引論：我們?yōu)槟砹?3篇智能家居設(shè)計范文，供您借鑒以豐富您的創(chuàng)作。它們是您寫作時的寶貴資源，期望它們能夠激發(fā)您的創(chuàng)作靈感，讓您的文章更具深度。
篇1
回到現(xiàn)實，現(xiàn)在家居行業(yè)的許多設(shè)計方案也越來越趨向于智能家居所給人的方便進行設(shè)計，尤其在家庭無障礙設(shè)計，半公開半私密設(shè)計中，還有在多功能空間設(shè)計中表現(xiàn)得更為明顯！例如某電視臺的一檔免費家裝節(jié)目中的一些知名設(shè)計師在解決一些小空間大功能以及老人，孩子和殘疾人使用的無障礙設(shè)計中都有利用到智能家居設(shè)備。由此可見智能家居在現(xiàn)實生活中的運用無疑增加了更多實際價值，解決問題的有效途徑乃至是帶動一個產(chǎn)業(yè)的新的活力點，增加新的利潤，開拓新的發(fā)展方向。暢想未來這種全面家居智能體系技術(shù)一旦成熟，并且普及到每家每戶，人們的生活方式都會隨之而改變，甚至改變整個世界！
智能家居從概念的提出到實踐已經(jīng)有不少年頭了，然而同時在經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展后，智能家居也沒能讓大眾普遍認識，也許這也基于國內(nèi)的智能家居產(chǎn)業(yè)的發(fā)展不是太景氣的原因。在過去的時間里國內(nèi)智能家居產(chǎn)業(yè)商和網(wǎng)上銷售平臺也對智能家居設(shè)計這項領(lǐng)域產(chǎn)生過濃厚的興趣，尤其像國美，海爾，格力這樣的國內(nèi)知名品牌，還有像京東這樣的銷售平臺，他們之間都有過不同程度的結(jié)盟與合作，但終歸由于國內(nèi)智能技術(shù)的實際情況，投入的研究費用又過高，還有各自利益的考量，加之產(chǎn)品的成本價格也一直居高不下，從而使整體產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)松散，沒有形成一定規(guī)模，在國內(nèi)也沒有造成太大的影響力，所以我們就更加所知甚少了。相比國內(nèi)智能家居產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，國外（美歐）就好的多了，一是國外最先提出家居智能化的概念并早已實踐，理論與技術(shù)經(jīng)驗積累也相對較多，中國則接觸較晚，因此國外整體智能家居行業(yè)發(fā)展一定程度上很超前了。
篇2
1智能家居的國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
隨著社會的快速發(fā)展，越來越多的智能化、人性化、自動化的科技產(chǎn)品服務(wù)于人們的生活，智能家居已經(jīng)走進了我們生活。美國在這方面處于國際領(lǐng)先地位，如微軟開發(fā)的“夢幻之家”等智能系統(tǒng)。
2000年以來我國開始意識到智能小區(qū)建設(shè)的重要性，逐漸步入智能家居領(lǐng)域，涉及燈光窗簾控制、室內(nèi)多媒體娛樂、設(shè)備安防報警、家居環(huán)境監(jiān)測等方面。但是智能家居設(shè)備產(chǎn)品多為有線組網(wǎng)，它的布線設(shè)計、連接串口和擴展性能等諸多方面存在很多問題，而無線通信靈活性、使用方便特性和無需布線等，因此很受市場青睞，這表明了無線通信技術(shù)是智能家居發(fā)展的最終趨勢。
2 ZigBee協(xié)議體系結(jié)構(gòu)
ZigBee協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)包括4層，即物理層、MAC層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層。物理層主要功能：負責ZigBee無線發(fā)射機的激活、關(guān)閉；檢測當前信道的能量；接收鏈路服務(wù)質(zhì)量信息指示（LQI）等。
MAC層包括數(shù)據(jù)服務(wù)和管理服務(wù)。數(shù)據(jù)服務(wù)：保證MAC協(xié)議數(shù)據(jù)單元在物理層數(shù)據(jù)服務(wù)中正確收發(fā)。MAC層管理服務(wù)：維護存儲MAC子層協(xié)議狀態(tài)相關(guān)信息的數(shù)據(jù)庫。
網(wǎng)絡(luò)層是ZigBee協(xié)議體系核心部分，其主要功能：組建網(wǎng)絡(luò)路由、實現(xiàn)路由查找及傳送數(shù)據(jù)，接收、拋棄其它的節(jié)點等。
ZigBee應(yīng)用層包含ZigBee設(shè)備對象（ADO）、應(yīng)用支持子層（APS）和技術(shù)相關(guān)設(shè)備制造商定義的應(yīng)用對象。應(yīng)用支持層APS用于維持綁定表，根據(jù)需求，在綁定的設(shè)備之間實現(xiàn)信息互傳。
3 智能家居設(shè)計系統(tǒng)硬件構(gòu)成
3.1 系統(tǒng)硬件總體設(shè)計思路
本設(shè)計智能家居硬件部分主要包括五個部分系統(tǒng)模塊：S3C2440主控制器模塊、無線射頻收發(fā)模塊、溫濕度采集模塊、門窗安防模塊和GPRS模塊。用戶可通過GPRS模塊上的RS232接口與控制終端連接使用，監(jiān)控家庭中的各種設(shè)備工作。
3.2 智能家居系統(tǒng)硬件服務(wù)器
3.2.1 家庭網(wǎng)關(guān)
家庭網(wǎng)關(guān)是該家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的核心設(shè)備，其主要功能：連接家居無線網(wǎng)絡(luò)與外部公共網(wǎng)絡(luò)連接口，實現(xiàn)兩個網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息的交互功能。本設(shè)計采用32位ARM處理器S3C2440，其具有2個通道SPI，3個通道UART，4個通道DMA控制器，LCD控制器，還具有MMU虛擬存儲器單元等，可用于支持多種主流式嵌入系統(tǒng)[4]。
3.2.2 無線通信收發(fā)模塊
本設(shè)計采用系統(tǒng)芯片CC2430的COMS解決方案，ZigBee無線射頻收發(fā)器集成在CC2430上。ZigBee無線射頻前端CC2430模塊，是一款低功耗、低成本、高性價比的射頻模塊，還可滿足ZigBee技術(shù)的2.4GHz ISM 波段的應(yīng)用。
3.2.3 溫濕度傳感器節(jié)點
本設(shè)計采用SHT10溫濕度傳感器構(gòu)建ZigBee傳輸溫濕度檢測節(jié)點。SHT10是一種數(shù)字式集成溫濕度傳感器，具有抗干擾能力強，成本低，體積小，適合家居室內(nèi)溫濕度采集。
4智能家居網(wǎng)絡(luò)軟件設(shè)計
4.1 ZigBee協(xié)調(diào)器與網(wǎng)關(guān)模塊軟件設(shè)計
本系統(tǒng)的ZigBee協(xié)調(diào)器主要用于建立無線網(wǎng)絡(luò)，分配監(jiān)控ZigBee節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)地址，向監(jiān)控節(jié)點發(fā)送控制命令和接收來自監(jiān)控節(jié)點的環(huán)境信息和安防信息，并將接收到的數(shù)據(jù)全部上傳至ARM9微處理器S3C2440，最后通過移動網(wǎng)絡(luò)以短信的方式傳送到遠端的用戶端。
4.2 ZigBee終端節(jié)點程序
ZigBee終端節(jié)點是指ZigBee協(xié)調(diào)器控制的無線ZigBee節(jié)點，首先ZigBee終端節(jié)點的初始化，接著嘗試加入ZigBee網(wǎng)絡(luò)。加入網(wǎng)絡(luò)成功后，ZigBee終端節(jié)點將其注冊信息發(fā)送至ZigBee協(xié)調(diào)器，ZigBee協(xié)調(diào)器完成對ZigBee終端節(jié)點的注冊。ZigBee終端節(jié)點每隔一定時間采集一次環(huán)境信息，并將該數(shù)據(jù)信息上傳至ZigBee協(xié)調(diào)器。如果安防信息檢測模塊檢測到有可燃氣體泄漏或盜賊入侵，ZigBee終端節(jié)點則直接進入中斷處理流程，將警報信息上傳至智能家居控制器，實現(xiàn)告知用戶并啟動聲光報警裝置。
5 總結(jié)
本設(shè)計是采用將ZigBee技術(shù)與嵌入式ARM技術(shù)結(jié)合起來，通過在家居環(huán)境下模擬測試，進行有效地網(wǎng)絡(luò)信息數(shù)據(jù)交互通信，本設(shè)計系統(tǒng)主要特點有：
（1）采用無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，結(jié)合嵌入式開發(fā)Web服務(wù)器的引用，使得用戶使用起來更加方便，更加人性化。
（2）功能強大，系統(tǒng)可外擴其他功能，可由用戶的家居環(huán)境的網(wǎng)關(guān)IP地址、家電數(shù)目、家電具體情況來具體定制。
（3）用戶可把家中多臺家電都連入到網(wǎng)絡(luò)中，接受家庭網(wǎng)關(guān)的檢測和監(jiān)控。同時，控制終端設(shè)備也可在擴展，可把家中PC機、多臺移動手機、平板電腦等設(shè)備設(shè)置接入網(wǎng)絡(luò)中。
參考文獻
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篇3
0 引言
在人類科技發(fā)展的歷史上，互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)促使人們的生活向著信息化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，電子信息技術(shù)的進步更加推動了社會的信息化，也使人們的日常生活、學習不再局限于傳統(tǒng)的方式。隨著生活方式的逐步改變，人們對家居環(huán)境的追求也在不斷提高，對傳統(tǒng)家居提出了新的挑戰(zhàn)。智能家居是在通信技術(shù)、電子技術(shù)、自動化技術(shù)的基礎(chǔ)上進行研究，從而實現(xiàn)智能化操作與管理家庭設(shè)備，這樣一個舒適、便捷、智能、人性化的生活環(huán)境才是人類生活舒適化的最大追求，最初是由美國人提出。與傳統(tǒng)的家居環(huán)境相比，智能家居無疑將會使人們的生活質(zhì)量有很大的提高，家庭內(nèi)的設(shè)備將會被賦予智能，他們能夠主動監(jiān)測家庭環(huán)境的變化，并同其他設(shè)備合作共同完成對家庭設(shè)備狀態(tài)的改變，以使家庭環(huán)境對人體更加適宜，使人們生活在一個更加藝術(shù)、更加人性化的環(huán)境中。
在人類經(jīng)濟不斷正常的過程中，人們掌握了越來越多的經(jīng)濟與社會資源。由于越來越多的資金積累，人們對生活的舒適性，便捷化、智能化、和人性化等方面提出了要求，出于對豐富的社會資源和先進的科學技術(shù)的利用，人們在通信技術(shù)、電子技術(shù)和計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基礎(chǔ)上，研究了一套解決家庭生活智能化的統(tǒng)籌系統(tǒng)。系統(tǒng)通過人這一核心對家庭的各種小系統(tǒng)進行有機整合，從而促使生活環(huán)境更加舒適、便捷、安全。
采用了智能家居系統(tǒng)后，人們對家電產(chǎn)品的控制不再局限于傳統(tǒng)的近距離的控制方式，不論主人身處何地，只需一部手機或一臺電腦就能隨時隨地查看家用設(shè)備的狀態(tài)并能對其進行遠程控制。
1 家居系統(tǒng)的構(gòu)成
家居系統(tǒng)通過互聯(lián)網(wǎng)與家庭成員之間的聯(lián)系，合理安排了人、網(wǎng)絡(luò)、硬件結(jié)構(gòu)和家庭設(shè)備之間的相互關(guān)系，雖然由于個人的差異性導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度大小不一，但是從大的方面來說，家居系統(tǒng)的目的和整體結(jié)構(gòu)是一致的。都是為了建立一個集家庭安全防護系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)反饋系統(tǒng)和家庭可調(diào)系統(tǒng)于一體的家庭綜合服務(wù)系統(tǒng)，為家庭提供可調(diào)節(jié)、可控制和自動化的人性化家居服務(wù)。在圖1中，將家居系統(tǒng)分為以下幾個方面：電源模塊部分、信息采集部分、人機互動部分、開關(guān)控制部分、安防報警部分、信息存儲部分和控制器控制管理部分。這7個部分以控制器為核心相互聯(lián)系，實現(xiàn)了信息采集、處理、存儲的一體化過程，滿足了家庭對安全、舒適、便捷的需求，方便了后續(xù)產(chǎn)品的升級更新。圖1為家居系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
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圖1 家居系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
2 智能家居模塊設(shè)計
智能家居系統(tǒng)的模塊組成主要有控制器模塊、電源供給模塊、開關(guān)控制模塊和人機互動模塊。圖2中控制器模塊是核心模塊，負責信息的采集、處理、交換以及和人之前的互動。整個家居系統(tǒng)進行正常工作需要電源模塊提供所需的對應(yīng)電壓。開關(guān)模塊有助于控制模塊實現(xiàn)家庭電器的通斷，保證了主人在外時家庭的電力安全問題。人機互動是家居系統(tǒng)極為重要的一部分，它是家居系統(tǒng)智能的體現(xiàn)。
2.1 控制器模塊
控制器能夠?qū)崿F(xiàn)外部數(shù)據(jù)的采集、處理、存儲和通信交換等功能，是整個系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的一環(huán)，它是系統(tǒng)智能化的決定性因素。為了更好地統(tǒng)籌資源與優(yōu)化電路，控制器的型號選擇也極為重要。STM32F103C8T6是32位嵌入式微控制器，工作頻率打到72MHz，電源要求是2-3.6V，內(nèi)部的FLASH程序存儲空間為512KB，運行內(nèi)存RAM的容量為160KB。STM32F103C8T6強大的功能為家居系統(tǒng)的設(shè)計提供了高性能、高效率、低功耗的便利。
2.2 電源供給模塊
各個模塊的工作正常和維持都依靠電源模塊有效的電源輸入，這是家居系統(tǒng)有序工作的基礎(chǔ)部分。電源供給電路的設(shè)計是模塊高效、低干擾、低損耗的最佳保證。
圖2為電源輸入部分。
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圖2 電源輸入部分
2.3 開關(guān)控制模塊
開關(guān)控制模塊在整體系統(tǒng)中相當于人的四肢與大腦的延伸和支持，模塊會根據(jù)來自控制器STM32F1038T6給出的信息命令進行家庭電器的導(dǎo)通和關(guān)斷操作。開關(guān)控制模塊需要對控制器傳輸?shù)母叩碗娖接袠O高的辨識度，設(shè)計了以三極管為響應(yīng)的開始部分。當?shù)碗娖叫盘栞斎霑r，三極管T1截止導(dǎo)致三極管T2截止，所以DO11、DO12都處于斷開狀態(tài);當高電平信號輸入時，三極管T1飽和導(dǎo)致三極管T2導(dǎo)通，這樣DO11、DO12將處于通電狀態(tài)。
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圖3 開關(guān)控制模塊電路圖
2.4 人機互動模塊
為了讓主人能夠?qū)彝サ碾娖魇褂脿顩r進行詳細地了解，在家居系統(tǒng)中添加了互動功能。通過GSM無線傳輸技術(shù)（全球移動通信技術(shù)）與信號接收器來幫助個人或者多人了解即時家庭電源通斷信息和更進一步的命令輸入通斷控制。GSM無線通信技術(shù)作為第二代移動通信技術(shù)，研發(fā)的目的是讓全球共同分享一個移動電話網(wǎng)絡(luò)標準，避免不同差異的移動通話標準之間的有差對接，增強了了通信信息的正確性和信息對接的方便性。這樣只要用戶擁有一部可插入GSM卡的移動手機就可以在全球范圍內(nèi)進行信息的交流溝通。我國最早是在20世紀90年代引用了GSM無線通信技術(shù)標準，并在2001年關(guān)閉了之前一直使用的模擬移動網(wǎng)絡(luò)，進入了數(shù)字移動網(wǎng)絡(luò)的大家庭中。GSM無線通信技術(shù)的廣泛應(yīng)用，加強了人們在對遙遠的家庭的控制管理。
3 結(jié)論
本文所設(shè)計的家庭智能安防控制系統(tǒng)，成功地應(yīng)用了STM32F1038T6微處理器的強大功能、2.4GHz射頻通信和GPRS移動通信的優(yōu)質(zhì)傳輸性能，充分利用了計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、GSM無線通信技術(shù)和自動化控制技術(shù)，具有實時性好、可靠性高、功耗低、擴展方便等優(yōu)點。該控制系統(tǒng)實現(xiàn)了家庭門禁控制、室內(nèi)環(huán)境參數(shù)檢測、防盜報警、家用電器控制等功能，為普通家庭的安全防護控制提供了有效途徑。智能家居系統(tǒng)的不斷發(fā)展是人類對生活環(huán)境優(yōu)越性的追求，是對科學技術(shù)的完美應(yīng)用。隨著社會生活的發(fā)展和科學技術(shù)的發(fā)展，有理由相信家居系統(tǒng)會越來越智能化、舒適化和便捷化。
參 考 文 獻
篇4
由于通信技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)的迅猛發(fā)展與提高，促使了家庭實現(xiàn)了生活現(xiàn)代化，居住環(huán)境舒適化、安全化。這些高科技已經(jīng)影響到人們生活的方方面面，改變了人們生活習慣，提高了人們生活質(zhì)量，家居智能化也正是在這種形勢下應(yīng)運而生的。智能家居控制系統(tǒng)的主要功能包括通信、設(shè)備自動控制、安全防范三個方面。
2 系統(tǒng)總體方案
總體方案的設(shè)計主要是根據(jù)被控對象的任務(wù)及工藝要求而確定的。設(shè)計方法大致如下：根據(jù)系統(tǒng)的要求，首先確定出系統(tǒng)類型。選擇檢測元件，在確定總體方案時，必須首先選擇好被測參數(shù)的測量元件，它是影響控制系統(tǒng)精度的重要因素之一。選擇執(zhí)行機構(gòu)，執(zhí)行機構(gòu)是微控制系統(tǒng)的重要組成部件之一。
本系統(tǒng)特點是體積小，成本低，功能強，功耗低，是微機應(yīng)用產(chǎn)品化的最佳幾種之一，它已廣泛地應(yīng)用在產(chǎn)品智能化和工業(yè)自動化上。而把單片機面向工控領(lǐng)域?qū)ο螅度氲焦た貞?yīng)用系統(tǒng)中，實現(xiàn)嵌入式應(yīng)用的計算機稱之為嵌入式計算機系統(tǒng)，簡稱嵌入式系統(tǒng)。
3 硬件電路設(shè)計
S3C2440A是韓國三星公司推出的16/32位RISC微控制器，其CPU采用的是ARM920T內(nèi)核。
特點：具有PLL時鐘發(fā)生器，主頻最高可達533M。內(nèi)核1.2V供電最高400M，1.3V供電最高533M。存儲器支持1.8V、 2.5V、3.0V、3.3V。I/O均支持3.3V供電。s3c2440為單機器周期執(zhí)行指令集。具有電源管理功能，可以使系統(tǒng)以普通方式、慢速方式、空閑方式和掉電方式工作，降低產(chǎn)品功耗。
GPRS模組介紹，GPRS模組采用SIM300通訊芯片(如圖 3.3)，利用無線移動網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)語音傳輸和點對點數(shù)據(jù)傳輸。同時，模組內(nèi)具備TCP/IP協(xié)議棧，可以直接利用它實現(xiàn)無線上網(wǎng)。模組使用標準的UART串行通信接口(如圖3.4)與主芯片進行通信，可以與任何帶有通用UART串行通信接口的控制器進行連接。
GPRS模組使用標準串口與主控制器進行通訊。模組帶有一個10針的接口，該接口可以直接和MCU相連接。或者用戶可以通過模組上的RS232接口和PC機直接相連接使用。
GPRS模組需通過J4的電源開關(guān)信號(PWRKEY)輸入引腳向GPRS模組輸入，上電時序GPRS才能被啟動，啟動后GPRS的信號指示燈會閃爍。也可以手動按下GPRS模組上的ON/OFF按鍵，大約2秒之后松開，GPRS模組亦可以被啟動。
GPRS模組啟動之后，即可通過UART接口發(fā)送AT指令來控制語音或數(shù)據(jù)收發(fā)。
電源電路設(shè)計，由于本控制系統(tǒng)單元電路較多對且對5V 電源的要求比較高，其中TC35 模塊的突發(fā)耗電電流峰值可達2.5A，故外加的穩(wěn)壓器件必須達到足以提供TC35 和其他電路額定電流的條件。在本系統(tǒng)中，采用了芯片s3c2440 完成從12V 到5V 的轉(zhuǎn)換，必須特別注意的是， s3c2440芯片完成開關(guān)電源轉(zhuǎn)換需要大功率的電感(100uH)和電容，以提高儲能的能力，達到單元電路的耗電需求。s3c2440為5.0V3A 開關(guān)電源穩(wěn)壓器。
4 軟件linux操作系統(tǒng)介紹
Linux是 Unix 的一種，它控制整個系統(tǒng)基本服務(wù)的核心程序 (kernel) 是由 Linus 帶頭開發(fā)出來的，“Linux”這個名稱便是以“Linus's unix”來命名，Linus 選擇用“大眾公有版權(quán)” (GPL)的方式來發(fā)行這份程序，這個版權(quán)允許任何人以任何形式復(fù)制與散布 Linux 的原始程序，換句話說，Linux 實際上是“免費的”，使用者在網(wǎng)絡(luò)上就可以抓到 Linux 的原始程序代碼，隨心所欲的復(fù)制與更改 Linux 的原始程序，在因特網(wǎng)的日漸盛行以及 Linux 開放自由的版權(quán)之下，吸引了無數(shù)計算機高手投入開發(fā)、改善 Linux 的核心程序，使得 Linux 的功能日見強大，所以今日我們可以在網(wǎng)絡(luò)上免費下載 Linux 使用，或者花很少的一點費用就可以取得 Linux 光盤，這都是因為 Linux 是 GPL 版權(quán)的緣故。
Boa服務(wù)器和普通Web 服務(wù)器一樣， 能夠完成接收客戶端請求、分析請求、響應(yīng)請求、向客戶端返回請求結(jié)果等任務(wù)。
Boa服務(wù)器根據(jù)請求方法的不同， 做出不同的響應(yīng). 如果請求方法為HEAD， 則直接向瀏覽器返回響應(yīng)首部; 如果請求方法為GET， 則在返回響應(yīng)首部的同時， 將客戶端請求的URL 目標文件從服務(wù)器上讀出， 并且發(fā)送給客戶端瀏覽器; 如果請求方法為POST， 則將客戶發(fā)送過來的表單信息傳送給相應(yīng)的CGI 程序， 作為CGI 的參數(shù)來執(zhí)行CGI 程序， 并將執(zhí)行結(jié)果發(fā)送給客戶端瀏覽器。 Boa 的功能實現(xiàn)也是通過建立連接、綁定端口、進行偵聽、請求處理等來實現(xiàn)的。
CGI是： “公共網(wǎng)關(guān)接口”(Common Gateway Interface)的簡稱，是HTTP服務(wù)器與其它程序進行“交談”的一種工具，其程序須運行在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上。
CGI是一段程序，它運行在Server上，提供同客戶端 Html頁面的接口。
CGI的功能：
(1)通常情況下CGI程序被用來解釋處理來自表單的輸入信息，在服務(wù)器產(chǎn)生相應(yīng)的處理，并將相應(yīng)的信息反饋給瀏覽器。
(2)CGI程序使網(wǎng)頁具有交互功能。
CGI處理步驟：
通過Internet把用戶請求送到服務(wù)器。服務(wù)器接收用戶請求并交給CGI程序處理。CGI程序把處理結(jié)果傳送給服務(wù)器。服務(wù)器把結(jié)果送回到用戶。
CGI可以用任何一種語言編寫，只要這種語言具有標準輸入、輸出和環(huán)境變量。
5 結(jié)論
篇5
1 設(shè)計思路
系統(tǒng)設(shè)計目標和原則：本課題的設(shè)計目的是實現(xiàn)一個簡單的智能家居系統(tǒng)，能夠在普通家庭中得到應(yīng)用，因此在設(shè)計的時候遵循以下原則：①簡單實用；②價格低廉；③穩(wěn)定耐用；④可擴展性。文章所設(shè)計的智能家居系統(tǒng)由單片機和各種外設(shè)組成。單片機作為核心的處理芯片，通過其內(nèi)部的豐富的接口，連接外圍設(shè)備，外圍器件通過輸入信號或輸出信號與實際的控制物品相連。其架構(gòu)如圖1所示。
從控制的方式上來看，系統(tǒng)框架分為本地控制單元和遠程控制單元。本地控制單元的設(shè)計思路是通過接入觸摸屏，由觸摸屏上的人機交互界面實現(xiàn)；遠程控制單元的設(shè)計思路可以通過架設(shè)Web服務(wù)器，遠程網(wǎng)絡(luò)登錄網(wǎng)頁，來控制系統(tǒng)接入的外設(shè)，也可以通過GSM模塊，由移動終端通過短信的方式來控制。從功能上大致分為報警傳感器（溫度，濕度，火警，煤氣）、家電控制、開關(guān)控制，燈光控制，家庭安全監(jiān)控。
2 無線照明控制模塊設(shè)計示例
無線照明在教學中是一個入門的很好經(jīng)典實例，雖然還沒有用到協(xié)議棧，但它具有數(shù)據(jù)發(fā)送、接收和用協(xié)議棧，而且代碼容易學習，如果把這個模塊掌握了，到后面的協(xié)議棧就比較方便學習。在此需要掌握ZigBee有關(guān)內(nèi)容，ZigBee節(jié)點所屬類別主要分三種，分別是協(xié)調(diào)器、路由器、終端。同一網(wǎng)絡(luò)中至少需要一個協(xié)調(diào)器，也只能有1個協(xié)調(diào)器，負責各個節(jié)點16位地址分配（自動分配）。理論上可以連上65536個節(jié)點，組網(wǎng)方式千變?nèi)f化。BasicRF軟件文件中主要內(nèi)容有三部分，如圖2所示。
講授思路簡要敘述如下：
2.1 工程文件介紹
docs文件夾：主要內(nèi)容是介紹BasicRF的特點、結(jié)構(gòu)及使用，閱讀這個文檔就可以做Basic RF里面的實驗了。
Ide 文件夾：打開文件夾后會有三個文件夾，及一個cc2530_sw_1.eww工程，其中這個工程是三個實驗例程工程的集合，期中包含無線點燈的實驗工程。在IAR軟件環(huán)境中打開，在workspace看到Ide＼Settings文件夾：是在每個基礎(chǔ)實驗的文件夾里面都會有的，它主要保存有學生自己的IAR環(huán)境里面的設(shè)置。
2.2 啟動
①確保外圍器件沒有問題。②創(chuàng)建一個basicRfCfg_t的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并初始化其中的成員。③調(diào)用basicRfInit（）函數(shù)進行協(xié)議的初始化，在basic_rf.c代碼中可以找到uint8 basicRfInit（basicRfCfg_t* pRfConfig）。
函數(shù)功能：對Basic RF的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)初始化，設(shè)置模塊的傳輸通道，短地址，PAD ID。
2.3 發(fā)送
①創(chuàng)建一個buffer，把Payload放入其中。②調(diào)用basicRfSendPacket（）函數(shù)發(fā)送，并查看其返回值。pPayload指向發(fā)送緩沖區(qū)的指針length發(fā)送數(shù)據(jù)長度函數(shù)功能：給目的短地址發(fā)送指定長度的數(shù)據(jù)，發(fā)送成功剛返回SUCCESS，失敗則返回FAILED。
2.4 接收
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一、智能家居
智能家居是現(xiàn)代計算機信息技術(shù)與傳統(tǒng)家居體系結(jié)合的產(chǎn)物[1]。家庭成員可以根據(jù)自身需要，通過計算機、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)將手機、遙控器與燈光、電視等設(shè)備相連，再通過網(wǎng)絡(luò)化綜合智能控制和管理，依照事先設(shè)定的指令完成一系列操作，從而方便生活。智能家居作為一個新興產(chǎn)業(yè)，隨著智能家居市場的推廣普及產(chǎn)業(yè)前景必然是光明的。國內(nèi)優(yōu)秀的智能家居生產(chǎn)企業(yè)越來越重視對智能家居市場的研究，特別是對企業(yè)發(fā)展環(huán)境和客戶需求趨勢變化的深入研究。一大批國內(nèi)優(yōu)秀的智能家居品牌迅速崛起，逐漸成為智能家居產(chǎn)業(yè)中的翹楚。智能家居從人們最初的向往，到今天真實的走進了人們的生活，經(jīng)歷了近12年的發(fā)展，經(jīng)歷了一個艱難的過程。
二、智能家居在室內(nèi)設(shè)計中的應(yīng)用
現(xiàn)代房屋裝修重點包括臥室、廚房、衛(wèi)生間等，當然智能家居在這些方面的應(yīng)用是有所差別的。
1、智能家居在臥室的應(yīng)用
臥室作為家庭休息的必要部分，臥室的設(shè)計就要求其具有相當程度的舒適性。因此在臥室的智能化設(shè)計上需要充分考慮臥室內(nèi)的照明情況和空氣質(zhì)量。從室內(nèi)照明這個角度出發(fā)，現(xiàn)代智能設(shè)計通常采用雙路開關(guān)來控制主臥和客臥的兩路燈光。在臥室燈光的設(shè)計上可以像現(xiàn)在大多數(shù)KTV一樣設(shè)置多種情景模式，比如看書模式、浪漫模式、睡眠模式、起夜模式、全亮模式等。如果家庭成員選擇在臥室內(nèi)看書，只要按下床頭燈的看書模式，室內(nèi)的燈光就會變得明暗適中；如果選擇浪漫模式，室內(nèi)的燈光就會忽明忽暗，來回閃爍；如果選擇起夜模式，臥室通向衛(wèi)生間的燈就會依次慢慢點亮，隨后再依次暗下來，回來時也一樣，直到你躺在床上按下睡眠模式，室內(nèi)的燈就全部熄滅[2]。當然，說到室內(nèi)光亮就不得不說到窗簾。現(xiàn)在智能家居設(shè)計通常會采用自動窗簾對室內(nèi)采光的強度、角度進行控制，窗簾由單片機控制、電動機驅(qū)動，住戶可以利用遙控裝置來設(shè)定窗簾拉合的時間，這樣就可以根據(jù)一天中太陽在各個方位的時間來設(shè)定遙控裝置，從而實現(xiàn)窗簾的自動拉合。從空氣質(zhì)量這個角度出發(fā)，智能家居設(shè)計會采用在室內(nèi)安裝控制系統(tǒng)的方式來提高室內(nèi)的空氣質(zhì)量。比如，借助遙控裝置，業(yè)主可以對待定時間段室內(nèi)氧氣含量進行控制，到這個時間點室內(nèi)的控制系統(tǒng)會自動輸送氧氣，從而實現(xiàn)臥室內(nèi)空氣的持久清新。
2、智能家居在廚房的應(yīng)用
隨著智能家居被廣泛認知，人們在對廚房進行裝修時也提出了新的要求，智能廚房開始的被人們所需求，廚房的智能化設(shè)計形式也在慢慢發(fā)生改變。廚房作為家庭享受三餐的必備房間，在對廚房的智能化設(shè)計上需要充分考慮到廚房衛(wèi)生問題和廚房的安全問題。因此，從廚房的衛(wèi)生角度出發(fā)，智能家居設(shè)計可以在廚房安裝一個垃圾處理器，通過條件設(shè)定，將垃圾進行分類回收。可回收轉(zhuǎn)化的一類還可以安裝轉(zhuǎn)化裝置，將垃圾裝換成其他能源，實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保[3]。從廚房安全角度出發(fā)，可以安裝智能檢測裝置，嚴格監(jiān)控廚房內(nèi)燃氣的泄露情況，一旦發(fā)現(xiàn)泄露情況立刻發(fā)出報警信號。同時，這種檢測系統(tǒng)也會嚴格檢測各個水龍頭的漏水情況，一旦漏水會立即向房主的手機發(fā)送短信通知。當然，智能家居對廚房食物烹飪的智能化是必不可少的。在廚房中使用智能電器，只要將做美食所需的食材按量放在智能電器里，輕按開關(guān)，即可坐享其成。
3、智能家居在衛(wèi)生間的應(yīng)用
依照今天人們對于生活質(zhì)量的要求，衛(wèi)生間不再是單純的用廁、洗澡的場所了，人們會越來越關(guān)注它的便捷、健康和舒適程度。從便捷的角度出發(fā)，在衛(wèi)生間的智能化設(shè)計上通常會采用紅外線感應(yīng)器和無線開關(guān)控制來設(shè)置燈光。這樣的設(shè)置方便用戶在使用衛(wèi)生間的時候便利的燈光開啟，用戶不再需要親自觸碰開關(guān)，而是走進衛(wèi)生間內(nèi)，燈自動亮起，馬桶等一系列設(shè)備開始工作，而當紅外線感應(yīng)器感受不到有人活動的跡象，燈光設(shè)備就會自定關(guān)閉[4]。健康的角度出發(fā)，對衛(wèi)生間的智能化設(shè)計上可以安裝自動化設(shè)備。比如安裝智能馬桶，其功能的智能化十分強大，可以對如廁者進行溫水清洗處理，又可以對如廁者進行按摩，還可以對人體進行健康監(jiān)測，遠程醫(yī)療診斷系統(tǒng)能實時檢測使用者的尿樣并進行數(shù)據(jù)傳送，監(jiān)測健康情況。從舒適的角度出發(fā)，智能家居在對衛(wèi)生間的設(shè)計上可以通過安裝智能控制音樂系統(tǒng)，這樣用戶在洗浴或如廁時可以播放音樂、收聽廣播，用以減輕疲勞，轉(zhuǎn)換心情。
三、智能家居在未來室內(nèi)設(shè)計應(yīng)用上的發(fā)展
現(xiàn)代人對智能家居有了越來越多的了解，以前只能在展銷會上看到的智能家居設(shè)計逐漸走進了我們的生活，就目前的發(fā)展情況來看，未來的智能家居在室內(nèi)設(shè)計上的應(yīng)用將更加靈活多樣[5]。未來的智能家居在室內(nèi)設(shè)計上空間將更加靈活，在不同的條件下，可以產(chǎn)生不同的虛實變化。未來的智能家居在室內(nèi)設(shè)計上也將更加注重環(huán)保，以不同的監(jiān)控檢查設(shè)備對家庭的水、電、空氣、陽光等實現(xiàn)監(jiān)測管理，減少不知不覺中的浪費，實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保。未來智能家居將會呈現(xiàn)出感知更加智能化的趨勢。傳感技術(shù)不斷發(fā)展進步，智能家居傳感終端將對環(huán)境感應(yīng)更加靈敏，加之以現(xiàn)代通訊技術(shù)的進步，未來的智能家居將通過4G手機完成可視對講，家電的遠程遙控。
四、結(jié)論
時代在進步，經(jīng)濟在發(fā)展，科技在進步，人們對于生活質(zhì)量的要求也在逐年提高。伴隨著家居生活水平的不斷提高，室內(nèi)設(shè)計也在向著多元化趨勢發(fā)展，智能家居的問世，讓人們看到了便捷、舒適，環(huán)保的室內(nèi)設(shè)計風向，盡管現(xiàn)在智能家居在室內(nèi)設(shè)計上的應(yīng)用還沒有實現(xiàn)大眾化，但是我相信，在今天這個科技迅猛發(fā)展的時代，智能家居在室內(nèi)設(shè)計上的應(yīng)用總有一天會走進千家萬戶。
作者:包穎 單位:長春理工大學光電信息學院傳媒藝術(shù)學院
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隨著各種新技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，智能家居的概念已經(jīng)被很多從所熟知并接受，在進行室內(nèi)裝飾裝修的時候，一些設(shè)計人員必然會將其應(yīng)用到設(shè)計方案之中，以此來給用戶提供更多的智能化體驗。在室內(nèi)設(shè)計中智能家居按照區(qū)域功能的不同有著一定的區(qū)別，下文就針對室內(nèi)幾個不同區(qū)域中智能家居的應(yīng)用展開論述，為相關(guān)人員提供參考。
1智能家居的相關(guān)理論分析
智能家居理論的提出是與當前計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)密切相關(guān)的，結(jié)合傳統(tǒng)的家居設(shè)計而逐步形成。在智能家居中，用戶可以根據(jù)自身的需求，利用計算機、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)將遙控器與燈光、電視等電器設(shè)備相聯(lián)接，發(fā)送相應(yīng)的指令完成對這些電器設(shè)備的自動化控制，這樣就可以為用戶的日常生活提供極大的方便。目前智能家居還屬于發(fā)展的前期階段，相關(guān)的專家學者與技術(shù)人員在不斷研發(fā)當中，在未來的家居市場中前景也非常廣闊。目前越來越多的家居產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)加入到這一陣營當中，許多優(yōu)秀的品牌在迅速崛起，比如海爾、杜亞、柯帝、京東微聯(lián)等眾多企業(yè)快速打入國際市場，成為智能家居的領(lǐng)軍企業(yè)，而智能家居產(chǎn)品也正在逐步走進人們的生活當中。
2智能家居在室內(nèi)設(shè)計中的應(yīng)用
2．1應(yīng)用于臥室當中
臥室的主要功能是家庭成員的休息，在臥室設(shè)計中的重點是提高舒適性，所以說室內(nèi)照明與空氣質(zhì)量成為設(shè)計的關(guān)鍵。在室內(nèi)照明智能化設(shè)計方面，一般可采用雙路開關(guān)的形式實現(xiàn)對主臥與客臥兩路燈光的控制，可以借鑒KTV中常用的設(shè)計方法設(shè)置多個情景模式，按照人們的不同需求設(shè)計成看書模式、浪漫模式、睡眠模式、起夜模式、全亮模式等等，這樣就可以滿足人們的各種情景下的不同需求。當用戶需要讀書的時候只要將開關(guān)轉(zhuǎn)換到看書模式，室內(nèi)的燈光就會變成明亮適中的亮度;當用戶轉(zhuǎn)換到浪漫模式的時候，室內(nèi)燈光就如霓虹燈般閃爍，給人營造一種浪漫的氛圍;假如用戶在睡夢中醒來，可以選擇起夜模式，這時室內(nèi)的燈光會沿著衛(wèi)生間的方向依次點亮，然后再依次暗下來，當回到臥室的時候也是這樣，然后再開啟睡眠模式，全部燈亮都會熄滅。在室內(nèi)亮度調(diào)節(jié)中窗簾也是一個非常重要的部分，在當前智能家居設(shè)計中設(shè)計師也會采用自動窗簾實現(xiàn)對室內(nèi)亮度的控制，所利用的主要是單片機、電動機等驅(qū)動設(shè)備，用戶可以使用遙控裝置進行控制，可以設(shè)定窗簾開合的時間，按照每天太陽所在的不同方位合理設(shè)置，從而實現(xiàn)對窗簾的自動化控制。空氣質(zhì)量也是智能家居需要解決的一個重點問題，可以安裝專業(yè)的控制系統(tǒng)來實現(xiàn)。例如用戶可以按照室內(nèi)各個時間段室內(nèi)對氧氣的需求量來設(shè)置遙控裝置，控制系統(tǒng)就會按照設(shè)置對室內(nèi)自動輸送氧氣，以保證室內(nèi)空氣清新。
2．2應(yīng)用于廚房當中
廚房當然也是人們生活的主要場所，智能廚房的發(fā)展也在逐步改變著人們的生活。在廚房設(shè)計中重點應(yīng)關(guān)注廚房的衛(wèi)生與安全問題，基于這方面考慮，首先應(yīng)配置一個垃圾處理器，通過相應(yīng)的設(shè)置使廚房垃圾得到分類處理或者回收，在智能家居設(shè)計中還應(yīng)安裝可回收垃圾轉(zhuǎn)化裝置，將可回收垃圾進行轉(zhuǎn)化后轉(zhuǎn)變成可利用能源二次利用，這也完全符合當前節(jié)能環(huán)保的發(fā)展理念。在廚房安全方面可以加裝智能檢測裝置，主要用來對廚房內(nèi)燃氣與水的使用情況進行監(jiān)測，比如監(jiān)測到燃氣泄露和水管漏水的情況，就可以及時發(fā)出警報，可以直接發(fā)送到用戶的手機端，有助于用戶及時排除危險或故障，防止發(fā)生事故。還有就是當前一些智能電器在家庭生活中應(yīng)用越來越普及，比如想享用什么美食就可以將食材放入智能電器，設(shè)定好程序，隨時滿足個人需求。
2．3應(yīng)用于衛(wèi)生間當中
智能家居中的衛(wèi)生間功能已經(jīng)完全脫離了傳統(tǒng)廁所的概念，不再單純的只是如廁與洗澡，人們更加關(guān)注的是衛(wèi)生間的便捷、健康與舒適。在便捷方面，智能家居可以采用紅外線感應(yīng)或者無線開關(guān)來實現(xiàn)對衛(wèi)生間電力系統(tǒng)的控制，當用戶進入的時候不需要直接觸碰開關(guān)，而是燈光自動亮起、馬桶自動運行等等，當感應(yīng)裝置檢測不到人的活動時就會自動停止運行。在健康方面，智能家居可以使用自動化的設(shè)備或是電器，比如智能馬桶就是其中之一，智能化水平非常高，可以完成很多細節(jié)問題，比如為如廁者進行溫水清洗、按摩，為用戶健康狀況做出診斷。在診斷過程中通過遠程診斷系統(tǒng)對尿樣進行相關(guān)的檢測與數(shù)據(jù)傳輸，使用戶時刻關(guān)注自身健康狀況。在舒適方面，智能家居可以對音樂系統(tǒng)進行智能化控制，為身處內(nèi)部的人提供音樂方面的服務(wù)，也可以提供廣播或視頻。
3智能家居在室內(nèi)設(shè)計中的發(fā)展分析
隨著科學技術(shù)的發(fā)展與進步，近幾年智能化技術(shù)已經(jīng)進入了尋常百姓家，原來只有在展銷會上所見到的各種智能化產(chǎn)品已經(jīng)進入了千家萬戶，帶給人們各種意想不到的極致體驗，在未來的發(fā)展中智能家居在空間方面將更加靈活，可以為用戶提供各種不同場景變換，給人以不同的虛實感受。在今后的發(fā)展中，智能家居也將更加注重環(huán)保的理念，通過監(jiān)測裝置減少人們?nèi)粘Ｉ钪械母鞣N浪費，比如對水電、光照、空氣等調(diào)節(jié)，達到環(huán)保節(jié)能的目的。在未來發(fā)展中智能家居的智能化水平將不斷提高，比如傳感技術(shù)的感應(yīng)將更加靈敏，數(shù)據(jù)傳輸也會更加快速、便捷，相信隨著通訊技術(shù)的發(fā)展，用戶可以直接通過手機就能實現(xiàn)對家的遠程控制。
4結(jié)束語
我們處在一個科學技術(shù)高速發(fā)展的時期，智能家居的發(fā)展為人們帶來各種極致的體驗，提升了人們的生活品質(zhì)，使人們時刻處于便捷、舒適、健康、環(huán)保的環(huán)境當中。雖然說當前智能家居在室內(nèi)設(shè)計上還沒有實現(xiàn)大眾化，但是我們應(yīng)相信，隨著現(xiàn)代科技的快速發(fā)展，智能家居在室內(nèi)設(shè)計應(yīng)用中會很快融入到千家萬戶當中。
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引言
智能家居系統(tǒng)是以住宅為平臺，通過計算機網(wǎng)絡(luò)把安防系統(tǒng)、家電、娛樂設(shè)施及照明設(shè)備實現(xiàn)現(xiàn)場或者遠程控制等現(xiàn)代智能化家居環(huán)境。針對現(xiàn)代家居中譬如家用電器種類繁多，操作繁瑣以及難以科學管理等問題，本文結(jié)合無線電通信技術(shù)和計算機控制等技術(shù)，探討一種無線智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計，使該系統(tǒng)實現(xiàn)對家用電器協(xié)調(diào)統(tǒng)一地控制。
一、概述
現(xiàn)代科技迅猛發(fā)展，隨之而來的智能家居日漸強勢，以其新穎優(yōu)異的特性為當今社會的人們的家庭起居帶來了極大的方便和全新的理念，它注定代表著一種引領(lǐng)未來的趨勢。設(shè)計者開發(fā)的家庭總線技術(shù)將把家用電器、通訊設(shè)備以及家庭保安裝備等多種和信息相關(guān)聯(lián)的智能家居連接到一個智能系統(tǒng)上，然后對其采取集中的或多分散地監(jiān)控與家務(wù)性質(zhì)的管理，同時還要保證這些智能的家庭設(shè)施跟現(xiàn)實中的居住環(huán)境相協(xié)調(diào)。其實，這些功能的實現(xiàn)主要依賴于智能家居控制系統(tǒng)中的家庭網(wǎng)絡(luò)控制器，家庭總線系統(tǒng)屬于這種家庭網(wǎng)絡(luò)控制器，并通過它來為使用者提供各種優(yōu)質(zhì)服務(wù)，同時居住地之外的外部環(huán)境也與之相通連。換言之，智能住宅的核心就是智能家居系統(tǒng)，因此，智能家居系統(tǒng)在智能家庭中處于異常重要的地位。
有線方式和無線方式是智能家居系統(tǒng)控制的兩種解決方法。因為大多智能家居系統(tǒng)在工程布線方面十分麻煩，因此很多智能家居公司就著眼于解決這個問題來研發(fā)新的系統(tǒng)。伴隨著它的問題是較差的保密性、接入設(shè)備甚為昂貴、很難滿足音頻與視頻信號的傳輸?shù)龋m然這些難題直到目前還沒有得到真正的、完美的解決，但是它終將伴隨著4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的逐漸成熟而得到更好的改善和應(yīng)用。即便價格稍微高一些，無線方式確實能很好地解決布線工程繁瑣的問題，并且隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進步必能滿足音頻信號與視頻信號的基本傳輸。接下來將以2.4G射頻技術(shù)作為基礎(chǔ)，介紹一種性價比較高的、性能相對完善的智能家居控制系統(tǒng)。
二、設(shè)計方案探討
2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及工作原理
智能家居系統(tǒng)包含各家電設(shè)備和接口設(shè)備、主機和從機，主機和從機都具有一個無線收發(fā)芯片，主從機間通過收發(fā)無線數(shù)據(jù)來構(gòu)建一種范圍較小的的無線智能網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、系統(tǒng)軟件和系統(tǒng)硬件是無線智能家居控制系統(tǒng)總體設(shè)計的三個主要組成部分。
設(shè)計電路時的原則是要采用通用性、模塊化設(shè)備，關(guān)于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議時參考OSI模型，同時結(jié)合nRF24L01芯片的特質(zhì)。用一個系統(tǒng)主機來構(gòu)建，本系統(tǒng)是以單片機為核心的，中心處理單元（CPU）的作用是處理系統(tǒng)的信號，選用集中控制技術(shù)作為控制方式，系統(tǒng)設(shè)備需要進行硬件功能的劃分，各硬件模塊都具有雙向交互通信的能力、互換性和互相操作性，統(tǒng)一設(shè)計、統(tǒng)一接口，它們的控制部件都可以進行編程，從而保證了模塊的實用性和通用性，有利于系統(tǒng)安全穩(wěn)定。
nRF24L01（一種新型單片射頻收發(fā)器件），提供物理層數(shù)據(jù)服務(wù)和物理層管理服務(wù)，定義了物理無線信道和MAC子層之間的接口。nRF24L01是一種2.4GHz單片射頻收發(fā)芯片，包含頻率調(diào)制器、合成器、晶體振蕩器等功能，采用FSK調(diào)制，可實現(xiàn)點對點或是1對6無線通信。程序可以配置nRF24L01的輸出功率和通信頻道，有125個可選工作頻道，可用于跳頻，頻道切換時間短，通過跳頻可以減少干擾。對nRF24L01進行信道參數(shù)配置是通過MCU通過串口實現(xiàn)的，由nRF24L01來實施配置任務(wù)，然后發(fā)送大量數(shù)據(jù)包的指令由主機完成，最后從機接收數(shù)據(jù)信息，整個過程從機和主機是借用空中接口來發(fā)送與接收數(shù)據(jù)信息包的，執(zhí)行MCU的指示任務(wù)，故才能完美地控制家電。圖l為系統(tǒng)總體框圖：
2.2 串口通信單元設(shè)計
STC12C5A60S2增強型51芯片有一組串行口接口，3根通信線連接便能實現(xiàn)較普通的串行通信，發(fā)送是TXD串行數(shù)據(jù)，接收是RXD串行數(shù)據(jù)，還有GND信號地線。
2.3 硬件電路設(shè)計
在2.4G網(wǎng)絡(luò)中控制中心節(jié)點如同協(xié)調(diào)器節(jié)點，擁有節(jié)點的管理，2.4G網(wǎng)絡(luò)的建立等任務(wù)的功能。在本系統(tǒng)中，控制中心節(jié)點對接受的數(shù)據(jù)進行處理，并通過RS-232串口與PC機連接通信以及通過，以及鍵盤輸入和液晶顯示。
2.4 無線收發(fā)模塊
結(jié)合硬件設(shè)計要求的多種因素，在智能家居設(shè)計中，采用的射頻片nRF2401是工作在2.4GHz頻段的。
把功率放大器，頻率合成器，調(diào)制器以及晶體振蕩器這些功能模塊放置在芯片內(nèi)，使射頻片nRF2401在2.4～2.5GHzISM頻段內(nèi)工作，通過程序配置通信頻道和輸出功率。工作電流在接收時才18mA，在以-5dBm的功率發(fā)射時也僅為10.5mA，芯片的能量損耗不高，多種低功率工作模式很大程度上方便了節(jié)能方面的設(shè)計。nRF2401可以在使用同一天線的情況下，能夠兩個不同頻道的數(shù)據(jù)都能被同時接收，這是因為DuoCeiverTM技術(shù)使它具有了這樣的優(yōu)點。
2.5 傳感器電路設(shè)計
時鐘模塊、電源模塊、傳感器模塊、無線模塊構(gòu)成了主要的傳感器節(jié)點硬件。各個傳感器節(jié)點所發(fā)送過來的信息是由控制中心節(jié)點通過nRF24L01無線模塊接收的，并通過串口模塊，把信息發(fā)送到上位機，使用的人直接從上位機的軟件界面上獲取所有數(shù)據(jù)。
三、結(jié)語
本文總體設(shè)計了一種無線智能家居控制系統(tǒng)，系統(tǒng)節(jié)點控制器選用硬件電路中簡單的增強型STC芯片，系統(tǒng)的安全性以及效率得到有效提高，數(shù)據(jù)傳輸是靠無線網(wǎng)路芯片nRF24L01來完成的。這個系統(tǒng)成本較低，使用方便，功耗超低，有良好的拓展性而且使用效率高、穩(wěn)定可靠，集便于攜帶、更加開放、便于協(xié)作、交互性強等優(yōu)秀特點于一身。
參考文獻
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篇9
完成時間：2013年6月
功能設(shè)計：智能照明控制、智能調(diào)光控制、智能窗簾控制、空調(diào)及電視的智能控制、可視對講系統(tǒng)、背景音樂系統(tǒng)、無線控制系統(tǒng)。
項目簡介
項目位于浙江省東陽市的某別墅小區(qū)，項目業(yè)主需要打造一個全新的智能化樣板房空間，其中包括智能照明控制、智能調(diào)光控制、智能窗簾控制、空調(diào)及電視的智能控制、可視對講系統(tǒng)、背景音樂系統(tǒng)、無線控制系統(tǒng)。
業(yè)主重點做的空間為客廳和餐廳，因為這兩個區(qū)域是來訪客人所能接觸到的最多的地方，也是訪者對智能家居的效果體驗最合適的地方。所以著重設(shè)計這兩個區(qū)域的智能家居控制。業(yè)主所選用的家居和家具的裝修風格整體為歐式簡約風格，顏色偏深色。根據(jù)現(xiàn)有的智能家居產(chǎn)品，為業(yè)主配置了黑色5寸觸摸面板，白色三聯(lián)按鍵面板，將這兩個面板安裝于客廳和餐廳內(nèi)，實現(xiàn)對家居的燈光照明和空調(diào)、電視等設(shè)備的智能控制，既不影響裝修的美觀，又能彰顯尊貴豪華的氣質(zhì)。
在客廳和餐廳分別配備了兩個吸頂式天花喇叭，結(jié)合背景音樂播放主機，業(yè)主無論是在客廳還是餐廳都可以隨意的選擇自己喜歡的歌曲，享受居家生活的樂趣。
方案概述
客廳
在客廳安裝5寸TFT觸摸面板1個，觸摸面板是一個具備場景控制、空調(diào)控制、背景音樂控制、燈光控制、窗簾控制、電視控制、安防控制的集中控制平臺，場景控制可以實現(xiàn)，如“會客模式”、“公共空間模式”、“影院模式”、“Party模式”、“休閑模式”、“游戲模式”、“電視模式”、“清潔模式”、“閱讀模式”、“全關(guān)模式”等智能場景模式。
餐廳
在餐廳安裝5寸TFT觸摸面板1個、三聯(lián)按鍵面板1個、控制燈光、空調(diào)、電視以及電動窗簾等。燈光設(shè)置多個場景：“家庭模式”、“聚餐模式”、“Party模式”、“清潔模式”、“全開模式”、“全關(guān)模式”等。
背景音樂
背景音樂系統(tǒng)主要包含吸頂式天花喇叭、背景音樂播放主機、背景音樂播放主機電源。K—BUS控制系統(tǒng)，可通過RS232模塊對背景音樂主機進行聯(lián)動控制。可以隨時隨地播放主人喜歡聽的音樂，讓您無論身在家中的何方，都可以伴隨著悅耳動聽的音樂，洗滌心靈，享受一天的好心情！
無線控制
在配電箱內(nèi)安裝一個IP轉(zhuǎn)換器，并且安裝無線AP，結(jié)合K—BUS智能家居安卓手機軟件，無論在家中的任何地方都可以通過手機或是平板電腦對家中的空調(diào)、電視、窗簾、燈光等進行一鍵智能控制，方便快捷又智能節(jié)能。
施工步驟
項目施工步驟分為三部：
第一：前期和業(yè)主洽談和強電設(shè)計方對接，將所有的強電回路都拉到統(tǒng)一的配電箱內(nèi)，并確定開關(guān)面板及天花喇叭等的安裝位置。
第二：選購EIB總線，將需要拉到開關(guān)面板處的總線由配電箱引至此處。
第三：將產(chǎn)品按照安裝方式安裝在配電箱內(nèi)。
調(diào)試心得
篇10
Key words： smart home；FPGA；ZigBee；wireless sensor node
中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）18-0068-02
0 引言
智能家居系統(tǒng)的概念起源于上世紀70年代的美國，隨后，傳播到歐洲、日本等國并且得到了很好的發(fā)展。在我國，智能家居這一概念推廣較晚，約在90年代末家居智能化系統(tǒng)才得以進入國內(nèi)，但發(fā)展速度驚人。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，根據(jù)人們需求而開發(fā)設(shè)計的智能家居系統(tǒng)擁有更加優(yōu)越及復(fù)雜的配置，可以將家庭中各種通信設(shè)備、家用電器以及家庭保安裝置通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)連接起來，實現(xiàn)環(huán)境控制、養(yǎng)魚養(yǎng)花、燒水煮飯、多媒體控制及安全報警等功能，并可以異地監(jiān)控、管理、報警，為住戶提供安全舒適、高效便利的學習生活及工作環(huán)境。
由于智能家居系統(tǒng)還缺乏統(tǒng)一明確的國際標準，許多公司開發(fā)出的產(chǎn)品都是基于自己組網(wǎng)和信息交換協(xié)議，很多產(chǎn)品是針對特定的組網(wǎng)環(huán)境開發(fā)的，部分核心技術(shù)沒有對外公布，技術(shù)復(fù)雜，直接導(dǎo)致了使用范圍的局限性。再者，缺乏對應(yīng)的第三方產(chǎn)品，各個接入設(shè)備之間不能兼容，互操作性差，不利于產(chǎn)品的擴充，因而進一步局限了產(chǎn)品的發(fā)展。再加上有的系統(tǒng)成本過高，嚴重影響了產(chǎn)品的普及。本文通過FPGA構(gòu)建了一個嵌入式控制處理平臺，利用FPGA技術(shù)低功耗、定制性高、擴展性強、接口靈活等優(yōu)點，實現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)智能家居控制部分的設(shè)計，能夠滿足家居需要。
1 FPGA在物聯(lián)網(wǎng)智能家居中的應(yīng)用
目前常見的智能家居系統(tǒng)大多基于ARM的嵌入式系統(tǒng)，這類系統(tǒng)并不能同時支持多種無線通信協(xié)議。通過整合多種無線通信控制方式，來實現(xiàn)基于FPGA的物聯(lián)網(wǎng)智能家居控制器，為智能家居的控制領(lǐng)域探索了一種新可行性的方法。利用FPGA芯片可自由定制以及接口靈活性的特點，設(shè)計智能家居控制器各個模塊，相比ARM單片機支持串口少的短板，可以使系統(tǒng)在同一時刻支持多種通信方式，從而使系統(tǒng)具有更高的適應(yīng)性和可擴展性，能夠同時控制多達31個家用電器，基本滿足日常家居需要。基于FPGA的物聯(lián)網(wǎng)智能家居在設(shè)計實現(xiàn)的過程中，使用了Quartus II等集成開發(fā)環(huán)境，以及ModelSim專業(yè)仿真工具，利用Verilog HDL硬件描述語言，在Altera公司的DE2開發(fā)板上進行開發(fā)設(shè)計。
2 基于FPGA的物聯(lián)網(wǎng)智能家居設(shè)計
2.1 系統(tǒng)功能
基于FPGA的物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)能夠最大限度地使家居更加智能化，其三大關(guān)鍵功能是通過網(wǎng)絡(luò)信息終端進行信息的獲取、處理以及，進行信息的及時反饋；對相應(yīng)的單元以及一些機構(gòu)進行控制，實現(xiàn)實時監(jiān)測；兼容性一定要足夠強大。該系統(tǒng)特色功能具體如下：
①環(huán)境控制系統(tǒng)：對室內(nèi)溫度、濕度、亮度進行實時測量，通過人設(shè)模式控制空調(diào)、加濕器、窗簾、燈光等設(shè)備達到宜居的室內(nèi)環(huán)境；②智能養(yǎng)花系統(tǒng)：通過測量相關(guān)參數(shù)，提供澆水、施肥、遮蓋陽光等功能，可以遠程監(jiān)控養(yǎng)花，或者自動養(yǎng)花；③智能養(yǎng)魚系統(tǒng)：通過測量相關(guān)參數(shù)，提供補氧、喂食、控溫、換水等功能，可以遠程監(jiān)控養(yǎng)魚，或者自動養(yǎng)魚；④智能餐飲系統(tǒng)：通過控制燒水壺、微波爐、電飯鍋等設(shè)備電源及煤氣開關(guān)，完成燒水、蒸煮、烹飪等功能，可以遠程監(jiān)控完成或自動完成；⑤多媒體系統(tǒng)：通過開關(guān)控制，可以遠程操控電視、音響、電腦等設(shè)備；⑥完全報警系統(tǒng)：通過測量相關(guān)水電氣參數(shù)或者紅外感知參數(shù)，對室內(nèi)實時監(jiān)控，如有危險提示則報警。
2.2 系統(tǒng)架構(gòu)
該系統(tǒng)是以單個家庭為單位進行安裝，智能家居控制臺采用大唐移動公司研制的智能家居控制試驗箱，ZigBee中心節(jié)點采集環(huán)境信息。FPGA相當于智能家居系統(tǒng)中的管理中心，其核心是采用Altera公司推出的32位高性能軟處理器nios2與每個子節(jié)點連接。管理中心通過串口可根據(jù)接收到的ZigBee中心節(jié)點數(shù)據(jù)進行處理，并通過家庭總線系統(tǒng)與其他節(jié)點設(shè)備進行關(guān)聯(lián)操作，實現(xiàn)家庭環(huán)境的監(jiān)測與管理，從而為用戶提供安全、舒適的生活或工作環(huán)境。智能家居控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
2.3 硬件結(jié)構(gòu)
2.3.1 FPGA部分
系統(tǒng)的核心控制部分由FPGA實現(xiàn)，其設(shè)計思路是：采用Altera公司DE2-70開發(fā)平臺來完成系統(tǒng)設(shè)計，從ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳輸過來的數(shù)據(jù)經(jīng)過串口后存儲到DE2-70開發(fā)板上的SDRAM中，在FPGA控制平臺上，由Altera的IP核構(gòu)成Nios II軟核，并植入FPGA芯片中，然后通過軟件編寫來實現(xiàn)FPGA控制平臺的功能，然后系統(tǒng)從SDRAM中讀取數(shù)據(jù)后將溫度、濕度等信息顯示在LCD液晶屏上。FPGA系統(tǒng)的Nios II軟核結(jié)構(gòu)如圖2所示。
2.3.2 無線傳感器節(jié)點
無線傳感器模塊由ATMEGA128和CC2420組成，CC2420通過SPI總線連接到ATMEGA128。CC2420是Chipcon As公司推出的首款符合2.4GHz IEEE802.15.4標準的射頻收發(fā)器，該器件包括眾多額外功能，是第一款適用于ZigBee產(chǎn)品的RF器件。該模塊能夠在低電壓低頻率模式下開始工作，同時能夠進行低功耗操作，還能夠支持許多種不同的低功耗模式，例如睡眠模式以及深度睡眠模式等，都是可以實現(xiàn)的，從而達到系統(tǒng)更加智能化的目的。無線傳感器模塊如圖3所示。
2.3.3 ZigBee中心節(jié)點
ZigBee中心節(jié)點使用大唐移動公司研制的智能家居控制試驗箱配套產(chǎn)品，模塊內(nèi)嵌工作頻率2.4GHz基于IEEE802.15.4標準的ZigBee通信協(xié)議，支持最新的RS232串行模式，在此標準通信協(xié)議下，經(jīng)測試，ZigBee中心節(jié)點每次接力通信都能在75m范圍內(nèi)提供250kbps的速率，能在網(wǎng)狀或多次跳接無線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)支持串行數(shù)據(jù)路由，速率最高可達38.4kbps，能夠達到目前國內(nèi)產(chǎn)品的最好性能，完整體現(xiàn)了最新ZigBee網(wǎng)絡(luò)層的強大功能。
3 結(jié)論
本系統(tǒng)通過FPGA構(gòu)建了一個嵌入式控制處理平臺， 利用FPGA技術(shù)低功耗、定制性高、擴展性強、接口靈活等優(yōu)點，實現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)智能家居控制部分的設(shè)計。最終通過Altera公司的DE2開發(fā)板驗證，本控制系統(tǒng)在板載50MHz的時鐘頻率下穩(wěn)定運行，實驗結(jié)果達到了預(yù)期目標。該系統(tǒng)中的部分模塊已在我學院SMT實訓(xùn)基地自主開發(fā)研制并生產(chǎn)。另外以該系統(tǒng)項目為例，通過翻轉(zhuǎn)課堂教學模式激發(fā)了學生的實踐操作能力、創(chuàng)新能力，對在研課題具有較好的理論價值和實際意義。
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篇11
1 物聯(lián)網(wǎng)智能家居實訓(xùn)系統(tǒng)組成和內(nèi)涵
物聯(lián)網(wǎng)智能家居實訓(xùn)系統(tǒng)由智能照明、智能安防、人臉識別門禁、智能音響、智能冰箱、能耗監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、智能窗簾等子系統(tǒng)，及物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用上位機管理軟件組成，各子系統(tǒng)通過連接電纜進線連接，采用 ZigBee、wifi、3G 多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)傳輸傳感及控制信息。系統(tǒng)支持智能家居設(shè)計、安裝、調(diào)試以及應(yīng)用編程等多種方式來鍛煉師生的技術(shù)水平，是一套既能展示物聯(lián)網(wǎng)智能家居應(yīng)用，又能掌握相應(yīng)技能和知識的實訓(xùn)系統(tǒng)。
本開發(fā)平臺實現(xiàn)對物聯(lián)網(wǎng)三層（感知層，網(wǎng)絡(luò)層，應(yīng)用層）的全方位技術(shù)運用，比較全面的兼顧了物聯(lián)網(wǎng)所涉及的各類技術(shù)，包括無線傳感器硬件、嵌入式軟件系統(tǒng)、Wifi、Internet 端應(yīng)用軟件開發(fā)教學，設(shè)計提供了智能家居多個子系統(tǒng)的應(yīng)用實訓(xùn)，該系統(tǒng)所涉及到的技術(shù)主要包括：電子電路、2.4GHz 高頻通訊、ZigBee 無線網(wǎng)絡(luò)、無線傳感器、無線 SoC、嵌入式 ARM、UHF RFID 射頻識別、3G、Ethernet、服務(wù)端軟件開發(fā)。
開發(fā)平臺提供了功能強大的以 ARM 處理器為內(nèi)核的網(wǎng)關(guān)硬件和自主研發(fā)的網(wǎng)關(guān)核心軟件，不僅能完成多種無線網(wǎng)絡(luò)管理，傳感器和射頻識別信息處理，而且可以通過不同無線和有線網(wǎng)絡(luò)路徑，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C管理平臺，并存入數(shù)據(jù)庫，支持遠程訪問，并運用虛擬技術(shù)仿真智能家居場景及設(shè)備解決場地及設(shè)備制約因素。
2 系統(tǒng)功能
針對職院學生，主要鍛煉的是學生的動手能力和實際操作的技能。學生可以根據(jù)自己的設(shè)計想法改變模擬房間內(nèi)環(huán)境，也可以通過一體式計算機通過因特網(wǎng)訪問房間內(nèi)自動化服務(wù)器，對智能設(shè)備、視頻監(jiān)控等遠程控制、訪問。該裝置能進行智能家居系統(tǒng)設(shè)計、線路的設(shè)計與連接、調(diào)試、故障排除、系統(tǒng)配置等實驗和實訓(xùn)。
在打分環(huán)節(jié)考慮到人為因素對比賽結(jié)果的影響，在系統(tǒng)中，特別設(shè)計了自動評分功能，對各個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連通性、電源接線、軟件配置進行自動化檢測，為實訓(xùn)成績提供客觀的依據(jù)。
2.1 智能照明
包括智能照明管理軟件模塊、燈控模塊/調(diào)光模塊、通信模塊、燈具，通過和網(wǎng)關(guān)通信，支持本地控制和管理軟件遠程控制，本地可以設(shè)置感應(yīng)開/關(guān)閉，并和光敏檢測模塊聯(lián)動，實現(xiàn)自動化。
2.2 智能安防
包括智能安防管理軟件模塊、窗磁、煙霧感應(yīng)器、主動紅外入侵探測器、攝像機、雙鑒探測器對非法入侵、火情、煙塵等監(jiān)測，針對突發(fā)事件做出緊急處理，與 GSM/GPRS 短息貓聯(lián)動，當發(fā)現(xiàn)有異常時攝像機自動截取畫面并發(fā)送消息至指定手機或報警。
2.3 人臉識別門禁
人臉識別門禁系統(tǒng)由主人臉識別門禁機、門禁控制器和電鎖組成（聯(lián)網(wǎng)時外加電腦和網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備），使用方式屬非接觸方式，出入人只要在人臉識別門禁機附近（30-80 厘米）晃動一次，人臉識別門禁機就能將識別結(jié)果發(fā)送到門禁控制器上，然后由門禁控制器進行檢查核對合法性，決定是否進行開門動作。整個過程只要在有效的使用范圍內(nèi)均可實現(xiàn)門禁管理功能。人臉識別門禁機安裝門邊墻內(nèi)外，而不影響其工作。
人臉作為每個人身體的一部分、不能復(fù)制、安全可靠。并通過網(wǎng)絡(luò)與電腦進行實時監(jiān)控（可由電腦發(fā)指令開/關(guān)所有門，并可實時查看所有門的狀態(tài)）、數(shù)據(jù)處理、查詢、報表輸出等。
2.4 智能音響
包括智能音響管理軟件模塊、情景音樂系統(tǒng)主機、高保真音箱，通過軟件平臺來控制音樂的播放。
2.5 智能冰箱
包括智能冰箱管理軟件模塊、RFID 讀寫器、食物冷藏柜。通過 RFID 技術(shù)實現(xiàn)食物管理功能，通過 PC管理平臺訪問，配合食品圖示，能看到冰箱內(nèi)的食物信息，食品提醒設(shè)置，一旦冰箱內(nèi)食物短缺或過期，就會發(fā)送短息到指定手機。
2.6 能耗監(jiān)測
包括能耗管理軟件模塊、智能插座、能耗統(tǒng)計模塊。通過智能插座實現(xiàn)所有電器通過數(shù)據(jù)采集終端，無線網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)無線抄表、管理功能。可以定制統(tǒng)計分析功能，并通過監(jiān)控系統(tǒng)控制臺、智能手機實現(xiàn)可視化查看和管理，體現(xiàn)綠色節(jié)能理念。
2.7 環(huán)境監(jiān)測
本系統(tǒng)包括環(huán)境監(jiān)測管理軟件模塊、溫濕度、光敏無線通信模塊。實現(xiàn)溫度、濕度、光敏等監(jiān)測，針對環(huán)境參數(shù)設(shè)備智能開啟相關(guān)設(shè)備自動調(diào)節(jié)環(huán)境溫濕度或與其他系統(tǒng)進行聯(lián)動，對突發(fā)事件做出緊急處理。
2.8 智能窗簾
本系統(tǒng)包括智能窗簾管理軟件模塊、窗簾控制器、電動窗簾，通過和網(wǎng)關(guān)通信，支持本地和管理軟件遠程控制， 本地可以設(shè)置感應(yīng)開/關(guān)閉，并和光敏檢測模塊聯(lián)動，實現(xiàn)自動化。
2.9 上位機管理軟件
系統(tǒng)包括照明、窗簾、能耗、電器、安防、環(huán)境監(jiān)測、實訓(xùn)評估模塊，本實訓(xùn)管理平臺是以上各個系統(tǒng)的一個綜合性、集中管理平臺。內(nèi)容包括：系統(tǒng)的實時狀態(tài)查看、遠程控制、數(shù)據(jù)存儲、統(tǒng)計分析、參數(shù)設(shè)置、預(yù)警。如圖1所示。
3 系統(tǒng)特色
真實的家居環(huán)境需要投入大量的人力物力，從實訓(xùn)的角度來說，需要耗費大量的時間和經(jīng)歷建造樣板房，投入巨大。因此，設(shè)計采用模擬家居環(huán)境的智能家居系統(tǒng)，將涉及到的應(yīng)用及控制模塊和設(shè)備安裝部署在可收縮的網(wǎng)孔板機柜上，減少對空間的占用，并可應(yīng)用于以后的實訓(xùn)教學中。
智能家居實訓(xùn)系統(tǒng)安裝在一個網(wǎng)孔板機柜上，可以收攏展開，展開后尺寸為 2.4m*0.8m*1.9m（長*寬*高），收攏后尺寸為 0.8m*0.8m*1.9m（長*寬*高），實訓(xùn)設(shè)備可以自由安裝，具有很大的靈活性。
各系統(tǒng)的控制模塊均安裝在 86 盒內(nèi)，可靈活部署在網(wǎng)孔板的任意位置，方便師生根據(jù)自己的設(shè)計完成施工。
4 總結(jié)
本文介紹了一個物聯(lián)網(wǎng)智能家居實訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，系統(tǒng)中模擬了智能家居中的部分場景，并在實驗室環(huán)境中做了大量的模擬測試，程序運行良好。總之，進行基于 ZigBee 技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)的設(shè)計分析，有利于提升基于物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)設(shè)計水平，促進在實際中的推廣應(yīng)用，具有積極作用和價值意義。
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作者簡介
篇12
隨著微電子技術(shù)與計算機技術(shù)的發(fā)展，智能家居正逐漸成為人們生活中必不可少的一部分。智能家居能夠?qū)⒂嬎銠C網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、嵌入式技術(shù)和傳感控制技術(shù)與家庭生活有關(guān)的各種子系統(tǒng)有機地結(jié)合起來，通過統(tǒng)籌管理，使家居生活可以更加舒適和方便。目前智能家居是物聯(lián)網(wǎng)的一個重要研究方向，有著非常優(yōu)秀的發(fā)展前景。
Windows IoT是微軟公司推出的一種嵌入式系統(tǒng)。它包含企業(yè)版（IoT Enterprise），移動版（IoT Mobile Enterprise）和核心版（IoT Core）。其中核心版本可以用于低內(nèi)存和存儲空間的小型設(shè)備，目前開發(fā)者可以免費使用。Windows IoT通過為智能設(shè)備提供智能化的物聯(lián)網(wǎng)的解決方案，簡化了物聯(lián)網(wǎng)。Windows IoT能將Windows的各種功能帶到物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。包括更新設(shè)備，使用強大的工具保護和管理這些設(shè)備，并將設(shè)備連接到云，并且適用于各種協(xié)議和平臺。
當今時代，智能手機，平板電腦以及路由器等智能設(shè)備的普及給了智能家居的發(fā)展提供了各種可能性。本文將利用Windows IoT設(shè)計一種智能家居系統(tǒng)，使人們在日常生活中可以非常方便的方式進行多成員、遠程和實時的智能家居體驗。
1 系統(tǒng)總體設(shè)計
本系統(tǒng)由三部分組成，包括受控端、服務(wù)端以及控制端。其中受控端由受控器和家居設(shè)備兩部分組成。本系統(tǒng)的控制端與受控端通過服務(wù)端而連接。
1.1 控制端
控制端可以是智能手機、平板電腦或者其他各種智能設(shè)備。智能手機和平板電腦通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)與服務(wù)端的連接，并且通過客戶端通過Web層面對服務(wù)端發(fā)送數(shù)據(jù)和添加命令。
1.2 服務(wù)端
服務(wù)端采用云計算技術(shù)，是受控端和控制端之間的橋梁。它可以把控制端的命令和數(shù)據(jù)傳送給受控端，從而實現(xiàn)控制端對受控端的控制，以及對受控端數(shù)據(jù)的發(fā)送。
1.3 受控端
受控端包含受控器和家居設(shè)備兩部分。受控器中安裝Windows 10 IoT Core系統(tǒng)，并與家具設(shè)備連接。家具設(shè)備可以是各種家用電器。Windows 10 IoT Core可以運行在多款物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)板中。在本設(shè)計中，以樹莓派3（Raspberry Pi 3）為受控器，來控制燈的開關(guān)。
2 Windows IoT的安裝
2.1 下載工具
在電腦上下載Windows 10 IoT Core的安裝工具，工具可以在微軟的官方網(wǎng)站上下載到。
2.2 安裝系統(tǒng)
打開Windows 10 IoT Core的安裝工具，將SD卡插入電腦，點擊安裝新設(shè)備，從下拉列表中選擇樹莓派3。輸入要連接的設(shè)備名稱和密碼。然后點擊安裝，此時會彈出一個顯示進度的窗口。這一步可能需要幾分鐘，具體時間取決于SD卡的速度如何。
安裝完成后，就可以把SD卡插入樹莓派3并且運行了。
2.3 連接開發(fā)板至互聯(lián)網(wǎng)
進入“我的設(shè)備”，找到開發(fā)板的名稱，然后單擊“配置設(shè)備”。樹莓派3本身帶有WiFi適配器，可以直接連接至WiFi網(wǎng)絡(luò)。
2.4 配置開發(fā)板
進入“我的設(shè)備”，在列表中選擇開發(fā)板，可以進行其它的各種設(shè)置。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
在軟件設(shè)計之前，需要配置服務(wù)器。本系統(tǒng)需要建立兩個程序。一個程序在開發(fā)板上運行，接受服務(wù)器發(fā)來的信息并且控制燈的開關(guān)，完成信號收發(fā)的功能。另外一個是發(fā)送信號的程序。
Windows IoT可以使用Visual Studio Community 2015進行軟件開發(fā)。建立一個UWP工程，選擇“Windows IoT Extensions for the UWP”。
首先定義連接燈的GPIO控制器和PIN，然后配置服務(wù)器的屬性，構(gòu)造函數(shù)中，啟動GPIO控制器和連接燈的PIN。
4 系統(tǒng)測試
系統(tǒng)設(shè)計完成后，經(jīng)過各種充分的實驗，系統(tǒng)工作非常穩(wěn)定。點擊開關(guān)按鈕，燈隨著按鈕的開關(guān)點亮。
5 結(jié)語
本文設(shè)計了一種基于Windows IoT的智能家居系統(tǒng)，其中介紹了系統(tǒng)的整體框架和軟件的設(shè)計。相對于其他智能家居系統(tǒng)來說，本系統(tǒng)可以降低系統(tǒng)的操作難度、降低了用戶的成本，而且實現(xiàn)了跨平臺間的簡單操作。采用基于Windows IoT的智能家居系統(tǒng)， 不僅可以實現(xiàn)各種功能，開發(fā)還相對簡單，使得智能家居的發(fā)展更加平民化。
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篇13
智能家居就是以住宅為平臺，兼?zhèn)浣ㄖ⒕W(wǎng)絡(luò)通信、信息家電、設(shè)備自動化，集系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、服務(wù)、管理為一體的高效、舒適、安全、便利、環(huán)保的居住環(huán)境。它是通過采用先進的計算機、通信、布線和控制技術(shù)，建立一個由家庭安全防護、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和家庭自動控制等系統(tǒng)組成的家庭綜合服務(wù)與管理集成系統(tǒng)，從而實現(xiàn)全面的安全防護、便利的通信網(wǎng)絡(luò)以及舒適的居住環(huán)境的家庭住宅。
二、ZigBee技術(shù)簡介
ZigBee技術(shù)是一種重要的短距離、能實現(xiàn)雙向無線通信的技術(shù)，由于它具有低成本、低速率、低功耗、低復(fù)雜度這些特點，通常被用于自動控制和遠程控制領(lǐng)域。ZigBee協(xié)議框架結(jié)構(gòu)主要包括物理層、媒體訪問控制層、網(wǎng)絡(luò)層、安全服務(wù)層、應(yīng)用層等五個部分。
ZigBee技術(shù)自組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)主要有星型、樹型和網(wǎng)狀三種，在組網(wǎng)時可以根據(jù)項目自身的實際需要來選擇其中一種或多種網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。與普通網(wǎng)絡(luò)一樣，每個ZigBee網(wǎng)絡(luò)至少有一個類似于路由器功能的器件——協(xié)調(diào)器，和若干個終端節(jié)點，這樣就能建立網(wǎng)絡(luò)并對網(wǎng)絡(luò)施行協(xié)調(diào)功能。
三、智能家居實訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計
（一）系統(tǒng)功能需求
根據(jù)實現(xiàn)原理及功能來劃分，共包含智能網(wǎng)關(guān)板、LED燈光控制板、輕觸開關(guān)控制板、485信號控制板、溫濕度光敏采集板、報警監(jiān)測控制板、節(jié)點配置模塊、窗磁報警器控制板等八種。系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用上位機管理軟件可實現(xiàn)智能照明、智能安防、人臉識別門禁、智能音響、智能冰箱、能耗監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、智能窗簾等子系統(tǒng)的功能。
（二）系統(tǒng)總體設(shè)計
智能家居實訓(xùn)系統(tǒng)是以ZigBee技術(shù)為基礎(chǔ)，綜合網(wǎng)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、建立起來的一套完整的家居控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)需要在家居設(shè)備之上安裝與之功能相對應(yīng)的節(jié)點模塊，這些節(jié)點模塊包括了傳感器、執(zhí)行器和通信模塊。各個節(jié)點模塊將各自采集的信息經(jīng)過處理之后通過家庭控制子網(wǎng)傳輸?shù)郊彝タ刂浦行模彝タ刂浦行膶⑿畔⑸蟼鞯郊彝ゾW(wǎng)關(guān)，家庭網(wǎng)關(guān)響應(yīng)用戶遠程提交的查詢指令通過Internet將結(jié)果反饋到用戶手中的移動終端之上。用廣的控制指令按照相同的路徑傳輸給節(jié)點模塊執(zhí)行設(shè)定操作。
本系統(tǒng)實現(xiàn)對物聯(lián)網(wǎng)三層（感知層，網(wǎng)絡(luò)層，應(yīng)用層）的全方位技術(shù)運用，比較全面的兼顧了物聯(lián)網(wǎng)所涉及的各類技術(shù)，包括無線傳感器硬件、嵌入式軟件系統(tǒng)、Wifi、Internet端應(yīng)用軟件開發(fā)教學，設(shè)計提供了智能家居多個子系統(tǒng)的應(yīng)用實訓(xùn)。
系統(tǒng)提供了功能強大的以ARM處理器為內(nèi)核的網(wǎng)關(guān)硬件和自主研發(fā)的網(wǎng)關(guān)核心軟件，不僅能完成多種無線網(wǎng)絡(luò)管理，傳感器和射頻識別信息處理，而且可以通過不同無線和有線網(wǎng)絡(luò)路徑，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C管理平臺，并存入數(shù)據(jù)庫，支持遠程訪問，并運用虛擬技術(shù)仿真智能家居場景及設(shè)備解決場地及設(shè)備制約因素。
（三）系統(tǒng)詳細設(shè)計
系統(tǒng)主要包括ARM11 處理器S3C6410和Zigbee模塊組成的家庭網(wǎng)關(guān) 、無線路由器、Zigbee 終端設(shè)備（ 如紅外探測器、門磁開關(guān)和火災(zāi)探測器和煙感燃氣探測器等）。
系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)呈 Zigbee 星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由傳感器獲取的相關(guān)數(shù)據(jù)以及各種電器狀態(tài)的信息，從終端節(jié)點模塊傳送至家庭網(wǎng)關(guān)，用戶和家庭網(wǎng)關(guān)鏈接到同一個無線路由器，這樣用戶就可以通過internet用戶界面管理家中電器狀態(tài)。
1.系統(tǒng)主控制器
智能家居主控制器接收由協(xié)調(diào)器傳輸來的各類傳感器返回的狀態(tài)信息，通過事先由用戶設(shè)定好的各個指標如溫度、濕度、光照條件等信息的閾值進行綜合智能判斷，并采取對應(yīng)的控制措施發(fā)出各類家電控制指令。
家庭網(wǎng)關(guān)是以ARM11處理器為核心開發(fā)的，管理整個系統(tǒng)的終端節(jié)點。實訓(xùn)系統(tǒng)中協(xié)調(diào)器管理與控制整個Zigbee 無線傳感網(wǎng)絡(luò)，每個終端節(jié)點設(shè)備都加入網(wǎng)絡(luò)，并通過此網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)的保存和處理。
2.終端節(jié)點
系統(tǒng)中的終端節(jié)點采用集微處理器和RF收發(fā)芯片一體的SoC芯片 CC2530 作為主要硬件平臺，模塊不僅具有ZigBee 收發(fā)模塊，還有一個MCU 內(nèi)核的單片機，通過繼電器采集傳感器信息、轉(zhuǎn)發(fā)命令和控制設(shè)備的運行狀態(tài)。
系統(tǒng)中的終端節(jié)點包括三表計量節(jié)點、環(huán)境溫度濕度監(jiān)測和控制節(jié)點、報警信號采集節(jié)點、家電控制節(jié)點、燈光控制節(jié)點等。主要進行環(huán)境中溫度、濕度等各種數(shù)據(jù)的采集、非法闖入、火災(zāi)或有毒氣體等意外災(zāi)難情況的探測以及對各種家電設(shè)備的控制。
四、總結(jié)
本文在深入了解智能家居系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，設(shè)計出了基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能家居實訓(xùn)系統(tǒng)“設(shè)計包括了智能家居系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩方面”。與傳統(tǒng)的基于綜合布線技術(shù)的智能家居系統(tǒng)相比，存在一些優(yōu)勢，但智能家居實訓(xùn)系統(tǒng)通信質(zhì)量及穩(wěn)定性和可靠性的好壞及用戶操作的便利性直接影響了智能家居的品質(zhì)，因此，我們需要進一步完善系統(tǒng)。
參考文獻
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