得各种服务更加有利于方便人民的生活。4)案例分析2014年，某分公司曾为房地产老板设计智能家居系统，方案如下：①大门设备：进入智能家居的第一个防护门门，因此可以设置指纹锁、夜视防水摄像机、对讲机等设备，当客人出现时，只有经过主人同意才可进入；②玄关：智能家居的第二个防护门是玄关，通过语音设备可以控制玄关灯的开关和亮度，当进门后，安防系统关闭，当出门后，安防系统开启；③客厅：主人最主要的活动区域是客厅，在此区域内设置背景音乐面板、场景面板等装置设备；④卫生间：红外感应器在这设置，进入卫生间时，灯光自动开启的同时马桶盖也自动打开，无人时，灯光自动关闭，马桶盖子也自动合上；⑤浴室：同样设置红外感应设备，有人时，灯光自动开启，花洒自动打开，并且依据语音提示自动设置水温，无人时，系统自动关闭所有设备；⑥卧室：卧室的空调温度、风速、灯光亮度都可根据语音或者遥控设备进行控制和调节；⑦厨房：设置烟雾、CO等传感器，当污染气体比预设值高时，系统自动发出报警信号。

5结束语

物联网技术的应用，给智能家居的推广和普及降低了难度，目前，许多地区初步尝试建立“云社区”，逐步开始物联网技术应用到智能家居，而未来物联网技术会在智能家居中扮演越来越重要的角色，强大的感知技术，赋予智能家居某些“人的思维功能”，提供的服务更加实用，进而智能家居可以更快更好的发展。

参考文献：

[1]姜树森,姜剑锋,高伟.浅谈通信传输的常见问题与技术要点[J].通信技术报,2011,3(6):118-120.

[2]杨莉,郭红英.浅谈光纤通讯传输的常见问题与解决方法[J].通信技术报,2011,6(12):15-22.

[3]LIBao-an,YUJianjun,Researchandapplicationonthesm⁃arthomeBasedoncomponenttechnologiesandInternetofThings[J].ProcediaEngineering,2011(15):2087-2092.

[4]姜永增,董晶,宋广军,等.物联网智能家居无线传感器网络节点设计[J].制造业自动化,2011(3):193-195.

篇10

 

1 概述

 

智能家居网关作为智能家居系统的中心控制设备，承担着智能家居中所有传感器信息的汇聚、分析与控制，应满足安全高效、智能化与个性化的需求。本文针对智能家居系统的用户需求，在物联网基础上提出一种以树莓派系统为中心网关，综合采用WIFI技术、Zigbee技术，并支持多协议、多网络混合的智能家居系统。系统设计采用模块化、智能化设计，具有稳定性、扩展性与操控性等特点，并可以通过APP终端实现对智能家居系统的远程控制。

 

2 系统整体结构设计

 

本系统的设计主要由三大部分组成：(1)感应控制层主要由智能家居的各种传感器设备组成，收集家居中如温度、湿度与可燃气体等各种信息以及接收由网关传达的各种命令;(2)网络通信层主要是负责网络通信，包括智能网关、信息服务器、路由器与GPRS、WIFI网络、ZigBee网络、 Internet、红外网络等。网关作为智能家居系统的中心控制设备，承担着各层设备之间的信号传输与控制命令转发解析等任务，用户使用手机发送信号到信息服务器，信息服务器处理信息后再传送到网关，由网关控制各种传感器与家庭设备;(3)应用层包括电脑PC机、手机终端设备，如Android与IOS设备、遥控器等红外手持设备等，手机端可通过因特网或GPRS网络与网关通信，以无线方式管理智能家居各节点的设备终端，支持多用户登录系统进行管理，实现节点设备遥控等功能，从而实时监测与控制家居环境。通过手机端的APP，连接局域网或GPRS网络，实现远程控制智能家居的各种设备。系统结构图如图1所示。

 

2.1 感应控制层

 

感应控制层由传感器终端与控制终端组成，传感器终端主要负责收集家庭环境的各种数据，包括室内温度、湿度、烟雾浓度等，控制终端的主要作用是对家庭设备如照明、电视机、空调、窗帘与其他电器的控制。传感器终端与控制终端并不是严格分离，如照明调节，需要由传感器终端收集房间的光线亮度参数，然后由控制终端进行控制电灯的亮度。

 

传感器终端都采用模块化的设计方案，在微处理器单元的基础上，添加传感器与WIFI模块或ZigBee模块，传感器终端通过WIFI或 ZigBee网络与智能网关连接。WIFI模块由于具有稳定性高、传输速度快、传输距离远等特点，因此被广泛应用在各类传输通信设备中。而ZigBee具有功耗极低、组网灵活、传输稳定等特点，因此可以应用在厨房等连接电源不方便的可燃气体检测设备里，在一个纽扣电池供电的情况下，可以工作6～24个月。

 

传感器终端的微处理芯片主要由单片机与外围电路组成，是该终端的核心组件，负责执行处理由WIFI、ZigBee等通信模块传送过来的指令。电源模块与LED等模块主要由电源灯与呼吸灯组成，当终端处于工作状态，会显示出不同的灯光组合，增加美感与识别功能。WIFI通信模块与ZigBee模块是一个通信模块，焊接在基础模块上，通过此通信模块，终端设备实现了可以无线连接家用路由器的，与智能网关通信的能力。通过此通信模块，终端设备接收来自智能网关的命令，执行并反馈结果。

 

2.2 网络通信层

 

由图1可见，网络通信层包括智能网关、路由器、网络服务器、WIFI网络和Internet等，其中，网关作为智能家居的核心设备，负责整个智能家居网络的管理与协调，处理不同的通信协议之间的转换，同时还要处理家庭多媒体娱乐的音视频解码等，除需保证其满足安全性、稳定性和可靠性外，还要考虑到其性能。综合考虑上述因素，选择开源硬件树莓派作为网关设备，该硬件具有新一代Broadcom BCM2836 800MHz ARM Cortex-A7四核处理器，采用1GB的RAM存储器，带VideoCore IV双核GPU，最高支持HD 1080p视频输出，复合视频(PAL/NTSC)输出，立体声音频输出，提供10/100 BaseT RJ45以太网插座，HDMI 1.3和1.4视频/音频插座，3.5mm 4极音频/复合视频输出插孔插座，4个USB 2.0插座，15路MPI CSI-2连接器，用于Raspberry Pi高清摄像机(775～7731)，15路显示串行接口连接器，MicroSD卡插座，从MicroSD卡启动，运行Linux新操作系统版本，GPIO和串行总线的40引脚管座，通过MicroUSB插座，整块硬件具有集成度非常高、运行速度快、性能高、外设丰富、二次开发方便等优点。

 

智能网关的作用主要有以下三个方面：

 

2.2.1 协议解析与转换。考虑到各种传感器的功耗等特点，本设计采用了多网络融合的模式进行组网，系统内包含WIFI与ZigBee网络。ZigBee协议与互联网中的TCP/IP协议并不兼容，要把基于Zigbee协议的网络接入到TCP/IP协议网络内，需要进行协议转换。通过树莓派系统的扩展板或通用接口(GPIO)外接ZigBee模块，在传感器终端多微芯片电路板上也焊接ZigBee模块，然后在树莓派系统内分配网络ID号和网络地址，网络节点上电后，初始化内部资源，然后发送扫描信号请求连接，从而完成连接。借助z-stack协议栈，由ZigBee网络传送过来的ZigBee协议帧的解析就由 Linux系统完成，Linux系统解析完成后，将有效的数据存入指定内存空间中，供WIFI网络使用，这样就实现了多网融合。

 

2.2.2 数据收集与存储。树莓派提供丰富的外设接口，其中包括USB接口HDMI高清视频接口。在树莓派系统上安装多媒体服务中心，将网关打造成一台可以播放高清影视的多媒体服务器，通过USB接口，可以读取到存储在移动硬盘上的视频文件。通过HDMI接口连接电视机，实现在电视上播放网络视频。此外，智能家居系统发送的各种信息，都可以通过树莓派上的数据库保存下来。

 

2.2.3 信息服务器承担起内网与外网联通的桥梁作用。其主要功能是负责沟通用户手机APP应用端与智能网关的通信。由于网关处于内网，用户在Internet上无法直接连接网关，因此，搭建一个MQ信息队列服务器连接内网与外网就成了很关键的一个步骤。从用户手机APP端发出的命令，通过MQ服务器，传到内网的智能网关，再由智能网关转发给各传感器终端，从而实现控制家居设备。

 

2.3 应用层

 

智能家居通过用户的手机APP进行控制家用设备，手机端APP应用包括Android版本与IOS版本，界面设计与功能基本一致。如图2所示为手机的应用界面图，用户输入账号与密码信息后，进入到系统内可以浏览到智能家居的信息。

 

3 结语

 

本文分析了智能家居的结构、功能与组成，采用以网关为中心，结合多网融合的方式，设计实现了以树莓派系统为中心网关的智能家居系统，通过手机终端对智能家居的远程控制与集中控制。实际使用效果证明，该系统具有很高的稳定性、可靠性与扩展性，兼具成本低廉、操作简单等特点，具有一定的市场推广与参考。