时间：2023-03-07 14:59:05
导语：在智能家居系统设计方案的撰写旅程中，学习并吸收他人佳作的精髓是一条宝贵的路径，好期刊汇集了九篇优秀范文，愿这些内容能够启发您的创作灵感，引领您探索更多的创作可能。
关键词 树莓派 ZigBee 智能家居
中图分类号：TN873 文献标识码：A
智能家居作为一个新兴产业，正于一个成长发展期，技术的发展更新正是物联网智能家居发展方向。当前，智能家居系统尚未有统一的行业标准，其控制方式也形式多样，但有线连接控制的方式居多，与无线相比，安装工作和使用维护的方便性都要逊一筹。随着近两年Wi-Fi、蓝牙和ZigBee等技术突飞猛进地发展和广泛应用，无线技术和设备已带给人们诸多便利，悄然改变着人们传统的生活习惯。本方案在现有智能家居技术的背景下，研究无线智能家居的控制。
1 主要开发设备及环境
1.1 系统控制设备
本方案以当前迅速兴起的树莓派（Raspberry Pi）作为系统控制设备。它是一款基于Linux系统的、只有一张信用卡大小的卡片式计算机，内存为256M、CPU为ARM1176JZF-S，具有多媒体处理能力，具有体积小、价格低廉、功能强大的特点。通过通用端口（GPIO）来控制外连设备，简单的说就是给其26个针脚赋值高低电平，以达到对外部设备的控制。
1.2 无线通信设备
随着物联网的发展，衍生出来的无线连接方式多种多样，红外、蓝牙、Wi-Fi和ZigBee等都已成为开发人员研究方向。与蓝牙等相比，ZigBee在家庭自动化控制中，在功耗、距离和组网容量、时延短等方面稍有优势，而Wi-Fi则在连接互联网、智能手机和个人电脑方面表现更好，因此本方案设计使用了两种无线通信技术：Wi-Fi和ZigBee。
2 系统设计
2.1 总体设计目标
图1：系统架构图
本方案的目标是通过树莓派作为服务控制器，与ZigBee（协调器）通过串行端口直连通信。树莓派通过端口通信控制ZigBee协调器向ZigBee路由器发送控制命令，然后由与设备直连的ZigBee路由器控制设备的关断与开启。另一端，由树莓派通过Wi-Fi网卡与家庭路由器进行无线连接，从而使树莓派前端可以接入网络。一旦设备接入网络，手机客户端可以通过APP联网接入树莓派控制系统，普通PC电脑也可以凭身份信息通过登录客户端页面进行控制。其系统架构如图1所示。
2.2 子模块设计
本设计方案以智能家居系统的常用功能的子模块――智能灯光控制、智能门禁、智能窗帘控制进行设计验证，下面以窗帘控制子模块为例进行详细的设计介绍。
2.2.1 窗帘控制子模块的硬件设计
窗帘采用两个减速马达作为动力装置，两条传动线作为传动装置，两个带轴承的支柱作为转子固定。马达型号为N20减速长轴电机马达，轴长26毫米，轴径为3毫米，减速比为1：298，转速为100RPM，工作电压为12V，第三方供电，引入继电器。但为了实现电平控制正反转，采用两个继电器。
首先将N20马达的异侧端分别相连，然后将继电器1和继电器2的其余两个端口按图3与第三方电源（9V/1A）电源相连。VCC接5V控制电压，GND接地，IN1、IN2为控制端口。两个继电器的常闭端口分别为J1和GND、J2和GND，当控制端口IN1、IN2为低电平时，J1、J2和GND相连，减速电机不转动。当IN1为高电平IN2为低电平时，继电器1接通VCC和J1，左侧减速电机顺时针转，右侧减速电机逆时针转，窗帘呈开启状态；当IN2为高电平IN1为低电平时，继电器2接通VCC和J2，左侧减速电机逆时针转，右侧减速电机顺时针转，窗帘呈关闭状态。
2.2.2 窗帘控制子模块的驱动设计
窗帘设计的目标是要实现开闭实时控制。控制开关设计为三种状态：开、关、停。当按 “开”时即接通电源，左电机顺时针转动，右侧电机逆时针转动，从而窗帘内传动带拖着窗帘滑轮打开窗帘；反之，当按“关”键时，两电机转向相反，关闭窗帘；按“停”键，则供电终止，窗帘停在当前位置。
同时，为了避免窗帘全开或全闭时电机继续转动，系统还设计自保护功能，即根据电机角速度 、半径R、窗帘最大开合距离S、窗帘当前开合距离S′（0≤ S′≤S），可以计算最大转动时间T和已经转动t，T为门限值，当t=T时则自动停止。其计算公式和系统工作流程图如公式（1）和图2所示。
最大转动时间： （下转第163页）（上接第160页）
（1）
图2：窗帘控制流程图
2.2.3 系统总体设计
总体接线示意图如图3所示。其中包括了树莓派、ZigBee协调器、ZigBee路由器、继电器模块、调光模块等。树莓派RX端和ZigBee CC2530芯片的TX端相连，TX端和ZigBee的RX端相连。树莓派通过串口通信方式控制作为协调器的ZigBee（C）向作为路由器的ZigBee（R）发送控制命令，从而ZigBee（R）可以通过它的P00、P04、P05、P06、P07口分别控制电灯、电磁锁、窗帘的继电器工作，进而控制各种设备的状态。
3 实验情况及结论
实验测试时，先通过树莓派终端将系统初始化，建立好服务器控制端，通过ZigBee组网连接好子模块设备，通过Wi-Fi连接家庭局域网，然后分别通过PC机和手机APP访问控制，实验验证，本设计方案可以顺畅运行。
本方案集智能家居控制、安全环境监测于一身，是一个方便、舒适、安全的无线智能系统。此外，当下智能家居系统的设计成品还相对较少，成本高，普及率还比较低，本方案设计采用树莓派作为控制服务器，附加一些继电器控制设备开断，也很好地降低了成本预算，而且系统设计了电脑端上位机和手机端软件，更加贴合当下的时尚控制理念。
图3：系统总体接线示意图
当前，随着信息化时代的到来与群众生活水平的不断提高，实现智能化的家居生活将是今后的必然趋势。物联网不仅涵盖了互联网整体功能，而且其物理实体与物理实体间能良好通信；并把物理实体和虚拟网络相连，让用户不受空间限制的对物理实体进行控制。笔者根据自身工作经验，首先对物联网智能家居安防系统及其特点进行了分析，其次分析研究了物联网智能家居安防系统的系统构建和工作原理。
【关键词】物联网 智能家居 安防系统 系统构建 设计
家居安防系统即利用计算机、无线通信和电子等先进的通信和控制技术，通过网络化的综合管理，实现对家居生活以及家庭安防的紧密结合的系统，它使得家庭工作和生活更轻松和安全。智能家居主要将住宅作为平台，通过自动控制技术、网络通信技术、 音视频技术、综合布线技术将家居生活有关的设施集成，构建智能化的住宅设施管理系统，以保证家居生活的安全性、舒适性、艺术性，达到环保节能的目的。物联网是一个基于互联网、传统电信网等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。通常情况下，物联网为无线网，由于每个人周围的设备可以达到一千至五千个，因此物联网中大概包含500兆至1000兆个物体，通过物联网，所有人都能够应用电子标签将真实的物体上网联结，在物联网上获取它们的具置。
1 物联网智能家居安防系统及其特点
随着物联网概念的涌现，使得用户的认知程度得到提高，技术越来越完善成熟，有效促进了智能家居系统的应用。智能家居系统将提高家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境作为主要目标，遵循智能化、人性化、高性价比的原则，利用先进的物联网进行远程控制；通过WIFI网络及3G网络控制。
1.1 系统
智能家居属于物联网的一部分，物联网智能家居系统主要是利用不同的信息传感设备，对信息进行准确的识别、判断、传递、接收、控制，通过互联网技术把系统综合连接家庭内使用的诸多家用电器、安全设备，以构建一个涵盖家庭通信、安全防护、设备控制等优势作用在内的一体化控制系统。
1.2 特点
物联网智能家居系统工具有四方面的特点：第一，实时性特点；能对家庭中所有设备的运行情况进行实时有效控制。第二，及时性特点；对于潜在的事件问题，物联网智能家居系统能及时有效的发现并予以处理，防止损失的不断蔓延。第三，无地域性特点；只要拥有物联网智能家居系统的管理者权限，任何时间任何地点中都能够利用互联网进入系统实施有效管理。第四，灵敏性特点；在所处环境或者身体的变化下使得人的视觉、听觉、触觉一定程度上发生着改变，进而影响人的灵敏性，由于传感器主要是极为精密、集成的电路而制成的，对其灵敏性会实施严格的检测，不会有人类这般的生命形态，所以可以获取准确、灵敏的检测结果。
2 物联网智能家居系统的安防系统构建和工作原理
2.1 四层体系结构的构建
家庭网关是嵌入式智能家居系统中的唯一接口，主要在家庭网关中处理、存储、转发家庭内所有设备信息，所以各家庭中均存在一个家庭网关，同时把整体全部集中于家庭网关中，如果需新添系统功能，那么就要为所有家庭实施相应的更改，对系统的扩展造成了一定的影响。所以围绕嵌入式智能家居系统，本文所论述的系统通过科学合理的方式有机综合了无线传感网、物联网技术、中间件技术、WIFI、3G网络，以确保智能家居系统具有较高的控制功能，优化整合信息，促进系统有效扩展，防止出现信息孤岛现象，全面融合各功能信息，从而实现智能化小区。在系统功能基础上而言，智能家居系统共涵盖了四层体系结构，见图1（智能家居的系统体系架构）。
感知层；实际会利用光敏传感器、气敏传感器、声敏传感器、化学传感器、摄像头等诸多的传感设备与监控设备对外界的信号、物理条件如光、热、湿度进行系统探测与获取，同时加强外部环境的监控，并把探取到的信息输送到中心控制平台中，以做好设备的管控工作。
中心控制平台；中心控制平台的作用是系统功能实现的关键环节，对设备进行严格有效的管控，涵盖中央控制器与模拟启动器，并且所有用户均存在一个独特的中心控制平台，这样能够及时的屏蔽所有器件的异构性，有助于应用程序功能的实现。首先，通过中央控制器对由感知层传递的信息予以接收，再结合实际情况利用中央控制器发出控制信息命令某模拟启动器的执行方式，最后通过和此模拟器相连的物体实现相应的动作，并且针对紧急事件还制定了自动报警功能。当传感器利用3G或者WIFI技术将信息传输至中央控制器后，以对模块的准确细致判断来判断突发事件的严重程度，对于比较严重的应立即发出警报、将此情况告知给用户，并利用模拟启动器启动应急方案，对于不太严重的，由模拟启动器自行进行处理。此外，中央控制器把所有信息均放到用户的数据库中予以储存，以为用户日后查阅提供便捷性。用户还可利用应用程序给所有家电输送命令，在中心控制平台上实际执行。
中间件层；中间件层对于智能化小区的实现起到了关键性作用，具体涵盖了服务器、大型数据库等各项设备。通过大型的服务器与数据库对所有家庭的信息进行汇总，各家庭均有着自己的存储空间，采用用户登录的方式来管理。其中，数据库内包含了用户与属于该用户的完整信息，同时两个用户间的电器设备彼此间不会出现干扰情况，实施动态添加，从而促进个性化享受。
应用层；应用层属于和用户间直接进行交互的图形用户界面接口（应用程序），主要提供便捷、个性化的服务，用户可采用软件或者Web方式进行登录，对所有设备进行操作并增添或删除服务，确保良好的人机交互，同时屏蔽下层通信。应用程序中包括防盗安全管理模块、自动报警模块、家居物品管理模块等各类基础构件，促进所有功能的实现，并预留相应的接口为今后中功能模块的添加、更新、删除提供服务，同时和服务器、数据库相连，为所有用户提供特有的空间，进行个性化选择与个性化设置，这样不仅促进了用户的独立性，而且还使得系统呈现出了整体性。
2.2 设置环境安全级别
设置危险与安全两个级别的安全控制信息；把用户认为是危险级别范畴中的事件置于中央控制器中进行存储，并通过二进制数1进行表示，属于安全级别范畴的用0进行表示，利用中央控制器的安全级别对模块进行判断，以获悉有没有必要报警。例如：当房屋中发生烟雾情况时判断其出现了火灾，属于危险级别，对于传感器传送房中的温度，中央控制器利用对功能模块的判断来获悉是否需要将报警装置启动和告知用户，同时由模拟启动器开启水龙头以作为应急方案。
3 智能家居安防系统的工作原理
如果设计好了应用程序和完成了所有物理设施单位构建与连接，那么享有权利的用户可利用应用程序或者Web登录智能家居系统，在图形化界面上发出具体执行的命令，由中央控制器发出控制指令，模拟启动器对家庭内各设备运行情况进行控制。如果用户未给出操作命令，那么传感器在感应外界环境情况时，就会利用3G、WIFI、无线传感网将信息送至中央控制器中，然后中央控制器对环境的安全级别进行准确的判断，如果在危险级别范畴，应及时的发出控制信息、报警和将此情况告知给用户，如果在安全级别范畴中，只要高于设定范围，中央控制器就会发出控制指令，模拟启动器对各项指令予以执行。
4 结论
随着现代社会的快速发展，人们的生活节奏越来越快，对生活质量有了越来越高的要求，特别对于发展进程快的大城市，人们开始注重时间的合理有效利用。为了实现人们在生活工作环境方面提出的要求，利用设计四层结构模型构建系统综合生活享受与安全监控的有着较高人机交互功能、家居控制功能完善及能够有效扩展的智能家居系统。物联网智能家居系统不仅为人们提供了舒适的生活环境，还很好的保障了人们的生命财产安全，使得人们拥有了更加完美的生活空间，所以今后中的智能家居系统不会只局限于家庭中，其将广泛的应用到城市各区域，在人们生活工作中发挥至关重要的功能作用。
参考文献
[1]封松林，叶甜春.物联网/传感网发展之路初探[J].中国科学院院刊，2010（01）.
[2]吴海红.3G应用进入物联网时代[J].长春师范学院学报，2011（02）.
[3]李慧.智能居住环境学习和控制策略研究[D].山东大学学报，2011.
[4侯立功.基于物联网技术的智能家居系统构想[J].数字通信，2011（06）.
作者简介
张磊（1979-），男，山西省太原市人。现为山西通威感知消防科技有限公司工程师。系太原理工大学机械工程学院2012年级硕士研究生在读。
项目名称：浙江东阳西山花园小区某别墅
完成时间：2011年
功能设计：全宅智能灯光控制，空调等电器远程控制，电动窗帘门遥控控制，中央背景音乐系统，高清视频共享系统，家庭安防报警系统，网络视频监控系统，可视对讲门禁管理系统。
综述：浙江东阳西山花园整体式智能家居系统，较完善地实现家庭中智能灯光，电器智能控制，电动窗帘门控制，背景音乐系统，视频共享系统，可视对讲系统，门禁指纹系统等智能控制系统的整体融合控制，可以自由实现各个智能家居子系统之间的完美融合与功能联动，可以通过智能遥控器、墙面液晶智能触摸面板，智能液晶触摸屏、平板电脑、智能手机等多种人机交互界面实现对以上各子系统的统一控制与整体管理。
上海棕榈泉别墅智能家居系统解决方案
项目名称：棕榈泉别墅项目
完成时间：2012年
功能设计：家庭影院系统、智能背景音乐系统、智能灯光控制系统、集团电话系统、数字电视系统、无线网络、手机信号、红外报警、远程监控、灭蚊系统、KTV点歌、高清共享、电动窗帘、卫星电视等。
综述：棕榈泉花园别墅为龙东路一线别墅，业主向往着和比尔·盖茨一样的奢华智能化生活。根据业主需求，设计集专业家庭影院/KTV、智能控制、安全舒适、娱乐体验于一体，从声学，美学以及智能家居控制系统三方面来打造一个极具现代科技式的影院娱乐兼安防报警于一体的豪华别墅。
赣州云山绿水苑智能家居系统设计方案
项目名称：赣州云山绿水苑
完成时间：2011年
功能设计：智能门锁联动、视频监视、安防报警、门禁、可视对讲、厨房对讲电视、灯光控制、家电控制、背景音乐控制、电动窗帘控制、环境监测（亮度、温湿度、CO2浓度）、集中控制和网络远程控制、多平台控制、各系统之间联动、信息服务、数码相册。
综述：赣州云山绿水苑智能家居系统设计以住宅为平台，利用综合布线技术、电脑技术、视频技术、数码通讯技术及信息网络技术、通信及控制技术管理家中设备，将家中的各种设备通过家庭网络连接到一起，将让用户有更方便的手段来管理家庭设备；另一方面，智能家居内的各种设备相互间可以通讯，不需要用户指挥也能根据不同的状态互动运行。从而给业主创造一个高效、舒适、优雅、安全、便利、环保的居住环境，将冰冷的物业管理变为人性化的管理，让小区管理进入一个广博的空间。
宁波绿城桂花园智能家居系统案例解析
项目名称：宁波绿城桂花园
完成时间：2012年2月
功能设计：中央空调、地暖、水系统、智能家居系统。
综述：本项目户型为三室一厅户型，面积200平米，装修总额180万。其中智能化22万元，本案采用Nico尼科智能家居系统，采用lonworks总线技术，稳定性强。智能化系统包含中央空调、地暖、水系统、智能家居四大系统。通过智能化整合，可实现如下功能：
智能灯光与窗帘系统控制、智能背景音乐系统控制、智能温控系统控制及智能终端控制。
老房改造：打造豪宅级智能家居公寓房
项目名称：上海某小区老房
完成时间：2012年
功能设计：智能家居系统升级改造
综述：此次老式公寓房智能家居系统改造采用智能家居控制系统为核心，实现了灯光智能控制，电器（电视机、投影仪、高清机顶盒、N3高清播放器等）电源智能控制与红外联动控制，空调等暖通设备的红外联动及远程控制，电动窗帘、电动投影幕、电动遮阳、电动门窗控制，中央背景音乐控制，家庭安防报警，AV视频共享，网络视频监控，全宅控数字可视对讲，智能门锁控制，花园自动浇灌系统，自动防蚊喷香系统，智能家庭影院系统，智能家庭卡拉OK系统等14大智能家居控制系统功能。
花园别墅豪宅智能家居设计方案
项目名称：花园别墅
完成时间：2012年
功能设计：Nico LonWorks智能家居系统
综述：本项目采用全进口的Nico LonWorks智能家居系统，Nico LonWorks智能家居系统将传统的面板开关、窗帘、插座等电器智能化，并有效地实现了对灯光、窗帘、暖通空调、视听设备、安防、监控系统的智能控制，达到安全、节能、人性化的效果，并能在今后的使用中方便地根据用户的需求进行变更，成为真正灵活智能控制系统。
西安中海铂宫的比尔·盖茨家
项目名称：西安中海铂宫别墅
完成时间：2012年
功能设计：四区中央家庭背景音乐系统（客厅、餐厅、三层主卧、三层主卫）、7.1声道私人影院、私人影院的声学设计与装修、户外四通道视频监控、全宅安防报警、全宅智能化系统集成、中央空调智能化集成、中央家庭背景音乐的智能化集成、中央新风的智能化集成、安防报警的智能化集成、法国尚飞电动窗帘系统。
综述：项目采用Contro14的整体解决方案集成了灯光、背景音乐、家电控制、中央空调、中央新风、安防监控、电动窗帘等子系统，完美应用于别墅负一层影音室、车库：中庭花园喷泉、一层客厅、餐厅、花园；二层儿童房及客房；三层主卧、主卫、主人书房套间等区域，分别采用了美国Contro14智能控制主机、ZigBee无线调光器、无线开关及场景面板：泊声A66中央家庭背景音乐系统：美国霍尼韦尔安防监控系统；英国美声HiFi私人影院等。利用科技感十足，操作便捷的Contro14平台，将智能家居各子系统完美整合集成。
城投瀚城别墅智能控制解决方案
项目名称：城投瀚城独栋别墅
完成时间：2012年
功能设计：灯光控制系统、电动窗帘系统、背景音乐系统、家庭安防系统、视频监控系统、可视对讲系统、温度控制系统、家电控制系统、远程控制系统、影院控制系统。
综述：城投瀚城位于武汉雄楚大道南湖北岸（名都花园旁），囊括有独栋、双拼、联排院墅，一梯一户电梯直入式空中大宅及一梯两户南北通透板式高尚公寓等。本次智能家居控制系统通过实现对安防、灯光、电器、电动窗帘、影音等设备控制，创造一个方便、智能、时尚、温馨、惬意的居住环境。本项目为此设计了智能中控系统，可以控制家居灯光、电器、空调等设备。
南亚之门智能家居样板房设计方案
项目名称：南亚之门
完成时间：2012年
功能设计：数字楼宇对讲系统（可视对讲、安防监控）：指纹锁分户门禁系统：智能家居系统（照明控制、背景音乐、视频监控）。
综述：本项目“南亚之门”重新定义中央豪宅，引入智慧社区智能家居功能，提升住宅品质。高333米83层的南亚之门中央塔楼，集铂金五星级酒店、公寓式酒店、5A级写字楼、商品质住宅、城市核心商业、休闲娱乐为一体。本项目样板间智能化系统设计有：数字楼宇对讲系统（可视对讲、安防监控）：指纹锁分户门禁系统；智能家居系统（照明控制、背景音乐、视频监控）。
锦绣山河独栋别墅智能家居系统综合应用方案
项目名称：锦园7#独栋别墅
完成时间：2011年
功能设计：智能家居系统
综述：锦园7#别墅作为锦绣山河独栋别墅的经典之作，地产开发商把该别墅作为样板房供购房者参观，将智能家居作为别墅标准配置的定位之一，给客人提供智能生活的亲身体验。KOTI根据用户的喜好和日常生活习惯，在客厅、地下影院、卧室结合实际设备配置多个情景模式，同时设计出集中控制、图形化操作、一键式场景模式控制系统：电影模式、会客模式、音乐模式、游戏模式、电视模式、K歌模式等，一应俱全，所有的设备都掌握在手上的平板电脑中。
南京紫金别墅智能家居系统设计方案
项目名称：紫金别墅
完成时间：2012年
功能设计：智能控制、电动门窗、安防报警、视频监控、背景音乐、影视集成、家庭影院以及暖通系统控制与集成。
综述：紫金豪宅位于南京紫金山麓，别墅建筑面积约2000多平方。业主对生活品质非常讲究，提出无论多少系统，墙面上只允许存在一个面板，或者同款式的多个面板，以保障墙面的美观，产品也以国际顶级智能家居品牌为首要选择，最终选定ABB的i-bus prion面板，将灯光、电动窗帘、中央空调、地暖、背景音乐集成一个控制面板。业主通过安装在门厅处的触摸屏、客厅餐厅卧室处的prion智能面板以及遥控器控制家庭灯光、空调、窗帘、地暖，一键控制家庭影院。
荣和大地三层复式豪宅智能家居解决方案
项目名称：荣和大地三层复式豪宅
完成时间：2012年12月
Research on Smart Household System Based on Zigbee and GSM Technology
边洪宁 BIAN Hong-ning；王红 WANG Hong；张红霞 ZHANG Hong-xia；张静 ZHANG Jing
（山东协和学院，济南 250107）
（Shandong Xiehe University，Ji′nan 250107，China）
摘要：智能家居系统是智能家居控制技术和物联网技术完美结合的产物。本文在系统整体设计方案、最小系统设计、ZigBee无线自动组网技术、GSM网络远程监控方式、系统拓扑结构、模块的选择及系统应用产品作了阐述。该系统能满足现代智能家居的要求。
Abstract: The smart household system if the product of perfect combination of smart household control and Internet of things technology. This article expounds the system overall design scheme, minimum system design, ZigBee automatic wireless network technology, GSM network remote monitor and control mode, of system topology structure, module selection and system application products. The system can meet the requirements of the modern smart household.
关键词 ：智能家居；ZigBee；自动组网；GSM
Key words: intelligent household；ZigBee；automatic network；GSM
中图分类号：TP273+.5文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）20-0151-02
0引言
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，实现家庭信息化、网络化是当今智能家居系统发展的新趋势。智能家居系统指的是在一个家居中建立一个通信网络，将家居中各种单元互相连接起来，实现对所有网络上的家电设备进行远程控制和家居环境参数的监控。
目前，大多数家庭的控制网络采用的都是有线连接，虽然有线连接方式具有稳定可靠，高速率等诸多优点，但同时具有可变性及灵活性不够，维护和升级成本高等缺点。一小部分家庭采用小范围的无线网络，但仅仅局限于zigbee技术，应用的灵活性远远达不到人们的生活要求。本文将zigbee技术与GSM技术结合起来，利用技术稳定成熟的GSM通信技术实现了智能家居系统的远程无线控制，提升了智能家居系统的应用空间，让人们的生活实现真正的无限。
1系统整体设计方案
基于Zigbee和以太网的智能家居系统由监控节点、网关节点和远程监控端组成，监控节点通过Zigbee技术与网关节点连接，网关节点通过以太网连接路由器，远程监控端通过因特网对智能家居系统进行监控。其中监控节点又分为灯光音乐控制节点和温湿度监测节点。网关节点由最小系统、Zigbee协调器、以太网控制模块和视频监控模块组成。最小系统由控制芯片和flash存储器组成。
整个系统由远程控制端控制，用户通过操作PC机上的监控界面实现对系统的监控，包括灯光音乐、温湿度监测，系统框图如图1所示。
2最小系统设计
Zigbee模块、以太网控制模块分别通过同步串行口接口、串行外设接口与最小系统通讯，网关节点的最小系统由处理器、存储器、电源模块、通用异步收发传输器和复位电路组成，网关节点最小系统结构如图2所示。
3Zigbee无线自动组网技术
系统以Zigbee无线的方式，通过摸屏主机，把智能开关、智能插座、红外-射频转发器、情景面板、烟雾报警器、摄像头等智能家居系统所包含的设备连接成一个完全双向的网络。网络由于符合Zigbee协议标准，继承了Zigbee网络可靠性高、安全性强、响应快速、组网自动化、自动诊断和恢复系统故障等先天性的优势。
ZigBee是采用碰撞避免机制[1]，每个发送的控制命令或者传输的数据都由接收方确认收到，并回复一个确认的信息。若没有得到确认讯息的回复就表示发生了碰撞，将再次传送，这样系统信息的传输变得非常可靠。符合Zigbee标准的智能家居系统受到干扰的情况下减少控制失灵的可能性，系统可靠性强。
一个ZigBee的网络最多可以包括65536个网络设备节点。这些网络节点可以自动组建成一个网状（Mesh）网络，并且新添加的节点也会自动加入到网络中。系统实现了系统的自动组网，而无需任何的“对码”。而且，由于系统是一个网状（Mesh）网络，也就是系统的插座等设备都可以作为路由来起到数据和命令传输中继的作用，系统自动、动态选择通讯路线来传输数据和命令。即使某一个设备出现故障，系统会自动识别故障设备并重新选择通讯的线路，保证整个系统的通讯正常。
ZigBee提供了数据完整性检查功能，阻止攻击者对数据进行修改；提供认证功能，阻止攻击者修改、模仿Zigbee设备；采用128bits AES加密算法，防止侦听数据。
4GSM网络远程监控方式
ZigBee网络范围仅限于范围比较小的区域[2]，因此ZigBee网络必须与其他网络连接实现远程监控。远程监控的方式包括GSM网络、GPRS和Interner网络三种。本系统采用GSM网络作为远程通信监控方式，简答易行，可靠性好，稳定性强。
5系统拓扑结构
系统拓扑图如图3所示。
6模块的选择
6.1 Zigbee通讯模块
选用集成的Zigbee模块自行设计。开发周期短,不需要消化模块的协议找,通过AT指令或API即可实现模块的应用开发。
6.2以太网控制模块[3]
本系统选用以太网接口芯片W5300,这款接口芯片可以支持SPI接口或者并行接口;硬件集成TCP/IP协议,同时也支持软件TCP/IP协议;芯片可以额外连接PHY芯片,满足物理层的特殊要求。
7系统应用产品
如表1所示，系统应用的产品在家庭中的具体使用区域。
8效果及结论
本文将zigbee技术与应用稳定成熟的GSM通信技术实现了智能家居系统的远程无线控制。该智能家居系统通过监控节点、网关节点和远程监控端组实现了家居内利用监控节点控制家电运行状态以及其他家电参数，家居外利用PC机通过因特网远程监控各节点，同时系统引入GSM技术，真正实现了对家居系统随时随地的无线监。该系统结构简单，维修方便，在一定程度上加进了智能家居系统研究的进程，具有广阔的社会应用前景。
参考文献：
[1]李海，薛海伟.物联网ZigBee网关的设计与实现[J].价值工程，2014：227-228.
【关键词】ZigBee；智能家居实训系统；CC2530
一、智能家居概念
智能家居就是以住宅为平台，兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，集系统、结构、服务、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境。它是通过采用先进的计算机、通信、布线和控制技术，建立一个由家庭安全防护、网络服务和家庭自动控制等系统组成的家庭综合服务与管理集成系统，从而实现全面的安全防护、便利的通信网络以及舒适的居住环境的家庭住宅。
二、ZigBee技术简介
ZigBee技术是一种重要的短距离、能实现双向无线通信的技术，由于它具有低成本、低速率、低功耗、低复杂度这些特点，通常被用于自动控制和远程控制领域。ZigBee协议框架结构主要包括物理层、媒体访问控制层、网络层、安全服务层、应用层等五个部分。
ZigBee技术自组网的网络拓扑结构主要有星型、树型和网状三种，在组网时可以根据项目自身的实际需要来选择其中一种或多种网络拓扑结构。与普通网络一样，每个ZigBee网络至少有一个类似于路由器功能的器件——协调器，和若干个终端节点，这样就能建立网络并对网络施行协调功能。
三、智能家居实训系统设计
（一）系统功能需求
根据实现原理及功能来划分，共包含智能网关板、LED灯光控制板、轻触开关控制板、485信号控制板、温湿度光敏采集板、报警监测控制板、节点配置模块、窗磁报警器控制板等八种。系统通过物联网应用上位机管理软件可实现智能照明、智能安防、人脸识别门禁、智能音响、智能冰箱、能耗监测、环境监测、智能窗帘等子系统的功能。
（二）系统总体设计
智能家居实训系统是以ZigBee技术为基础，综合网线网络通信技术、建立起来的一套完整的家居控制系统。本系统需要在家居设备之上安装与之功能相对应的节点模块，这些节点模块包括了传感器、执行器和通信模块。各个节点模块将各自采集的信息经过处理之后通过家庭控制子网传输到家庭控制中心，家庭控制中心将信息上传到家庭网关，家庭网关响应用户远程提交的查询指令通过Internet将结果反馈到用户手中的移动终端之上。用广的控制指令按照相同的路径传输给节点模块执行设定操作。
本系统实现对物联网三层（感知层，网络层，应用层）的全方位技术运用，比较全面的兼顾了物联网所涉及的各类技术，包括无线传感器硬件、嵌入式软件系统、Wifi、Internet端应用软件开发教学，设计提供了智能家居多个子系统的应用实训。
系统提供了功能强大的以ARM处理器为内核的网关硬件和自主研发的网关核心软件，不仅能完成多种无线网络管理，传感器和射频识别信息处理，而且可以通过不同无线和有线网络路径，将数据传输到上位机管理平台，并存入数据库，支持远程访问，并运用虚拟技术仿真智能家居场景及设备解决场地及设备制约因素。
（三）系统详细设计
系统主要包括ARM11 处理器S3C6410和Zigbee模块组成的家庭网关 、无线路由器、Zigbee 终端设备（ 如红外探测器、门磁开关和火灾探测器和烟感燃气探测器等）。
系统的内部结构呈 Zigbee 星型网络结构，由传感器获取的相关数据以及各种电器状态的信息，从终端节点模块传送至家庭网关，用户和家庭网关链接到同一个无线路由器，这样用户就可以通过internet用户界面管理家中电器状态。
1.系统主控制器
智能家居主控制器接收由协调器传输来的各类传感器返回的状态信息，通过事先由用户设定好的各个指标如温度、湿度、光照条件等信息的阈值进行综合智能判断，并采取对应的控制措施发出各类家电控制指令。
家庭网关是以ARM11处理器为核心开发的，管理整个系统的终端节点。实训系统中协调器管理与控制整个Zigbee 无线传感网络，每个终端节点设备都加入网络，并通过此网络进行数据的保存和处理。
2.终端节点
系统中的终端节点采用集微处理器和RF收发芯片一体的SoC芯片 CC2530 作为主要硬件平台，模块不仅具有ZigBee 收发模块，还有一个MCU 内核的单片机，通过继电器采集传感器信息、转发命令和控制设备的运行状态。
系统中的终端节点包括三表计量节点、环境温度湿度监测和控制节点、报警信号采集节点、家电控制节点、灯光控制节点等。主要进行环境中温度、湿度等各种数据的采集、非法闯入、火灾或有毒气体等意外灾难情况的探测以及对各种家电设备的控制。
四、总结
本文在深入了解智能家居系统的基础上，设计出了基于无线传感器网络的智能家居实训系统“设计包括了智能家居系统的硬件设计和软件设计两方面”。与传统的基于综合布线技术的智能家居系统相比，存在一些优势，但智能家居实训系统通信质量及稳定性和可靠性的好坏及用户操作的便利性直接影响了智能家居的品质，因此，我们需要进一步完善系统。
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【关键词】智能家居;智能控制中心;BLE技术
The Analysis of the BLE Technology in the Application of Smart Home
HAN Dan ZHOU Zu-rong
（College of Information Science and Technology， Qingdao University of Science & Technology， Qingdao Shandong 266061， China）
【Abstract】Smart home is a house as a platform，with architecture ，network communications， information appliances， equipment， automation and other functions， it is an efficient， comfortable， safe， convenient， environmentally friendly living environment， and biggest feature is the set of systems， structures， control， service management as a whole. Smart home using advanced computer technology network communication technology， remote control technology， wireless transmission technology， combined various subsystem which related to home life in order to unified management and make home life more comfortable， safe and effective. There are some contents related to smart home， and the technology is also in constant updates. The article study the smart phones and accessories connected into a smart home control center. This article mainly study Bluetooth Low Energy technology in the application of the smart home.
【Key words】Smart home; Smart home control center; Bluetooth Low Energy technology
0 引言
家居智能化系统，即智能家居系统的定义最早可以追溯到20世纪70年代的美国，在其后传播到欧洲、日本等国，发展良好。而在我国，智能家居却出现的比美国晚了20年。虽然这一概念推广较晚，但是发展非常迅速，至今建成了相当规模的智能化小区及自动化住宅。
智能家居是将通信技术、电子技术和自动化技术相结合并发展的产物。它可以自动的控制和管理设备，同时也对家庭环境的安全进行监控，它可以为居民提供一个安全、舒适、高效、便利的生活和学习工作环境。通过无线或有线方式，以及远程或集中管理、监控、维护家庭居住环境的协调并控制家庭自动化系统中的各种家庭通信和信息设备。与普通家具相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，还对周边居住环境具有一定的认知能力，从而进一步优化居民的生活质量。
许多国家先后提出了不同的智能家居解决方案。现阶段，智能化家居系统拥有的功能更加卓越和贴心。
1 蓝牙技术
随着时代的发展和社会的进步，信息化技术逐步的完善，各种通信手段日益增多。我们日常生活中常见的蓝牙就是一个实用的例子。
所谓蓝牙技术实际上是一种短距离无线电技术，利用蓝牙技术能够有效的简化掌上电脑、笔记本电脑和移动电话手机等移动通信终端设备之间的通信，从而使这些现代通信设备与因特网之间的数据传输变得更加迅速高效，为无线通信开拓道路。说的通俗一点，就是蓝牙技术使得现代一些方便携带的移动通信设备和电脑设备，不必借助电缆就能联网，并且能够实现无线上因特网，其实际应用范围还可以拓展到各种家电产品、消费电子产品和汽车等信息家电，组成一个巨大的通信网络。蓝牙技术属于一种短距离、低成本的无线连接技术，是一种能够实现语音和数据无线传输的开放性方案。
2 BLE（Bluetooth Low Energy）技术
蓝牙4.0协议是2010年6月由SIG（Special Interest Group）的最新标准，其中包含传统的Bluetooth（蓝牙）、Bluetooth+HS（高速蓝）和Bluetooth Low Energy（低功耗蓝牙简称BLE）。
2.1 BLE技术简介
低功耗蓝牙的最大特点是功耗低，因此，它可以利用一节纽扣电池便可以使用几个月甚至几年，正是因为这一特性，使得它被广泛应用于：蓝牙健康检测仪（包括蓝牙血压计、蓝牙血糖仪等）、蓝牙运动器材等。它分为dual-mode双模设备和single-mode单模设备。dual-mode双模设备简单说就是向下兼容，而single-mode单模设备仅仅支持BLE。
2.2 BLE协议栈简介
BLE协议栈如图1所示：
PHY物理层在2.4GHz的ISM频率段中跳频识别。
LL链路层：用来控制设备的状态。
BLE设备可能的五种状态：standby就绪，advertising广播，scanning搜索，initiating初始化和connected连接。广播（advertising）设备发送广播数据，使得搜索设备可以接收到并发现设备。初始者（initiator）就是一个对广播者回复连接请求的设备，收到广播信号后将连接请求反馈到广播者，如果广播者接受请求，广播者与初始者就会进入连接（connected）状态。每一个处于连接状态的设备会有一个角色：主机（master）和从机（slave）。初始化这个连接的为主机，接受这个连接请求的为从机。
HCI（Human-computer Interaction人机交互）层为主机（host）和控制器（controller）之间通过一个标准接口进行通信提供了一些方法。实现这一层可以通过一个软件API或者是硬件接口UART，SPI和USB。
L2CAP为上层数据提供打包服务。
SM：此层包含了建立连接和KEY的方法。
图1 BLE协议栈结构
GAP：此层直接与profile层和app层进行交互，提供设备的发现和连接相关的服务和初始化安全服务。
ATT协议作用是让一个设备去显示数据，其他设备对应的称之为“Attribute属性”，在ATT中，显示这些属性的设备被称为服务端（server），同等的另一个设备称之为客户端（client）。这类似于LL层的master和slave，但是和ATT层的这两个状态没有关联。
GATT层：此层可以看作一个服务框架，ATT应用的子程序在这里被定义，profile的结构在这里声明。在BLE协议栈中，由profile或者是相关服务所使用的所有类型的数据都称为字符（characteristic）。由于相互连接的两台设备的数据交换都需经过GATT子程序处理，所以应用（app）和profile会直接使用GATT。
开发BLE应用（app），只需操作GAP和GATT两层就够了，其中GATT用来数据传送，GAP用来建立连接。
2.3 TICC2541BLE芯片系统架构
针对以上所述的BLE通用协议栈的概述，不同公司所生产的不同芯片、模组所使用的系统架构略有区别，目的为了减少开发时间，提高开发效率。开发人员在熟悉其系统架构后，仅需将开发的应用在其系统上进行部署就可使用，从而提高了了应用的逻辑性。
图2 CC2541 BLE系统架构
HAL硬件抽象层是用来抽象硬件资源，并通知给软件。它的作用类似于一个嵌入式系统设备驱动程序的硬件资源的h头文件。当新的硬件平成后，只是修改HAL，无法修改HAL之上的堆栈协议。从而实现软件和硬件的低耦合，因此该软件无需更改或很少修改便可应用到其他硬件，如此方便了硬件改造、升级和迁移后软件的移植。
OSAL是其调度核心，其中BLE协议栈、profile定义、所有的应用都围绕它来实现。OSAL并非和传统使用的操作系统相同，它其实是一个允许软件建立和执行事件的程序循环。
3 智能家居控制中心
本课题设计的新型智能家居控制中心是一款以ARM嵌入式微处理器为核心，通过建立手机BLE连接获取控制信息，和家庭内部智能家居进行构建不同种类的无线网络，实现智能家居系统的控制，可以分为室内控制和远程控制。系统的总体结构分为硬件和软件两大部分：硬件部分包括以ARM微处理器作为智能家居系统的中央控制器、处理模块和各种功能的实现模块;软件部分包括移植嵌入式μC/OSII操作系统和编写数据传输程序的应用原件的设计。系统的总体设计方案如图3所示。
图3 系统总体设计方式
从总体结构可以看出，本系统实现的主要功能为：在室内时，用户通过手机APP，利用手机中的BLE功能模块与中央控制器的BLE模块建立连接，发送控制智能家居的指令实现控制智能家居;在室外时，用户通过移动通信网络或互联网给与控制中心建立连接的手机发送控制智能家居的指令，收到指令后智能手机的APP解析并发送至中央控制器，从而实现对智能家居的控制。ARM中央处理器收到BLE模块转发过来的用户指令后，解析请求发送给相应的模块芯片，各模块芯片接收指令与相应的智能家居建立无线通讯，完成控制过程。
4 测试结果
通过前几部分的详细介绍，基于嵌入式系统智能家居控制中心就构建完成了。现将对整个系统各部分软硬件进行测试，以检测用户能否使用手机通过app建立BLE连接到附件从而达到控制智能家居系统的项目要求。整体平台的完整实物图如图4所示。
图4 平台实物图
我们用一部智能手机装入已经编写的APP，用海尔的智能灯433MHz和Zigbee两盏进行测试。手机通过蓝牙与其BLE模块进行通信，最终成功的控制了不同智能灯的开关和亮灭，从而证明了系统的可行性和可靠性。
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关键词：物联网；智能门禁；智能环境监测；智能安防；智能家电
中图分类号：TP273.5 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2016）01-0076-03
引言
物联网是一个涵盖和跨越大量现有的专业门类和技术体系的国家战略性新兴技术，是当前世界新一轮经济和科技发展的战略制高点之一。[1-3]如何与时俱进地培养物联网专业人才成了高校教育的首要任务。从2010年以来，全国200多所本科院校、100多所专科院校相继开设了物联网工程专业。物联网技术是下一代信息技术的代表[4]，物联网是典型的交叉学科，如何利用3～4年时间让学生熟悉和掌握物联网技术，培养满足社会需求的物联网专业人才，各高校和社会各界人士都在积极探讨。高校教师团队身处一线教育岗位，结合学生学习的实际需求与教学需求，设计一套适合培养优秀的物联网专业人才的教学设备，有着重大的社会意义。[5-7]
在物联网的众多典型应用中，智能家居和我们的生活关系最密切，其市场正日渐兴起。伴随着巨大的产业需求，我国智能家居产业的人才需求量也一路高涨。智能家居的目的是创造一个优质高效、舒适安全、便利节能、健康环保的居住环境，优化人们的生活方式和居住环境，帮助人们有效地安排时间、节约各种能源。[8-10]智能家居平台也是一个涵盖多种交叉学科的综合平台，是将理论知识灵活应用到实际生活的经典之作。[11]因此，研究和学习智能家居的开发过程成为许多高校培养物联网应用人才的一个有效途径。
学生在物联网实训平台的实践中不仅能接触到硬件设计、软件代码编写，还能体会实际产品开发过程中各相关专业知识的交叉引用，积累开发经验。有了物联网实训平台，学生不用走出校门、不用找企业实习，在实验室里就能积累项目经验、培养团体精神、提高技术技能，为就业创造更好、更多的机会。
实训平台整体设计
面向应用型本科的物联网实训平台，以物联网技术在智能家居领域的综合应用为切入点，将与居家生活有关的各种设备有机地结合起来，通过网络远程综合管理设备。笔者主要采取点面结合的研究方法，吸收了嵌入式处理器、ZigBee无线模块、RFID模块的最新研究成果，并注重对各大高校需求进行调研，以期找到符合大多数普通高校所要求的物联网实训平台的设计方案，构建求大同存小异的物联网实训平台。本文按功能将物联网实训平台划分为4个子系统，下页图1是系统的整体结构框架图。
各模块的主要功能包括：
①中央控制器：中央控制器是物联网综合集成创新实践平台的核心，中央控制器采用S3C6410+Linux操作系统，通过QT界面功能菜单、来自互联网负责的命令、手机短信控制和遥控器控制信息等多种控制手段，控制实训平台的各个终端节点。
②智能门禁子系统：门禁模块主要实现指纹识别、ID卡识别、密码识别、可视对讲、文本留言、语音留言和图像留言等功能。门禁控制器采用S3C6410+Linux操作系统，通过QT界面功能菜单以及模块连接中央控制器共同实现门禁的各项功能。
③智能环境监测子系统：室内信息包括室内温度、室内湿度及室内光照度等信息；传感器采集到相应信息后，通过ZigBee网络传输给中央控制器，中央控制器通过友好的人机交互界面实时显示室内环境信息，同时以折线图的方式，清楚地展现出环境变化情况，环境监测信息同时会作为其他子系统控制判断的依据。
④智能安防子系统：安防模块由火焰、烟雾、燃气及人体红外4种传感器及终端检测控制器组成，负责防火、防爆及防盗探测报警。在正常布防状态下，安防模块节点将采集到的实时数据通过ZigBee网络将报警信息发送给中央控制器，中央控制器根据设定的阈值和预设的报警方案启动报警，预警方式有短信、声光、语音和文字等。
⑤智能家电控制子系统：家电控制包括灯光控制、窗帘控制、风扇控制。控制家电时，中央控制器接收互联网、手机客户端或中央控制器QT界面功能菜单控制命令，通过ZigBee网络将控制命令发送给由目标家电连接的终端节点，控制相应的家电。控制灯光的亮/灭和窗帘的开/合；在自动情境模式中，通过检测室内光照度等信息，完成灯光及窗帘的自动控制。
各子系统设计
1.智能门禁子系统设计
主控制器由嵌入式网关、7寸显示触摸屏、室内摄像头、3G模块等组成。嵌入式网关采用ARM1176JZF-S3C6410 + Linux 2.6操作系统。网关的输入方式采用电阻式触摸屏输入，用户可在触摸屏上通过点触来实现对智能终端的控制，也可以通过触摸屏来输入信息。主控制器按照使用功能又分为室内中央控制器和室外门禁控制器。室外门禁控制器通过以太网路由器组成局域网，其结构框架图如图2所示。
2.智能环境监测子系统设计
室内环境监测模块主要由ZigBee节点、温湿度检测传感器、光照度检测传感器和二氧化碳检测传感器组成。ZigBee节点将采集到的室内环境信息，通过无线方式传递给协调器；协调器模块通过串口1与室内中央控制器连接；中央控制器通过读取串口数据获得数据帧，再根据通信协议解析协议内容提取温湿度和光照度的具体数据值。图3所示的是ZigBee网络下的环境监测子系统。
3.智能安防子系统设计
安防模块主要由ZigBee节点、火焰传感器、烟雾传感器、燃气传感器和人体红外传感器组成。ZigBee节点将采集到的安防信息，通过无线方式传递给协调器；协调器模块通过串口1与室内中央控制器连接；中央控制器通过读取串口数据获得数据帧，再根据通信协议解析协议内容提取各安防监测数据。在布防时，中央控制器通过串口发送指令给协调器，协调器再根据节点编号发送给目标节点。图4所示的是ZigBee网络下的安防子系统。
4.智能家电控制子系统设计
家电控制模块主要由ZigBee节点、LED呼吸灯、电动窗帘和PWM风扇组成，室内中央空调接收来自QT界面、Web网页、手机客户端或短信发来的控制指令，将指令转化为控制命令帧，发送给协调器。协调器再通过ZigBee网络将指令发送给要控制的家电模块。ZigBee节点模块在接收到控制命令帧后，通过协议解析命令帧，控制家电模块做出相应动作。图5所示的是ZigBee网络下的家电控制子系统。
结语
笔者将物联网实训平台分成4个部分，分别设计了各部分的个子系统，此实训平台具有以下一些特点：①多学科集成创新技术。诸多技术的融合可加深物联网工程及相关专业的学生对一些关键物联网技术的理解，方便他们灵活学习和应用各科知识，提高实践和创新能力。②嵌入式可视对讲技术。门禁模块与中央控制器组成局域网，以S3C6410+QT的开发模式，在Linux操作系统中移植Qt4.7.0，通过TCP/IP协议进行音视频的实时交互，实现模拟门禁监控与对讲功能。③多传感器网络的数据识别与采集。能同时采集多种类的终端传感器，在ZigBee节点上完成数据的识别、传送和采集。相信随着科技的发展，实训平台将会越来越完善。
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[关键词]智能；家具；系统；设计
中图分类号：TS665 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）02-0230-01
由于人们对生活环境智能、舒适、安全要求越来越高，并伴随着计算机技术、通信技术的发展，智能家居便应运而生。然而随着智能家居的发展，所需要环境监测数据变越来越多，这就需要一种安装便捷，实用并且价格合适产品出现。有线传感器系统需要大量的布线，安装费用高的同时维护也很不方便，并且在一些建筑物中无法布线。随着物联网的发展，我们对智能家具的系统设计作出分析。
1 智能家具系统设计的原则
1.1系统设计的标准性。为了确保系统的扩展性，及网络技术性，智能家具系统设计应该严格依照国家和地区的相关标准执行。保证系统设备是多功能，开发的且可以扩展的设备。系统主机，终端与模块要采用标准接口设计，且保证系统功能可以扩展，及简单，方便节约。能够使设计选用的系统和产品在使用本系统和未来发展的第三方受控设备能够互通互连。
1.2系统设计的先进性。在广大用户的需求下，设计的时候要考虑智能适应技术的发展趋势，在设计上要保持先进和适度超前，此外更要注重采用最先进的技术标准和规范，以适应以后智能技术发展的趋势，使整个系统跟着技术发展和进步，去创新，扩充，和升级。系统设计具有开放性，软件、硬件、通信接口、网络操作系统和数据库管理系统等都要符号国家标准，让系统具备良好的兼容性和扩展性。
1.3系统设计的实用性。现在人们对生活环境的舒适度、安全度、方便度等是越来越高，而智能家具的系统设计目标就是为人类提高高水准的生活环境。智能家居最终的目的是要有实用性。不能华而不实，一定要以实用性，人性化为设计理念。对于一些想智能家电的控制，智能灯具的控制，防盗报警，煤气泄露等等我们都可以采用多样的控制方法去控制，例如本地控制，遥控控制，集中控制，手机远程控制，感应控制，网络控制，定时控制，等等给人们体现智能家具的方便快捷，且对是家具控制操作的便利性和实用性。
1.4系统设计的可靠性。整个系统设计一定要从系统的安全性，可靠性出发，对于各个系统的设计要制定解决系统故障的措施，保证系统的正常运作，和安全使用。具备应付各种复杂的环境的应对能力，以保证使用系统的可靠性。
2 智能家具的系统设计方案
2.1模仿设计。对于一个家具系统的设计来说，模仿设计是必不可少的一个阶段，通过模仿，可以启发新的设计思维，提供新的方法，省时间省资金，且能快速达到设计水平新层面。使用模仿设计的方面对已有智能功能的家具产品的某些原理、形式、特点、加以模仿。在原有的基础上进行发挥、完善。创新出不同的功能。比如设计智能衣柜，设计人员可以模仿酒店大门的设计原理。来运用在衣柜自动开关门上。还有对于婴儿床的设计，可以模仿灯具声控的方法去设计，在婴儿睡醒啼哭的时候能够发出警示，通知父母婴儿睡醒的信息。
2.2移植设计。移植设计有技术移植设计和综合移植设计，技术移植设计是在同一技术的领域的不同研究对象进行移植设计。虽然智能化技术在其他领域应用相对比较成熟，但是在智能家具中还是有欠缺，所以可以用技术移植设计的方法展开智能家具的设计。综合移植设计就是把多层次和类型的产品概念。原理及方法综合引进同一设计对象。智能化家具的设计恰好是把不同智能产品和家具产品的概念。原理。方法引到一起的综合体，在设计的时候讲产品最独特、最新奇。最有价值的部分移植到智能家具当中。
2.3替代设计。替代设计中，材料替代、零部件替代、技术替代是设计中不可缺少的一部分。材料替代，家具材料有木质、金属、竹藤、陶瓷、石材、软体材料。其中任何意见材料的替代都会对设计提出新的要求。例如桌椅的制作材料是木材料。出于对节约天然材料为目的用塑料替代，这样就必须按照塑料材质的要求进行设计，目前已经研制出智能材料来制作家具。从而实现家具智能化。零部件替代，出于性能改良的目的，用其他产品的零部件或者重新设计的零部件对原产品进行替换，智能家具设计中用到的零部件将随这电子产品的跟新而替换原有的零部件，例如性能优良的单片机。传感器等零部件的替换会进一步的改善智能家具的产品性能，同时也给智能家具增添新的功能。技术替代，同一功能的产品，用不同的技术去设计其功能就会产生不同的效果。
2.4专利应用设计。现在智能化家具和家电专利产品的发展趋势逐渐上升。在发展中专利信息会显示设计的成功和失败。所以设计人员可利用已有的专利或者过期的专利对产品进行改进，产生新的设计方案，形成新的设计专利。通过新的专利研究，发现其中的发展渠道，从而有效的创新方法，作为智能家具产品设计的依据。在通过创新设计方法使用时，设计时不单使用一种，可能一种方法可以用在多种家具设计中，以此设计出一系列新型智能家具。
3 加强智能家具系统设计
现代智能化家具的设计正趋向技术上先进、生产上可行、经济上合理、款式上美观、使用上安全等方向发展。当今的智能化家具设计界越来越认同并接受一种新的设计理念，以加强智能家具的系统设计。
3.1建立以人为本的设计理念。设计新家具就是设计一种新的生活方式、工作方式、休闲方式、娱乐方式等，以高新技术来体现“以人为本”的思想，结合一些新材料、新工艺来达到智能家具的创新。
3.2智能家具与人的界面交互。人与物体互动的媒介，换句话说，界面就是设计师赋予物体的新面孔。人机交互界面是指人与计算机系统之间的通信媒体或手段，是人与计算机之间进行各种符号和动作的双向信息交换的平台。现在市场上大部分智能衣柜、智能鞋柜上有界面的设计，界面多设计为长方形，上有简单按钮，整体简洁大方。
3.3寻找材料与技术较好的衔接方式。智能化家具的一个突出特点就是它更强调功能，研究它的目的就是研究如把高新技术和家具完美结合起来，通过人类的创造活动赋予它们新的功能，使它能更好地适用于用户的需求。而如果材料与技术无法完美的结合，势必会影响功能的实现。所以说，寻找材料与技术的衔接方式，一定要特别注重。
3.4建立合理设计理念。智能家具的设计一定要合理，针对像智能电子、智能家居、智能家电这些产品都是通过取代人类的活动来完成一些功能，从而具有了一定程度的智能。所以我们把能够自动实现一些功能的家具都可以称之为智能化家具。广义上来讲，智能化家具不仅仅局限于可以自动实现某些功能的层次上，它还应该向网络化家具、信息化家具的方向扩展，也只有这样，才能形成一个完整的智能化家具系统。
4 结束语
家具的智能化水平很大程度上反映了科技发展水平，关于智能家具设计方面的，我们需要站在智能化的角度进一步的分析、探索。为了能够更进一步发挥智能家具设计水平。我们我们可以借助国外的智能技术，国外智能技术在家具行业中已经得到初步应，用智能化家具的前期产品已经出现，这对我国开展该项研究具有很好的借鉴意义和参考价值。从而能够更加完善我国家具智能的设计水平。
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“中堂”小区位于无锡市锡山区南部，地理位置优越、交通便利，让入住者拥有“出则都市繁华，入则宁静悠远”的居住享受，小区总用面积共68521.9m2，规划占地面积18504m2，地上总建筑面积46814m2，地下室总面积1850m2，容积率1.66，绿化率40.5％。由168套纯中式联排式别墅组成。
根据开发商的总体规划布局，以住宅小区人文环境的生态化、文化性、休闲性，以及数字化、智能化未来住宅小区建设的发展趋势为前提，在满足人与社会交往的同时，让休闲、文化、生态及数字化生活环境空间为居住的真正主题，小区将建成具有现代化数字化社区。
在小区和家庭智能化系统的规划和设计中，数字化社区与家庭不但拥有庭院式的环境艺术设计，休闲绿地和中心花园，同时在现代化公共服务设施方面，将建立先进的综合物业管理系统、集中的小区Intranet局域网络平台，实现小区内独立家庭的高度安全性、舒适性，和现代多媒体通讯的便捷性，达到21世纪智能住宅的功能目标。使得入住数字化社区的广大住户，充分领略现代科技给人们带来的高素质生活质量和现代家庭新生活。
设计目标
通过采用现代信息传输技术、网络技术和信息集成技术，进行精密设计、优化集成、精心建设逐步建立一个沟通小区住户与住户、住户与小区综合服务中心、住户与外部社会的多媒体综合信息交互系统，为住户提供一个安全、舒适、便捷、节能、高效的生活环境。结合信息产业的发展特点，以二十一世纪宽带多媒体信息交互的要求为目标，充分考虑可扩充性，突出方案的前瞻性，同时保证智能化系统具有一定的可管理性，可扩展性和可维护性。
指导思想
采用先进的概念、技术和方法，注意结构、设备、工具的相对成熟，既反映当今的先进水平，又保证在未来若干年内占主导地位，同时坚持面向应用，注重实效，坚持实用、经济的原则，注重选用的技术和设备的协同运行能力，保护系统投资的长期效应以及系统功能不断扩展的需求，保证系统的开放性和标准性。为了适应系统变化的要求，充分考虑以最简便的方法、最低的投资，实现系统的扩展和维护，从而有效保护业主的初期投资，突出方案的经济性。
坚持高起点，充分利用当今先进的，成熟的智能化技术，保证系统在今后一定时期的先进性：坚持“实用、可靠、先进、经济”，确保系统高度集成、总体优化、安全可靠、稳步推进。
系统设计原则
智能小区系统工程在本案设计过程中应遵循以下设计原则：
可行性和适应性
系统要保证技术上的可行性和经济上的可能性。当今科技发展迅速，可应用于住宅小区的技术和产品层出不穷，设计选用的系统和产品应能够使用户得到实实在在的受益，满足近期使用和远期发展的需要。在多种实现信息途径中，选择最经济、可行的技术与方法。以现有成熟的技术和产品为对象进行设计，同时考虑到周边信息、通信环境的现状和发展趋势，并兼顾管理部门的要求，使系统设计方案可行。
先进性和成熟性
系统设计既要考虑系统的先进性，更要注重系统的稳定性、可靠性。系统的设计应具有较高的可靠性，在系统故障事造成系统瘫痪后，能确保数据的准确性、完整性和一致性，并具备迅速恢复的功能。特别在重要的系统中，应具有高的冗余性，确保系统能够正常运行。
开放性和标准性
为满足系统所选用的技术和设备的协调运行能力，以及系统投资的长期效应和系统功能扩展的需要，系统设计必须坚持系统的开放性和标准性。系统的开放性已成为当今系统发展的一个方向。系统的开放性越强，系统集成商就越能够满足用户对系统的设计要求，更能体现了科学、方便、经济、实用的原则。标准化是科学技术发展的必然趋势，在可能的条件下，系统中采用的产品都尽可能标准化、通用化，并执行国际上通用的标准或协议，使其选用的产品具有极强的互换性。
可靠性和稳定性
系统设计既要考虑系统的先进性，更要注重系统的稳定性、可靠性。系统的设计应具有较高的可靠性，在系统故障或事故造成系统瘫痪后，能确保数据的准确性、完整性和一致性，并具备迅速恢复的功能。特别在重要的系统中，应具有高的冗余性，确保系统能够正常运行。
系统介绍
1、系统介绍
波创第一代的智能网关系统虽然实现了智能家居和对讲，安防、门禁系统的统一平台，但是由于对讲系统仍然采用模拟技术，所以在布线施工上仍然需要布两套线。而且由于模拟对讲存在联网设备过于复杂，无法解决设备抢占和远距离信号衰减等问题。所以波创公司的技术人员经过2年多的钻研开发出了全新的基于全数字传输的新一代的智能家居网关。
新一代的智能家居网关真正做到了一根线接人，不仅解决了上一代网关无法解决的问题，而且还大大丰富了智能家居的功能。
2，系统的突出优点
组网方式简便、灵活
小区联网是叠加在已有的小区宽带数据传输网上的业务网络，向宽带数据传输网提出传输要求，而不单独建设承载网。
适合大型社区和复杂环境的联网
对于大型社区或环境复杂的大型别墅群，传统的总线对讲系统在联网时容易出现信号传输质量问题，特别是视频联网，总线对讲系统需要增加视频中继设备，容易造成信号衰减，影响视频质量，同时给施工和维护造成极大的困难；使用波创全数字网关则各种信号通过TCP/IP协议以数字方式传输，不需要增加中继器等设备，而且信号质量稳定可靠。
克服占线问题
克服总线对讲系统做出现的占线问题，波创全数字网关系统采用星型网络结构，通过TCP/IP网络传输实现点对点呼叫，用户间的通话不会占线。
采用标准接口
系统设备只需要门口机、室内分机和管理中心，不需要隔离器、联网切换器等层间设备，设备简单明了，安装简便，大大降低了施工难度和设备的故障率。采用网络布线，还可以与计算机共用网络，无须独立布线，比传统的系统的结构更加降低工程成本，将施工成本几乎降低到零。所有设备都使用国际标准接口，维护、保养及扩容都非常方便。
3、系统主要功能
户户对讲功能
用户室内机不仅可以和门口机、围墙机、管理机进行可视对讲，而且还可以和其他用户室内机进行户户对讲。
安防报警功能
安防系统，家居智能化终端能够外接各种安防探测器(如红外、门磁)，如果发生警情，报警信息通过小区局域网络，发送给小区管理中心监控主机，同时自家电话报警系统会将报警信息发送给业主或相关责任人。用户同时可以设
定报警自动抓拍功能，同时把抓拍的照片通过电子邮件发送给用户。在发生报警时智能网关将通过文字和声音提示用户哪里发生报警。
家电控制功能
用户可以根据自己的需求自由的配置和添加家电控制节点。智能主机通过全图形化的向导提示用户如何设置和使用家电控制的功能。通过可学习的波创无线／红外转发模块，用户可以很方便的实现对家中电器的集中管理和电话、网络的远程控制。
波创的波创无线／红外转发模块和网关之前通过无线进行连接，因为它是通过智能学习的方式实现家电控制，所以无须对家电做任何的改装。
智能照明管理功能
智能网关系统通过无线的方式实现对波创智能开关、插座等模块的集中管理和控制。智能网关可以根据户型的实际大小增加控制器的数量，从而解决无线距离有限的问题。
智能网关把家中的电器和灯光集中管理起来，可以实现丰富的管理和控制功能。用户可以预先设定多种包含家电、灯光、窗帘的场景模式，也可以开启定时控制程序，温度控制程序，还可以把家电控制和防盗报警联系起来等。
波创的智能网关系统内置了Web服务器，用户在任何地方都可以无须下载任何软件仅仅通过浏览器方便的远程控制家中的电器。灯光和窗帘。
无线上网冲浪
数字家庭智能网关支持WIFI接入，通过内置的浏览器实现无线上网冲浪，也可以收、发邮件。
信息功能
系统可以具有信息功能，既可以文本信息(例如小区的停水停电信息)，也可以图片资料(宣传或广告图片)，即可以单发(一次对单个用户发送信息)，也可以多发(一次同时对多个用户信息)。
家庭留影，留言功能
用户在出门前可以通过智能网关预先留影、留言，家人回来后可以打开观看。
家庭电子像册
数字家庭智能网关具有USB和SD卡接口，用户可以把拍摄的数码照片在家庭智能网关超大的电子屏幕上进行显示。
多媒体影音体验
内置MP3、MP4播放器，用户可以上网下载或通过U盘、SD卡来享受高品质的数字影音。
电子娱乐
数字家庭网关内置Java虚拟机和多款Java游戏，用户可以通过家庭智能网关体验游戏所带来的乐趣。
小区电子购物
通过数字家庭智能网关可以自由的选购联网的商场里销售的物品。大大方便了用户，同时又为商家带来了大量的客源，实现双赢。
远程控制功能
通过拨打家中的电话或登陆Internet，实现对家庭中所有的安防探测器进行布防操作、远程控制家用电器、照明、窗帘设备。
远程监控功能
通过网络随时监控家中状态，并可外接多个摄像头，实现远程网络监控。
在线升级功能
为了保证用户使用系统的应用效果，系统具有在线自动功能升级功能。系统的升级补丁及版本升级均通过网络自动更新，使得系统的维护更加方便。
防病毒功能
系统采用嵌入式操作系统，对通用主流病毒具有免疫能力。可以有效的防止病毒的入侵。
结论
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