智能家居论文范文

智能家居论文范文第1篇

【论文摘要】：智能家居是未来家庭生活的发展趋势，阐述了智能家居的基本概念，说明了智能家居中的总线技术的特点和意义，比较了几种主要的总线技术，指出了项目研究的重点。

智能家居是现代社会最热门的话题之一，它的目标是通过网络等信息通信技术手段实现对家居电器等的智能控制，使其能够按照人们的设定工作运行，而不论距离的远近。智能化与远程控制是智能家居的两大特点。目前，已经有越来越多的机构和个人开始了对智能家居的研究。

1.智能家居的概念

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.

智能家居论文范文第2篇

关键词：家庭控制器自动监控安全防范

l引言

随着国民经济和科学技术水平的提高，特别是计算机技术、通信技术、网络技术、控制技术的迅猛发展与提高，促使了家庭实现了生活现代化，居住环境舒适化、安全化。这些高科技已经影响到人们生活的方方面面，改变了人们生活习惯，提高了人们生活质量，家居智能化也正是在这种形势下应运而生的。

2智能家居控制系统概述

智能家庭控制系统是以HFC、以太网、现场总线、公共电话网、无线网的传输网络为物理平台，计算机网络技术为技术平台，现场总线为应用操作平台，构成一个完整的集家庭通信、家庭设备自动控制、家庭安全防范等功能的控制系统。

智能家居控制系统的总体目标是通过采用计算机技术、网络技术、控制技术和集成技术建立一个由家庭到小区乃至整个城市的综合信息服务和管理系统，以此来提高住宅高新技术的含量和居民居住环境水平。

系统通常由系统服务器、家庭控制器(各种模块)、各种路由器、电缆调制解调器头端设备CMTS、交换机、通讯器、控制器、无线收发器、各种探测器、各种传感器、各种执行机构、打印机等主要部分组成。

3智能家居控制系统功能

智能家庭控制系统的主要功能包括家庭通信、家庭设备自动控制、家庭安全防范三个方面。

3．1家庭通信

家庭通信可采用电话线路、计算机互联网、CATV线路、无线局域网等方式。

(1)电话线路

通过电话线路实现双向传输语音信号和数据信号。

(2)计算机互联网

通过互联网实现信息交互、综合信息查询、网上教育、医疗保健、电子邮件、电子购物等。

(3)CATV线路

通过CATV线路实现VOD点播和多媒体通信。

(4)无线局域网

通过无线收发器、天线、各种无线终端，实现双向传输数据信号。

3．2家庭设备自动监控

家庭设备自动监控包括电器设备的集中、遥控、远距离异地(通过电话或Internet)的监视、控制及数据采集。

(1)家用电器的监视和控制

按照预先所设定程序的要求对热水器、微波炉、视像音响等家用电器进行监视和控制。

(2)热能表、燃气表、水表、电度表的数据采集、计量和传送根据小区物业管理的要求所设置数据采集程序，通过传感器对热能表、燃气表、水表、电度表的用量进行自动数据采集、计量，并将采集结果远程传送给小区物业管理系统。

(3)空调机的监视、调节和控制

按照预先所设定的程序，根据时间、温度、湿度等参数对空调机进行监视、调节和控制。

(4)照明设备的监视、调节和控制按照预先设定的时间程序，分别对各个房间照明设备的开、关进行控制，并可自动调节各个房间的照度。

(5)窗帘的控制

按照预先设定的时间程序，对窗帘的开启／关闭进行控制。

3．3家庭安全防范

家庭安全防范主要包括多火灾报警、可燃气体泄漏报警、防盗报警、紧急求救、多防区的设置、访客对讲等。家庭控制器内按等级预先设置若干个报警电话号码(如家人单位电话号码、手机电话号码、寻呼机电话号码和小区物业管理安全保卫部门电话号码等)，在有报警发生时，按等级的次序依次不停地拨通上述电话进行报警(可报出家中是哪个系统报警了)。同时，各种报警信号通过控制网络传送至小区物业管理中心，并可与其它功能模块实现可编程的联动(如可燃气体泄漏报警后，联动关闭燃气管道上的电磁阀)。

(1)防火灾发生

通过设置在厨房的感温探测器和设置在客厅、卧室等的感烟探测器，监视各个房间内有无火灾的发生。如有火灾发生家庭控制器发出声光报警信号，通知家人及小区物业管理部门。家庭控制器还可以根据有人在家或无人在家的情况，自动调节感温探测器和感烟探测器的灵敏度。

(2)防可燃气体泄漏

通过设置在厨房的可燃气体探测器，监视燃气管道、灶具有无燃气泄漏。如有燃气泄漏家庭控制器发出声光报警信号，并联动关闭燃气管道上的电磁阀，同时通知家人及小区物业管理部门。

(3)防盗报警

防盗报警的防护区域分成两部分，即住宅周界防护和住宅内区域防护。住宅周界防护是指在住宅的门、窗上安装门磁开关，在对外的玻璃窗、门附近安装玻璃破碎探测器；住宅内区域防护是指在主要通道、重要的房间内安装被动红外探测器或被动红外／微波双技术探测器。当家中有人时，住宅周界防护的防盗报警设备(门磁开关、玻璃破碎探测器)设防，住宅内区域防护的防盗报警设备(红外探测器或被动红外／微波双技术探测器)撤防。当家人出门后，住宅周界防护的防盗报警设备(门磁开关、玻璃破碎探测器)和住宅内区域防护的防盗报警设备(被动红外探测器或被动红外／微波双技术探测器)均设防。当有非法侵入时，家庭控制器发出声光报警信号，并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。

(4)访客对讲

住宅的主人通过访客对讲设备与来访者进行双向通话或可视通话，确认是否允许来访者进人。住宅的主人利用访客对讲设备，可以对大楼入口门或单元门的门锁进行开启和关闭控制。

(5)紧急求救

当遇到意外情况(如疾病或有人非法侵入)发生时，按动报警按钮向小区物业管理部门进行紧急求救报警。紧急求救信号在网络传输中具有最高的优先级别，由于是人在紧急情况下的求救信号，其误报的可能性很小

4智能家居控制系统类型

4．1系统类型

智能家庭控制系统可分成采用公共电话网的智能家庭控制系统、HFC的智能家庭控制系统、以太网的智能家庭控制系统、LonWorks的智能家庭控制系统、KS485的智能家庭控制系统、无线网的智能家庭控制系统等类型。

4．2基本特点、功能、适用范围

(1)采用公共电话网的智能家庭控制系统采用公共电话网的智能家庭控制系统图参见国家建筑标准设计<智能家居控制系统设计施工图集》03X602第14页。

·基本特点：家庭智能控制器内配置了与电话线连接的收发器，利用电话网络作为信息传输网。该系统不仅在功能上能完全满足要求，而且大大地简化了布线，可以节省布线的投资。

·系统组成：系统由系统服务器、家庭控制器(内置了与电话线连接的收发器)、路由器、收发器、各种探测器、各种传感器、各种执行机构、打印机等组成。

·系统功能：实现家庭通信、家庭设备自动控制、家庭安全防范。

·适用范围：该系统适用于新建、扩建的智能化住宅(小区)工程，且特别适用于改造的智能化住宅(小区)工程，利用原有的电话线就可实现数据信号的共网传输。

(2)采用HFC的智能家庭控制系统

采用HFC的智能家庭控制系统图参见国家建筑标准设计<智能家居控制系统设计施工图集》03X602第15页。

·基本特点：家庭智能控制器内配置了CableModem，利用有线电视的HFC网络作为信息传输网。该系统不仅在功能上能完全满足要求，而且大大地简化了布线，可以节省布线的投资。

HFC网络采用共享方式，其共享带宽为36Mbps。当上网人数较多时，上网的速度会变慢。由于CableModem设备费用较高，用户网络的开通费用高。

·系统组成：系统由系统服务器、家庭控制器(内置了CableModem)、路由器、电缆调制解调器头端设备CMTS、有线电视传输网络、各种探测器、各种传感器、各种执行机构、打印机等组成o

·系统功能：实现家庭通信、家庭设备自动控制、家庭安全防范。

·适用范围：该系统适用于新建、扩建的智能化住宅(小区)工程，且特别适用于改造的智能化住宅(小区)工程，仅将原有的有线电视HFC网络进行双向改造，就可实现数据和图像信号的共网传输。

(3)采用以太网的智能家庭控制系统

采用以太网的智能家庭控制系统图参见国家建筑标准设计<智能家居控制系统设计施工图集》03X602第16、17页。

·基本特点：家庭智能控制器内配置了以太网网卡，利用以太网作为信息传输网。以太网同时支持住户计算机和智能家庭控制系统。该系统不仅在功能上能完全满足要求，而且大大地简化了布线，可以节省布线的投资。

以太网传输速率较高，传输速率有10Mbps、100Mbps等。根据传输距离的要求，由小区物业管理中心至各楼交换机采用5类以上4对对绞线、多模光缆或单模光缆，由交换机至家庭控制器采用超5类4对对绞电缆。

·系统组成：系统由系统服务器、家庭控制器、路由器、交换机、各种探测器、各种传感器、各种执行机构、打印机等组成。

·系统功能：实现家庭通信、家庭设备自动控制、家庭安全防范。

·适用范围：该系统适用于新建、扩建和改造的智能化住宅(小区)工程，用以太网实现数据和图像信号的双向传输。

(4)采用LonWorks的智能家庭控制系统采用LonWorks的智能家庭控制系统图参见国家建筑标准设计《智能家居控制系统设计施工图集如3X602第21、22、23页。

·基本特点：采用一个覆盖全部ISO／OSI标准七层通信协议、开放性的LonWork总线技术，一台系统服务器最多可连接127台LONWorks路由器，一台LonWorks路由器最多可连接63台家庭控制器。每台家庭控制器为LonWork一个通道上的网络节点，每个网络节点包括有神经元(NEURON)芯片、振荡器、电源、一个通过媒介通信的收发器和与监控设备接口的I／O设备(电路)、存储器等。

LonWorks直接通信距离可达2700m(双绞线、78Kbps)，其通信传输速度最大可达1．25Mbps(此时有效传输距离为130m)。LonWorks路由器至小区物业管理中心线路长度超过2700m时，需在总线上加装中继器。传输线通常采用双绞线，根据需要也可采用同轴电缆或电力线。

·系统组成：由系统服务器、家庭控制器、路由器、LonWorks路由器、交换机、各种探测器、各种传感器、各种执行机构、打印机等组成。

·系统功能：实现家庭通信、家庭设备自动控制、家庭安全防范。

·适用范围：该系统特别适用于新建、扩建的智能化住宅(小区)工程。

(5)采用KS485的智能家庭控制系统

采用KS485的智能家庭控制系统图参见国家建筑标准设计<智能家居控制系统设计施工图集>03X602第18、19、20页。

·基本特点：KS485串行接口总线为主从式网络，它的通信为半双工、采用双向单信道连接方式。RS485串行接口总线的传输介质采用双绞线，它可以高速地进行远距离传输，传输速度与传输距离的技术指标如下：传输速率为10Mbit／s时，最大传输距离是12m；传输速率为1Mbit／s时，最大传输距离是120m；传输速率为100kbit／s时，最大传输距离是1200m。

·系统组成：由系统服务器、家庭控制器、路由器、通讯器、控制器、各种探测器、各种传感器、各种执行机构、打印机等组成。

·系统功能：实现家庭通信、家庭设备自动控制、家庭安全防范。

·适用范围：该系统特别适用于新建、扩建的智能化住宅(小区)工程。

(6)采用无线网的智能家庭控制系统

采用无线网的智能家庭控制系统图参见国家建筑标准设计<智能家居控制系统设计施工图集>03X602第24、25页。

·基本特点：利用无线作为信息传输网，该系统不仅在功能上能完全满足要求，而且从系统服务器至家庭控制器、家庭控制器至各种现场末端装置均采用无线传输方式，小区、楼内、户内无需布线，施工简单，可以节省施工的投资。

无线网的工作频率符合IEEE802．11b标准要求。

·系统组成：由系统服务器、家庭控制器、无线收发器、各种探测器、各种传感器、各种执行机构、打印机等组成。

·系统功能：实现家庭通信、家庭设备自动控制、家庭安全防范。

·适用范围：该系统适用于新建、扩建的智能化住宅(小区)工程，且特别适用于改造的智能化住宅(小区)工程，不用敷设线路就可实现数据信号的传输。

5系统设计及产品选用要点

5．1智能家庭控制系统类型的选用

新建、扩建的智能化住宅(小区)工程，宜采用LonWorks的智能家庭控制系统、以太网的智能家庭控制系统或采用RS485的智能家庭控制系统。改造的智能化住宅(小区)工程，宜采用公共电话网的智能家庭控制系统、HFC的智能家庭控制系统或无线网的智能家庭控制系统。

5．2家庭控制器的选用

家庭控制器的选用主要包括功能、总线技术及模块化设计、扩展功能、可按用户的基本要求进行配置等方面的选用要求。

(1)家庭控制器功能的选用

家庭控制器通常具有以下功能：

·家庭防盗报警；

·家庭火灾报警；

·家庭燃气泄露报警；

·家庭紧急求助；

·远程设防与撤防；

·远程报警；

·访客对讲；

·家用电器监控；

·家用表具数据采集及处理；

·空调机监控；

·接入网接口；

·小区电子公告；

·信息查询；

·家用设备报修等。

(2)家庭控制器功能的选择

在工程设计中，家庭控制器功能的选择可参见下表所示。

5．3总线技术及模块化设计

·家庭控制器要求采用总线技术，如LonWorks、R5485、BACnet、C^NBlls、CEBus、X一10；

·家庭控制器要求采用模块化设计，以便用户可以根据需求选择不同的模块完成不同的功能。

5．4扩展功能

家庭控制器要有一定的扩展功能，考虑能适应今后发展的需要。

5．5可按用户的基本要求进行配置应能根据用户提出有哪些被控设备及监视控制要求(功能要求)等因素，来对家庭控制器组成进行配置，包含模块种类的选择和各种模块数量的选择。6设备的安装

6．1交换机、路由器、控制器、放大箱、分配箱、电话分线箱

这些设备均应安装在电气竖井内或公共走道的墙上(内)。

6．2家庭控制器

暗装(或明装)在墙内(上)，其底边距地面1．4m左右。家庭控制器应设置在住户大门附近(宜距户门0．5m以内)，且容易操作(包括设防与撤防)的地方。

6．3可燃气体探测器

安装在厨房内的燃气管道、灶具附近，当住户使用的是天然气，燃气探测器吸顶棚安装在距顶棚300ram以内的地方；当住户使用的是液化石油气，燃气探测器安装在距地面300mm以内地方。

6．4感温探测器设置在厨房内，它吸顶棚安装。

6．5感烟探测器设置在起居室、卧室等房间内，它吸顶棚安装。

6．6紧急按钮开关

设置在起居室沙发和主卧室床头附近的墙上，及卫生间的墙上。紧急按钮开关暗装在墙内，其底边距地面0．5m~1．2m。

6，门(窗)磁开关

安装在门扇和门框内或窗扇和窗框内。

6．8玻璃破碎探测器

安装在窗户和玻璃门(阳台)附近的墙上或吸顶棚安装。

6．9被动红外侵入探测器和被动红外／微波双技术探测器

安装在住户的主要通道、重要的房间内，它吸顶棚安装或安装在顶棚的墙角处。

6．10红外遥控器

安装在被控电器设备正面附近的墙上，距离不能超过红外线工作范围，且与电器设备之间没有遮挡。

7工程设计实例

以二室户型为例介绍户内的智能家庭控制系统设计，设计标准采用康居住宅先进级(3A)。采用以太网的家居控制系统，家庭控制器与户内各模块之间采用R．$485总线，家庭控制器可通过电话线或计算机网络接收控制指令、发出信息，所选用的家庭控制器具有可视访客对讲功能。家居控制系统图参见国家建筑标准设计<智能家居控制系统设计施工图集>03X602第17页，二室户型家居控制平面图参见图1、2所示，家庭控制器与室内设备的连接参见图3所示。

在起居厅、卧室设置了感烟探测器，厨房设置了感温探测器、可燃气体探测器，各房间的窗户、阳台推拉门上及附近设置了门(窗)磁开关和玻璃破碎探测器，起居厅设置了被动红外侵入探测器，起居厅、卧室、卫生间设置了紧急按钮开关。对电、水、燃气进行计量；可对餐厅、起居厅、卧室的灯进行控制；当可燃气体探测器探测到有燃气泄漏后，联动控制关闭燃气管道上电磁阀、开启排烟风机；当有各种探测器报警后，联动警报发声器发出报警声音。

家庭控制器共提供13路输入：电度表(电度表安装在照明配电箱内)、燃气表、热能表、可燃气体探测器、感温探测器、感烟探测器、紧急按钮开关、被动红外侵入探测器、玻璃破碎探测器各1路，水表、门(窗)磁开关各2路。

家庭控制器共提供7路输出：警报发声器控制1路、燃气管道上电磁阀控制1路、排烟风机控制1路、照明控制4路。

三室户型、复式结构、别墅的智能家庭控制平面图及家庭控制器与室内设备的连接参见国家建筑标准设计<智能家居控制系统设计施工图集》03X602。

8设计中应注意的事项

智能家居论文范文第3篇

关键词：家庭控制器自动监控安全防范

l引言

随着国民经济和科学技术水平的提高，特别是计算机技术、通信技术、网络技术、控制技术的迅猛发展与提高，促使了家庭实现了生活现代化，居住环境舒适化、安全化。这些高科技已经影响到人们生活的方方面面，改变了人们生活习惯，提高了人们生活质量，家居智能化也正是在这种形势下应运而生的。

2智能家居控制系统概述

智能家庭控制系统是以HFC、以太网、现场总线、公共电话网、无线网的传输网络为物理平台，计算机网络技术为技术平台，现场总线为应用操作平台，构成一个完整的集家庭通信、家庭设备自动控制、家庭安全防范等功能的控制系统。

智能家居控制系统的总体目标是通过采用计算机技术、网络技术、控制技术和集成技术建立一个由家庭到小区乃至整个城市的综合信息服务和管理系统，以此来提高住宅高新技术的含量和居民居住环境水平。

系统通常由系统服务器、家庭控制器(各种模块)、各种路由器、电缆调制解调器头端设备CMTS、交换机、通讯器、控制器、无线收发器、各种探测器、各种传感器、各种执行机构、打印机等主要部分组成。

3智能家居控制系统功能

智能家庭控制系统的主要功能包括家庭通信、家庭设备自动控制、家庭安全防范三个方面。

3．1家庭通信

家庭通信可采用电话线路、计算机互联网、CATV线路、无线局域网等方式。

(1)电话线路

通过电话线路实现双向传输语音信号和数据信号。

(2)计算机互联网

通过互联网实现信息交互、综合信息查询、网上教育、医疗保健、电子邮件、电子购物等。

(3)CATV线路

通过CATV线路实现VOD点播和多媒体通信。

(4)无线局域网

通过无线收发器、天线、各种无线终端，实现双向传输数据信号。

3．2家庭设备自动监控

家庭设备自动监控包括电器设备的集中、遥控、远距离异地(通过电话或Internet)的监视、控制及数据采集。

(1)家用电器的监视和控制

按照预先所设定程序的要求对热水器、微波炉、视像音响等家用电器进行监视和控制。

(2)热能表、燃气表、水表、电度表的数据采集、计量和传送根据小区物业管理的要求所设置数据采集程序，通过传感器对热能表、燃气表、水表、电度表的用量进行自动数据采集、计量，并将采集结果远程传送给小区物业管理系统。

(3)空调机的监视、调节和控制

按照预先所设定的程序，根据时间、温度、湿度等参数对空调机进行监视、调节和控制。

(4)照明设备的监视、调节和控制按照预先设定的时间程序，分别对各个房间照明设备的开、关进行控制，并可自动调节各个房间的照度。

(5)窗帘的控制

按照预先设定的时间程序，对窗帘的开启／关闭进行控制。

3．3家庭安全防范

家庭安全防范主要包括多火灾报警、可燃气体泄漏报警、防盗报警、紧急求救、多防区的设置、访客对讲等。家庭控制器内按等级预先设置若干个报警电话号码(如家人单位电话号码、手机电话号码、寻呼机电话号码和小区物业管理安全保卫部门电话号码等)，在有报警发生时，按等级的次序依次不停地拨通上述电话进行报警(可报出家中是哪个系统报警了)。同时，各种报警信号通过控制网络传送至小区物业管理中心，并可与其它功能模块实现可编程的联动(如可燃气体泄漏报警后，联动关闭燃气管道上的电磁阀)。

(1)防火灾发生

通过设置在厨房的感温探测器和设置在客厅、卧室等的感烟探测器，监视各个房间内有无火灾的发生。如有火灾发生家庭控制器发出声光报警信号，通知家人及小区物业管理部门。家庭控制器还可以根据有人在家或无人在家的情况，自动调节感温探测器和感烟探测器的灵敏度。

(2)防可燃气体泄漏

通过设置在厨房的可燃气体探测器，监视燃气管道、灶具有无燃气泄漏。如有燃气泄漏家庭控制器发出声光报警信号，并联动关闭燃气管道上的电磁阀，同时通知家人及小区物业管理部门。

(3)防盗报警

防盗报警的防护区域分成两部分，即住宅周界防护和住宅内区域防护。住宅周界防护是指在住宅的门、窗上安装门磁开关，在对外的玻璃窗、门附近安装玻璃破碎探测器；住宅内区域防护是指在主要通道、重要的房间内安装被动红外探测器或被动红外／微波双技术探测器。当家中有人时，住宅周界防护的防盗报警设备(门磁开关、玻璃破碎探测器)设防，住宅内区域防护的防盗报警设备(红外探测器或被动红外／微波双技术探测器)撤防。当家人出门后，住宅周界防护的防盗报警设备(门磁开关、玻璃破碎探测器)和住宅内区域防护的防盗报警设备(被动红外探测器或被动红外／微波双技术探测器)均设防。当有非法侵入时，家庭控制器发出声光报警信号，并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。

(4)访客对讲

住宅的主人通过访客对讲设备与来访者进行双向通话或可视通话，确认是否允许来访者进人。住宅的主人利用访客对讲设备，可以对大楼入口门或单元门的门锁进行开启和关闭控制。

(5)紧急求救

当遇到意外情况(如疾病或有人非法侵入)发生时，按动报警按钮向小区物业管理部门进行紧急求救报警。紧急求救信号在网络传输中具有最高的优先级别，由于是人在紧急情况下的求救信号，其误报的可能性很小。

智能家居控制系统类型

4．1系统类型

智能家庭控制系统可分成采用公共电话网的智能家庭控制系统、HFC的智能家庭控制系统、以太网的智能家庭控制系统、LonWorks的智能家庭控制系统、KS485的智能家庭控制系统、无线网的智能家庭控制系统等类型。

4．2基本特点、功能、适用范围

(1)采用公共电话网的智能家庭控制系统采用公共电话网的智能家庭控制系统图参见国家建筑标准设计<智能家居控制系统设计施工图集》03X602第14页。

·基本特点：家庭智能控制器内配置了与电话线连接的收发器，利用电话网络作为信息传输网。该系统不仅在功能上能完全满足要求，而且大大地简化了布线，可以节省布线的投资。

·系统组成：系统由系统服务器、家庭控制器(内置了与电话线连接的收发器)、路由器、收发器、各种探测器、各种传感器、各种执行机构、打印机等组成。

·系统功能：实现家庭通信、家庭设备自动控制、家庭安全防范。

·适用范围：该系统适用于新建、扩建的智能化住宅(小区)工程，且特别适用于改造的智能化住宅(小区)工程，利用原有的电话线就可实现数据信号的共网传输。

(2)采用HFC的智能家庭控制系统

采用HFC的智能家庭控制系统图参见国家建筑标准设计<智能家居控制系统设计施工图集》03X602第15页。

·基本特点：家庭智能控制器内配置了CableModem，利用有线电视的HFC网络作为信息传输网。该系统不仅在功能上能完全满足要求，而且大大地简化了布线，可以节省布线的投资。

HFC网络采用共享方式，其共享带宽为36Mbps。当上网人数较多时，上网的速度会变慢。由于CableModem设备费用较高，用户网络的开通费用高。

·系统组成：系统由系统服务器、家庭控制器(内置了CableModem)、路由器、电缆调制解调器头端设备CMTS、有线电视传输网络、各种探测器、各种传感器、各种执行机构、打印机等组成o

·系统功能：实现家庭通信、家庭设备自动控制、家庭安全防范。

·适用范围：该系统适用于新建、扩建的智能化住宅(小区)工程，且特别适用于改造的智能化住宅(小区)工程，仅将原有的有线电视HFC网络进行双向改造，就可实现数据和图像信号的共网传输。

(3)采用以太网的智能家庭控制系统

采用以太网的智能家庭控制系统图参见国家建筑标准设计<智能家居控制系统设计施工图集》03X602第16、17页。

·基本特点：家庭智能控制器内配置了以太网网卡，利用以太网作为信息传输网。以太网同时支持住户计算机和智能家庭控制系统。该系统不仅在功能上能完全满足要求，而且大大地简化了布线，可以节省布线的投资。

以太网传输速率较高，传输速率有10Mbps、100Mbps等。根据传输距离的要求，由小区物业管理中心至各楼交换机采用5类以上4对对绞线、多模光缆或单模光缆，由交换机至家庭控制器采用超5类4对对绞电缆。

·系统组成：系统由系统服务器、家庭控制器、路由器、交换机、各种探测器、各种传感器、各种执行机构、打印机等组成。

·系统功能：实现家庭通信、家庭设备自动控制、家庭安全防范。

·适用范围：该系统适用于新建、扩建和改造的智能化住宅(小区)工程，用以太网实现数据和图像信号的双向传输。

(4)采用LonWorks的智能家庭控制系统采用LonWorks的智能家庭控制系统图参见国家建筑标准设计《智能家居控制系统设计施工图集如3X602第21、22、23页。

·基本特点：采用一个覆盖全部ISO／OSI标准七层通信协议、开放性的LonWork总线技术，一台系统服务器最多可连接127台LONWorks路由器，一台LonWorks路由器最多可连接63台家庭控制器。每台家庭控制器为LonWork一个通道上的网络节点，每个网络节点包括有神经元(NEURON)芯片、振荡器、电源、一个通过媒介通信的收发器和与监控设备接口的I／O设备(电路)、存储器等。

LonWorks直接通信距离可达2700m(双绞线、78Kbps)，其通信传输速度最大可达1．25Mbps(此时有效传输距离为130m)。LonWorks路由器至小区物业管理中心线路长度超过2700m时，需在总线上加装中继器。传输线通常采用双绞线，根据需要也可采用同轴电缆或电力线。

·系统组成：由系统服务器、家庭控制器、路由器、LonWorks路由器、交换机、各种探测器、各种传感器、各种执行机构、打印机等组成。

·系统功能：实现家庭通信、家庭设备自动控制、家庭安全防范。

·适用范围：该系统特别适用于新建、扩建的智能化住宅(小区)工程。

(5)采用KS485的智能家庭控制系统

采用KS485的智能家庭控制系统图参见国家建筑标准设计<智能家居控制系统设计施工图集>03X602第18、19、20页。

·基本特点：KS485串行接口总线为主从式网络，它的通信为半双工、采用双向单信道连接方式。RS485串行接口总线的传输介质采用双绞线，它可以高速地进行远距离传输，传输速度与传输距离的技术指标如下：传输速率为10Mbit／s时，最大传输距离是12m；传输速率为1Mbit／s时，最大传输距离是120m；传输速率为100kbit／s时，最大传输距离是1200m。

·系统组成：由系统服务器、家庭控制器、路由器、通讯器、控制器、各种探测器、各种传感器、各种执行机构、打印机等组成。

·系统功能：实现家庭通信、家庭设备自动控制、家庭安全防范。

·适用范围：该系统特别适用于新建、扩建的智能化住宅(小区)工程。

(6)采用无线网的智能家庭控制系统

采用无线网的智能家庭控制系统图参见国家建筑标准设计<智能家居控制系统设计施工图集>03X602第24、25页。

·基本特点：利用无线作为信息传输网，该系统不仅在功能上能完全满足要求，而且从系统服务器至家庭控制器、家庭控制器至各种现场末端装置均采用无线传输方式，小区、楼内、户内无需布线，施工简单，可以节省施工的投资。

无线网的工作频率符合IEEE802．11b标准要求。

·系统组成：由系统服务器、家庭控制器、无线收发器、各种探测器、各种传感器、各种执行机构、打印机等组成。

·系统功能：实现家庭通信、家庭设备自动控制、家庭安全防范。

·适用范围：该系统适用于新建、扩建的智能化住宅(小区)工程，且特别适用于改造的智能化住宅(小区)工程，不用敷设线路就可实现数据信号的传输。

5系统设计及产品选用要点

5．1智能家庭控制系统类型的选用

新建、扩建的智能化住宅(小区)工程，宜采用LonWorks的智能家庭控制系统、以太网的智能家庭控制系统或采用RS485的智能家庭控制系统。改造的智能化住宅(小区)工程，宜采用公共电话网的智能家庭控制系统、HFC的智能家庭控制系统或无线网的智能家庭控制系统。

5．2家庭控制器的选用

家庭控制器的选用主要包括功能、总线技术及模块化设计、扩展功能、可按用户的基本要求进行配置等方面的选用要求。

(1)家庭控制器功能的选用

家庭控制器通常具有以下功能：

·家庭防盗报警；

·家庭火灾报警；

·家庭燃气泄露报警；

·家庭紧急求助；

·远程设防与撤防；

·远程报警；

·访客对讲；

·家用电器监控；

·家用表具数据采集及处理；

·空调机监控；

·接入网接口；

·小区电子公告；

·信息查询；

·家用设备报修等。

(2)家庭控制器功能的选择

在工程设计中，家庭控制器功能的选择可参见下表所示。

5．3总线技术及模块化设计

·家庭控制器要求采用总线技术，如LonWorks、R5485、BACnet、C^NBlls、CEBus、X一10；

·家庭控制器要求采用模块化设计，以便用户可以根据需求选择不同的模块完成不同的功能。

5．4扩展功能

家庭控制器要有一定的扩展功能，考虑能适应今后发展的需要。

5．5可按用户的基本要求进行配置应能根据用户提出有哪些被控设备及监视控制要求(功能要求)等因素，来对家庭控制器组成进行配置，包含模块种类的选择和各种模块数量的选择。设备的安装

6．1交换机、路由器、控制器、放大箱、分配箱、电话分线箱

2．在住户内安装入侵报警探测器。

具有语音对讲及控制开启楼道人口处防盗门功能。

1~2点

热能表、燃气表、水表、电度表的自动抄收及远传、超限判断、自动检查、分时计费、实时计量、管理功能。

提高级(2A)

在室内安装可燃气体泄

漏自动报警装置。且能就地

发出声光报警信号。

1．在住户内两处安装紧急按钮开关。

2．在住户内安装入侵报警探测器，在户门、及用台、外窗安装

人侵报警装置。

具有语音对讲及控镧开启楼道人口处防盗门功能。可实

现住户与安防监控中心的直接联系。

2点以上

热能表、燃气表、水表、电度表的自动抄

收及远传、超限爿断、自动检查、分时计费、实时计量、管理功能。

先进级(3A)

1．在室内安装可燃气体泄漏自动报警装置，当燃气体泄漏报警后能自动切断气源、打开捧气装置，且能就地发出声光报警信号。

2．在住户内设置火灾自动报警装置。

1．在住户内不少于两处安装紧急按钮开关。

2．在住户内安装入侵报警探测器，在户门及阳台门、外窗安装入侵报警装置。

具有语音、可视对讲及控翻开启楼道入口处防盗门功能，可实现住户与安防监控中心的直接联系。

2点以上

热能表、燃气表、水表、电度表的自动抄收及远传、超限判断、自动检查、分时计费、实时计量、管理功能。

这些设备均应安装在电气竖井内或公共走道的墙上(内)。

6．2家庭控制器

暗装(或明装)在墙内(上)，其底边距地面1．4m左右。家庭控制器应设置在住户大门附近(宜距户门0．5m以内)，且容易操作(包括设防与撤防)的地方。

6．3可燃气体探测器

安装在厨房内的燃气管道、灶具附近，当住户使用的是天然气，燃气探测器吸顶棚安装在距顶棚300ram以内的地方；当住户使用的是液化石油气，燃气探测器安装在距地面300mm以内地方。

6．4感温探测器设置在厨房内，它吸顶棚安装。

6．5感烟探测器设置在起居室、卧室等房间内，它吸顶棚安装。

6．6紧急按钮开关

设置在起居室沙发和主卧室床头附近的墙上，及卫生间的墙上。紧急按钮开关暗装在墙内，其底边距地面0．5m~1．2m。

6，门(窗)磁开关

安装在门扇和门框内或窗扇和窗框内。

6．8玻璃破碎探测器

安装在窗户和玻璃门(阳台)附近的墙上或吸顶棚安装。

6．9被动红外侵入探测器和被动红外／微波双技术探测器

安装在住户的主要通道、重要的房间内，它吸顶棚安装或安装在顶棚的墙角处。

6．10红外遥控器

安装在被控电器设备正面附近的墙上，距离不能超过红外线工作范围，且与电器设备之间没有遮挡。

7工程设计实例

以二室户型为例介绍户内的智能家庭控制系统设计，设计标准采用康居住宅先进级(3A)。采用以太网的家居控制系统，家庭控制器与户内各模块之间采用R．$485总线，家庭控制器可通过电话线或计算机网络接收控制指令、发出信息，所选用的家庭控制器具有可视访客对讲功能。家居控制系统图参见国家建筑标准设计<智能家居控制系统设计施工图集>03X602第17页，二室户型家居控制平面图参见图1、2所示，家庭控制器与室内设备的连接参见图3所示。

在起居厅、卧室设置了感烟探测器，厨房设置了感温探测器、可燃气体探测器，各房间的窗户、阳台推拉门上及附近设置了门(窗)磁开关和玻璃破碎探测器，起居厅设置了被动红外侵入探测器，起居厅、卧室、卫生间设置了紧急按钮开关。对电、水、燃气进行计量；可对餐厅、起居厅、卧室的灯进行控制；当可燃气体探测器探测到有燃气泄漏后，联动控制关闭燃气管道上电磁阀、开启排烟风机；当有各种探测器报警后，联动警报发声器发出报警声音。

家庭控制器共提供13路输入：电度表(电度表安装在照明配电箱内)、燃气表、热能表、可燃气体探测器、感温探测器、感烟探测器、紧急按钮开关、被动红外侵入探测器、玻璃破碎探测器各1路，水表、门(窗)磁开关各2路。

家庭控制器共提供7路输出：警报发声器控制1路、燃气管道上电磁阀控制1路、排烟风机控制1路、照明控制4路。

三室户型、复式结构、别墅的智能家庭控制平面图及家庭控制器与室内设备的连接参见国家建筑标准设计<智能家居控制系统设计施工图集》03X602。

8设计中应注意的事项

智能家居论文范文第4篇

关键词：远程控制双音多频网络通讯无线通讯家庭自动化

21世纪是信息化的世纪，各种电信和互联网新技术推动了人类文明的巨大进步。数字化家居控制系统的出现使得人们可以通过手机或者互联网在任何时候、任意地点对家中的任意电器（空调、热水器、电饭煲、灯光、音响、DVD录像机）进行远程控制；也可以在下班途中，预先将家中的空调打开、让热水器提前烧好热水、电饭煲煮好香喷喷的米饭……；而这一切的实现都仅仅是轻轻的点几下鼠标，或者打一个简单的电话。此外，该系统还可使家庭具有多途径报警、远程监听、数字留言等多种功能，如果不幸出现某种险情，您和110可以在第一时间获得通知以便进一步采取行动。舒适、时尚的家居生活是社会进步的标志，智能家居系统能够在不改变家中任何家电的情况下，对家里的电器、灯光、电源、家庭环境进行方便地控制，使人们尽享高科技带来的简便而时尚的现代生活。

1系统的总体结构及工作过程

智能家居系统由系统主机、系统分机、Internet服务器和网络接口等部分组成。其中系统主机通过服务器（个人计算机）连入Internet，并通过自己的PSTN公用电话交换网接口电路连入PSTN。其结构图如图1所示。主机与分机通过无线传输组成星形拓扑结构。系统主机通过本地无线传输网络同系统分机进行通讯、传输控制命令和反馈信息。

该系统正常工作时，用户可以通过Internet和PSTN两种网络进行访问，当通过Internet访问时，本系统可提供一个界面友好的终端软件，用户只需登陆到运行在家中的服务器即可对家中的设备进行远程控制；当通过PSTN访问时，本系统将为用户提供语音操作界面。其工作流程如图2所示。

2系统的硬件构成

本系统的硬件主要有系统主机与系统分机两大部分。系统主机由单片机AT89C52和各种接口电路组成，如图3所示。系统分机由单片机AT89C52和各种接口电路、传感器单元电路、固态继电器控制电路组成，并由固态继电器控制具体设备，具体硬件组成框图如图4所示。

通过系统主机的各种接口电路可将主机CPU从繁忙的计算中解脱出来，以便把主要精力运用在控制和信息传递上。系统主机主要依照各个功能电路的输出结果进行逻辑判断和控制命令的输出。系统分机的各种接口电路和主机相似，只是根据设备的不同（传感器单元）有着细节上的变化。下面主要介绍系统主机的各种接口电路。

2．1nRF401无线数据传输电路

无线数据传输电路由Nordic公司的单片UHF无线数据收发芯片nRF401及其电路构成。nRF401采用FSK调制解调技术，其工作效率可达20kbit／s，且有两个频率通道供选择，并且支持低功耗和待机模式。它不用对数据进行曼彻斯特编码，其天线接口设计为差分天线，因而很容易用PCB来实现。

2．2看门狗电路

看门狗电路由MAX813L及其元件组成。通常，在单片机的工作现场，可能有各种干扰源。这些干扰源可能导致程序跑飞、造成死机或者程序不能正常运行。如果不及时恢复或使系统复位，就容易造成损失。看门狗电路的作用就是在程序跑飞或者死机时，能有效地使系统复位以使系统恢复正常运转。因此，在程序中定期给P1．5送入看门狗信号，就可以保证在程序运行异常时，由MAX813L使单片机复位。

2．3DS1307时钟接口电路

DS1307时钟芯片是美国DALLAS公司生产的I2C总线接口实时时钟芯片。DS1307可以独立于CPU工作，它不受晶振和电容等的影响，并且计时准确，月积累误差一般小于10秒。此芯片还具有掉电时钟保护功能，可自动切换到后备电源供电。同时还具有闰年自动调整功能，可以产生秒、分、时、日、月、年等数据，并将其保存在具有掉电保护功能的时间寄存器内，以便CPU根据需要对其进行读出或写入。由于单片机AT89C52没有I2C总线接口，因此，要驱动DS1307，就必须采用单主机方式下的I2C总线虚拟技术。在此方式下，以单片机为主节点（主器件），主器件永远占有总线而不出现总线竞争，且可以用两根I／O口线来虚拟I2C总线接口。I2C总线上的主器件（单片机）可在时钟线（SDL）上产生时钟脉冲，在数据线（SDA）上产生寻址信号、开始条件、停止条件以及建立数据传输的器件。任何被选中的器件都将被主器件看成是从器件。在这里，DS1307作为I2C总线的从器件。I2C总线为同步串行数据传输总线，其内部为双向传输电路，端口输出为开漏结构，因此，需加上拉电阻。

2．4MT8880C双音频编解码电路

由于单片机是通过MT8880C芯片得到PSTN网络的双音频信号解码输出，也就是说，单片机可以识别来自PSTN网络的控制信号，用户可以根据系统的语音提示进行按键选择以实现用户身份的识别与远程控制。因此，利用MT8880C的双音频编码功能，系统可以在紧急时刻将用户预置的紧急电话打到PSTN网络，从而把损失减少到最低。

2．5ISD4004语音录放电路

ISD4004是美国ISD公司生产的一种语音录放芯片。它可录制8～16分钟的语音信号。该芯片可提供SPI标准接口和单片机进行接口，其语音的录放控制均通过单片机来实现。该芯片的一个最大特点是可以按地址编程录放，因而可由ISD4004和单片机编程控制来构成本系统与PSTN网络用户的语音平台。由于ISD4004的INT和RAC脚输出为开漏结构，因此需要加上拉电阻。

2．6MAX202串行通讯电路

通讯电路可由串行通讯专用芯片MAX202组成，通过此电路可以方便地与PC机进行串行通讯。

2．7铃流检测与摘挂机控制电路

当系统被呼叫时，电话交换机发出铃流信号。振铃为25±3V的正弦波，失真小于10％，电压有效值为90±15V。振铃信号以5秒为周期，即1秒送，4秒断。由于振铃信号电压比较高，所以先要通过高压稳压二极管进行降压，然后输入至光耦。再经光耦隔离转换后，从光耦输出时通时断的正弦波，最后经RC回路进行滤波以输出标准的方波。该方波信号可以直接输出至单片机的定时器1进行计数，以实现对铃流的检测。

由于程控电话交换机在电话摘机时电话线回路电流会突然变大（约30mA），因此，交换机检测到回路电流变大就认为电话机已经摘机。自动摘挂机电路可以通过单片机的P1．7来控制一个固态继电器，固态继电器的控制端应连接一个大约300Ω的电阻后再接入电话线两端，从而完成模拟摘挂机。

3系统软件编制

本系统软件主要由系统主机和系统分机的C51程序和系统与Internet网络通讯程序组成。

3．1系统主机程序的编制

系统主机程序主要用于实现系统的总体功能。包括无线数据传输程序、看门狗程序、时间戳程序、双音频编解码程序、语音录放程序、串行通讯程序、铃流检测与摘挂机控制程序、系统初始化程序、意外事件处理程序等。程序编制以消息驱动为主导思想。消息由计数器中断1、外部中断0和串行中断产生，在中断服务程序中，应将相应的状态位置位，而在消息循环中则应按相应的状态位调用功能函数，然后由功能函数将相应的状态位清0并完成所需功能，并最后返回到消息循环中。其程序流程如图5所示。该系统的分机程序和主机类似，故此不再详述。

3．2系统与Internet网络通讯程序的编制

这部分通讯程序分为服务器和客户端两个程序，主要通过Internet网络完成用户的控制功能。

服务器程序主要完成客户端与系统主机通讯的中转，即将客户端发来的控制或者查询命令翻译成系统主机能识别的格式，或者将系统主机收到的报警等信息上传到客户端。服务器程序使用Socket与客户端进行Internet通讯。

客户端程序是运行在远端用户的控制界面，主要用于完成家居内状态的显示以及对家居内电器的远程控制，同时使客户端直接连接到服务器。

4结论

智能家居论文范文第5篇

关键词：蓝牙技术微微网智能家居系统

1概述

伴随着数字化和网络化的进程，智能化浪潮席卷了世界的每一个角落，成为势不可挡的历史大趋势，其中正在兴起的智能家居建设热潮，就是在这种形势下应运而生的。

但是现代家庭中，弱电线缆越来越多，如电话线、有线电视线、宽带网络线、防盗报警信号线等，带来线缆多、乱的麻烦，因此，家庭弱电系统需要进行统一、规范的管理。然而，传统家庭布线方式因为施工不规范、维护和使用方便等因素，已不能适应当前家庭装修的需要，更无法满足未来智能家居生活的更高要求。蓝牙技术的出现，正发解决了这个问题，使智能家居中的无线控制成为可能。

2蓝牙技术

2.1蓝牙简介

蓝牙技术是Ericsson移动通信公司在1994年开始启动的，其目的是实现最高数据传输速率1Mb/s（有效传输速率为721kb/s）、最大传输距离为10m的无线通信。

“蓝牙（Bluetooth）是一个开放性的、短距离无线通信技术标准，也是目前国际上最新的一种公开的无线通信技术规范。它可以在较小的范围内，通过无线连接的方式、安全、低成本、低功耗的网络互联，使得近距离内各种通信设备能够实现无缝资源共享，也可以实现在各种数字设备之间的语音和数据通信。由于蓝牙技术可以方便地嵌入到单一的CMOS芯片中，因此，特别选用于小型的移动通信设备，使设备去掉了连接电缆的不便，通过无线建立通信。

蓝牙技术工作在全球通用的2.4GHzISM频段。从理论上讲，以2.4GHzISM频段运行的技术能使用距30m以内的设备互相连接，但实际上很难达到。现阶段，蓝牙的发射范围可达10m，可以同时实现8台设备的相互联通。当检测到距离小于10m时，接收设备可动态地调节功能；当业务量减小或停止时，蓝牙设备即可进入低功耗工作模式。

2.2蓝牙中的关键技术

2.2.1跳频技术

蓝牙工作的频段是全球通用的2.4GHzISM频段。该频段对所有无线电系统都开放，因此，蓝牙在使用过程中经常会遇到不可预测的干扰源，例如手机、无绳电话、微波炉等。这使得蓝牙系统的传送错误率远远高于实际应用水平，为此，采用跳频技术是避免干扰的一项有效措施。

所谓跳频技术，就是将整个频带分成若干跳频信道（HopChannel）。在一次连接中，蓝牙芯片所控制的收发器按照一定的码序列，不断地从一个信道跳转到另一个信道；而接收方也是按照相同的跳转规律进行通信。这实际上属于一种硬件加密手段，除非第三方掌握了接收双方的切换信道干什么，否则，从理论上计野外法完整获得信息的，而干扰源也是不可能按同样的规律进行干扰的。跳频的瞬时带宽很窄，但通过扩展频谱技术，可以使这个窄带宽被成倍地扩展成宽频带，使扰的可能性变得很小，由此就可以保证传送的完整性和系统的稳定性。

2.2.2纠错技术

在蓝牙技术中使用了三种纠错方案：1/3比例前向纠错码（1/3FEC）、2/3比例前向纠错码（2/3FEC）和用于数据的自动请求重发（ARQ）方式。

1/3比例前向纠错码是一种较简单的纠错码方式，属于重复码，实现时对每位信息重复三次。2/3比例前向纠错码是一种（15，10）精简的汉明码表示方法，用于部分分组。

使用ARQ方式，在一个时隙中传送的数据必须在下一个时隙得到确认（或超时）信息。只有数据在接收端通过了报头错误检测和循环冗余检测，被认为无错后，才向发送端反回确认信息；否则，返回一个错误信息。

2.2.3微微网

蓝牙支持点对点和点对多点的通信，其最基本的网络组成是微微网。微微网是通过蓝牙技术连接起来的一种微型网络，由一个主设备（Master）和若干个从设备（Slave）组成，且从设备最多为7台。主设备负责通信协议的动作，而从设备则受控于主设备。一个微微网可以是2台相连的设备，也可以是8台连在一起的设备，所有设备单元均采用同一跳频序列。主从设备的拓扑结构如图1所示。

蓝牙给每个微微网都提供了特定的跳转模式，因此，它允许大量的微微网同时存在。同一区域内，多个微微网互联形成了分散网。不同的微微网信道有不同的主单元，因而存在不同的跳转模式。

2.2.4安全性

蓝牙技术的无线传输特性使它非常容易受到攻击，因此，安全机制在蓝牙技术中显得尤为重要。虽然蓝牙系统所采用的跳频技术已经提供了一定的安全保障，但蓝牙技术仍然需要在应用层和链路层上提供安全措施。该措施将用于对等环境，即蓝牙系统每个单元中设备的匹配和加密规则都将以同样的方法实现。在链路层，蓝牙的使用四个参数来保证系统的安全性：每个用户唯一的48位地址、用户的128位验证密钥、用户的8～128位加密密钥、设备产生的一个128位随机数RAND。

蓝牙的低层安全是通过基带和链路管理中的鉴权、匹配和加密完成的。

鉴权基于“竞争-应答”算法，是蓝牙系统中的关键部分，它允许用户为个人的蓝牙设备建立一个信任域。校验器发送一个LMP-au-randPDU分组给请求者，该PDU（协议数据单元）分组含有一个随机数。请求者根据获取的分组计算出应答值，然后将应发回给校验器，验证应答值是否正确。

当两台设备无共用链接字时，则基于个人识别码PIN和随机数创建初始化字Kinit，这一过程为匹配。Kinit字在校验器向请求者发出LMP-in-rand时创建，然后进行鉴权，共计算过程基于Kinit字，而不是链接字。通过鉴权后，链接字即被创建。

加密被用来保护连接中的个人信息，密钥由程序的高层来管理。网络传送协议和应用程序，可以为用户提供一个较强的安全机制，需要注意的是，加密字节全不同于鉴权字。鉴权字具有静态性，而一旦建立加密字，就由运行在蓝牙设备上的具体应用，来决定什么时候和是否需要修改加密字。

3智能家居系统

智能家居的概念起源于美国。它依靠3C技术（ComputerTechnology、CommunicationTechnology和ControlTechnology），并结合信息家电的发展，为用户提供了一种更加安全、舒适、方便、快捷的智能化和信息化生活空间。其内涵就是“在具有个性化的住宅家庭中，将多元网络信息、多样化的自动化控制以及节能环保等功能，整合到一体化的家庭智能信息管理与自动化监控平台上”。

智能家居是将家庭中各种与信息相关的通信设备、家用电器和家庭保安装置，通过家庭总线技术连接到一个家庭智能化系统上，进行集中的或异地的监视、控制和家庭事务性管理，并保持这些家庭设施与住宅环境的和谐与协调。这些功能都是通过家庭控制器来实现的。家庭控制器具有家庭总线系统，通过家庭总线系统提供各种服务功能，能和住宅以外的外部世界相连接。所以说，家庭控制器是智能住宅的核心。

智能家居中的信息传输介质，可以分为电话线、电源线、双绞线、电缆和无线技术，其中无线方式是目前最热门的发展方向。

4蓝牙技术在智能家居系统中的应用

正是由于蓝牙技术的低成本、低功耗、高速率、高可靠性和兼容性等特点，使得基于蓝牙技术的智能家居系统能为人们所接受。

（1）家庭环境控制

智能家居的一个重要功能就是对居住环境的控制，即自动或远程控制家庭的温度、湿度、光照、空气质量和热水器等。如今，环境问题已经成为一个直接关系到人们身体健康，乃至生命安全的至关重要的问题，家庭环境也不容忽视。智能家居系统，可以改善人们的生存条件，也可以提高家庭的生活质量。

（2）能源监视与管理

主要是指家庭中的水、电、燃气和供暖的定时开关等。可以自动关灯和关闭电器，节省开支；家中没有人时，可以调节供暖的温度；在电费较低的时段开启电器。

（3）家庭流量计费

目前，大多数远传计量系统采用如下方式：在各个房间内的远传表，通过专用的布线系统连接至各个节点流量控制器，再汇总到物业管理中心进行上位管理。在智能家居系统中如果采用了蓝牙技术，就会出现新的三表远传流量计费系统的局面。

通过在支持蓝牙的微芯片中置入相应程序，并置入流量表中，可以去掉流量表与节点控制器之间的连线，使每个计量末端采用无线方式，降低系统由于线路损坏而带来的系统故障，提高了系统的可靠性。

（4）安防系统

智能家居的基本目标为人们提供一个舒适、安全、方便和高效率的生活环境。这就需要一个安全的家庭体系，其中既包括人身和家庭财产的安全，也包括家庭设备的安全。为了实现这种安全体系，需要配备相关的防卫措施，例如电子门禁、对讲系统、电子防盗系统、玻璃破检测报警系统、室内跑水检测与报警系统、室内有毒/害气体的检测等。

报警控制器连接至社警铃、报警指示灯、电话、若报警，可按预先设置的若干个电话号码，自动拔通进行报警，并报出家中具体是哪个系统报警了。

目前在我国，安防系统是一般智能家居的主要控制内容。

结语

智能家居论文范文第6篇

关键词：智能家居；设计；多功能；人性化

智能家居系统别称智能家庭局域网，其基本功能包括防盗报警系统、网络接入系统、消防报警系统、电视对讲门禁系统、煤气泄露探测系统等众多功能系统。我国的智能家居设计起步较晚，与西方国家存在较大差异。

一、智能家居的概念

智能家居别称智能住宅，英文名称为“Smart Home”。其是一个以住宅为平台，兼备建筑、自动化，智能化于一体的高效、舒适、安全、便利，安装有智能家居系统的居住环境。智能家居集成是利用网络通信技术、综合布线技术、安全防范技术、音视频技术、自动控制技术将家居生活有关的设备产品集成。它的目标是通过互联网等信息通信技术手段，通过远程控制终端来实现对家居电器等的智能控制，使其能够按照人们的意愿设定工作运行，而不论距离的存在。智能化是智能家居的两大特点之一，其另一大特点就是远程控制。随着互联网技术的快速发展，特别是无线网络技术的发展，互联网智能家居系统可提供遥控、家电控制、防盗报警、电话远程控制、计算机控制等多种功能和手段，让生活变得更加舒适、简单和安全。

智能家居因为受产品生产商的限制。使其短时间内无法实现统一的标准协议，所以一般都是一个商家单独做系统研发方案的。其中比较具有影响力的一次是2007年微软推出的“未来之屋”的一个方案，是物联网技术应用于日常家居生活的一个典型案例。当人们进人房屋时，安全系统会对进入者的面部进行扫描，确认身份后才会打开房门。冰箱的液晶显示器能够智能的列出保存的食物清单，厨房水槽可以能够根据使用者身高不同而调节高度，而排风机可以检测油烟浓度，已作出是否需要开启的决定。除了这些，每个房间的装修风格墙、壁颜色和温度，都可以根据使用者的喜好自由更换。

二、国内外智能家居发展状况

智能家居起源于20世纪80年代初，随着大量电子家用电器的面市，家居生活电子化开始实现；80年代中期，通过把家用电器、安全防范设备与通信设备各部分独立的功能用途整合成一体，形成了家居生活自动化的概念；到80年代末，随着通信信息技术的快速发展，出现了利用总线技术把家居生活中各种家电、通信、安防设备进行管理与监控的商用系统，其在当时被美国称为Smart Home，也就是现在智能家居的雏形。智能家居进入21世纪后，其发展是多样化的，技术实现的方式也更加丰富了。总的来讲，智能家居发展过程大概包括四个阶段。第一阶段主要是利用两芯线、同轴线进行家庭组网，实现了窗帘、灯光控制等功能。第二阶段主要利用RS-485线、部分利用IP技术进行组网，实现安防、可视对讲等功能。第三阶段实现了家庭智能控制的系统化，控制主机产生，功能包括控制、安防等业务。第四阶段全部利用IP技术，末端设备利用zigbee等技术，智能家居功能提供采用“云”技术，达到了可以根据用户需求实现个性化，以及定制。近年来，物联网成为了全世界关注的热点话题，全球公认为其是继互联网之后最有价值的科技创新。物联网通过射频识别（RFID）、全球定位系统、红外感应器等信息传感设备，按制定的协议把所有物品与互联网连接起来进行信息通讯以及交换，来实现智能化跟踪、管理、识别、监控和定位。物联网的科技创新也为智能家居引入了新的定义，也扩大了其展领域。

在国内开发智能家居的公司中，其家庭内部组网中多采用有线方武（如X-10），但是利用无线通信的。 大多是自己制定简单的协议，并没有使用比较成熟的比较适用于智能家居的协议。国内早期典型的智能家具系统有：海信的智能家居控制系统、科龙集团研制的智能网络家居系统等。他们的产品因为带有不同的标准，为产品的相互兼容带来无法避免问题。2005年6月，以海尔为首的 “e家佳”和联想牵头的“闪联”同时被信息产业部确定为推荐性标准，从而拉开了数字家庭竞争的序幕。到目前为止，智能家居系统的发展有了很大的进展，其功能也越来越多样化，其产品的兼容性问题也得到了很大的改善。

三、智能家居的特点

1、节约能源：在不需要时，能源系统可以自动关闭，这样可以减少能源的浪费，减低使用能源的费用。

2、操作方便：智能家居系统提供远程遥控接口。智能家居系统还可以把重复的工智能化。在您外出时，还可以控制家电。

3、安全性高：智能家居系统在紧急情况下可以防御坏人或报警。您可以在任何地方可以监控家里的安全状态，这样可以保证您住宅的安全。

4、改变生活方式：您可以在家办公，进行远程会议，孩子在家里上课，主妇在网上逛街等。生活中的大部分都可以利用互联网在家进行，不受时间地域的限制。智能化的生活工作方式与以往的生活工作方式有了很大区别。智能家居可以给人们带来更为简单快捷的生活，在现在这个生活、工作节奏越来越快的社会，智能家居也可以为人们减少繁琐家务、节约时间，让人们有时间去休息，去教育子女，去锻炼身体和进修，使人们的生活工作质量有了很大的提高。

四、智能家居的控制

智能家居应该不需要依赖复杂的集成和布线，而是能够感知环境、感知人，并且随着互联网和物联网的发展，人与物、物与物的沟通将变得不再困难。手机不应该是控制器，而应该只是这些“管家们”和人沟通的一个管道。智能家居控制系统是由各个子系统通过网络通信系统组合而成的，要根据需要，减少或者增加子系统，以满足需求。另外，可以设置各种控制模式，如离家模式，回家模式，下雨模式，生日模式，宴会模式，节能模式等，极大满足生活品质需求，即插即用，特别用无线的方式，可以快速部署系统。

通过上述内容简要介绍了智能家居设计的内容，分析了其在国内外发展的现状，详细指出了其特点与有效控制形式，希望通过本论文能推动智能家居的发展。

参考文献：

[1]林檎.智能家居：未来世界的家[J].中国青年科技，2006（02）.

智能家居论文范文第7篇

[关键词]智能家居控制系统 研究 设计

中图分类号：TU855 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）24-0098-01

目前，我国的智能家居控制系统已经得到了一些有益的发展，智能家居市场也相继出现，不断的有相关智能家居产品问世，但是我国的智能家居产业发展前景并不乐观。这种问题聚焦为我国的智能家居产品的生产没有一个全国通用的统一标准，每个智能家居生产厂家都根据自己公司的相关技术能力开发符合本公司特点的智能家居产品，这种产品生产的无规则性严重制约了智能家居的生产和开发。

一、智能家居控制系统的基本概述

（一）优势分析

与普通家居相比，智能家居不但保持了传统家居的居住功能，而且还新增了建筑网络通信，配备了信息化家电，实现了家居设备自动化。智能家居系统成为将系统、结构、服务、管理融合为一体的高效率、高舒适度、高安全感、高方便性和具有环保性的新型居住环境。

（二） 需求分析

智能家居指的是利用嵌入式技术、网络技术与通信技术，将智能家居的各子系统有机地与人们的日常家庭生活联系在一起，通过综合管理，增加人们生活和家居的舒适感与安全度。第一章论述了国内智能家居系统的发展状态。目前，智能家居系统通常是在高端酒店和住宅布局和安装。智能家居系统在普通人家里的大规模推广困难有两个主要原因：布线复杂不利于完成住宅建设布局和安装;系统单调，缺乏可以定制和个性化的服务。

二、智能家居控制系统技术

（一）无线组网技术

常见的构建“无线家居”的无线通信组网技术如下：蓝牙是一种支持设备短距离通信的无线电技术，是由东芝、爱立信、IBM、Intel、和诺基亚于1998年5月共同提出的近距离无线数据通讯技术标准。HomeRF是由HomeRF工作组开发的，适合家庭区域范围内，在PC和用户电子设备之间实现无线数字通信的开放性工业标准[1]。Zigbee是ZigBee联盟建立的技术标准，基于IEEE802.15.4标准，主要适用于自动控制和远程控制领域。

（二）WIFI组网技术

WIFI无线网络的拓扑结构主要有两种：分别是Ad-Hoc结构模式和Infrastructure结构模式。Ad-Hoc结构是一种省去了无线AP（Accesspoint）而搭建起的对等网络结构。Infrastructure结构是WIFI网络应用最为广泛的结构，它是STA（工作站）和无线AP共同搭建起来的网络结构，整个网络成星状，中间的无线AP起桥接作用，这样所有的STA就可以通过无线AP与其它有线或无线网络进行信息交互。本次设计采用的主要也是该模式[2]。

（三）WIFI无线传感器网络的结构

WIFI无线传感器网络由采集系统、WIFI无线网卡、ARM嵌入式系统、无线AP等四部分组成。所有测试节点通过控制WIFI无线网卡将测试数据传输到无线接入点，再由无线接入点桥接转发到远端的控制台。每个测试节点以ARM嵌入式系统作为控制中枢，嵌入式系统通过总线接口控制采集系统的数据采集，同时通过RS232接口控制WIFI无线网卡的数据收发。

三、智能家居控制系统方案设计

（一）智能家居控制系统结构设计

本论文设计主要将智能家居控制系统主要分五个部分组成：电源部分、控制器模块、各个功能子模块、智能家居控制系统内部通信以及智能家居控制系统外部通信。电源部分：电源部分是为整个智能家居控制系统供电，因此是硬件设计的重点，在控制设备设计中是用直流开关电源接220V电压来接入设备为系统供电，现在的ARM处理器为了减少系统的功耗、便于电源管理，采取多组电源供电的方式来工作。控制器核心板：中央控制器是整个智能家居控制系统的核心，本设计采用嵌入式ARM-STM32F103芯片，通过一些预留I/O接口来连接其它功能子模块，并可以在客户需要其他功能时做出设备的扩展。功能子模块：功能子模块以控制器为核心，实现系统所需的特定功能，比如：智能灯光的控制、家庭电器设备的控制、室内温度及气体的采集、远程控制等。每个模块的实现功能都是由控制器来发送指令。智能家居控制系统内部通信：其主要实现的功能是完成中央控制器与功能子模块之间的信息传递。经过前面对有线与无线通信方式的分析与研究，本次设计采用无线通信方式做为智能家居控制系统的内部通信方式，并结合无线通信特点，本设计采用WIFI以及串口通信做为内部通信方式。智能家居控制系统外部通信：主要功能是实现用户通过Internet远程操作与控制家居设备，随着我国目前宽带网络的发展日趋完善，技术的不断成熟，现阶段我国常用的宽带接入方式有两种：ADSL、无线上网及常说的WIFI，因此在控制系统中采用这两种方式，添加W5300网关模块，并将WIFI作为其外部通信，以此来降低系统成本及复杂度。

（二）智能家居控制系统方案框图

经过对智能家居控制系统方案的选择及技术手段的选定，下图给出本次控制系统方案框图。由图可见，本次论文设计旨在实现的功能有：通过温湿度传感器采集房间的温湿度、通过气体传感器采集空气有害气体浓度、通过光照传感器测量房间光照度，通过无线网络实现智能家居统控制系统同Internet网络连接，并通过Yeelink网络实现实时检测与开关控制。

四、结语

总而言之，随着社会的发展，人们的生活环境在受到越来越大的威胁，集中体现为人们的生活环境在不断恶化，如果不对人们的生活环境进行高度重视，人类的可持续发展将受到严重威胁。所以世界各国纷纷采取了节能减排和低碳经济发展的策略。然而建筑作为人们日常生活中的最重要载体，其内的能源消耗和碳排放是低碳经济发展的一个重要方面，所以应该大力发展智能家居，在人们的居住环境方面对生活质量进行改进。人们越来越追求生活质量，所以用家庭智能化系统，具有重要的意义，也符合大众的心声。因此，智能家居控制系统有一个非常光明的前景，这也是本课题研究的意义。

参考文献

[1]武艳.智能家居中PLC控制系统的设计与实现[J].电子测试，，：1-3.

智能家居论文范文第8篇

关键词：智能家居；ZIGBEE；家庭自动化；无线传感网络；Android；移动应用

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.11.126

0 引言

随着21世纪社会经济高速发展，人们对智能化生活的要求越来越高，智能家居产品如雨后春笋般发展，之前各式高端大气的智能家居逐渐进入平民家庭。但是传统智能家用电器系统结构复杂，过分注重智能性与用户体验，导致了很多设备在待机状态下能量损耗巨大，在总体上浪费了大量电能。作者马芳在论文[1]中提出过利用智能开关的定时闭合断开来实现节能的方法，这种实现方式虽然断电时效性高，但是缺乏对一些关键电器设备的用电分析，容易造成节能错误而带来的家庭用电质量下降，给客户带来不好的体验。 针对当前智能家居节能形势，本文提出了ZIGBEE与ANDROID平台的智能家居节能系统，通过更有说服力的用户用电习惯数据分析对各智能家居设备分配节能时段，定制更灵活的智能家居待机环境，重点解决智能家居待机功率消耗问题。

1 ZigBee相关技术与待机能耗

1.1 ZigBee技术解析

ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术，主要适合于自动控制和远程控制领域，可以嵌入到各种设备中，同时支持地理定位功能。

作为一种无线通信技术，ZigBee具有如下特点：功耗低，成本低，时延短，网络容量大，高可靠性。 同时它也是一种无线连接，可工作在2.4GHz（全球流行）、868MHz（欧洲流行）和915 MHz（美国流行）3个频段上，分别具有最高250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的传输速率，它的传输距离在10-75m的范围内，但可以继续增加。

1.2 待机功率损耗

待机能量研究。张友军等研究待机能量的专家学者在论文[2]指出电器在待机状态下的消耗功率不容忽视，而所谓的待机状态，指的是电器在不执行任何功率或者执行某些功能时候电器功率都达到最小化的情况。如今的智能家居电器，则大多增加了待机模式，有一些也称为睡眠模式。设计者通常为了追求用户体验和实现产品与协调器的实时通讯，在内部编程设定了电器设备的能耗监测模块，这也就意味着单单依靠粗放的智能家居管理系统，智能性质使得更多的家电始终保持待机状态，以便卫星，微波，WIFI等通讯网络连接，这会大大造成待机功率的损耗。

2 基于ZigBee的智能家居节能系统

2.1 系统架构

从技术架构层面上看，智能家居节能系统分为执行层、通信层和应用层。执行层主要负责环境信息，用电功率信息和上层指令的执行，如各个智能家电。通信层作为应用层和执行层间信息传递的桥梁，比如家庭网关与协调器。应用层则是进行采集数据分析、对情景进行逻辑判断和提供人机交互界面等。

整体系统运作流程分为指令调度方式和智能数据分析方式。指令调度方式：用户通过安卓的APP软件进行3G/WIFI等网络协议进行指令发送，家庭网关接收信息后，进行用户认证，确认用户权限符合后将应用层指令帧转换为硬件的指令编码传递到协调器，最后由协调器判断指令编码进行智能家居的电路开关调节等操作。

智能数据分析方式：协调器通过电路中的功率传感器实时发送指令编码给家庭网关，由家庭网关进行数据收集，并分配时间段与信号帧传输到用户APP上。用户APP后台拥有智能待机规律算法，实时分析获取的数据并进行排序归档，并通过每个时间节点进行决策树运算，得出用电预测结论来提醒用户断电节能。

2.2 硬件架构

ZigBee芯片引用论文[6]硬件设计，选用32位基于Cortex-M3 ARM核心片上系统EM357，集成了2.4G与IEEE802.15.4兼容的无线收发器；使用192KB闪存和12KBRAM存储；具有较高的抗干扰性，可以与其他2.4G网络共存；同时具有产生随机数AES-128的加密引擎；硬件支持网络级调试；可以作为ZigBee协调器，路由器或者终端设备。

硬件的主要设计包括家庭网关和终端节点的硬件设计，下面以家庭网关为例。

为了充分利用Android移动端的资源和高计算能力，家庭网关采用用ZigBee USB Dongle方式实现。Prolific公司的PL2303HXD芯片是一款支持USB转串口的桥控制器，可在Android系统上以USB形式来提供串口功能。

2.3 网关设计

（1）家庭网关软件设计采用了QT这款老牌嵌入式编程工具。控制网关方面QT同时也提供了大量的开发文档和WebKit引擎支持。

（2）设计ZigBee节点控制指令，指令格式：桢头+节电编号+模块ID+传感器ID+命令+桢尾。

（3）QT串口编程：QextSeriaIport类：该类主要是实现串口与串口间的通讯，通过函数openCom（）实现打开设备，再利用readCom（）实现读取串口指令（指令如图）。最后在setLightStates传递各个传感器输送的信号，读取的信息保存在数组中，由槽函数connect（）进行处理。

2.4 移动端与待机规律节能算法实现

移动应用端采用了安卓平台，为了提升移动端运行处理效率，故简化了传统智能家居驱动模块，采用了android-async-http开发框架，降低了数据压缩和排序压力。

关键的算法技术：用户家电待机规律节能算法。

本算法横向时间点是基于置信区间的决策树算法。安卓客户端在每个点实时获取家电传感器传来的功率信息，统计每一个时间点接下来的待机时间（单位为小时）。

智能家居论文范文第9篇

关键词：移动终端 交互设计 图形创意 品牌应用软件

检 索：.cn

一、艺术设计中的图形创意

艺术设计中图形的目的是创造一种可以快捷地传递信息的印象，以再现特定的信息。作为艺术设计中视觉传达设计的基础，好的图形设计离不开创意的支持，甚至可以将图形设计的过程看作是创造性思维的实现过程。图形创意本质上是一种思维过程，它将人眼看到的信息以思维创意的过程表现出来，并用理性的分析手段形成图形作品。创意过程中设计到多种思维方式，如形象思维、抽象思维、逆向思维、逻辑思维等。

图形设计中的优秀创意因素需要具备几个必要条件，首先图形设计的创意要有独到的视点，在立意精巧的同时又要符合人的逻辑思维；其次视觉上要有一定的冲击力，创意表达的信息在说明要描述问题的同时还应该有深刻的寓意。图形设计的创意始于推演主题，设计之初就要思考如何切入主题，推演图形设计要传达的信息主题，从而保证图形设计中的思维始终围绕主题进行。

图形创意的构型形态包括同构、解构两种。[1]同构本质上是一种映射，是用其他事物表象出某种物象的结构；要想表征两种物象之间的同构关系，就必须要找到它们之间的共同点和相似点，而同构因素可以从内容、轮廓等事物的形上寻找。解构的过程和同构相反，它是将自然形分解、打散，并按照既定意图再次组合的构形方式，这一过程中创造图形的过程实质上就是“在寻找同构因素的同时打散、分解并重新组合的过程[2]”，如图1所示。

二、移动终端上的交互设计

交互设计一般被认为是涉及支持人们日常工作与生活的交互式数字产品的设计，它致力于了解用户的期望，了解用户与产品交互时的感受，其目的是使用户可以轻松地与信息时代的数字化产品进行沟通，设计更加有效的交互行为和方式，从而使产品更加易用，可以认为交互设计就是为了更好的使人与产品沟通、交流的设计方式。对使用数字化产品过程中的行为与界面进行交互设计，以此在用户与数字化产品之间建立一种有机联系，最终达到有效促进交流的作用，这就是交互设计的目的。

随着智能手机的普及，手机的功能也多种多样，在进行手机的交互设计及界面设计时就需要根据屏幕分辨率、字号以及行距等将这些功能进行分类和整理，并根据交互需求说明、交互类型、交互结构模型等因素，划分手机应用界面的结构模块，并根据手机屏幕要显示信息的相关内容及顺序，结构化设计交互元素；当应用的菜单结构及显示信息结构一致的情况下，还需要进行屏幕、窗口以及菜单等的结构设计、显示要素的布局设计等[3]；完成了总体布局设计及结构设计后，还需要进行应用界面的美观设计，以利用强烈的视觉冲击达到品牌推广的目的。

优秀的移动终端界面设计不仅要方便用户操作，还应该可以使用户在陌生环境及有限时间内较快掌握其使用方法。移动终端的交互设计主要可以分为两方面：人识别手机的过程和手机对人的交流反馈过程。人识别手机的过程就是消化手机界面表达的寓意的过程，是用户采集手机图标、文字、菜单等信息，并加以识别和理解，最后对比所学知识的过程。在人识别手机的时候手机还需要恰当地给人反馈，这种双向性的交互才是真正的以用户为中心的交互设计。手机对人的反馈主要包括目标导向设计和信息反馈两种。目标导向设计是一种针对手机产品存在的问题提供解决方案的设计，而且这种解决方案可以满足用户的需求和目标。目标导向设计揣摩了用户的心理和使用习惯，可以对用户进行下一步操作有所帮助，方便用户在不同操作间直接跳转，减少用户的操作麻烦。

移动终端上的交互设计就是一种新的传递信息的方式，使用户更加自然、更加人性化地交流并接受信息，减少用户再学习的过程，而不是将信息强加于人。作为日常生活中用户信息处理的重要工具。随着多点触摸技术、重力感应等移动终端新技术的发展，移动终端上的交互方式也开始变得多种多样，但是对这些新技术的不合理利用也会在交互过程中出现效率及自然性等问题，随着这些问题暴露得日益明显，移动终端应用设计师们也开始越来越关注移动终端上用户与产品的交互问题。另外，在移动终端上设计具有交互的应用时要考虑移动终端的型号等因素，这无疑会增加交互设计的难度。移动终端的显示区域较小，难以实现多窗口同时运行，所以桌面交互设计中，用户在桌面同时进行多种操作的模式并不可行。鉴于这种限制，桌面上的交互设计模式在移动终端上应用时不得不被精简和压缩，这就需要借助良好的交互设计弥补这一缺陷。目前移动终端上的交互设计正处于发展的早期，在进行交互设计时如果充分考虑到用户的认知特征、视觉交互设计因素以及移动终端的上下文等因素，避免交互设计在移动终端上的易出错、不合理、繁琐等问题，那么交互设计最终将走向更加自然、人性化的方向，做到高效、顺畅的人机交互。

手机等移动终端上输入文本比较繁琐，手机上触摸屏及全键盘的文本输入都不像桌面终端设备的文本输入那样便捷，因此移动终端上的交互设计要尽量避免用户输入不必要的文本信息，而可以代替以选择列表或者是模糊查询的方式。在用户输入部分关键词后，交互设计方式可以给出相应的提示信息，运行用户选择检索目标或从包含目标的列表中进行选择，从而减少输入文本的麻烦。另外，虽然触摸屏的输入方式接近于用户的日常使用习惯，但目前移动终端上手写输入识别的准确性还不尽人意，加之触摸屏手写的反馈时间比较慢，所以移动终端的交互设计不建议使用。手机等移动终端的交互设计有不同于桌面终端的特点，不仅要考虑不同终端型号、不同平台的兼容性问题，还要具有行为交互方式，其不便利的输入方式和复杂的交互路径，决定了只有充分考虑移动终端本身的交互特点，才可以更好地利用已有的交互设计经验，设计出区别于桌面交互方式的移动终端应用。

移动终端上的交互设计可以分为以下几个过程[4]：（1）调查研究及概念定义。交互设计师根据前期调研结果以及用户访谈记录，圈定交互设计要面向的目标人群；同时标识需要并建立需求概念，从而把用户需求和应用需求有机结合起来。（2）迭代设计与执行。根据用户的需求进行移动终端品牌应用的设计，并分阶段地进行迭代评估，以构建应用的交互设计结构；设计完毕后，选择最佳交互设计方案，并完成交互设计的最终呈现。（3）。展示交互设计成果，并利用市场进行整个交互设计的评估。在以上三个交互设计的阶段中，用户应该全程参与交互设计的开发过程。

三、智能家居品牌应用软件

数字信息化技术的发展使移动终端成为日常信息交流的重要平台，基于手机终端的交互设计也成为近期研究的热点；另外，随着智能家居技术及智能监控技术应用的不断成熟，利用手机等移动终端远程控制智能家居也日益流行，并成为一种影响深远的发展趋势[5]。利用移动终端上的智能家居应用软件，用户即使出门在外也可以遥控开启智能家居洗衣机洗衣，或者回家前即可遥控微波炉预热食物，这样的智能家居应用不仅可以有效节约用户的时间，还会给用户带来极大的便利。本文接下来根据智能家居的发展趋势，在移动终端上设计一款智能家居应用软件。

本文在基于Iphone的手机平台上设计了一款针对苹果用户的智能家居应用软件，用户可以利用此智能家居软件完成远程控制洗衣的功能，这款智能家居软件不仅可以远程设定智能洗衣机的运转时间，还能够随时进行洗衣情况监控，用户无需时刻守候在洗衣机旁。使用Iphone的用户大多是智能手机移动终端的高端用户，可以熟悉使用智能手机应用，而且这部分用户一般都使用3G网络，能够随时利用网络远程控制家居设备。分析了此类用户的特点后，选择七位使用Iphone的手机用户，他们都有较高的收入水平，家中都有智能洗衣机。在对这些用户对于智能洗衣机的观点进行了解后，本文将智能洗衣机的概念分解为“智能”、“洗”、“机器”以及“控制”四个主题概念。

明确了用户对智能家居应用软件的概念定义后，借助功能隐喻模型可以找到智能洗衣应用的基本功能元素包括以下几点：智能开关、暂停、调节模式、洗衣进程显示以及扫描；这些功能可以分为显示和操作两类。本文首先对市场上的智能洗衣机具备的功能进行调查，并设计调研问卷，咨询上述七名用户对智能洗衣机功能的重点关注点，将智能家居应用软件的功能设计为扫描衣服数量、选择洗衣模式、显示洗衣进程以及控制洗衣的状态（开始、暂停以及停止）等功能因素。确定了智能家居应用的功能因素后，再利用结构隐喻模型串联所有的功能点，这样可以更好地设计功能因素间的层级关系以及功能按键的排布方式。在对以上用户的使用习惯进行分析后发现，市场上已有的一些智能家居应用软件的交互设计结构可以借鉴，这样能够降低用户学习新应用的成本。用户在使用智能洗衣应用时，一般会经过查看衣物种类、设定洗衣模式、查看洗衣进程等步骤；在智能洗衣应用的界面设计时，由于旋转按钮的动作与用户操作智能洗衣机实体的行为方式相同，所以设定洗衣模式的动作可以借鉴旋转按钮的动作，以符合自然的用户体验原则。

可以设定智能洗衣应用的主题和风格，诸如白色、水珠、科技等等。可以将智能洗衣应用的主界面主题设置为科技模式，并抽取动画中EVA机器人的特征，混合渲染白色及蓝调，充分显示出科技感及智能性，在开启应用程序前预先显示一个机械化自动门，从而给用户一种机械感及自动感。另外，这样的应用设计以机器人为主题，更好地切合了智能家居的主题。

总结

本文从交互设计入手，介绍了基于移动终端的交互设计，调查了市场上的智能洗衣机具备的功能，并设计调研问卷，咨询用户对智能洗衣机功能的重点关注点，然后设计了一种智能家居应用软件。

注释

[1] 薄玉桴：《智能手机应用软件交互设计和设计流程研究》，华东理工大学硕士学位论文，2011。

[2] 李鸿明：《基于手机游戏中的人机界面交互设计及应用研究》，华南理工大学硕士学位论文，2012。

[3] 柳雕貂：《基于可用性的触摸屏手机软硬件界面交互设计研究》，浙江工业大学硕士学位论文，2011。

[4] 喻婷、殷俊：《智能手机用户界面的图标人性化交互设计研究》，《包装工程》，2011-12。

智能家居论文范文第10篇

Abstract： With the continuous development of the technology of the Internet of things， people's expectations and definition of the family no longer stick to the traditional way of life. The smart home has become a hot research in the field of information technology in recent years. In this paper， the smart home design of Internet of things is based on FPGA technology. It can collect the information of temperature， humidity and light intensity in real time， implement the environmental control system， intelligent fish raising system， intelligent food and beverage systems， multimedia control system， security alarm system and other functions， and provide new physical network smart home life experience for the users.

关键词：智能家居；FPGA；ZigBee；无线传感器节点

Key words： smart home；FPGA；ZigBee；wireless sensor node

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）18-0068-02

0 引言

智能家居系统的概念起源于上世纪70年代的美国，随后，传播到欧洲、日本等国并且得到了很好的发展。在我国，智能家居这一概念推广较晚，约在90年代末家居智能化系统才得以进入国内，但发展速度惊人。随着物联网技术的不断发展，根据人们需求而开发设计的智能家居系统拥有更加优越及复杂的配置，可以将家庭中各种通信设备、家用电器以及家庭保安装置通过物联网技术连接起来，实现环境控制、养鱼养花、烧水煮饭、多媒体控制及安全报警等功能，并可以异地监控、管理、报警，为住户提供安全舒适、高效便利的学习生活及工作环境。

由于智能家居系统还缺乏统一明确的国际标准，许多公司开发出的产品都是基于自己组网和信息交换协议，很多产品是针对特定的组网环境开发的，部分核心技术没有对外公布，技术复杂，直接导致了使用范围的局限性。再者，缺乏对应的第三方产品，各个接入设备之间不能兼容，互操作性差，不利于产品的扩充，因而进一步局限了产品的发展。再加上有的系统成本过高，严重影响了产品的普及。本文通过FPGA构建了一个嵌入式控制处理平台，利用FPGA技术低功耗、定制性高、扩展性强、接口灵活等优点，实现了物联网智能家居控制部分的设计，能够满足家居需要。

1 FPGA在物联网智能家居中的应用

目前常见的智能家居系统大多基于ARM的嵌入式系统，这类系统并不能同时支持多种无线通信协议。通过整合多种无线通信控制方式，来实现基于FPGA的物联网智能家居控制器，为智能家居的控制领域探索了一种新可行性的方法。利用FPGA芯片可自由定制以及接口灵活性的特点，设计智能家居控制器各个模块，相比ARM单片机支持串口少的短板，可以使系统在同一时刻支持多种通信方式，从而使系统具有更高的适应性和可扩展性，能够同时控制多达31个家用电器，基本满足日常家居需要。基于FPGA的物联网智能家居在设计实现的过程中，使用了Quartus II等集成开发环境，以及ModelSim专业仿真工具，利用Verilog HDL硬件描述语言，在Altera公司的DE2开发板上进行开发设计。

2 基于FPGA的物联网智能家居设计

2.1 系统功能

基于FPGA的物联网智能家居系统能够最大限度地使家居更加智能化，其三大关键功能是通过网络信息终端进行信息的获取、处理以及，进行信息的及时反馈；对相应的单元以及一些机构进行控制，实现实时监测；兼容性一定要足够强大。该系统特色功能具体如下：

①环境控制系统：对室内温度、湿度、亮度进行实时测量，通过人设模式控制空调、加湿器、窗帘、灯光等设备达到宜居的室内环境；②智能养花系统：通过测量相关参数，提供浇水、施肥、遮盖阳光等功能，可以远程监控养花，或者自动养花；③智能养鱼系统：通过测量相关参数，提供补氧、喂食、控温、换水等功能，可以远程监控养鱼，或者自动养鱼；④智能餐饮系统：通过控制烧水壶、微波炉、电饭锅等设备电源及煤气开关，完成烧水、蒸煮、烹饪等功能，可以远程监控完成或自动完成；⑤多媒体系统：通过开关控制，可以远程操控电视、音响、电脑等设备；⑥完全报警系统：通过测量相关水电气参数或者红外感知参数，对室内实时监控，如有危险提示则报警。

2.2 系统架构

该系统是以单个家庭为单位进行安装，智能家居控制台采用大唐移动公司研制的智能家居控制试验箱，ZigBee中心节点采集环境信息。FPGA相当于智能家居系统中的管理中心，其核心是采用Altera公司推出的32位高性能软处理器nios2与每个子节点连接。管理中心通过串口可根据接收到的ZigBee中心节点数据进行处理，并通过家庭总线系统与其他节点设备进行关联操作，实现家庭环境的监测与管理，从而为用户提供安全、舒适的生活或工作环境。智能家居控制器系统结构图如图1所示。

2.3 硬件结构

2.3.1 FPGA部分

系统的核心控制部分由FPGA实现，其设计思路是：采用Altera公司DE2-70开发平台来完成系统设计，从ZigBee网络传输过来的数据经过串口后存储到DE2-70开发板上的SDRAM中，在FPGA控制平台上，由Altera的IP核构成Nios II软核，并植入FPGA芯片中，然后通过软件编写来实现FPGA控制平台的功能，然后系统从SDRAM中读取数据后将温度、湿度等信息显示在LCD液晶屏上。FPGA系统的Nios II软核结构如图2所示。

2.3.2 无线传感器节点

无线传感器模块由ATMEGA128和CC2420组成，CC2420通过SPI总线连接到ATMEGA128。CC2420是Chipcon As公司推出的首款符合2.4GHz IEEE802.15.4标准的射频收发器，该器件包括众多额外功能，是第一款适用于ZigBee产品的RF器件。该模块能够在低电压低频率模式下开始工作，同时能够进行低功耗操作，还能够支持许多种不同的低功耗模式，例如睡眠模式以及深度睡眠模式等，都是可以实现的，从而达到系统更加智能化的目的。无线传感器模块如图3所示。

2.3.3 ZigBee中心节点

ZigBee中心节点使用大唐移动公司研制的智能家居控制试验箱配套产品，模块内嵌工作频率2.4GHz基于IEEE802.15.4标准的ZigBee通信协议，支持最新的RS232串行模式，在此标准通信协议下，经测试，ZigBee中心节点每次接力通信都能在75m范围内提供250kbps的速率，能在网状或多次跳接无线网络内支持串行数据路由，速率最高可达38.4kbps，能够达到目前国内产品的最好性能，完整体现了最新ZigBee网络层的强大功能。

3 结论

本系统通过FPGA构建了一个嵌入式控制处理平台， 利用FPGA技术低功耗、定制性高、扩展性强、接口灵活等优点，实现了物联网智能家居控制部分的设计。最终通过Altera公司的DE2开发板验证，本控制系统在板载50MHz的时钟频率下稳定运行，实验结果达到了预期目标。该系统中的部分模块已在我学院SMT实训基地自主开发研制并生产。另外以该系统项目为例，通过翻转课堂教学模式激发了学生的实践操作能力、创新能力，对在研课题具有较好的理论价值和实际意义。

参考文献：

[1]韩德强.嵌入式家庭控制器系统的设计与实现[J].电子技术应用，2008（3）：23-25.

[2]文璧，张洁，徐谦.基于无线射频与FPGA技术的数据采集系统[J].中国测试，2009.

[3]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.