溫 琳

（朗高科技有限公司，江蘇南京 210019）

智能家居系統(tǒng)結(jié)合智能安防、智能傳感、智能家電等產(chǎn)品，融合自動化控制、計算機網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，在一個操作平臺上實現(xiàn)智能燈光控制、智能窗簾控制、智能暖通控制、家電控制、智能報警、智能安防、遠(yuǎn)程控制、語音控制等功能，用戶可以使用手機、PAD等智能移動終端，對設(shè)備進(jìn)行本地、遠(yuǎn)程控制，使用語音機器人實現(xiàn)語音控制，使用智能傳感器實現(xiàn)自動聯(lián)動[1]。

1 Zigbee3.0概述

1.1 主流無線通信協(xié)議概述

目前，主流的無線傳輸協(xié)議包括Zigbee協(xié)議（IEEE802.15.4）、藍(lán)牙技術(shù)（IEEE802.15.1）以及Wi-Fi協(xié)議（IEEE802.11）。

（1）Zigbee技術(shù)特點。

Zigbee基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)，具備低功耗、低成本、低速率、短距離、短延時、高容量、高安全傳輸?shù)忍攸c，被廣泛應(yīng)用于智能家居、傳感器網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)自動化控制等領(lǐng)域[2]。

（2）Wi-Fi技術(shù)特點。

Wi-Fi（IEEE802.11x）可以解決辦公網(wǎng)和校園網(wǎng)中用戶與用戶終端的無線接入。無線電波覆蓋廣，網(wǎng)絡(luò)速度較高，移動性好。Wi-Fi以提高功耗為代價提高帶寬，在工業(yè)及環(huán)境較惡劣場所的應(yīng)用具有較多限制。

（3）藍(lán)牙技術(shù)特點。

藍(lán)牙技術(shù)是愛立信公司提出的近距離無線通信規(guī)范，能夠在設(shè)備間進(jìn)行方便快捷、低成本、低功耗的數(shù)據(jù)和語音傳輸，是無線個域網(wǎng)（WPAN）的主流技術(shù)之一。藍(lán)牙在2.4 GHz頻段工作，帶寬低，連接距離小。藍(lán)牙技術(shù)兼容性和抗干擾能力較差，傳輸距離較短，成本偏高。

1.2 Zigbee3.0的技術(shù)特點

Zigbee3.0將分散的無線標(biāo)準(zhǔn)簡化為單一標(biāo)準(zhǔn)，可以在眾多智能設(shè)備上實現(xiàn)無縫互操作，實現(xiàn)不同類型被控設(shè)備的互聯(lián)互通，解決不同應(yīng)用層協(xié)議間的互聯(lián)互通問題，具有較好的開放性、普遍性和完整性[3]。Zigbee3.0增強了網(wǎng)絡(luò)的安全特性，在不同的功能層分別定義安全Keys，采用128位對稱密鑰實現(xiàn)數(shù)據(jù)解密和加密，實現(xiàn)端到端的安全通信。Zigbee3.0網(wǎng)絡(luò)可以連接IP網(wǎng)絡(luò)，允許智能手機、平板電腦和計算機等設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行本地及遠(yuǎn)程的直接控制。Zigbee3.0的新版本表現(xiàn)出更加開放與包容的態(tài)度，為整個物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)鏈的擴展，尤其是智能家居的新體驗起推動作用，建立不同設(shè)備間的通信連接網(wǎng)絡(luò)，使智能家居產(chǎn)品連接同一個網(wǎng)絡(luò)，使家居體驗更加智能便捷。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 設(shè)計目標(biāo)

智能家居各子系統(tǒng)的操作界面是統(tǒng)一、集成、友好的，子系統(tǒng)或設(shè)備不獨立運行，可以互聯(lián)、互通、互動。

2.2 系統(tǒng)特色

基于Zigbee3.0的無線智能家居系統(tǒng)采用無線組網(wǎng)，無須布線。

無線智能家居系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)Zigbee3.0標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，可以輕松兼容、接入各種標(biāo)準(zhǔn)Zigbee3.0設(shè)備，具備充足的升級和擴展空間。

基于Zigbee3.0無線智能家居系統(tǒng)如表1所示。

表1 基于Zigbee3.0無線智能家居系統(tǒng)

2.3 功能設(shè)計

全開全關(guān)功能：通過一次性操作可以打開或關(guān)閉家居各功能區(qū)域所有的燈光和電器。

家電控制功能：通過手機或平板電腦可以遠(yuǎn)程控制電器的開關(guān)，對空調(diào)溫度、風(fēng)速、模式等參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

集中控制功能：利用手機或平板電腦可以控制家居各功能。

防盜報警功能：家里出現(xiàn)異常情況（電管破裂、煤氣泄漏、門鎖異常打開等）時，報警信息會在第一時間被發(fā)送至指定手機。

情景控制功能：支持多種情景功能，如回家、離家、會客、就餐、影院等模式。

定時控制功能：可以預(yù)設(shè)定時，控制燈光及電器的定時開關(guān)。

遠(yuǎn)程監(jiān)控功能：能夠通過手機屏幕實時查看家里的情況，通過攝像頭實現(xiàn)雙向?qū)χv功能。

語音控制功能：利用語音機器人、語音面板、手機APP語音操控智能家居設(shè)備。

自動聯(lián)動功能：使用指紋開啟家居門鎖時，聯(lián)動開啟回家歡迎模式；室內(nèi)空氣渾濁時，聯(lián)動開啟新風(fēng)系統(tǒng)；室內(nèi)氣溫過高時，自動開啟空調(diào)。

2.4 系統(tǒng)構(gòu)成

（1）智能燈光系統(tǒng)。

將傳統(tǒng)機械開關(guān)轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄苡|摸型開關(guān)，實現(xiàn)本地?zé)艄饪刂?、遠(yuǎn)程控制、定時控制、集中控制，能夠預(yù)先設(shè)定燈光模式。

（2）智能窗簾系統(tǒng)。

利用智能觸摸窗簾面板或數(shù)字終端實現(xiàn)窗簾拉開、閉合、暫停的本地和遠(yuǎn)程控制，配置窗簾遙控器實現(xiàn)遠(yuǎn)程操作。

（3）智能暖通控制系統(tǒng)。

在智能家居信息箱中放置空調(diào)、新風(fēng)、地暖協(xié)議轉(zhuǎn)換器，將空調(diào)、新風(fēng)、地暖協(xié)議轉(zhuǎn)換為http協(xié)議，由智能家居APP實現(xiàn)控制以及聯(lián)動。

智能家居系統(tǒng)控制暖通設(shè)備的開、關(guān)、運行模式設(shè)定，終端通過RS-485協(xié)議接口實現(xiàn)各區(qū)域暖通設(shè)備聯(lián)網(wǎng)型溫控面板通信。

（4）家電控制系統(tǒng)。

智能家居系統(tǒng)可以采用兩種方式控制家中的家電設(shè)備，通過紅外學(xué)習(xí)設(shè)備控制家中所有基于紅外信號控制的家電，可以實現(xiàn)開關(guān)、溫度調(diào)控、音量增減等功能；在五孔插座的基礎(chǔ)上加裝智能插座，實現(xiàn)家電的開關(guān)、遠(yuǎn)程、定時、自動聯(lián)動控制。

（5）智能報警系統(tǒng)。

在廚房安裝可燃?xì)怏w探測器、煙霧探測器，探測廚房的燃?xì)?、煙霧濃度，濃度超過設(shè)定值時，探測器及聲光報警器發(fā)出聲光報警，推送報警消息至業(yè)主手機APP及物業(yè)管理中心，自動聯(lián)動機械手，關(guān)閉燃?xì)忾y門。

（6）智能門鎖系統(tǒng)。

智能門鎖利用互聯(lián)網(wǎng)和Zigbee技術(shù)，結(jié)合云服務(wù)器、智能手機、家庭網(wǎng)關(guān)和Zigbee終端，可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程開鎖、信息管理功能、開鎖權(quán)限管理和防盜報警功能，能夠極大地提高智能門鎖的可控性和安全性。

（7）訪客對講系統(tǒng)。

將智能家居控制系統(tǒng)與訪客可視對講系統(tǒng)進(jìn)行有效結(jié)合。對講系統(tǒng)與手機無線聯(lián)動，實現(xiàn)訪客呼叫業(yè)主終端時，將呼叫信息推送至業(yè)主手機，實現(xiàn)移動對講。

（8）安防監(jiān)控系統(tǒng)。

在玄關(guān)客廳區(qū)域安裝攝像機，遠(yuǎn)程呵護(hù)兒童及老人。家中突遇緊急情況，如有人入侵偷盜時，報警信息會聯(lián)動截圖推送至手機。

（9）遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。

用戶可以在智能APP上注冊賬號，通過家庭無線局域網(wǎng)連接智能網(wǎng)關(guān)，對智能家居設(shè)備進(jìn)行本地設(shè)備控制，也可以注冊云賬戶，通過云端對家居設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

（10）語音控制系統(tǒng)。

利用語音系統(tǒng)命令控制智能家居設(shè)備。

2.5 區(qū)域設(shè)計

在入戶玄關(guān)（過道）、客廳、餐廳、廚房、主臥、次臥、書房設(shè)置智能燈光面板，對燈光進(jìn)行本地、遠(yuǎn)程、場景控制。在入戶玄關(guān)（過道）、客廳、餐廳設(shè)置場景面板，住戶可以根據(jù)實際需求啟動預(yù)設(shè)場景，場景模式內(nèi)容用戶可以在智能家居APP上自定義設(shè)置。在客廳、主臥、次臥、書房設(shè)置窗簾面板，實現(xiàn)本地、遠(yuǎn)程、定時控制電動窗簾，窗簾面板可以配合情景模式使用。在客廳、主臥、次臥、書房設(shè)置空調(diào)地暖面板，自動調(diào)節(jié)空調(diào)、地暖系統(tǒng)。在廚房設(shè)置新風(fēng)控制面板，自動聯(lián)動新風(fēng)機進(jìn)行新風(fēng)控制。在廚房設(shè)置氣體探測器，進(jìn)行有害氣體報警檢測。在客廳設(shè)置智能家居網(wǎng)關(guān)、智能音箱，實現(xiàn)自動控制、語音控制。

（1）控制智能燈光。

智能控制照明可以實現(xiàn)燈光的本地和遠(yuǎn)程控制。利用手機、平板和面板實現(xiàn)燈光的遠(yuǎn)程和定時控制，可以單獨控制燈光開關(guān)，實現(xiàn)場景控制。業(yè)主可以自行設(shè)計燈光組合，迎合使用者的心境。

（2）控制電動窗簾。

通過手機、平板或墻面的開關(guān)面板實現(xiàn)控制窗簾，移動端可以實現(xiàn)窗簾精準(zhǔn)行程控制。

（3）控制暖通空調(diào)。

利用手機或平板等移動端，控制空調(diào)、地暖的開關(guān)、溫度、風(fēng)速和模式；實現(xiàn)本地和遠(yuǎn)程控制；實現(xiàn)場景集中控制，如一鍵全開、一鍵全關(guān)。定時設(shè)定溫度，根據(jù)需要在每個時間段設(shè)定每個房間的溫度。根據(jù)環(huán)境自動調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，達(dá)到最佳舒適狀態(tài)。

2.6 控制方式設(shè)計

智能家居系統(tǒng)涉及3種交互方式，包括面板觸控、手機APP控制和語音控制。通過智能面板開關(guān)進(jìn)行觸摸控制；通過手機APP對智能家居產(chǎn)品進(jìn)行本地、遠(yuǎn)程控制，對智能設(shè)備進(jìn)行聯(lián)動場景DIY設(shè)置；通過智能機器人、智能音箱、手機APP音控、Siri語音實現(xiàn)語音控制。

3 結(jié)語

Zigbee3.0對網(wǎng)絡(luò)行為進(jìn)行規(guī)范，保證對之前規(guī)范的向前兼容性，顯著提高不同設(shè)備間的互操作性，保證和市場存量產(chǎn)品的互通。Zigbee3.0有機會打破不同產(chǎn)品類型、不同品牌甚至不同應(yīng)用場景間的組網(wǎng)壁壘，可以使智能家居或其他IoT網(wǎng)絡(luò)的組建和控制變得更便捷。未來市場中，智能家居產(chǎn)品能夠互聯(lián)互通，實現(xiàn)多平臺操作。越來越多的品牌和產(chǎn)品將支持開放平臺系統(tǒng)。