智能家居论文范文
时间：2023-04-11 20:55:47
导语：如何才能写好一篇智能家居论文，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
智能家居（SmartHome）是以家为平台，兼备建筑、自动化，智能化于一体的高效、舒适、安全、便利的家居环境。家居智能化技术起源于美国，最具代表性的是X-10技术，通过X-10通信协议，网络系统中的各个设备便可实现资源的共享。因其布线简单、功能灵活，扩展容易而被人们广泛接受和应用。至今，X-10技术产品的销售已超过两亿个，仅在美国一个国家，便有超过600万个家庭在使用。自动化的智能家居不再是一幢被动的建筑，相反，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。
随着网络技术的发展，特别是无线网络的发展，网络化智能家居系统可提供遥控、家电（空调，热水器等）控制、照明控制、室内外遥控、窗帘自控、防盗报警、电话远程控制、可编程定时控制及计算机控制等多种功能和手段，使生活更加舒适、便利和安全。
2.智能家居中的总线技术
要实现家居的智能化，就必须实现家居的网络化，使家居内的大部分电器设备能够通过一定的方式连入网络，从而实现这些设备的远程控制和自动控制。家居电器的上网实质是网络最后接入的1公里之内的问题，此类问题要求网络可靠性高、信心量少，多个设备之间的互操作性强。就智能家居而言，如何把结构和性能不一的电器设备接入网络，如何能够实现这些设备的相互通信是在构建智能家居时主要考虑的问题，所以说，智能家居的关键技术其实就是网关技术和总线技术。文章主要讨论的是其中的总线技术。
总线技术在智能家居行业当中，目前可以算是应用最为广泛的一种技术手段。在总线技术下生成的智能家居系统，最大的特点是具有可扩展性，工程安装也不是很复杂。由于科学技术的不断发展，新生成许多总线协议下的智能家居系统的价格也不是很高，目前市场的销售情况也很不错。
智能家居中的现场总线控制系统通过系统总线来实现家居灯光、电器及报警系统的联网以及信号传输，采用分散型现场控制技术，控制网络内各功能模块只需要就近接入总线即可，布线比较方便。一般来说，现场总线类产品都支持任意拓扑结构的布线方式，即支持星型与环状结构走线方式。灯光回路、插座回路等强电的布线与传统的布线方式完全一致。"一灯多控"，在家庭应用比较普遍，以往一般采用"双联"、"四联"开关来实现，走线复杂而且布线成本高。若通过总线方式控制，则完全不需要增加额外布线。是一种全分布式智能控制网络技术，其产品模块具有双向通信能力，以及互操作性和互换性，其控制部件都可以编程。典型的总线技术采用双绞线总线结构，各网络节点可以从总线上获得供电（24V/DC），亦通过同一总线实现节点间无极性、无拓扑逻辑限制的互连和通信，最高的信号传输速率和系统容量则分别为10KBPS和4G，完全能够满足现代智能家居的需要。
3.主要的总线技术比较
目前，国际上家庭总线的标准主要有以下几种：前述的X-10，日本的家庭总线(HomeBus)，欧洲标准安装总线(EIB)和BatiBus，美国Echelon公司的LonWorks，HP公司的IRDACONTRAL等。其中，最受业界关注，应用最广的是X-10、LonWorks和消费总线（CEBus）这三种。
3.1X-10技术
X-10技术是世界上最早出现的，也是最简单的智能家庭网络系统，它的出现标志着家居智能化技术的成熟。在智能家居20多年发展过程中，X-10技术得到了极大的应用。它在美国的发展已经25年的历史了，到目前为止美国的X-10用户已经达到1000万以上，X-10控制规格已成为当今美国家庭自动化控制规格的主要领导者。欧洲版的X-10发展也相当迅速并得到普及，渐渐的，这一技术开始进入亚洲。可以说，X-10是二十世纪最具代表性的家庭智能自动化产品。
X-10采用电力线作为其网络通信介质，系统中的各个设备直接挂在电力线上就可以相互通信，X-10技术基于X-10协议，由发射器发出X-10控制信号，通过现有电力线网转输X-10信号到接收器，然后由接收器再对各灯具、用电器等用电设备进行控制。
但X-10采用的是电力线通信方式，容易受到干扰，系统的抗干扰性能比较差，且寻址空间小，对模拟量支持不够，只能提供非常有限的功能。如果只要求这些有限功能，使用X-10可能是很合算的，但在需求日益丰富的今天，X-10有逐渐被取代的趋势。
3.2LonWorks
LonWorks是美国Echelon公司于1991年推出的，LonWorks技术为设计、创建、安装和维护设备网络方面的许多问题提供解决方案：网络的大小可以是两个到32385个设备，并且可以适用于任何场合。LonWorks提供从收发器到协议到软件API的一个完整的、端到端的控制网络解决方案。
LonWorks网络中设备的通信是采用一种称为LonTalk的网络标准语言实现的。LonTalk协议由各种允许网络上不同设备彼此间智能通信的底层协议组成。LonTalk协议提供一整套通信服务，这使得设备中的应用程序能够在网络上同其他设备发送和接收报文而无需知道网络的拓扑结构或者网络的名称、地址，或其他设备的功能。LonWorks协议能够有选择地提供端到端的报文确认、报文证实和优先级发送，以提供规定受限制的事务处理次数。对网络管理服务的支持使得远程网络管理工具能够通过网络和其他设备相互作用，这包括网络地址和参数的重新配置、下载应用程序、报告网络问题和启动/停止/复位设备的应用程序。LonWorks可以在任何物理媒介上通信，这包括电力线，双绞线，无线（RF），红外（IR），同轴电缆和光纤。
LonWorks也有其弱点，主要是价格太高，光电开关的体积太大，对此，Echelon公司开发了一个智能型收发器－－PL3120芯片组，其中整合了Echelon公司的PLT－22电力线实体层和8位的Neuron芯片核心，这使得LonWorks被越来越多的高级建筑所采用。
3.3CEBus
消费总线（CEBus）起源于1984年美国电气工业协会的消费电器小组制定的家电互联的规范，1992年，它被正式命名为CEBus规范(EIA600)。消费总线出现后，迅速得到IBM、HONEYWELL、MICROSOFT、INTEL-LON、DEMOSYS、LUCENT、PHILIPS、SIEMEMTS等国际著名公司的支持，在智能住宅和住宅自动化领域具有举足轻重的影响。
消费电子总线网络拓扑结构可以是总线型、星型、树型或混合型。总线中的每个节点的地位是平等的，不需要一个主控设备。对于多节点竞争访问网络资源的解决方法是采用冲突检测和冲突解决，网络中各节点的控制关系通过绑定来实现，从而使整个家庭中的电器系统能成为一个智能的整体。
参照ISO的网络协议建议书，消费电子总线可划分为物理层、数据链路层、网络层和应用层。CEBus在应用层定义了一种面向对象的、严格的设备描述语言CAL（CommonApplicationLanguage），简称公共应用语言，其内容涵盖了家庭中可能拥有的家电。公共应用语言采用了面向对象的方法，把任意一个家电设备按照功能分解成几个预定义的对象模型。在面向对象的编程语言中，一个对象由数据和操作这些数据的函数组成。在消费总线中，这些对象也由数据（称为实例变量）和操作（称为方法）组成，不同的设备可以采用相同的对象，用相同的方法操作，但是控制结果随设备的不同而有不同的意义。
CEBus以其简便的协议、日臻完善的技术正日益成为消费电子设备互操作的企业标准，CEBus通讯的低层功能已实现了芯片化，所以接入设备比较便宜。目前，市场上此类芯片有LM1893、ST7536、SSC-P485、CEWay-Ⅲ等。随着载波通讯技术的进一步成熟，CEBus将在仪器仪表、家庭自动化、智能楼宇建设、智能小区建设以及工业厂区建设中得到更为广泛的应用。但由于CEBus接口技术比较复杂，价钱非常昂贵，因此CEBus在中国的应用也不多见。
4.小结
随着信息技术的高速发展，智能家居技术越来越受到人们的关注，是现代网络技术研究的重点之一，而利用总线技术来实现智能家居又是智能家居技术发展的重要方向。文章中介绍的几种主流总线技术都有各自的特点，就本项目而言，LonWorks网络是一个不错的选择，是我们以后研究的重点方向之一。
参考文献
[3]张振川,孙琳琳.基于CEBus的家庭局域网络物理层研究[J].计算机工程与设计,2004(25)2.
[4]娄嘉骏,吴明光.基于消费总线的嵌入式家庭网关的设计[J].浙江大学学报(工学版),2004(38)4.
篇2
（1）家居安全防盗报警对陌生人入侵、空调室外机被盗等情况及时发现，语音警告，短信通知主人。
（2）家居温度湿度控制对环境的温湿度测量监控，并在设置的相应模式下进行报警等。
（3）家居气体质量监测空气质量、有害气体检测，火灾等室内参数检测，并在设置的相应模式下进行报警等。
（4）家居远程无线控制存在安全隐患时，如主人外出时忘记关闭煤气阀门或家中用电设备等，立刻通过GSM模块发送短信通知主人。
2方案设计
2.1整体方案框图
本系统采用51平台，系统主控制器由STC公司的15F2K61S2单片机构成，显示模块为液晶LCD12864，无线通信模块为SIM800E，由15F2K61S2单片机通过各种传感器数据的采集，从而根据系统程序的设定完成数据的处理、各模块的通信和控制等。
2.2硬件设计
（1）家居安全防盗报警当家中有人时，在门上设置电磁开关、在窗户玻璃设置探测器、红外探测设备、红外人体感应模块、声光报警器、视频监控设备等，当家人出门后，防盗报警设备均开启设防。当有非法侵入时，触发人体感应传感器，家庭控制器发出声光报警信号，并且在12864液晶屏上面显示报警，同时通过GSM短信通知家人及小区物业管理部门，另外，通过程序可设定报警装置的等级和报警器的灵敏度。
（2）家居温度湿度控制包含温度传感器、湿度传感器。可以获得环境的温度、湿度。为了获得精确的湿度、气压和温度数据，我们分别选用了DHT11湿度传感器和DS18B20温度传感器，DHT11湿度模块也可以输出温度数据，但是精度较差，为此我采用DS18B20温度传感器进行温度的采集，电路连接图如图4。
（3）家居气体安全监测当室内有害气体超过正常标准时,它将通过传感器向主控制器发出报警信号。因为有害气体分布不同，密度大于空气的气体，感应器放在气体源的下方。密度小于空气的气体，感应器放在气体源的上方，则在家里设置多个有害气体传感器作为检测源，例如：当采集到煤气泄露时，声光报警启动。综合考虑，选择MQ-2气体传感器，当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。MQ-2气体传感器对液化气、丙烷、氢气的灵敏度高，对天然气和其它可燃蒸汽的检测也很理想，这种传感器可检测多种可燃性气体，是一款适合多种应用的低成本传感器，而MQ-2传感器已经封装成模块，使用起来更加便捷设计要求符合。（图5）
（4）家居远程无线控制远程无线控制采用SIM800E，模块的工作电压为3.3—5.5V,可以工作在EGSM900MHz和DCS1800MHz两个频段,所在频段功耗分别为2w(900M)和1w(1800M)，GSM模块具有基于GSM网络进行通信的所有基本功能，模块有AT命令集接口,支持文本和PDU模式的短消息、第三组的二类传真、以及2.4k,4.8k,9.6k的非透明模式。对SIM800E的操作均采用AT指令，其包括GSM语音和短消息的控制。根据AT指令的GSM07.05标准，发送或接受中文或中英文的混合短信息必须采用PDU模式，如果只是传送英文和数字信息，采用TEXT模式，其工作流程图如7所示。
3结束语
篇3
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3.Web服务器响应
客户机向服务器发出请求后,服务器会客户机回送响应。响应消息包括状态行、响应头、空行及实体内容。在响应报文中,包括协议版本号和应答状态码,关于它自己的数据及被请求的文档信息。
例如:HTTP/1.1 200 OK
Content-type: text/html
4.关闭连接
数据传送完毕,双方通过4次握手,结束TCP/IP连接。
结束语:
本文重点是通过了对Linux系统的具有针对性的裁剪,从而为智能家居的硬件而量身定制,然后在裁剪后的系统上添加网络硬件的驱动,最后通过对TCP/IP协议栈有针对性的模块化裁剪,在RAM芯片上嵌入了精简的TCP/IP协议栈,实现了WebServer的功能。并且提供了远程控制的Web页面,实现了家用电器的远程控制。
通过在计算机上双机的模拟测试,可以实现在客户机上浏览到由WebServer服务器为之提供的智能家居网页。并且在Proteus软件中可以实现页面上的回控操作。
参考文献:
[1]范建华译,W.Richard Stevens,TCP/IP详解卷1,协议,北京,机械工业出版社,2000,4
[2]肖红兵,李国峰.80C51嵌入式系统教程,北京,北京航空航天大学出社,2007
[3]王视听,尹志宏.一种无线射频收发模块的应用,电子技术应用,2005,8
篇4
关键词：Android；智能家居；Zigbee；智能网关程序
中图分类号：TP311 文献标识码：A
Abstract： Smart home system has always been a global focus in the IT people and home appliance manufacturers. Smart home system based on Android was proposed and implemented. And， there were some related technologies to be introduced， for example： intelligent gateway program， Android users control program， Zigbee technology. How to design each module of this system are described in detail and the function display. The last， the system was tested on the handheld terminal， system operation is stable， the performance of the whole system is basically consistent with the expected goal， and has a high practical value.
Key words： Android； smart home； Zigbee； intelligent gateway program
随着科学技术的不断发展，人类的生活水平在逐渐地改善和提高，而对家以及家居的理念也不断更新，智能家居作为现代化家居的发展方向之一，在近年来得到了非常广阔的发展的空间[1-3]。目前，智能家居系统已经由原来以 PC 为控制中心转向以嵌入式家庭智能网关为核心的嵌入式系统领域。家庭智能网关是智能家居系统的核心单元[4]，本文开发了一套基于 Android 平台家庭智能系统，该系统是家庭环境监测系统的重要组成部分，是连接家庭内部 ZigBee 传感器网络与家庭外部网络的桥梁。
1 关键技术
1.1 智能网关程序
智能W关程序是连接Android系统与ZigBee无线网络的桥梁，运行在Android系统的服务层，智能网关程序通过3G、WiFi、以太网等通信方式与Android用户控制程序相连，然后将用户控制程序发过来的指令通过串口发给ZigBee网络协调器，ZigBee网络协调器解析相应的指令后发送给各个传感器节点，以此来实现控制传感器节点设备的功能。
智能网关程序执行的流程图如图1所示。
1.2 Android用户控制程序
智能物联网的用户控制程序运行于Android系统应用层，采用JAVA语言开发。用户控制程序通过接收用户的输入操作，生成相应的控制指令然后通过3G、WiFi、以太网或者蓝牙等通信方式发送到智能网关系统[5-6]。同时，用户控制程序还可以接收智能网关程序发送过来的传感器所采集的信息以及告警指令，这样我们可以查看得到传感器采集信息的情况，以及可以及时处理相关的警告。Android用户控制程序框架如图2所示。
1.3 ZigBee
Zigbee技术是一种传输速率低，传输距离近，低功耗、低复杂度、和低成本的近距离的无线组网通讯技术[7]。Zigbee的通讯距离可以从75米到几百米、几公里、甚至更远，是一种高度可靠的无线数据传输网络，可包括多达65000个无线数据传输模块[8]。Zigbee网络的主要目的就是为了去实现自动化的控制工业现场的数据传输，为此，它的基本要求就是高可靠性、简单易用和低成本。Zigbee网络的每个节点既可以中转由其它节点传送的数据，也可以进行数据监控和采集。除此，Zigbee的网络节点还可以无线连接那些不参与数据传输的孤立的子节点。
2 系统功能设计[9-10]
本系统主要包含五大功能模块：信息采集功能模块、灯光控制功能模块、电器控制模块、智能窗帘模块、智能监控模块。
2.1 信息采集功能模块
打开各个节点板（烧写了温湿度节点映像的CC2530节点板）上的电源开关，等待各个节点板的D6灯点亮，说明连网成功。我们触摸打开SmartHome程序，如果Zigbee网络搜索成功，可以看到智慧家庭主界面，如图3所示。在信息采集图像模块中主要包括：光线感应、温湿度、空气质量、火焰监测，如图4所示。
2.2 灯光控制功能模块
灯光控制模块负责开启或关闭家居的灯光，部分代码实现如下：
if （v == this.btnRayOpen） {// 卧室灯，开启按钮
if （btnRay == 0） {
super.sendRequest（0x0002， new byte[] { 0x05， 0x02， 0x01 }）；// 开启命令
btnRay = 0x01； // 标识这盏灯的状态，0断开，1开启
btnRayOpen.setClickable（false）；//设置开灯按钮不可用
btnRayClose.setClickable（true）；//设置关灯按钮可用
}
} else if （v == this.btnRayClose） {// 卧室灯，断开按钮
if （btnRay == 0x01） {
super.sendRequest（0x0002， new byte[] { 0x05， 0x02， 0x00 }）；// 断开命令
btnRay = 0x00； // 状态位置 0
btnRayClose.setClickable（false）；
btnRayOpen.setClickable（true）；
}
}
上述代码是开启或关闭卧室灯的，同理，客厅、婴儿房、卫生间灯光的代码与其类似。
2.3 电器控制模块
触摸打开电器控制图标，可以看到电器控制情况。触摸打开各个房间下面的“开”按钮，可以看到继电器板子上相关的小灯点亮，如图5所示，如果继电器另一端连接着真实的电器，可以看到相关的电器开始工作。
2.4 智能窗帘模块
智能窗帘模块需要通过读取参数响应窗帘开启、断开的状态，主要代码如下：
if （cmd == 0x8001 && dat[0] == 0） {// 读参数响应
for （int i = 1； i < dat.length； /* i+=2 */） {
pid = Tool.builduInt（dat[i]， dat[i + 1]）；
i += 2；
if （pid == 0x0802） {
btnC = dat[i]；
if （btnC == 0） { // 窗帘断开状态
btnOpen.setBackgroundResource（R.drawable.on01）；
btnClose.setBackgroundResource（R.drawable.off02）；
} else { // 窗帘开启状态
btnOpen.setBackgroundResource（R.drawable.on02）；
btnClose.setBackgroundResource（R.drawable.off01）；
}
} else { return； }
}
}
2.5 智能监控模块
该模块可以在用户的 Andriod 手机或平板电脑上显示家里摄像头拍摄到的家里实时监控图像。
将模拟摄像头电源接好，并插入s210x开发板上的JVC1的VIN1端口，点击智能监控图标可以看到当前的摄像头的监视画面，如图6所示。
3 智能家居平台控制操作
（1）把协调器模块插到s210x节点板的Zigbee的两排插槽中，然后打开协调器节点的电源开关。
（2）确认一下JUART的跳线是设置为Zigbee的状态，然后开启s210x实验平台的电源，打开Android应用程序的面板，找到Android用户控制程序，即SmartHome程序，并触摸打开SmartHome应用程序。
（3）如果W关部分移植成功，协调器节点已经下载好相关的程序，我们可以在物联网综合演示实验的界面上可以一次看到Toast信息：“正在搜索Zigbee网络…127.0.0.1”、“网络搜索结束”。
（4）按下s210x实验平台屏幕下方的MENU按键，会弹出相关的菜单选项。其中“设置”内容是默认的Zigbee网关地址和视频监控地址。“搜索网络”选项可以对网络进行搜索。“关于”是ZigBeen网络信息。
4 结 论
综上所述，基于Android的智能家居系统，极大地提高了人们的生活质量，其功能不再仅限于简单的设备控制和查询，而是可以在一部手机上实现日常生活中的各项事务。随着物联网技术和智能家居在国内的推广和发展，利用Android手机作为智能家居手持终端的应用开发将越来越具有商业价值和市场前景，在开发技术上也会越来越成熟[11]。
参考文献
[1] 相福利. 基于Android平台智能家居系统研究与实现[D].
成都：电子科技大学硕士论文，2012.
[2] 王胜. 基于Android平台家庭智能系统的研究与实现[D].
南京：南京邮电大学硕士论文，2013.
[3] 李元元. 基于Android平台的智能家居安防系统设计[J].
制造业自动化. 2012，34（6）：138-140.
[4] 黄楚然，马乐. 基于 Android 平台的智能家居系统开发
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[5] Liyanage C. De SilvaChamin Morikawalskandar M. Petra.
State of the art of smart homes. Engineering
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Development [M]. Addison-Wesley Professional .2009.
[7] 顾理军. ZigBee技术在智能家居网络中的应用研究[J].
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[8]李广路. 基于Zigbee的智能家居系统的研究与实现[D]. 成
都：西南交通大学硕士论文，2011.
[9]颜建华. Android开发关键技术之旅--Java程序员快速学习
通道[M]. 中国铁道出版社，2012.
[10]Jason. Android.UI基础教程[M]. 人民邮电出版社，2012.
[11]Zualkeman， I.A.A1-Ali， A.Jabbar， M.A.Zabalawi，
I.Wasfy， A.InfoPods：Zigbee-based remote information
篇5
关键词：ZigBee；家庭网关；智能家居系统
传感器网络[1]、无线通信技术以及家庭计算机是智能家居系统设计的核心。智能家居是在家居设备数字化的前提下，以家庭网络化为基础达到家庭智能化的目标。家庭内部组网是将一个个家居子系统互联起来形成一个网络，实现设备节点间的信息交换和资源共享，使得智能家居系统成为一个有机的整体，本文从应用角度阐述了基于ZigBee无线通信技术的智能家居系统的现实意义。
1 ZigBee技术
ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低速率、低功耗、低成本、高可靠性的双向无线通讯技术。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输。无线网络技术的灵活安装及可移动性特点，使其越来越多地被应用于智能系统中。现有的无线通信技术主要有蓝牙、WiFi等，ZigBee 无线通信与它们相比如表1所示。
表1 ZigBee、Bluetooth和Wi-Fi比较
技术指标 ZigBee 蓝牙 Wi-Fi
网络节点 64000 7 32
传输速率（Mbit/s） 250 1 1
能耗 低 较高 高
工作频率（GHz） 2.4 2.4 2.4
通信距离（m） 10-75 10 100
2 智能家居系统
与传统家居系统孤立、静态、被动的特性相比，智能家居有三大优势：第一，是一个有机的整体。将家庭内部各子系统之间联系起来，并使家庭与外界联系起来；第二，是一个动态的系统。如人们忘记关窗，每逢刮风下雨便会担心，如果窗户能够动态的感应到天气变化，刮风下雨时可以自动关闭，人们便不会有这样的担心；第三，是一个能动的系统。系统不只是被动的接收控制指令，同时还会根据环境的变化和用户的习惯喜好自动做出相应的调整，从某种程度上体现出智能性。
智能家居系统一般包括3个部分，即家庭内部网络、家庭外部网络以及家庭网关[2]。用户可以利用智能终端、个人电脑等通过互联网、3G、GPRS等网络登录到家庭网关，进而通过家庭控制器（协调器）利用无线射频技术控制设备节点并接受来自设备节点传感器的信息。组建家庭内部网络使家里的电器、数字设备等联系起来，配置相应的协议使得各设备节点之间可以进行信息交换和资源共享。智能家居系统的总体架构如图1所示。
2.1 家庭网关的作用
家庭网关是用来实现基于ZigBee协议体系构建的家庭无线网络与外部的TCP/IP网络、GPRS、3G之间的不同协议转换的，完成不同网络体系的互联。从整个系统的结构上看，家庭网关是家庭内部无线网络与外部网络之间的连接点。
2.2 分布式家庭控制网络
在构建家庭网络的过程中采用基于ZigBee技术的分布式控制网络[3]。在这种网络中具有两个以上的控制器，这些控制器在网络中扮演着同样重要的地位，可指定其中的一个控制器作为总的网络协调者。因为各个控制器是平等的且每个控制器都有自己一定有限的工作范围，所以当一个控制器因故障无法正常工作的时候，只是影响了它管辖下的本地设备及相关的一些非本地设备的工作，不会导致整个系统陷入瘫痪而无法工作的状态。这既是分布式控制网络最突出的优点，也是非常符合智能家居控制的特性。
3 系统硬件设计
系统硬件的设计主要包括家庭网关和各设备节点应用模块的设计。
3.1 家庭网关的设计
网关的硬件设计是以 MPC850微处理器为核心构建的，根据智能家居的实际需求实现了以太网、RS485、USB 接口、RS232 等。具体的电路不同模块的设计包括Flash内存设计、串行接口设计、复位电路设计、时钟电路设计、USB接口设计和电源设计等部分。由于Flash和Boot ROM分别采用16位和8位口，Boot ROM连接WE0、Flash连接WE1。可通过RESET进行复位，系统上电时复位Flash和Boot ROM。以太网MAC采用MPC850模块的 SCC2。系统上包括以下几种复位源：MPC850内部复位、调试口复位、复位按钮复位、主电源复位。家庭网关是5V直流电源供电，当设备需要3.3V电源时，通过DC-DC将5V转换为3.3V。
3.2 各设备节点应用模块的设计
采用盛方SF-CC2430模块进行。SF-CC2430模块采用了德州仪器（TI）ZigBee射频芯片CC2430-F128，片上集成了高性能8051内核、ADC、USART等，同时支持 ZigBee协议栈。本文以窗帘自动化控制为例，简单介绍各设备节点应用模块的设计。该模块实现窗帘的自动控制功能，如图2所示。通过家庭控制器（协调器）主节点将来自于上位机（智能终端、PC）的步进电机控制指令发送到步进电机控制设备分节点，再由设备分节点控制步进电机的运行状态（时间、方向以及速度等）。
4 系统软件设计
只有在用户智能终端，如手机、个人电脑、遥控器等其他设备上进行应用软件设计，才能真正形成具有实际应用价值的整个智能家居系统[4]。本文以典型设备程序流程为例，讨论智能家居子系统软件开发的的主程序的运行流程。图3为家庭控制器的程序运行流程图。图4为设备节点的程序运行流程图。
5 结束语
提出基于ZigBee技术的无线通信技术智能家居的解决方案，完成了系统架构、硬件、软件设计，以电动窗帘自动控制、家庭控制器程序流程和设备节点程序流程为例详细探讨了系统硬件和软件的设计。
[参考文献]
[1]王雪.无线传感器网络测量系统[M].北京：机械工业出版社，2007：：37-324.
[2]马倩倩.ZigBee无线通信网络技术在智能家居中的应用研究[D].武汉：武汉理工大学，2007：34-42.
篇6
随着网络技术和通信技术的不断发展以及人们对生活要求的不断提高，实现家庭智能的远程控制已经成为必然的趋势。国家建设部住宅产业化促进中心提出住宅小区要实现六项智能化要求，其中包括实行安全防范自动化监控管理：对住宅的火灾、有害气体的泄漏实行自动报警；防盗报警系统应安装红外或微波等各种类型报警探测器；系统应能与计算机安全综合管理系统联网；计算机系统能对防盗报警系统进行集中管理和控制。但由于目前无线通讯技术的不成熟、运行费用高等弊端，智能家居控制器与外网无线通讯技术成为导致市场接受度低的重要因素，而GPRS系统的特点能够很好的解决该问题。GPRS网络通信业务是通讯公司推出的一项数据传输通信业务，在GPRS网络覆盖区域内，传输距离不受限制，通信费用相对低廉，传输速率较快。本文涉及家庭智能系统及GPRS技术相关背景，分析了其各自基本特点和所要实现的基本功能，并在此基础上提出了基于GPRS无线智能家居系统的总体解决方案。最后总结系统核心GPRS芯片软硬件实现方法。
系统总体架构
网络应用的普及以及各种信息家电的产生都使得在家庭内部对Internet的访问不再局限于单个 PC，每个家庭都将面临如何在家庭内部传送 Internet 数据以及如何将各种家电设备连接起来的问题，基于此，智能家居网络应运而生。智能家居网络是信息社会的基本单元。未来的家庭中，各种家电设备将组成一个家庭局域网，并通过智能家居控制器接入互联网。智能家居网络的市场发展潜力极其可观，几家大的厂商 Intel、IBM、Microsoft 及 Sony 都早已涉及其中。
智能家居网络指的是在一个家居中建立一个通信网络，将各种家电设备互相连接起来，实现对所有智能家居网络上的家电设备的远程使用和控制及任何要求的信息交换，如音乐、电视或数据等。智能家居网络的构架包括家庭内部网络系统、智能家居控制器以及智能家居网络与外部Internet网络之间的数据通信。其中，智能家居控制器是智能家庭网络的一个重要组成部分，起到核心的管理、控制和与外部网络通讯作用。它是通过家庭管理平台与家居生活有关的各种子系统有机结合的一个系统，也是连接家庭智能内部和外部网络的物理接口，完成家庭内部同外部通信网络之间的数据交换功能，同时还负责家庭设备的管理和控制。
智能家居控制器一方面需要为家庭内部布线提供通讯接口，能够采集家庭设备的信息，并进行处理，自动控制和调节；另一方面智能家居控制器作为家庭网关，也为外部提供网络接口，连通家庭内部网络和外部Internet 网络，使得用户可以通过网络等方式访问家庭内部网络，实现监视和控制。此外智能家居控制器还应当具备自动报警等功能，即当发现报警信号如：有人恶意闯入，温度超高等，控制器能立即处理并向用户发出报警信号。
如图1所示，智能家居控制器为系统的核心。可采用ARM嵌入式系统设计，能够自动运行、处理数据，通过 RS485 总线管理和控制各控制终端。并且控制器通过 GPRS模块，实现家庭系统与外部网络的通讯，使用户可以通过短信和互联网等方式实现家庭系统的远程控制，同时，控制器还通过键盘和显示屏为用户提供人机界面，方便用户实现本地控制。控制终端为单片机组成若干小的控制系统控制各家用设备，并通过控制总线将这些小的控制系统组成网络，连接到智能家居控制器，受智能家居控制器控制。
智能家居控制器的具体功能包括：
家用设备的数据采集：采集家用设备包括室内温度，灯具家电，防盗门等设备的状态数据，经控制器处理后反馈给用户。
本地控制：用户通过控制器上的键盘和显示屏，对家用设备进行监控。
远程控制：远程用户可以通过发送手机短信或通过互联网对家庭系统进行控制和查询。
自动报警：当控制器检测到非法闯入或温度超高等报警信号时，及时触发室内报警装置，并通过发送报警短信等方式及时通知用户。 转贴于
温度查询：用户可以通过控制器查询室内温度。
防盗门密码设置：用户可以通过本地或远程方式修改防盗门的密码，在门外输入正确密码后才可打开门。
红外家电控制：接收用户命令，通过红外发射电路控制电视、空调等红外可控的家电设备。
其它灯具等开关量控制：接收用户命令控制灯具等开关量设备。
智能家居控制器通过 GPRS模块，实现家庭系统与外部网络的通讯为系统核心部分，解决以前智能家居系统瓶颈的关键技术。GPRS(通用分组无线业务)的简称，是在现有的GSM系统上新增新GGSN(网关支持节点)和SGSN(服务支持节点)节点发展出来的一种新的分组数据承载业务。GPRS 与现有的 GSM 系统最根本的区别是，GPRS 是一种分组交换系统，特别适用于间断的、突发性的或频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。GPRS网络传输的主要优点有：永远在线、按流量计费、快速登录、高速传输、覆盖范围内不受限制(传输距离、地形、天气等)、数据传输可靠等。
基于ARM及GPRS智能家居控制器的软硬件实现
GPRS通信模块安装在智能家居控制器中，主要功能为通过GPRS网络连接到Internet网络，并主动与监控中心建立通信链路，进行双向数据通信。GPRS通信模块设计采用了Freescale公司生产的内嵌TCP/IP协议的G24 GPRS OEM。该模块尺寸小，功耗低，便于集成。
GPRS通信终端收发模块主要由G24模块、天线、SIM卡、相关的电平转换电路和RS232串口组成。模块的供电电压为5V，可采用USB端口供电。GPRS通信模块通过RS232串行口与智能家居控制器ARM进行通信。 论文基于GPRS的无线智能家居系统方案来自66wen.com免费
G24收发模块采用AT指令操作，通过RS232串行口进行数据通信。GPRS 网络通信原理为：首先通过SGSN节点使通信终端模块附在GPRS网络上；然后通过GGSN节点由PPP(Point to Point Protocol)协议获得一个随机分配的IP地址，连接到Internet上；最后通信终端模块通过Internet，按照监控中心设定的端口号与监控中心建立通信链路。软件流程如图2所示。
(1) 测试G24通信是否正常。首先选择串行口并设置波特率，G24波特率的范围为600到460800bit/s，支持自动波特率侦听，能够自动与监控中心通讯模块的波特率保持一致。发送“AT”，如果模块返回“OK ”，则通信正常，否则重发。
(2)接入Internet。首先测试当地是否有GPRS覆盖，向模块发送 “AT+CGPRS?”，如果返回“+CGPRS:1”，则有GPRS覆盖，否则隔5秒钟后再次检测。然后发送“AT+ CGATT=1”使模块附在GPRS网络上。最后发送“AT+MIPCALL=1，cmnet”通过PPP协议建立与GGSN的无线连接，获得一个动态的IP地址，接入Internet。
(3) 连接监控中心。向模块发送“AT+MIPOPEN= ，，，， ”建立与监控中心通信连接。如果返回“+MIPOPEN: Socket ID，1”，则说明与监控中心建立了通信连接，如果返回“+MIPSTAT: 1，1”，则说明有物理链接中断，须重新进行连接。其中对AT+MIPOPEN指令的参数作以下说明：
Socket ID：G24通信连接的ID号，G24有4个可用Socket，每个Socket有1372Byte缓冲区。
Source Port：G24的数据传输端口号，其值为0~65535。建议采用1024 以上的端口号。
Destination Address：目标端的IP地址，也就是监控中心监控服务器的IP地址。
Destination Port：目标端的数据传输端口号，即监控中心监控服务器设定的传输端口号。
Protocol：传输通信协议，0表示TCP方式，1表示UDP方式。
(4)数据收发。与监控中心建立通信连接后，就可以进行数据收发了。发送数据用“AT+MIPSEND=1， ’Data’; +MIPPUSH=1”。“Data”表示要发送的数据，本设计采用了G24 默认的ASCII码编码，须用十六进制的ASCII码形式表示。一旦有数据到达，G24模块就会通过RS232串行口返回“+MIPRTCP: ，，”。其中Left是一个十进制的数字，表示还有多少个字符在协议栈中尚未接收，如果数据全部接收，则Left为0；接收到的数据“Data”是十六进制的ASCII码形式。 转贴于
(5)断开通信连接。向模块发送“AT+ MIPCLOSE=Socket ID”，模块返回“OK”，表示断开成功。
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[关键词]无线门铃；避障；单片机；nRF24L01；超声波测距；
中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）02-0112-02
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
随着科技的发展，尤其是云计算、物联网的出现，智能家居的概念在各大媒体上频繁出现，进入大众的视野。在我国，智能家居的概念在十余年前引入，并推向市场。随着社会的发展、经济水平的提高，人们对家居质量的追求也越来越高，要求家居舒适化、安全化、智能化，对智能家居系统的渴求也越来越强烈，对智能家居系统功能多样性，便利性及特殊用途的要求也越来越高。其中，门铃系统作为智能家居系统必不可少的一部分，其研究与发展的重要性不言而喻[1]。
2010年第六次全国人口普查显示，我国60岁以上人口占13.26%，比2000年上升2.93个百分点，我国老龄化进程逐步加快。目前，中国已经成为世界上老年人口最多的国家，也是人口老龄化发展速度最快的国家之一。据联合国统计，到本世纪中期，中国将有近5亿人口超过60岁，而这个数字将超过美国人口总数。中国养老行业是关系到每一个人切身利益的现实问题，也引起了全社会的广泛关注。中国也逐渐成为全球老龄产业市场潜力最大的国家之一。此外，在我国，无论是城市还是农村，普遍存在着夫妻双方都工作而由老人单独在家照顾小孩的现象。因此，针对老年人的智能家居产品设计将成为科技创新的热门方向之一。
1.2 论文研究的主要内容和创新点
针对无线智能门铃及门铃提醒系统与视听障碍老年人群的人C交互特点，本论文主要研究智能门铃的无线控制系统及手持设备化提醒系统的方案设计，针对视听障碍老年人群的人机交互方案设计，室内行走避障报警系统等方面。
（1）无线控制系统及手持设备化提醒系统的方案设计
无线控制系统是无线传输技术与单片机控制技术的结合，其将门上发送端接收到的按键信号转化为无线信号，通过特定的无线网络传送给门铃接收端，这就使得门铃系统脱离了各种线缆的羁绊，降低布线成本，也为加入智能家居无线组网提供基础。
门铃提醒系统手持设备是在无线控制系统的基础上，对门铃提醒系统采用锂电池供电，缩小系统尺寸，实现手持设备化。手持设备的可移动特点会大大提高整个门铃系统的灵活性和便利性。
（2）针对视听障碍老年人群的人机交互方案设计
传统门铃系统来客提醒一般形式为电子铃声，语音对话或视频监控，而视听障碍人群一般不便于接收此类信息。因此本研究中门铃系统在保留原有固定式提醒形式外，增加了可移动手持设备上的来客振动提醒形式，更加直观地将信息呈现给视听障碍人群，实现完美的人机交互。
（3）室内行走避障报警系统的实现
考虑到视听障碍老年人群在接收到来客提醒后前去开门的过程中，会遇到室内桌椅等各种障碍物，而这会影响老年人行走的便利性及安全性。因此，本研究汲取了目前极为热门的汽车自动驾驶的概念，在门铃提醒系统手持设备上集成了实时障碍检测及报警系统，通过与来客振动提醒不同的振动形式来提醒用户注意前方障碍。
第二章 系统的总体设计
2.1 系统硬件平台的设计
本系统硬件平台的设计如图2-1所示，整个门铃系统分为门铃发送端和手持接收端，两部分都以STC12C5A60S2单片机最小系统板为控制核心。其中门铃发送端搭载门铃按键和无线发送模块、蜂鸣器，供电系统可以是市电或电池；手持接收端搭载无线接收模块、接收确认按键、直流振动电机、蜂鸣器、TFT（Thin Film Transisitor）液晶显示屏、超声波测距模块、障碍报警距离调节按键组等，供电系统采用可充电锂电池。
2.2 系统软件模块的设计
本系统软件部分主要分为无线传输模块、超声波测距报警模块、人机交互界面模块等。
无线传输模块实现两个2.4G射频收发模块nRF24L01之间的数据传输功能；
超声波测距报警模块包括超声波测距模块HC-SR04的触发与接收，回馈数据的处理，障碍报警距离的调节；
人机交互界面模块包括门铃按键和应答按键的检测及与无线信号的转换，提醒系统振动功能的控制，测距显示以及液晶屏上其他友好性界面设计。
第三章 超声波测距障碍物报警系统实现
3.1 超声波测距模块HC-SR04介绍
HC-SR04超声波测距模块可提供2cm-400cm的非接触式距离感测功能，测距精度可达高达3mm；模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。模块共有4个引脚，VCC供5V电源，GND接地，TRIG触发控制信号输入，ECHO回响信号输出。
超声波测距模块基本工作原理：
（1）采用I/O口TRIG触发测距，给最少10us的高电平信号；
（2）模块自动发送8个40KHz的方波，自动检测是否有信号返回；
（3）有信号返回时，通过I/O口ECHO输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。测量距离=（高电平时间*声速（340m/s））/2。
3.2 障碍物报警距离设置
为了适应身体健康状况不同的老年人以及不同的家居环境，本研究设计了障碍物报警距离的用户设置功能。设置功能硬件电路实现如图3-1所示，
系统通过Adjust_Key选择进入或者退出用户设置模式，若M入用户设置模式，则由left和right按键选择障碍物报警距离（cm）的百位、十位、个位，再由up和down按键对选中位数的数值进行增减操作。系统将障碍物报警距离初始值设为50cm，用户在此基础上进行操作。
总结与展望
针对现实生活中视听障碍老年人群应答门铃障碍及室内行走安全问题，本文结合单片机控制技术、短距离无线网络技术和超声波测距技术，设计并实现了一种手持无线智能避障门铃系统，打破传统门铃提醒系统空间局限性，增加对老年人的安全性，给人们的生活带来便利，系统还额外集成了广场舞一键召集功能，该功能由一个主机和多个从机组成，主从机关系可设置，主机由舞团团长或召集人担任，其他团员为从机。当主机发送召集信息后，从机接收信息并由团员确认，从机将确认信息发送回主机。当老人出门时，手持设备可开启避障功能，实现了视听障碍老年人群参加健身和社交活动的便捷性，保障了老年人的身心健康。
参考文献
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[2] 姚远.基于SIP的智能远程可视门铃系统的设计与实现.华南理工大学，2015.
[3] 康晶.基于nRF24L01的人体信息监控系统研究.北京邮电大学，2011.
[4] 韦积慧.基于nRF24L01的无线网络设计与实现.吉林大学，2012.
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关键词：物联网；物联网技术；智能建筑技术；传感器联网方式；
中图分类号：TP393文献标识码： A 文章编号：
一.前言
本文深刻、生动、形象地阐述了物联网概念的丰富内涵，进一步对物联网加深理解，并深刻分析了物联网技术对智能建筑技术的影响和其在智能化建筑领域的广泛应用，在简要描述我国物联网技术在智能化建筑领域中的应用以及发展形势，阐明了物联网技术在智能化建筑领域中存在着巨大的发展潜力和机遇，表明物联网时代已经来临。
二.物联网（The Internet Of things）
物联网的发展，体现在它是信息化、工业化发展相融合的结果 ；是信息技术以及传感 / 控制技术两种技术相融合的产物 ；是物理基础设施（例如 ：光、机电设备）以及 IT基础设施相融合一体的架构。物联网到如今为止，还没有明确的绝对定义，下面是现在流行对物联网的几种具体描述 ：
美 国 MIT 的 Kevin Ashton 曾经用“Internetof Things”来描述，物联网就是通过网络把计算机连接到真实传感器网络的世界（1999）。ITU ：物联网通常是通过 RFID 及智能计算等科学技术来对进行全世界设备互连的网络（2005）。百度百科 ：物联网通常是通过 RFID、红外感应器以及全球定位系统，还有激光扫描器等信息传感设备，按着约定成俗的协议，可以把任何物品跟互联网连接起来，来进行信息交换以及进行通信，以便实现智能化的识别、定位以及跟踪、监控和应用于管理的一种网络。
《物联网产业发展研究》报告（2010.4.8）显示：物联网通常是由能自我标识、感知及智能的物理实体，基于通信技术而相互连接，形成的网络，而且这些物理实体可以在没有人工干预的条件下，来实现协同以及互动，为人们生产和生活，提供智慧及集约的服务 。中国物联网大会（2010.6.29）上说明：凡是以传感器和传感技术来感知物体的特性，按照约定的协议，来实现任何时候的物与物之间、人与人之间的互联互通，以实现智能化识别、定位、跟踪、管理的网络 。
在笔者看来，所谓物联网，顾名思义就是物与物之间，以及人与人的智能互联互通。大家都知道，移动通信网是一种信息传输的网络，是人和人之间的互联，是网络中俗称的“客流”系统 ；互联网却是虚拟的信息共享的网络，是电脑和电脑之间的互联。然而物联网它却是一个能信息感知的网络，又称传感网。传感网是物和物之间的互联，属于网络中的“物流”系统。物联网联接的通常是现实的物理世界，并非是非虚拟的世界。在物联网上，不仅能对物质的东西进行撑控，甚至还能对人的心情发生感受。物联网不仅仅是让你了解大千世界，而且可以让你触摸大千世界，感受大千世界。感知到包括传感器的信号采集以及协同处理还有智能组网，甚至信息服务，可以达到控制以及指挥的目的，感知是为了达到远程控制和管理。从虚拟信息空间和人人互联发展直到对现实物理世界进行感知，为信息传输以及信息处理，提供更为丰富的需求资源，从而掀起一波又一波的新的产业化浪潮。
伴随我们国家“十二五”规划，全国上下以物联网为代表的战略型的新兴产业，逐年发展起来，并且还将成为我国大力扶持以及发展的七大战略性的行业之一。根据权威机构的预测，我们国家将要在未来的十年间，投入大约将近四万亿，在全国范围内大力发展物联网业，其中的智能建筑、办公、家居以及RFID 等产业必将是未来我们国家重点发展的领域。
三．物联网对智能建筑技术的影响
（1）在智能建筑技术领域中，物联网的影响是无处不在的，设备通过传感器联网技术而遍及大部分子系统，这样也可以说，很多子系统已经是处于准物联网形态或者已经是处于物联网形态。例如 ：智能家居和建筑设备监控，以及安防、一卡通等系统。对于物联网形态，有三个方面的内容 ：具体是传感器联网 、互联网的协议、设备网站。
（2）智能建筑设备传感器联网方式
智能建筑设备传感器联网方式分别是：单 向 / 双 向 ；单 路 / 多 路 以及TCP/IP 网和非 TCP/IP 网以及设备间无直接互动 / 直接互动。现实应用的有一卡通 / 视频监控等。复杂的有智能家居 / 建筑设备监控等等。
（3）智能建筑的物联网形态
智能建筑物联网主要应用于家居网，家居网主要是对家电、安防、窗帘、远传表具进行连接。家居网可以是无线，也可以是通过电力载波，也可以是通过以太网等，绝大部分家居网都不是 TCP/IP 来支持的网络。整个家居里面是由智能家居控制器来对这些设备的进行控制联网。每个家庭里面，通过安装一个智能家居控制器，到小区里就可以通过以太网跟住户进行连接，住户同时也可以反馈自己家里一些情况,可以通过移动通信网、也可以通过以太网来进行连接。
（4）建筑设备监控系统物联网形态
建筑设备监控系统目前常用的包括三层结构 ：管理层、控制层以及现场总线。设备通过传感器联网的，其特点是物与物、物与人，多 方随时、实时、面向现场总线。现场总线有 LonWork/BACnet/Modbus 等等非 TCP/IP 来支持协议网络。从而形成连接互联网架构的逻辑设，以及构建设备网站，来实现管理和监控的功能。
（5）云计算与智能建筑
在智能建筑里面，云计算比较多的是被广泛用于建筑群能耗计量以及节能管理系统中，没必要在每个楼宇里面都布置建筑群能耗计量以及节能管理系统，只要通过一个云计算平台，就可以把这些统一起来，就设置成一个总的能耗计量以及节能管理系统。这是因为云计算平台实际上是互联网上一种公共服务，它是直接针对互联网架构，也直接针对物联网架构。智能建筑综合通常是集成、维护以及管理系统。如果对智能建筑的维护管理都通过物联网的话，我们的智能建筑，就取消了每个楼里面设置一套智能建筑维护管理班子，而用一个云架构就能实现统一管理，非常便利快捷。
（6）BIM 与物联网
物联网被广泛地应用于楼宇智能管理、物业管理和建筑物的运行维护方面，将会发挥更大的作用。仅从建筑物外表我们不可能看到许多管线、开关阀门，因为它都是隐蔽在楼板和墙体中，遍布建筑物的各个角落，没有图纸，你要找到某个阀门开关是很不容易的，特别是对一些结构复杂的建筑，而图纸通常都保存在档案馆里，很难查阅，那么我们怎样来实现对楼宇内隐藏物体的即时查找和定位？只有把建筑物进行数字化，构建整个建筑信息模型（BuildingInformation Modeling，BIM），才能实现对其更有效的管理。BIM 是物联网应用中的基础数据模型，也是物联网的核心，象比如 BIM 确是ERP 基础数据一样，物联网应用不能离不开BIM。没有 BIM基础数据模型，物联网的应用就会受到极大的限制，就无法深入楼宇的核心，因为有许多隐藏的构件和物体，通过 BIM 才能展示构件的每一个细节。这种模型是三维可视。
四、结束语
本文从建筑领域探讨了物联网技术对智能建筑技术的影响，并且通过对智能建筑联网中家居网、建筑设备监控系统物联网、云计算、BIM模型在智能建筑领域应用前景分析，对建筑行业及领域具有可靠的现实指导借鉴作用。在近年来，我国建筑领域竞争非常激烈，要想突破瓶颈，立足市场，必须依赖物联网的技术创新，及智能化建筑技术，为开拓建筑市场前景具有现实意义。
参考文献：
［1］刘岚,翟鸿雁,陈宁.基于物联网技术的智慧校园建设方案探讨.科技视界,2012．
［2］杨海英.物联网技术在高校实验室管理中的研究.复旦大学硕士论文,2011( 4) ．
［3］许欢.物联网技术在个人生活领域的应用.安徽理工大学硕士论文, 2011．
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论文首先分析了智能配用电通信网建设面临的问题，明确智能配用电通信网组网技术研究的重要性;随后，介绍了智能配用电通信网的定义、网络模型和体系结构;
最后，在分析的基础上，对智能配用电网的特殊应用场景与组网技术进行了深入研究，包括光纤和EPON/GPON技术、电力线载波通信(PLC)技术、GPRS/CDMA/3G公网无线技术等。论文的研究成果，能够为大规模智能配用电通信网建设，提供有力的理论指导。
1 引言
智能电网是当今世界电力系统发展变革的方向，它包括发、输、变、配、用和调度等各环节，应用新型控制技术、信息技术和管理技术，实现信息的智能交流。
目前，我国智能电网建设工作已经全面展开，随着智能电网技术的不断发展，智能电网的业务应用系统也逐步发展和完善，对电力通信网传输带宽和可靠性等方面提出了更高的要求和挑战。配用电通信网是电力通信网络平台的重要组成部分，是电力骨干通信网的向下延伸。
智能配用电通信网应具备较高的带宽和传输速率，以保障海量数据通信的双向、及时、安全、可靠传输，而无论采用何种通信技术，均有其优点和缺点。因此，智能配用电通信网并不适合用单一的通信技术组网。
此外，配用电网络是电网系统中规模最小、数量最多的末梢网络，但它是一个多节点、多分支、多交叉的复杂结构，这样的一个点数繁多、分布无规律的复杂网络特征，使得现有的配用电通信网大多为各地各部门根据实际需要分散建设，缺乏统一的网络规划。技术体制和建设标准各地相差甚大，电力通信基础资源不能得到有效利用。因此，智能配用电网组网技术研究的理论意义和应用价值日益凸显，成为一个重要的研究热点。
2 智能配用电通信网定义及其网络模型
智能配用电通信网是电力骨干通信网的向下延伸，是骨干网的接入层网络，向下覆盖到智能配电网各级站点、用户智能电表及室内通信终端、电动汽车充电站和分布式能源站点等相关设备，设备数目繁多，种类多样，且基本都处于中低压运营环境下。
由于设备有各自的用途，承担的功能和业务种类繁多，对通信质量和通信方式的要求也不尽相同。因此，智能配用电通信网是一个适用于不止一种通信技术和通信手段的通信网络，并且每一种技术都根据其技术特点有其相应承担的业务和适用场景。智能配用电通信网是一个多种技术并存的复杂的通信网络。
综合智能配用电通信的需求预测、信息流量实时性与安全性的分析与计算，智能配用电通信网以配网末端边界和用户智能电表为分界点，分为配电通信网、用户接入网和用户室内网三个层次。
配电通信网络范围主要覆盖配电网开关站、配电室、环网柜、柱上开关、公用配电变压器、分布式能源站点、配电线路等的通信网络，并向下延伸用于接入或汇聚用户接入网和用户室内网的业务，主要承担配电自动化以及用电信息采集的远程通信等业务。
用电接入网络范围主要覆盖智能用电公变出口至用户智能电表、电动汽车充电站、分布式能源站点等的通信网络，并向下延伸用于接入用户室内网，主要承担用电信息采集、双向互动用电、智能家居、增值业务等。
用户室内网范围为用户室内的通信网络，连接各种未来智能家居适用的智能终端设备，诸如家庭网关、智能交互机顶盒、IP电话、智能家电、智能家庭安全防护、智能家庭水气表抄手等等，用于实现双向互动用电服务、智能家电控制及增值业务服务等一系列智能家居通信的通信网络。
3 智能配用电通信网络架构
目前，配用电通信网承载的主要业务是配电自动化业务、用电信息采集系统业务和智能用电业务，从业务角度，配电自动化系统通信网络分为骨干通信网络和接入层通信网络，其中骨干通信网络实现配电主站到配电子站间的通信，对应了图2中的电力通信光纤骨干网;接入层通信网络主要实现配电子站到配电终端之间的通信，对应于图2中的配电通信网;
用电信息采集系统的通信网络分为远程通信网络和本地通信网络。其中远程通信网络实现用电主站和集中器之间的通信，对应于电力骨干光纤通信网和配电通信网。本地通信网络实现集中器和采集器及表计之间的通信，对应于用户接入网。智能用电业务则依靠智能电表和各个家庭智能用电终端之间的通信来实现。
4 特殊应用场景与组网技术分析
为了深入分析智能配用电通信网组网技术的特点，本文在特定的应用场景下分析相对应的技术。
4.1 EPON适用场景组网分析
基于前面提到的EPON技术特点和智能电网的建设需求和目标，未来的智能电网通信网的架设，光纤通信将是主要通信方式。采用光纤通信方式，对于配电通信网建设可铺设OPPC光缆，对用户接入网的建设，根据其双向互动、智能家居、增值业务等特点，可采用PFTTH光纤专网通信技术，保障其信道带宽、实时性、安全性以及可靠性。
智能小区用户室内网通信建设方式可采用以太网无源光网络(EPON)技术，在用户室内配置ONU终端，用户智能交互终端、智能机顶盒、IP电话、电脑、智能家电等设备通过以太网借口和ONU终端互联。实现语音、数据、有线电视、视频等业务的信号接入，满足智能家居和智能小区建设的要求。
智能电网骨干通信网建设将在很大程度上采用光纤通信，因此采用光缆来铺设智能配用电通信网具有先天优势，EPON技术的高带宽、安全性和可靠性方面的优势，将使其在经济条件满足的情况下成为智能配用电通信网接入的首选技术。
在经济发达的沿海地区和大中型城市中，可统一采用光纤和EPON技术来建设智能配用电网络，特别是在新建小区中，不需要重新布线，一次性敷设就可完成，采用EPON技术更加符合智能配用电网络的业务和用户对智能配用电通信网络的越来越高标准的需求，适应智能电网的发展，为实现智能城市和智能家居做更好的准备。
4.2 电力线通信适用场景组网分析
由于智能配用电网络是中低压电网，需要连接大量的用电设备，这给智能配用电通信网的建设带来了极大的困难。电力线载波通信(PLC)是一种现在比较成熟的技术，是电力系统的特有的通信方式，它利用电力线缆作为传输媒质，通过载波传输语音和数据信号的通信方式，使其不需要另外架设通信线路，这种特点，使其在智能配用电通信网络建设中仍然有很高的应用价值。
在配电通信网建设中可采用中压PLC通信，承载用电配变和调度信息的通信，在用户接入网建设中可采用宽带载波，为配用电网络自动化系统和集中自动抄表系统提供数据传输的通道。
在用户室内网建设中，电力猫和智能电表互联，IP电话、电脑、智能交互机顶盒等对带宽和数据速率要求较高的设备通过宽带载波和电力猫、智能交互终端互联;智能洗衣机、智能空调、智能热水机等需要传输控制信息的智能家电设备可通过窄带载波与智能交互终端互联：实现用户室内网络的组建和信息传输。
电力线载波通信建设智能配用电通信网无需重新布线，建设经济快捷方便，因而使用范围极广，在现在配用电通信网应用中依然是主流方案，但是由于其自身存在的技术缺陷，在未来智能电网通信网的建设中，它将起到一个辅助和补充的作用。
4.3 GPRS/CDMA/3G等无线技术适用场景组网分析
GPRS/CDMA/3G等公网无线技术在通信网络组建上面的优势非常明显，它通信方面的各种技术成熟度非常高，商业运作模式也非常成熟，这使其在建设通信网络是无需重新布线，预算、仿真、设备和商家支持方面都非常成熟，具有一套非常完整和齐全的产业链和网络建设方案。
鉴于公网无线技术的优势，在智能配电用通信网络建设中必然有其用武之地，在智能配用通信网、用户接入网中均能适用，把配用电通信网配变、接入各个环节和设备用无线通信的方式连接起来，进行通信。在用户室内网络建设中，可采用微功率无线技术，也可采用PLC技术。
适用GPRS/CDMA/3G等公网无线通信技术建设只能配用电通信网络建设成本很低，但是需要每年向公网运营商租用带宽，使用成本较高，而且由于配用电数据信息对数据的保密性要求较公网数据信息高，可靠性要求难以满足电力系统信息传输的要求，信息通过公网接入电力专网时应采取必要的安全措施，因此实际建设配用电通信网络中，应该以实际需要为准。决定是否采用无线公网技术以及在何处适用无线公网技术来组网。
5 结束语
当前有多种组网方式可以用来搭建智能配用电通信网。但是需要针对各自的场景采用合适的组网方式。
光纤和EPON、GPON技术建设智能配用电通信网，建设成本高、建设周期长，需要大量的光缆敷设和配套的设备建设，花费大，但是技术明显具有优势，在不考虑建设成本的情况下，一旦建成，将能满足智能配用电通信网的各种业务通信需求，满足未来智能电网的发展和需要，并且具有非常好的适应性和可扩展性。从长远角度来看，采用光纤和EPON、GPON技术建设智能配用电通信网价值巨大，应当首先选择。
电力线载波通信(PLC)技术建设智能配用电通信网，无需重新铺设线路、建设周期短、经济成本具有明显的优势，但其在信号衰减和带宽等方面的技术缺陷，导致其并不能完全符合智能配用电通信网的要求，特别是双向互动业务和语音、视频等增值业务的不断出现，对智能配用电通信网带宽、速率等指标提出了更高的要求。
电力线载波通信(PLC)技术在目前的智能配用电通信网建设中依然应用范围很广。可作为光纤通信的主要辅助手段，并且一旦解决其技术问题之后，依然大有可为。
GPRS/CDMA/3G等公网无线技术建设周期短、成本低，但是后期运营成本较高，并且一旦接人大量的用户，通信质量并不能够得到保证，与智能配用电通信的特点在根本上有着一定矛盾，但在一定范围内。其仍然有很高的应用价值，可以根据实际情况选择使用。
TD-LTE、WiMAX等技术作为无线专网来建设智能配用电通信网可靠性较高。通信量较大，具有很高的应用价值，但是其网络规范、标准体系上还不够完整，频率的使用上也有一定的问题。但是发展电力无线专网是解决电力通信的一大关键，特别是在一些地区，光纤通信和电力线载波通信等有线信道力有不逮的情况下，电力通信必须依靠无线方式解决。电力无线专网通信将在智能配用电通信网建设中占有相当的比例。
通过以上各种技术适用场景组网分析，综合技术特点、经济成本和建设周期等因素，再结合智能电网的发展前景和要求，智能配用电通信网建设应当以光纤通信技术为主，以电力线载波通信和无线通信技术作为补充的方式进行。
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针对“大学生过剩”与“技工严重缺乏”的就业结构型矛盾，解决问题的核心是教学方法和培养目标的改革。今后，中国将以建设现代职业教育体系为突破口，对教育结构实施战略性调整，加大技术技能型人才的培养。从国家层面，本次高校改革调整的对象是1999年大学扩招后“专升本”的600多所地方本科院校。这些高校将率先从培养学术型人才向职业教育转变。嘉应学院于2001年升为本科院校，在改革院校之列，应做好规划应对学校即将到来的人才培养目标和办学定位的转型。
2电子信息工程专业培养方案改革目标
广东省高端新型电子信息产业发展方向包括了软件和集成电路、数字家庭以及高端消费类电子产品。本次电子信息工程专业培养方案改革应契合产业发展方向，针对智能家电、智能家居、智能医疗和智能安防领域，培养应用型本科人才。此次电子信息工程专业培养方案改革的目标是培养学生动手能力，强调与产业的对接，强化学生的就业能力。为实现该目标，需要对目前电子信息工程专业培养方案进行修订。
3电子信息工程专业培养方案改革思路
3.1培养学生的职业定位
以电子信息工程专业为例，研究型高校中电子信息工程专业的学生参加工作后主要从事系统软硬件底层开发。硬件相关工作方面：学生通过传感器、变送器和执行元件等基本原理的学习，能够从事相关基础元器件的研发工作。软件相关工作方面，学生通过操作系统、处理器内部体系结构和接口电路工作原理的学习，能够编写硬件的底层接口程序，从事一些基础的研究工作。高职高专学校培养的电子信息工程专业学生，需要熟悉生产设备的工作过程，能够应用和操作设备生产出合格的产品。应用型高校中电子信息工程专业的学生层次处于上述两种类型学校学生的中间，必须要实现差异化培养，具有自身不同于研究型和高职高专学生的特色，在产业结构中寻找自己的定位，这样才能保证在未来的就业竞争中取得优势。应用型高校培养的电子信息工程专业学生应该熟悉传感器、变送器和执行元件的工作原理，了解元器件的性能参数以及影响其工作的因素，能够根据客户提出的设备的性能指标和不同要求，“选择”传感器、变送器和执行元件，通过合理的组合连接，形成生产设备，或是能够测量某些物理参数的仪器和仪表，或者是智能家居中的控制系统、安防系统等等。该类型学生主要从事的是系统集成工作。从目前我国产业发展结构来看，大部分企业还是生产型的，从事研发的企业和研发方面提供的工作岗位相对较少，所以对从事底层设备研发的人才需求有限，而对系统集成人才需求较大。
3.2工作岗位分析
根据以上分析，确定嘉应学院电子信息工程专业的改革思路。智能化是电子信息技术发展的一个必然的趋势。未来的仪器设备会根据预先设定的程序和算法运行，脱离人的控制，具有一定的智能性。基于此，确定培养的学生的未来的职业定位为智能电子产品设计工程师。广东省电子行业发达，提供的相关产业岗位较多，95%以上的学生会在广东省内就业。就业的学生主要从事智能电子产品的设计、调试和安装工作。作为智能电子产品设计工程师，就业之初可以做为企业研发部门的软件、硬件工程师，随着相关经验和技术的积累，以及自己本人的不断努力和学习，有部分优秀的智能电子产品设计工程师可以成长为产品的项目工程师。如果掌握企业的核心技术，则可以成为企业的技术负责人，只要努力，职业提升空间较大。
3.3课程模块设置
学生要想在将来能够胜任智能电子产品设计和系统集成工作，需要掌握的知识要点包括信息采集、数据处理、信号转换变换、总线接口和软件编程等方面的知识。需要学习的模块设置为基础模块、提高模块和产业对接模块。针对学生将来从事的智能电子产品设计工作，要求学生学习的课程体系如下：基础模块包括了电路分析基础、模拟电子技术、数字电路与数字逻辑、信号与系统、传感与检测、数字信号处理、虚拟仪器设计和C语言程序设计。提高模块包括了应用电子设计自动化、嵌入式系统、微机与单片机原理和数字信号处理技术及应用。产业对接模块含有数据采集与智能仪器、电子产品设计与实践和智能家居等课程。基础模块电子系统工作的基本原理和基本的分析方法，为提高模块的学习打下基础。提高模块中的课程主要学习由8位，16位和32位处理器内部体系结构和编程方法和系统硬件描述语言，这些是智能电子产品的核心。而产业对接模块开设的课程主要要求学生能够根据所学知识设计满足生产和人民生活需要的智能电子产品系统。
4电子信息工程专业培养方案框架
4.1通识教育课程模块
该模块包括国防教育、思想政治理论课、语言与技能课、体育和全校性公共任选课，总计57学分，1004学时。具体课程为军事理论与训练、思想道德修养与法律基础、廉洁修身、基本原理概论、思想和中国特色社会主义理论体系概论、中国近现代史纲要、形势与政策、大学英语I-IV，含口语与写作）、大学计算机基础、健康与心理教育、大学语文（含应用写作）、大学生职业发展与就业指导、创业教育、体育（含选修），公共任选课。通过通识教育课程的教授使学生掌握一定的外语、法律和国学知识，具有一定的人文情怀，成为一个道德和人格上成熟的人。
4.2专业课程教育模块
该模块包括专业必修课、专业选修课、毕业实习和毕业论文（设计），总计105学分，1498学时。其中专业必修课包括学生必须了解的本专业的一些基础知识。其中学科基础课电子类工科学生必须学习的本学科的基础知识，含30学分，总计548学时，主要课程有：大学物理及实验、高等数学、工程数学、概率论与随机过程、工程制图与AutoCAD、电子工艺训练、电路分析基础、电路分析基础实验。专业基础课是学生学习后续专业课程的基础，是本专业不同于其他专业的基础课程组合，通过专业基础课程的学习学生可掌握本专业的基础知识。含18学分，总计287学时，主要课程有：C语言程序设计、数字电路与数字逻辑、数字电路与数字逻辑实验、通信电子线路、模拟电子技术、模拟电子技术实验、电子技术课程设计及见习。专业课程组合则是本专业的一些较为重要的课，按照不同专业方向开设不同的专业课，总计13学分，204学时。智能电子系统方向主要专业课程有智能电子系统方向、信号与系统、微机与单片机原理、嵌入式系统。专业选修课是本专业的一些特色课程，包括专业限选课18学分，28时，课程主要课程有：数据采集与智能仪器、数字信号处理原理及技术、传感与检测、电子产品设计与实践、虚拟仪器设计与应用。专业任选课10学分，170学时，主要课程有计算机网络、印刷电路板设计、Matlab程序设计、电子设计自动化、智能家居系统设计等。毕业设计是本科教学最为重要的环节，需要学生应用所学知识设计符合生产实际的能够实现一定功能的智能电子系统。毕业实习是学生毕业前进行的直接参与企业生产实践的活动，相当于入职前的岗前培训，均为8学分，8学时。
4.3职业教育模块
该模块均为选修课程，包括心理学2学分，32学时；教育学2学分，32学时；教师职业技能2学分，32学时；教育实习4学分，4周。学生可以在修完此模块后申请教师资格证，扩大就业面，从而拓宽就业途径。
5电子信息工程专业培养方案改革内容
5.1调整专业方向，强调产业对接
紧密结合广东省十二五规划中高端新型电子信息产业发展规划内容和专业的发展方向，根据专业技术技能型人才培养需要，将专业方向调整为智能电子系统方向。为实现专业调整和改革的最后一公里，最终摆脱学生所学知识与到企业工作后所需能力相脱节的现状，开设与企业生产实际相近的课程，如数据采集与智能仪器、电子产品设计与实践和智能家居等课程。提高学生的学习兴趣的同时，真正做到与企业生产实际的对接，让学生到企业工作后可以尽快进入角色，找到自己在企业的一席之地。
5.2突出专业基础课和专业方向课的核心地位
针对学生到企业工作后主要从事智能电子系统设计相关技术的工作，专业基础课中的核心课程设置为：数字电路与数字逻辑、通信电子线路、模拟电子技术、电子技术课程设计及见习、C语言程序设计。专业方向课中的核心课程设置为：数据采集与智能仪器、数字信号处理原理及技术、传感与检测、电子产品设计与实践、虚拟仪器设计与应用、嵌入式系统课程设计及见习。强化学生在智能电子系统设计方面的专业技术知识，为学生将来在本行业从事技术工作打下坚实的基础。让学生在此基础上，能够有较大程度的职业上升空间，使开设的专业课程更有利于学生将来在专业技术方面的成长和发展。由于专业选修方向的调整，增加了相应课程，如数据采集与智能仪器、电子产品设计与实践和智能家居系统设计。删除了理论性较强的相应课程，如信息论基础和数字图像处理。
5.3进一步强化实践教学环节
根据应用型本科教学工作面临的形势和特点，提出加强和改进实践教学工作的几项措施：一是加强实践教学师资队伍建设，鼓励教师从事实践教学工作；二是推进科学研究与实践教学的有效结合，不断提高教师的实践教学水平；三是加大经费投入，通过优化、整合加强实验教学示范中心和工程训练中心等实践教学平台建设；四是推进产学研合作，建设好大学生实习和实践基地；五是实施好卓越工程师计划，培养和造就高层次工程型人才。实践教学是学校进行人才培养的重要组成部分，可以有效提高人才培养质量，是与课堂教学相辅相成和互相促进的重要方面。
6结语
