賴文曈

摘要：當今社會，物聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展，人們對住宅的要求從面積大小以及費用逐漸轉(zhuǎn)移到對裝飾材料，家用電器，安全防范措施和抄表收費安排等更高的要求上，這就要求房屋必須達到智能化的水平，智能家居應(yīng)運而生，解決了用戶對家居智能化的要求，因此，將家庭中各種家電設(shè)備、家庭安保裝置和個性化家居設(shè)備通過家居控制系統(tǒng)進行整合，并進行遠程控制和管理。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；家居；智能化；控制管理

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）08-0023-03

Abstract： In today's society， the Internet rapid development， people demand for housing from the size and cost gradually transferred to the decoration materials， household appliances， safety precautions and fee schedule of higher demand， which requires the house must achieve the level of intelligent， smart home came into being， solve the user demand for household intelligent， therefore， will all kinds of household appliance in the family， family security and personalized household equipment through the home control system integration， and carry on remote control and management.

Key words ：Internet of Things； home furnishing； intelligentize；control supervisor

隨著時代的發(fā)展，在物聯(lián)網(wǎng)作用下，一種新型的家居逐漸走入每家每戶，他們便是智能家居。人們對周圍環(huán)境不斷地提出新的要求，而且還憑借智慧使世界不斷變化，生活由以前茅草磚房條件到建筑別墅?，F(xiàn)在人們在家里不再單純局限于追求住房面積和位置，而對裝飾材料，家用電器，安全防范措施和抄表收費安排等也提出了更高要求。特別是隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)逐步走進千家萬戶，當人們享受網(wǎng)絡(luò)帶來的便利性，而且還希望對家居用品和環(huán)境的管理和控制網(wǎng)絡(luò)，尤其是當人們外出工作，旅游，或者出差時對監(jiān)視居住的遠程聯(lián)網(wǎng)，將在案件智能對象居住地?zé)o一遺漏，具有一定程度的自動化，智能化，讓業(yè)主感到安全。智能樓宇，智能小區(qū)和智能家居最近的研究是很受歡迎，在我們國家，有些研究甚至應(yīng)用到工程實踐中，具有廣闊的市場前景。

本文先介紹了智能家居的發(fā)展狀況，定義以及特點，然后介紹了智能家居的硬件構(gòu)造，最后介紹其軟件系統(tǒng)。

1 智能家居

1.1智能家居的發(fā)展情況

20世紀80年代早期，大量使用電子技術(shù)的家用電器出現(xiàn)、住宅電子化出現(xiàn)。80年代中期，家用電器、通訊設(shè)備和安全防災(zāi)設(shè)備功能獨立的綜合，形成一個家庭自動化的概念。在80年代末，通訊和信息技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了各種各樣通過總線技術(shù)對住宅通信、家電、安保設(shè)備監(jiān)控，控制和管理的商業(yè)系統(tǒng)，這是智能家居的原型，在美國稱Smart Home。智能家居最初被定義為：“將家庭中各種與信息相關(guān)的通信設(shè)備、家用電器和家庭保安設(shè)備，通過家庭總線技術(shù)連接到家庭智能化系統(tǒng)上，進行集中或異地監(jiān)視、控制和家庭事務(wù)性管理，并保持這些設(shè)備與住宅環(huán)境和諧與協(xié)調(diào)?！斑@個概念正式設(shè)置之前，標準組織小組也在積極研究。1979年斯坦福研究所提出的控制線電器和電子設(shè)備集成總線，并成立了相應(yīng)的研究會進行研究；1983年，美國電子工業(yè)協(xié)會開始制定標準，并于1988年編制了第一個適用于家庭住宅的電氣設(shè)計標準，即《家庭自動化系統(tǒng)與通信標準》，同一時期日本正處于住宅建造過剩，房地產(chǎn)市場低迷時期，日本建設(shè)省需要找到新的市場亮點，智能建筑成為了首推的概念，并提出了所有住宅信息管理都采用家庭總線系統(tǒng)，相關(guān)標準—HBS標準也于同年九月制定完成。1990年日本在幕張建立了一個高標準示范性智能小區(qū)。HBS成為了智能住宅的基本單元，也是其核心。到了1990年X-10的出現(xiàn)再度改變了智能家居，使智能家居更加適人，更加符合時代需求。[1]

1.2智能家居的定義

智能家居，或智能建筑，英文名為“Smart home”。智能家居是以住宅為平臺，兼?zhèn)浣ㄖO(shè)備、網(wǎng)絡(luò)通信、信息家電，和設(shè)備自動化、及系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、服務(wù)、管理為一體的高效是、舒適、安全、便利、環(huán)保的居住環(huán)境。[2]

智能家居也可以定義為一個過程或者一個系統(tǒng)，即利用先進的計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和綜合布線技術(shù)，將與家居生活有關(guān)的各種子系統(tǒng)有機地結(jié)合在一起，通過統(tǒng)籌管理，讓家居生活更加舒適、安全、有效。與普通家居相比，智能家居不僅具有傳統(tǒng)的居住功能，提供舒適、安全、高品位且宜人的家庭生活空間，而日‘還由原來的被動靜止結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂心軇又腔鄣墓ぞ?，提供全方位的信息交換功能，幫助家庭與外部保持信息交流暢通，優(yōu)化.人們的生活方式，幫助人們有效地安排時聞，增強家居生活的安全性，甚至為各種能源費用節(jié)約資金。[3]

1.3智能家居的特點

1.3.1改變了人們的生活方式

智能家居將改變我們的衣食住行，我們將用一個控制器終端完成所有操作。早上起來，我們便用手機打開窗簾，隨后打開窗戶透氣，起床后我們手機打開煮飯機器，為我們定制早餐。中午回到家之前便提前打開空調(diào)調(diào)節(jié)溫度，并使清潔機器人通電，開始進行衛(wèi)生清潔。到了晚上我們同樣通過手機撥號，關(guān)閉窗戶，制作晚餐，燒好洗澡水，到家又餓又困的我們能好好享受一下，到睡覺時，房間的定會自動關(guān)閉。

1.3.2改變了人們的工作方式

相當一部分人將選擇SOHO（Small Office Home Office）家庭辦公的方式，智能家居為實現(xiàn)SOHO提供了方便。

1.3.3牽動了一大批產(chǎn)業(yè)

智能家居的出現(xiàn)，促進了房地產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，提升住宅質(zhì)量；安防生產(chǎn)企業(yè)的發(fā)展得以加速；傳統(tǒng)家電企業(yè)將不得不轉(zhuǎn)型生產(chǎn)家居集成家庭使用的智能化，數(shù)字化，網(wǎng)絡(luò)化的產(chǎn)品，潮流下的網(wǎng)絡(luò)；家居集成已經(jīng)成為一種潮流，很多更專業(yè)，美觀，智能家居集成產(chǎn)品紛紛亮相，沖擊了原產(chǎn)品市場在這個行業(yè)的影響；該行業(yè)的新領(lǐng)域 - 智能裝修行業(yè)誕生；一批專門從事智能家居的市場調(diào)研，產(chǎn)品規(guī)劃，以促進他們的業(yè)務(wù)；社區(qū)配送，社區(qū)服務(wù)，居住安全，醫(yī)療保險和其他專業(yè)服務(wù)的社區(qū)中心將會迅速發(fā)展。

1.3.4開拓了一個嶄新的市場

從美國的情況看，由于發(fā)展了家庭網(wǎng)絡(luò)，不僅牽動了許多的行業(yè)，而且開拓了新的大市場。據(jù)報導(dǎo)，美國在家庭控制網(wǎng)絡(luò)方面投入7甲25億美元，到2000年底，已有27，5億美元的銷售收入。這僅僅是控制網(wǎng)絡(luò)，如果加上家庭信息網(wǎng)絡(luò)以及由家庭網(wǎng)絡(luò)帶來的各種產(chǎn)品和服務(wù)，其總的效益是難以估計的。

從美國的角度來看，由于家庭網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，不僅觸及許多業(yè)內(nèi)，也開辟了新的市場。據(jù)報道，美國投資了250萬美元的家庭控制網(wǎng)絡(luò)，到2000年底，已有27.5億美元的銷售額。這僅僅是控制網(wǎng)絡(luò)，如果加上家庭信息網(wǎng)絡(luò)以及由家庭網(wǎng)絡(luò)帶來的各種產(chǎn)品和服務(wù)，它的整體效益是難以估量的。

2 智能家居的硬件構(gòu)造

2.1手持控制器設(shè)計

手持終端控制器是該系統(tǒng)的核心，是收集和處理信息的中心，是命令配送中心。其作為控制芯片S3C6410處理器的使用，在其上來運行的操作系統(tǒng)是Linux2.6.38。其基本電路包括S3C6410芯片，256M內(nèi)存DDRRAM，1GB NAND閃存。此外，還包括一個串行外圍電路，ZigBee通信模塊，實時時鐘模塊，彩色觸摸屏，和電源模塊。 NAND Flash存儲器被用來存儲已調(diào)試的應(yīng)用程序和嵌入式Linux操作系統(tǒng)，用于調(diào)試系統(tǒng)的串行端口連接和GPRS模塊與用于查詢信息和有關(guān)狀態(tài)的終端設(shè)備，彩色觸摸屏顯示系統(tǒng)進行通信。整個手持終端控制器使用C++圖形用戶界面庫QT編程。

在圖中示出其中手持終端框圖，GPRS DTU是一個網(wǎng)絡(luò)的無線數(shù)據(jù)終端，使用公共網(wǎng)絡(luò)運營商向用戶提供長距離無線數(shù)據(jù)傳輸。集成TCP/ IP協(xié)議，提供雙向串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，自動心跳，保持永久在線支持參數(shù)配置，永久保存，讓用戶設(shè)置串口參數(shù)。 WG-8010在本設(shè)計中使用GPRS DTU產(chǎn)品提供了一個標準的RS232/ 485的數(shù)據(jù)接口，只需一次就能完成初始配置中，用戶設(shè)備可以建立經(jīng)由GPRS無線網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的透明傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心的連接。使用MAX3232電平轉(zhuǎn)換器的接口DB9 RS-232接口通信。如圖2所示。

該系統(tǒng)的具體接口電路采用QT編程，采用彩色觸摸屏使得終端控制器具有良好的人機交互。

2.2智能家居的網(wǎng)關(guān)節(jié)點

智能家居網(wǎng)關(guān)節(jié)點系統(tǒng)采用三星公司的S3C2410芯片。三星S3C2410處理器基于ARM920T處理器核心，該處理器具有：獨立的16KB指令和16KB數(shù)據(jù)緩存緩存，MMU，NAND閃存控制器，3路UART，4路DMA，I / O端口，8通道10位ADC，觸摸屏接口，IIC-BUS接口，IIS-BUS接口，兩個USB主機，USB設(shè)備等。這些特點都非常適合網(wǎng)關(guān)節(jié)點。圖是網(wǎng)關(guān)節(jié)點。

使用博創(chuàng)公司的S3C2410型開發(fā)平臺，該平臺提供了豐富的接口，如以太網(wǎng)，CF卡接口，視頻和音頻接口，接口RS32，從USB主機接口AD / DA轉(zhuǎn)換。

3 智能家居的軟件系統(tǒng)

3.1 ZigBee

ZigBee是一種新型的短距離傳輸、低功耗、低成本、低復(fù)雜度的無線個域網(wǎng)技術(shù)。適用于通信數(shù)據(jù)量并不大，數(shù)據(jù)傳輸速率相對較低，分布范圍小，但有一個小請求數(shù)據(jù)安全可靠，并且需要成本和功耗非常低，并且易于安裝和使用。無線個域網(wǎng)作為一個無線連接，它可以工作在2.4 GHz（全球流行），868 MHZ（歐洲流行）和915 MHZ（美國流行）三個頻段，分別是250 kbit / s，20 kbit / s和40 kbit / s的傳輸效率，傳輸距離在10 - 75的范圍，但是你可以繼續(xù)增加。智能家居系統(tǒng)，安全性和傳輸效率不高，使用無線個域網(wǎng)技術(shù)，傳輸控制信息的好方法[4]。

建立了ZigBee的網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備按照各自的功能一般分為三個部分：節(jié)點、路由和協(xié)調(diào)器。是指整個網(wǎng)絡(luò)的終端節(jié)點，中指的家居系統(tǒng)是家庭無線節(jié)點，它的作用是收集數(shù)據(jù)接收控制命令，適用于協(xié)調(diào)員加入網(wǎng)絡(luò)同時；路由器相當于網(wǎng)絡(luò)站，負責(zé)從數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)和轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點協(xié)調(diào)器無線節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)，協(xié)調(diào)器是整個網(wǎng)絡(luò)的控制中心，負責(zé)網(wǎng)絡(luò)的建立和維護。模型離開（FFD）路由器和協(xié)調(diào)員（是一個功能齊全的設(shè)備，他們可以接收數(shù)據(jù)還可以發(fā)送數(shù)據(jù)，節(jié)點是一個減少一半功能設(shè)備（RFD）功能，它只能發(fā)送數(shù)據(jù)，不能接受其他節(jié)點數(shù)據(jù)。在一個ZigBee網(wǎng)絡(luò)可以有多個節(jié)點和路由器，可以沒有路由器，但至少需要一個協(xié)調(diào)器，智能家居系統(tǒng)采用ZIgBee網(wǎng)絡(luò)路由器的結(jié)構(gòu)。

3.2遠程通信軟件設(shè)計

該系統(tǒng)進行遠程監(jiān)控，使用一個獨立的Windows 作為PC服務(wù)器的操作系統(tǒng)，使用Java作為編程語言，用公網(wǎng)固定IP，作為客戶端和手機手持終端控制器之間的溝通橋梁。服務(wù)器最初處于監(jiān)聽狀態(tài)時，移動客戶端和手持終端控制器通過GPRS連接與服務(wù)器進行認證的連接，服務(wù)器發(fā)送命令所述移動客戶端和傳送到手持終端控制器，手持終端控制器的反饋和家庭環(huán)境信息發(fā)送到服務(wù)器，該服務(wù)器是通過發(fā)送到所述移動客戶端的處理。

移動客戶端和手持終端控制器被設(shè)置分別對每個操作其自己的特定字符串發(fā)送給服務(wù)器，該服務(wù)器

識別處理，然后發(fā)送到相應(yīng)的終端特定字符串。對于移動客戶端發(fā)送時，亂碼等可能會出現(xiàn)數(shù)據(jù)包丟失，系統(tǒng)將反饋機制來確認。

1）當由移動客戶機發(fā)送的命令成功到達經(jīng)由手持控制器服務(wù)器的終端，并且所有的操作都成功完成，則控制

終端系統(tǒng)會發(fā)送“OK”串到GPRS模塊，被發(fā)送到通過移動客戶端的透明傳輸服務(wù)器最終得到顯示出“確定”字的串；

2）超時限制，如果客戶端等待手機“OK”確認超出套餐的正常范圍的時候，客戶端立即重發(fā)命令，直到您收到“OK”確認包裝為止；

3）對于字符串的情況下傳輸，服務(wù)器或手持式控制器識別過程中出現(xiàn)亂碼，給移動客戶端返回“ERROR”字符串，這樣直到客戶端重新發(fā)送指令接收到“OK”串起來。

通過反饋機制確定，以避免網(wǎng)絡(luò)不佳的信號傳輸過程中的影響所造成的意外情況的干擾，如無效操作

3.3 android軟件設(shè)計

該系統(tǒng)采用Android應(yīng)用軟件的智能家居遠程監(jiān)控，為良好的用戶體驗，使用一個主Activity接口，多個子Activity界面架構(gòu)，主界面和子界面通過無線電通信。如圖所示的Android應(yīng)用軟件的接口架構(gòu)。

手機客戶端軟件的過程：在主界面進行初始化，界面繪制后進入事件監(jiān)聽與服務(wù)器建立SOCKET 連接后啟動GPRS 接受線程，接受一個線程后，并建立，注冊廣播到廣播級監(jiān)聽。當用戶輸入子接口，進入的事件偵聽器初始化之后，登記廣播到廣播監(jiān)視器。例如，當您通過無線電點擊子屏幕上的按鈕，按鍵處理機制將被發(fā)送指令到主界面，到主界面后，調(diào)用SOCKET對象接收廣播，發(fā)送命令到服務(wù)器時，服務(wù)器將處理反饋狀態(tài)信息返回到所述移動客戶端，GPRS線程將接收通過廣播接收，然后發(fā)送到子接口，使事件的完成的交易的信息。

參考文獻：

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[2] 徐方榮.無線智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計[J].控制工程2007（9）：7-9

[3] 范麗娜.智能家居系統(tǒng)中家電控制的研究與實現(xiàn)[D].南京郵電大學(xué)，2011.

[4] 葉紅.異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下智能數(shù)字家庭系統(tǒng)設(shè)計[J].通信與信息系統(tǒng)，2007（5）：32-33.