時(shí)間：2023-06-14 09:36:01
緒論：在尋找寫作靈感嗎？愛發(fā)表網(wǎng)為您精選了8篇智能家居設(shè)計(jì)，愿這些內(nèi)容能夠啟迪您的思維，激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，歡迎您的閱讀與分享！
關(guān)鍵詞 智能家居 ZigBee 家庭網(wǎng)關(guān) CC2430 遠(yuǎn)程控制
中圖分類號(hào)：TP273.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
1智能家居的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
隨著社會(huì)的快速發(fā)展，越來越多的智能化、人性化、自動(dòng)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(jìn)了我們生活。美國(guó)在這方面處于國(guó)際領(lǐng)先地位，如微軟開發(fā)的“夢(mèng)幻之家”等智能系統(tǒng)。
2000年以來我國(guó)開始意識(shí)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(bào)警、家居環(huán)境監(jiān)測(cè)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(jì)、連接串口和擴(kuò)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(chǎng)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(shì)。
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(fù)責(zé)ZigBee無線發(fā)射機(jī)的激活、關(guān)閉；檢測(cè)當(dāng)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(hù)存儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)路由查找及傳送數(shù)據(jù)，接收、拋棄其它的節(jié)點(diǎn)等。
ZigBee應(yīng)用層包含ZigBee設(shè)備對(duì)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(duì)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(shí)現(xiàn)信息互傳。
3 智能家居設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件構(gòu)成
3.1 系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)思路
本設(shè)計(jì)智能家居硬件部分主要包括五個(gè)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(shí)現(xiàn)兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息的交互功能。本設(shè)計(jì)采用32位ARM處理器S3C2440，其具有2個(gè)通道SPI，3個(gè)通道UART，4個(gè)通道DMA控制器，LCD控制器，還具有MMU虛擬存儲(chǔ)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(jì)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(jià)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(diǎn)
本設(shè)計(jì)采用SHT10溫濕度傳感器構(gòu)建ZigBee傳輸溫濕度檢測(cè)節(jié)點(diǎn)。SHT10是一種數(shù)字式集成溫濕度傳感器，具有抗干擾能力強(qiáng)，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(jì)
4.1 ZigBee協(xié)調(diào)器與網(wǎng)關(guān)模塊軟件設(shè)計(jì)
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(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)地址，向監(jiān)控節(jié)點(diǎn)發(fā)送控制命令和接收來自監(jiān)控節(jié)點(diǎn)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(dòng)網(wǎng)絡(luò)以短信的方式傳送到遠(yuǎn)端的用戶端。
4.2 ZigBee終端節(jié)點(diǎn)程序
ZigBee終端節(jié)點(diǎn)是指ZigBee協(xié)調(diào)器控制的無線ZigBee節(jié)點(diǎn)，首先ZigBee終端節(jié)點(diǎn)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(diǎn)將其注冊(cè)信息發(fā)送至ZigBee協(xié)調(diào)器，ZigBee協(xié)調(diào)器完成對(duì)ZigBee終端節(jié)點(diǎn)的注冊(cè)。ZigBee終端節(jié)點(diǎn)每隔一定時(shí)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(cè)模塊檢測(cè)到有可燃?xì)怏w泄漏或盜賊入侵，ZigBee終端節(jié)點(diǎn)則直接進(jìn)入中斷處理流程，將警報(bào)信息上傳至智能家居控制器，實(shí)現(xiàn)告知用戶并啟動(dòng)聲光報(bào)警裝置。
5 總結(jié)
本設(shè)計(jì)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(cè)試，進(jìn)行有效地網(wǎng)絡(luò)信息數(shù)據(jù)交互通信，本設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要特點(diǎn)有：
（1）采用無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，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(qiáng)大，系統(tǒng)可外擴(kuò)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(tái)家電都連入到網(wǎng)絡(luò)中，接受家庭網(wǎng)關(guān)的檢測(cè)和監(jiān)控。同時(shí)，控制終端設(shè)備也可在擴(kuò)展，可把家中PC機(jī)、多臺(tái)移動(dòng)手機(jī)、平板電腦等設(shè)備設(shè)置接入網(wǎng)絡(luò)中。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：ZigBee；智能家居；物聯(lián)網(wǎng)；無線通信技術(shù)
中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）07-0249-01
物聯(lián)網(wǎng)的問世與發(fā)展打破了“物理基礎(chǔ)設(shè)施與IT基礎(chǔ)設(shè)施分開”的傳統(tǒng)思維方式，將其應(yīng)用到智能家居中將有效的提供家庭數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)（如電腦、電視等數(shù)字媒體），同時(shí)，針對(duì)于家庭中的燈光照明、環(huán)境監(jiān)測(cè)、家居安防、家庭應(yīng)急處理等功能通過控制網(wǎng)絡(luò)使其具備互聯(lián)和通信功能，實(shí)現(xiàn)更高效、更便捷、更節(jié)能的家居生活與工作[1]。
1 基于ZigBee的智能家居設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
ZigBee技術(shù)具有通信可靠性高、網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展容量大、系統(tǒng)運(yùn)行功耗低、系統(tǒng)通信時(shí)延短、有效通信范圍大、專注與低傳輸速率、應(yīng)用成本低、網(wǎng)絡(luò)安全性高等特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。
1.1 智能家居系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
智能家居系統(tǒng)分為五個(gè)大的部分：家庭網(wǎng)關(guān)部分、嵌入式主控機(jī)部門、ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)部分、數(shù)據(jù)采集傳感器控制系統(tǒng)部分和節(jié)點(diǎn)控制設(shè)備部分，整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示：
1.2 智能家居系統(tǒng)事件設(shè)計(jì)
結(jié)合家居的環(huán)境及其特性，并根據(jù)我們的生活方式和生活習(xí)慣我們?yōu)橄到y(tǒng)設(shè)計(jì)了三種運(yùn)行模式，而根據(jù)每個(gè)模式所設(shè)定的場(chǎng)景不同，我們要為每個(gè)場(chǎng)景設(shè)計(jì)不同的工作模式，這需要我們?yōu)槊總€(gè)模式設(shè)定相應(yīng)的操作事件。設(shè)計(jì)中的無線網(wǎng)絡(luò)事件分為用戶指定事件和自發(fā)事件兩種：用戶指定事件采用的是按鍵或界面發(fā)送方式，例如用戶選擇睡眠模式，此時(shí)系統(tǒng)切斷相應(yīng)用電器電源，燈光熄滅、安防系統(tǒng)工作；而自發(fā)事件是指ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到某種情況或接收到其他節(jié)點(diǎn)信息后自發(fā)產(chǎn)生的相應(yīng)動(dòng)作，例如火警觸發(fā)，此時(shí)報(bào)警器拉響、滅火水閥開啟、給用戶發(fā)送短信報(bào)警。
除了上述的這些事件外，用戶也可以在人機(jī)界面上對(duì)每個(gè)家庭設(shè)施單獨(dú)發(fā)送指令。以上這些功能設(shè)計(jì)已經(jīng)滿足了絕大多數(shù)的家庭生活習(xí)慣，而且操作簡(jiǎn)單，比較符合智能家居的功能和人性化的要求。
1.3 通信協(xié)議的實(shí)現(xiàn)
為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在模塊之間的傳輸，對(duì)無線模塊內(nèi)的參數(shù)和硬件資源標(biāo)準(zhǔn)化，從而可以采用相同的方法訪問和控制各模塊的內(nèi)部資源，串口控制協(xié)議為用戶提供了對(duì)模塊的控制訪問通道，從而可以實(shí)現(xiàn)串口對(duì)無線通信進(jìn)行控制完成數(shù)據(jù)源的傳遞，參數(shù)的訪問等。
2 ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞臉?gòu)建
本文采用網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，其中我們可以加入路由的算法讓節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)每條信道的數(shù)據(jù)流量大小和擁堵情況進(jìn)行判斷，讓節(jié)點(diǎn)智能地選擇最短而且信道最為暢通的路由進(jìn)行數(shù)據(jù)的快速轉(zhuǎn)發(fā)，從而減小路由開銷，同時(shí)保證數(shù)據(jù)的可靠性。而且假設(shè)在某個(gè)節(jié)點(diǎn)的設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，與其相連的子節(jié)點(diǎn)會(huì)尋找另一個(gè)父節(jié)點(diǎn)重新接入網(wǎng)絡(luò)，因此網(wǎng)絡(luò)的健壯性較強(qiáng)。
綜合考慮到智能家居中終端節(jié)點(diǎn)的變動(dòng)很小，而且布局較為固定，其大規(guī)模的擴(kuò)展可能性較小，在盡可能的降低系統(tǒng)的運(yùn)行功耗和成本的情況下又必需保證高的通信成功率，網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)性能是比較適合的。
3 系統(tǒng)性能測(cè)試及結(jié)論
根據(jù)上述的網(wǎng)絡(luò)部署方案我們對(duì)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行了全立體方位的綜合測(cè)試，在性能測(cè)試的過程中去全面了解該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的功能。我們首先在不同的應(yīng)用環(huán)境中的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信進(jìn)行了通信距離的測(cè)試，平均最大通訊距離可達(dá)到82米，最小通訊距離是3.1米。
通過一系列實(shí)驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)得出結(jié)論：ZigBee網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)穿透性是滿足實(shí)際要求的，對(duì)信號(hào)的貫通阻礙較大的環(huán)境可以通過設(shè)置多個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的方式來進(jìn)行數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)，這也表示ZigBee網(wǎng)絡(luò)是可以用于智能家居的無線網(wǎng)絡(luò)中的。
4 結(jié)束語
本文針對(duì)于ZigBee無線通信技術(shù)的特征，通過微縮模型模擬家居環(huán)境，研究并實(shí)現(xiàn)利用ZigBee無線通信技術(shù)構(gòu)建智能家居系統(tǒng)。通過分析并定義了智能家居系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)串口對(duì)無線通信進(jìn)行控制完成數(shù)據(jù)源的傳遞、參數(shù)的訪問，并根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況采用了健壯性、擴(kuò)展性較強(qiáng)的網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來構(gòu)建ZigBee網(wǎng)絡(luò)。通過在不同真實(shí)家居環(huán)境中測(cè)試相鄰節(jié)點(diǎn)的通信距離來驗(yàn)證系統(tǒng)的性能，從其結(jié)果來看該系統(tǒng)是可行的。
參考文獻(xiàn)：
[1] 金純，羅祖秋，羅鳳.ZigBee技術(shù)基礎(chǔ)及案例分析[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2008.
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【關(guān)鍵詞】 智能家居 分享閱讀 兒童
隨著智能設(shè)備的普及，人們?cè)絹碓揭蕾囍悄茉O(shè)備，智能家居也越來越多的被人們所接受?？萍伎梢蕴岣呱a(chǎn)力提高生活質(zhì)量，可以生產(chǎn)出更多更好的優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品來改善人類的生活條件，智能家居作為未來家居設(shè)計(jì)的目標(biāo)和趨勢(shì)，我們需要投入時(shí)間和精力去研究，使科技更好地為人們服務(wù)。
分享閱讀是很多幼兒園和早教機(jī)構(gòu)認(rèn)可的概念，在實(shí)踐中有很強(qiáng)的操作性和應(yīng)用性。是荷蘭教育家Holdaway首創(chuàng)的一種成人與兒童互動(dòng)式的早期閱讀法，主要指利用心理學(xué)家和教育學(xué)家根據(jù)兒童認(rèn)知規(guī)律編寫的分享閱讀材料，配合分享閱讀教育方法，在家庭或者幼兒園實(shí)施的一種不以學(xué)習(xí)為直接目的、類似游戲的閱讀活動(dòng)。分享型智能家居就是將“分享閱讀”這N幼兒早期閱讀習(xí)慣培養(yǎng)模式和理念與智能家居設(shè)計(jì)結(jié)合起來，然后通過分享型智能家居產(chǎn)品的引導(dǎo)，幫助兒童養(yǎng)成好的行為和習(xí)慣。
在目前智能家居設(shè)計(jì)往往都以成人為主導(dǎo)的，現(xiàn)在通過研究?jī)和男袨樾睦淼?，獲取兒童對(duì)智能家居的需求，設(shè)計(jì)一個(gè)更加符合兒童成長(zhǎng)發(fā)展的分享型智能家居。
一、目前國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀分析
（一）國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀分析 國(guó)內(nèi)智能家居起步較晚，隨著智能家居概念的普及、技術(shù)的發(fā)展和資本的涌進(jìn)，國(guó)內(nèi)家電廠商、互聯(lián)網(wǎng)公司也紛紛登陸智能家居領(lǐng)域。但是國(guó)內(nèi)智能家居發(fā)展仍是布局緩慢，重量級(jí)產(chǎn)品鮮少。大部分產(chǎn)品仍處于產(chǎn)品的初級(jí)階段，平臺(tái)化運(yùn)作模式還未成型。針對(duì)特殊人群的智能家居產(chǎn)品目前只了解到有針對(duì)老年人的智能家居產(chǎn)品設(shè)計(jì)。
從產(chǎn)品形態(tài)來看的智能家居發(fā)展分為智能單品、不同產(chǎn)品聯(lián)動(dòng)和智能系統(tǒng)集成三個(gè)階段。國(guó)內(nèi)大部分廠商企業(yè)都是由智能單品進(jìn)入智能家居市場(chǎng)，如小米的智能家居套裝。后兩個(gè)階段僅有少數(shù)起步較早、發(fā)展較好的公司做到了，如海爾打造的智慧生活。海爾依靠自身硬件設(shè)備，打造自己的別墅智能系統(tǒng)――智慧居。
（二）國(guó)外研究現(xiàn)狀分析 智能家居首先出現(xiàn)在1984年的美國(guó)。之后美國(guó)和部分歐洲國(guó)家在這方面處于世界領(lǐng)先地位，日韓和新加坡也緊隨其后。國(guó)外的各大運(yùn)營(yíng)商和互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)紛紛推出自己的智能家居產(chǎn)品、系統(tǒng)。
國(guó)外運(yùn)營(yíng)商經(jīng)過資源整合后，就會(huì)產(chǎn)生自有業(yè)務(wù)，推出自己的業(yè)務(wù)平臺(tái)、智能設(shè)備以及智能家居系統(tǒng)。如德國(guó)電信的Qivicon智能家庭業(yè)務(wù)平臺(tái)；終端企業(yè)發(fā)揮產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)力推平臺(tái)化運(yùn)作。如蘋果iOS 8中的Home Kit平臺(tái)。蘋果利用自身軟件與家居硬件對(duì)接，是蘋果設(shè)備成為智能家居的遙控器；互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)通過收購(gòu)智能家居設(shè)備制造商來進(jìn)駐智能家居行業(yè)，如谷歌收購(gòu)智能家居設(shè)備制造商N(yùn)est。
二、兒童需求和心理的研究與分析
兒童時(shí)期是人們智力開發(fā)、性格形成的重要階段，人成年后的個(gè)性、興趣、價(jià)值觀念、生活習(xí)慣、心理狀態(tài)、婚姻狀態(tài)以及人際關(guān)系都與兒童時(shí)期有著密切相關(guān)的聯(lián)系。所以為兒童成長(zhǎng)期間營(yíng)造一個(gè)有利于他們健康成長(zhǎng)的智能家居環(huán)境是每個(gè)智能家居設(shè)計(jì)師的責(zé)任。
兒童對(duì)一件物品的喜歡與厭惡主要取決于他的感覺，智能家居作為兒童成長(zhǎng)期間所處的一個(gè)與兒童密切相關(guān)的環(huán)境，其感覺特性就顯得格外重要。對(duì)于兒童來說，對(duì)智能家居的感覺主要來自于五感，包含視、聽、觸、嗅和味覺。
一件產(chǎn)品要想吸引兒童產(chǎn)生興趣，首先要擁有優(yōu)良、美好或新穎的感覺，這也是做好用戶體驗(yàn)的第一步。兒童一般對(duì)智能家居的使用并無太多經(jīng)驗(yàn)，產(chǎn)品的外觀體驗(yàn)就對(duì)其產(chǎn)生決定性影響。讓兒童產(chǎn)生興趣的產(chǎn)品會(huì)使兒童在使用期間心情舒暢開心，自然兒童會(huì)不斷主動(dòng)去使用。
三、“分享型”智能家居的設(shè)計(jì)思維
（一）安全性和可靠性的提高 智能家居系統(tǒng)構(gòu)件作為家庭使用的產(chǎn)品需要以安全性為首要目標(biāo)。系統(tǒng)中各構(gòu)件單元在室內(nèi)的安裝應(yīng)當(dāng)具備高的安全性和可靠性。盡量減少維護(hù)和硬件的更換，從而降低對(duì)室內(nèi)裝修成品的破壞。
（二）操作簡(jiǎn)單易上手 智能家居重點(diǎn)還是在“智能”上，整體系統(tǒng)可以預(yù)設(shè)操作模式也需要在使用中對(duì)操作者的行為習(xí)慣進(jìn)行學(xué)習(xí)，能夠優(yōu)化操作流程，使操作簡(jiǎn)單快捷。特別是需要考慮到兒童的操作習(xí)慣，在用戶體驗(yàn)上能夠做到因人而異。
（三）控制方式的多樣化 系統(tǒng)的控制不能僅僅有一套操作方式，可以結(jié)合聲光電等融入各類的感應(yīng)控制等?，F(xiàn)在智能穿戴設(shè)備的發(fā)展完全可以進(jìn)行遠(yuǎn)程的系統(tǒng)控制。如何結(jié)合兒童的行為特點(diǎn)，針對(duì)兒童設(shè)計(jì)一套適合他們操控的操作方式是設(shè)計(jì)師需要解決的問題之一。
（四）成本的合理化 雖然現(xiàn)在我國(guó)未來的智能家居市場(chǎng)很大，但是智能家居產(chǎn)品的購(gòu)買、安裝、使用成本是設(shè)計(jì)中必須考慮的部分。只有將成本控制在一個(gè)相對(duì)合理的范圍內(nèi)，或者是能夠按照不同的消費(fèi)群體劃分不同等級(jí)的智能家居產(chǎn)品，才能為潛在的消費(fèi)群體所接受，這樣產(chǎn)品才會(huì)有強(qiáng)大的生命力和發(fā)展前景。
四、結(jié)語
在人們無比重視兒童成長(zhǎng)發(fā)育的當(dāng)今，智能家居可以為兒童提供一個(gè)更加適合其成長(zhǎng)發(fā)育特點(diǎn)的家庭環(huán)境，促進(jìn)家長(zhǎng)與兒童的交流，通過合理的功能分類、操作技術(shù)優(yōu)化、增加操作途徑、合理控制成本等方法，提高智能家居在兒童成長(zhǎng)過程中的影響力，使高科技更為有效地為兒童成長(zhǎng)服務(wù)。
【參考文獻(xiàn)】
[1] 付蔚，童世華，智能家居技術(shù)[M]，北京：科學(xué)出版社，2016.4.
[2] 徐峰，基于Android平臺(tái)的智能家居客戶端系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].北京郵電大學(xué)，2012.
0 引言
上個(gè)世紀(jì)微軟公司提出了“Venus plans”從而引發(fā)中國(guó)智能家居概念。目前，在物聯(lián)網(wǎng)的全面發(fā)展新時(shí)期，智能家居行業(yè)具有巨大開發(fā)潛力。[1]在高等職業(yè)學(xué)校中主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)依舊是8位內(nèi)核的51類單片機(jī)。8位單片機(jī)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于理解和操作的特點(diǎn)深入人心。STM32具有運(yùn)算速度非?？?，F(xiàn)LASH、RAM容量大，能操作SD卡等很多優(yōu)勢(shì)。在此，選取具有巨大開發(fā)潛力智能家居行業(yè)，通過利用STM32位單片機(jī)配合編制的相關(guān)程序，實(shí)現(xiàn)智能家居的基本功能，從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)低端實(shí)用的智能家居系統(tǒng)，在整個(gè)搭建過程中講授STM32的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，從而嘗試探索新的職教課改之路。
1 設(shè)計(jì)思路
系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)和原則：本課題的設(shè)計(jì)目的是實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)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(jì)的時(shí)候遵循以下原則：①簡(jiǎn)單實(shí)用；②價(jià)格低廉；③穩(wěn)定耐用；④可擴(kuò)展性。文章所設(shè)計(jì)的智能家居系統(tǒng)由單片機(jī)和各種外設(shè)組成。單片機(jī)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(hào)或輸出信號(hào)與實(shí)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(yuǎn)程控制單元。本地控制單元的設(shè)計(jì)思路是通過接入觸摸屏，由觸摸屏上的人機(jī)交互界面實(shí)現(xiàn)；遠(yuǎn)程控制單元的設(shè)計(jì)思路可以通過架設(shè)Web服務(wù)器，遠(yuǎn)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(dòng)終端通過短信的方式來控制。從功能上大致分為報(bào)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(jì)示例
無線照明在教學(xué)中是一個(gè)入門的很好經(jīng)典實(shí)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(xué)習(xí)，如果把這個(gè)模塊掌握了，到后面的協(xié)議棧就比較方便學(xué)習(xí)。在此需要掌握ZigBee有關(guān)內(nèi)容，ZigBee節(jié)點(diǎn)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(gè)協(xié)調(diào)器，也只能有1個(gè)協(xié)調(diào)器，負(fù)責(zé)各個(gè)節(jié)點(diǎn)16位地址分配（自動(dòng)分配）。理論上可以連上65536個(gè)節(jié)點(diǎn)，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(jiǎn)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(diǎn)、結(jié)構(gòu)及使用，閱讀這個(gè)文檔就可以做Basic RF里面的實(shí)驗(yàn)了。
Ide 文件夾：打開文件夾后會(huì)有三個(gè)文件夾，及一個(gè)cc2530_sw_1.eww工程，其中這個(gè)工程是三個(gè)實(shí)驗(yàn)例程工程的集合，期中包含無線點(diǎn)燈的實(shí)驗(yàn)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(gè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的文件夾里面都會(huì)有的，它主要保存有學(xué)生自己的IAR環(huán)境里面的設(shè)置。
2.2 啟動(dòng)
①確保外圍器件沒有問題。②創(chuàng)建一個(gè)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(jìn)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(duì)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(gè)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(zhǎng)度函數(shù)功能：給目的短地址發(fā)送指定長(zhǎng)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
2.5 light_switch.c 部分代碼及解釋
肖勇，從業(yè)十年，現(xiàn)任江西珉軒智能科技有限公司副總經(jīng)理，總工程師，CCNP網(wǎng)絡(luò)認(rèn)證工程師，安全技術(shù)防范協(xié)會(huì)認(rèn)證專業(yè)工程師。擅長(zhǎng)：智能家居集成設(shè)計(jì)、專業(yè)安全防范設(shè)計(jì)，智能社區(qū)系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)，智能燈光設(shè)計(jì)。
項(xiàng)目名稱：中信廬山西海別墅
完成時(shí)間：2012年11月
功能設(shè)計(jì)：燈光控制、窗簾控制、背景音樂、電器控制、周界防越、閉路電視監(jiān)控、WiFi無線覆蓋、iPad集成控制。
項(xiàng)目簡(jiǎn)介
中信廬山西海由中信地產(chǎn)投資，位處江西九江的廬山西海國(guó)家風(fēng)景名勝區(qū)，素有中國(guó)“桃花源”發(fā)祥地之說。啟動(dòng)區(qū)總占地7平方公里，占據(jù)最美湖岸線景觀，坐擁“7灣、8島、1湖、1山”罕世資源，以“身心修養(yǎng)”為核心價(jià)值，構(gòu)建“身心學(xué)禪”四大價(jià)值體系，邀請(qǐng)旅游、酒店、智能化、運(yùn)動(dòng)公園等各領(lǐng)域世界頂級(jí)策劃、設(shè)計(jì)師傾情加盟，通過對(duì)區(qū)內(nèi)生態(tài)契約、休閑養(yǎng)生、商務(wù)會(huì)議、紳士運(yùn)動(dòng)、教育培訓(xùn)、禪修太極等打造一系列特色主題的精品生態(tài)旅游地產(chǎn)。
功能設(shè)計(jì)
廬山西海別墅樣板房及半島餐廳邀請(qǐng)國(guó)際頂級(jí)設(shè)計(jì)師，所選用的產(chǎn)品亦是世界一流品牌，在該項(xiàng)目中通過和室內(nèi)裝修設(shè)計(jì)師及甲方的多方溝通，智能系統(tǒng)最終選用法國(guó)進(jìn)口羅格朗智能控制系統(tǒng)。
1.智能燈光系統(tǒng)
對(duì)全宅的燈光進(jìn)行集中管理和控制，可單點(diǎn)控制、多點(diǎn)控制、場(chǎng)景組合控制、調(diào)光控制、包括LED燈帶的調(diào)光控制?？赏ㄟ^墻裝面板、3.5寸觸摸屏和iPad控制。
2.智能窗簾控制
對(duì)全宅的電動(dòng)窗簾、電動(dòng)卷簾進(jìn)行集中管理和控制，可單點(diǎn)控制、多點(diǎn)控制、場(chǎng)景組合控制，可通過墻裝面板、3.5寸觸摸屏和iPad控制。
3.背景音樂控制
可通過iPad、觸摸屏對(duì)室內(nèi)及室外的背景音樂進(jìn)行控制，如選曲、音量、選臺(tái)等。
4.智能電器控制
通過場(chǎng)景或iPad、觸摸屏等對(duì)電器設(shè)備進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制或單獨(dú)控制。
5.安防報(bào)警系統(tǒng)
通過室外的紅外線周界防越和室內(nèi)的探測(cè)器及緊急按鈕組成一個(gè)強(qiáng)大的安防報(bào)警系統(tǒng)，觸發(fā)防區(qū)警情自動(dòng)傳送到小區(qū)的管理中心及家庭主要聯(lián)系人的手機(jī)。
6.閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)
通過室內(nèi)外的高清晰度攝像機(jī)，結(jié)合報(bào)警系統(tǒng)，觸發(fā)防區(qū)時(shí)聯(lián)動(dòng)攝像機(jī)進(jìn)行錄像，并將視頻圖像顯示在家中的電視機(jī)上，同時(shí)聯(lián)動(dòng)室內(nèi)外燈光閃爍進(jìn)行提示。
7.無線WiFi覆蓋
本系統(tǒng)選用神腦國(guó)際的無線覆蓋系統(tǒng)，保證室內(nèi)外任何角落都能實(shí)現(xiàn)無線上網(wǎng)功能，包括地下室、室外花園、和通往海邊的涼亭。
8.iPad集成控制
所有電器、燈光、窗簾、背景音樂等智能系統(tǒng)全部集成在iPad平板上，在室內(nèi)外的任何角落，通過移動(dòng)的iPad都能對(duì)所有電器設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，方便售樓人員的講解。
方案說明
入戶
入戶門安裝了指紋門鎖，授權(quán)的售樓人員和物業(yè)管理人員不用佩戴鑰匙，通過指紋即可進(jìn)入樣板房，當(dāng)有人離職時(shí)，可刪除指紋。
玄關(guān)
在玄關(guān)處安裝了羅格朗燈光及場(chǎng)景控制面板，可對(duì)玄關(guān)的燈光進(jìn)行控制，以及場(chǎng)景的聯(lián)動(dòng)控制，如有講解模式、參觀模式、全開模式、全關(guān)模式，不同的模式聯(lián)動(dòng)提前設(shè)置好的燈光及電器設(shè)備。
會(huì)客廳
會(huì)客廳配置了羅格朗燈光面板、窗簾面板、場(chǎng)景面板，羅格朗智能三聯(lián)面板，可對(duì)會(huì)客廳區(qū)域的燈光、窗簾、電器等進(jìn)行單獨(dú)控制及場(chǎng)景控制，還可單獨(dú)對(duì)會(huì)客廳區(qū)域的燈光進(jìn)行調(diào)光，會(huì)客區(qū)可通過手機(jī)對(duì)背景音樂進(jìn)行控制。
主臥
主臥室按照總統(tǒng)套房設(shè)計(jì)。為方便客戶的使用，在臥室入口配備了羅格朗智能燈光、窗簾智能面板，可對(duì)燈光窗簾單獨(dú)控制和調(diào)光，另外在臥室過道還配置了燈光控制面板和場(chǎng)景面板，對(duì)主衛(wèi)、衣帽間、主臥陽臺(tái)及海邊花園的燈光進(jìn)行單獨(dú)控制和聯(lián)動(dòng)控制，方便為晚間參觀體驗(yàn)的客戶提供美妙的燈光場(chǎng)景，并一路連接到私人碼頭。
在主臥床頭的兩邊分別配置了燈光和場(chǎng)景面板，方便對(duì)主臥燈光、窗簾及場(chǎng)景的控制。主臥及主衛(wèi)安裝了吸頂喇叭，在主人需要的時(shí)候可通過手機(jī)、iPad等進(jìn)行播放音樂及調(diào)頻收音機(jī)。
設(shè)備箱
設(shè)備箱安裝在經(jīng)過防水、防潮處理過的地下室的設(shè)備間。
家庭作為生活的最基本單位，家居的更新?lián)Q代在趨近智能化的今天顯得尤為重要。隨著科技的迅猛發(fā)展、人們物質(zhì)生活水平的不斷提高，傳統(tǒng)的家居生活已經(jīng)無法滿足人們?nèi)招略庐惖囊螅藗冊(cè)絹碓綁?mèng)想著家居生活能夠更便捷、簡(jiǎn)單、高效、安全和舒適。智能家居的出現(xiàn)讓這一問題的解決成為可能。因此本文針對(duì)智能家居目前及未來在室內(nèi)設(shè)計(jì)中應(yīng)用情況進(jìn)行了簡(jiǎn)要說明。
關(guān)鍵詞：
智能家居；室內(nèi)設(shè)計(jì)；應(yīng)用
目前，智能家居的形式正在被人們所了解和接受，越來越多的裝修公司在做室內(nèi)設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)采用到智能家居設(shè)計(jì)。智能家居形式不斷發(fā)展，智能化的設(shè)計(jì)在房屋裝修設(shè)計(jì)過程中的應(yīng)用不盡相同，因此對(duì)智能家居在室內(nèi)設(shè)計(jì)中應(yīng)用的研究具有鮮明的現(xiàn)實(shí)意義。
一、智能家居
智能家居是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)將手機(jī)、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(gè)新興產(chǎn)業(yè)，隨著智能家居市場(chǎng)的推廣普及產(chǎn)業(yè)前景必然是光明的。國(guó)內(nèi)優(yōu)秀的智能家居生產(chǎn)企業(yè)越來越重視對(duì)智能家居市場(chǎng)的研究，特別是對(duì)企業(yè)發(fā)展環(huán)境和客戶需求趨勢(shì)變化的深入研究。一大批國(guó)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(shí)的走進(jìn)了人們的生活，經(jīng)歷了近12年的發(fā)展，經(jīng)歷了一個(gè)艱難的過程。
二、智能家居在室內(nèi)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
現(xiàn)代房屋裝修重點(diǎn)包括臥室、廚房、衛(wèi)生間等，當(dāng)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(jì)就要求其具有相當(dāng)程度的舒適性。因此在臥室的智能化設(shè)計(jì)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(gè)角度出發(fā)，現(xiàn)代智能設(shè)計(jì)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(jì)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(huì)變得明暗適中；如果選擇浪漫模式，室內(nèi)的燈光就會(huì)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(huì)依次慢慢點(diǎn)亮，隨后再依次暗下來，回來時(shí)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(dāng)然，說到室內(nèi)光亮就不得不說到窗簾?，F(xiàn)在智能家居設(shè)計(jì)通常會(huì)采用自動(dòng)窗簾對(duì)室內(nèi)采光的強(qiáng)度、角度進(jìn)行控制，窗簾由單片機(jī)控制、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，住戶可以利用遙控裝置來設(shè)定窗簾拉合的時(shí)間，這樣就可以根據(jù)一天中太陽在各個(gè)方位的時(shí)間來設(shè)定遙控裝置，從而實(shí)現(xiàn)窗簾的自動(dòng)拉合。從空氣質(zhì)量這個(gè)角度出發(fā)，智能家居設(shè)計(jì)會(huì)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(duì)待定時(shí)間段室內(nèi)氧氣含量進(jìn)行控制，到這個(gè)時(shí)間點(diǎn)室內(nèi)的控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)輸送氧氣，從而實(shí)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(rèn)知，人們?cè)趯?duì)廚房進(jìn)行裝修時(shí)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(jì)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(duì)廚房的智能化設(shè)計(jì)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(jì)可以在廚房安裝一個(gè)垃圾處理器，通過條件設(shè)定，將垃圾進(jìn)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(shí)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(cè)裝置，嚴(yán)格監(jiān)控廚房?jī)?nèi)燃?xì)獾男孤肚闆r，一旦發(fā)現(xiàn)泄露情況立刻發(fā)出報(bào)警信號(hào)。同時(shí)，這種檢測(cè)系統(tǒng)也會(huì)嚴(yán)格檢測(cè)各個(gè)水龍頭的漏水情況，一旦漏水會(huì)立即向房主的手機(jī)發(fā)送短信通知。當(dāng)然，智能家居對(duì)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(duì)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(chǎng)所了，人們會(huì)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(jì)上通常會(huì)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(shí)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(jìn)衛(wèi)生間內(nèi)，燈自動(dòng)亮起，馬桶等一系列設(shè)備開始工作，而當(dāng)紅外線感應(yīng)器感受不到有人活動(dòng)的跡象，燈光設(shè)備就會(huì)自定關(guān)閉[4]。健康的角度出發(fā)，對(duì)衛(wèi)生間的智能化設(shè)計(jì)上可以安裝自動(dòng)化設(shè)備。比如安裝智能馬桶，其功能的智能化十分強(qiáng)大，可以對(duì)如廁者進(jìn)行溫水清洗處理，又可以對(duì)如廁者進(jìn)行按摩，還可以對(duì)人體進(jìn)行健康監(jiān)測(cè)，遠(yuǎn)程醫(yī)療診斷系統(tǒng)能實(shí)時(shí)檢測(cè)使用者的尿樣并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，監(jiān)測(cè)健康情況。從舒適的角度出發(fā)，智能家居在對(duì)衛(wèi)生間的設(shè)計(jì)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(shí)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(jì)應(yīng)用上的發(fā)展
現(xiàn)代人對(duì)智能家居有了越來越多的了解，以前只能在展銷會(huì)上看到的智能家居設(shè)計(jì)逐漸走進(jìn)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(jì)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(jì)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(shí)變化。未來的智能家居在室內(nèi)設(shè)計(jì)上也將更加注重環(huán)保，以不同的監(jiān)控檢查設(shè)備對(duì)家庭的水、電、空氣、陽光等實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)管理，減少不知不覺中的浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保。未來智能家居將會(huì)呈現(xiàn)出感知更加智能化的趨勢(shì)。傳感技術(shù)不斷發(fā)展進(jìn)步，智能家居傳感終端將對(duì)環(huán)境感應(yīng)更加靈敏，加之以現(xiàn)代通訊技術(shù)的進(jìn)步，未來的智能家居將通過4G手機(jī)完成可視對(duì)講，家電的遠(yuǎn)程遙控。
四、結(jié)論
時(shí)代在進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)在發(fā)展，科技在進(jìn)步，人們對(duì)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(jì)也在向著多元化趨勢(shì)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(jì)風(fēng)向，盡管現(xiàn)在智能家居在室內(nèi)設(shè)計(jì)上的應(yīng)用還沒有實(shí)現(xiàn)大眾化，但是我相信，在今天這個(gè)科技迅猛發(fā)展的時(shí)代，智能家居在室內(nèi)設(shè)計(jì)上的應(yīng)用總有一天會(huì)走進(jìn)千家萬戶。
作者：包穎 單位：長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院傳媒藝術(shù)學(xué)院
參考文獻(xiàn)
[關(guān)鍵詞]無線數(shù)據(jù)傳輸芯片；設(shè)計(jì)探討；接口
中圖分類號(hào)：TP203 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2015）26-0216-01
引言
智能家居系統(tǒng)是以住宅為平臺(tái)，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)把安防系統(tǒng)、家電、娛樂設(shè)施及照明設(shè)備實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)或者遠(yuǎn)程控制等現(xiàn)代智能化家居環(huán)境。針對(duì)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(xué)管理等問題，本文結(jié)合無線電通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)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(jì)，使該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)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(qiáng)勢(shì)，以其新穎優(yōu)異的特性為當(dāng)今社會(huì)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(shì)。設(shè)計(jì)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(gè)智能系統(tǒng)上，然后對(duì)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(shí)還要保證這些智能的家庭設(shè)施跟現(xiàn)實(shí)中的居住環(huán)境相協(xié)調(diào)。其實(shí)，這些功能的實(shí)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(shí)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?yàn)榇蠖嘀悄芗揖酉到y(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(gè)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(hào)的傳輸?shù)?，雖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(jià)格稍微高一些，無線方式確實(shí)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(jìn)步必能滿足音頻信號(hào)與視頻信號(hào)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(jià)比較高的、性能相對(duì)完善的智能家居控制系統(tǒng)。
二、設(shè)計(jì)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(jī)和從機(jī)，主機(jī)和從機(jī)都具有一個(gè)無線收發(fā)芯片，主從機(jī)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(jì)的三個(gè)主要組成部分。
設(shè)計(jì)電路時(shí)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(shí)參考OSI模型，同時(shí)結(jié)合nRF24L01芯片的特質(zhì)。用一個(gè)系統(tǒng)主機(jī)來構(gòu)建，本系統(tǒng)是以單片機(jī)為核心的，中心處理單元（CPU）的作用是處理系統(tǒng)的信號(hào)，選用集中控制技術(shù)作為控制方式，系統(tǒng)設(shè)備需要進(jìn)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(jì)、統(tǒng)一接口，它們的控制部件都可以進(jìn)行編程，從而保證了模塊的實(shí)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(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或是1對(duì)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(gè)可選工作頻道，可用于跳頻，頻道切換時(shí)間短，通過跳頻可以減少干擾。對(duì)nRF24L01進(jìn)行信道參數(shù)配置是通過MCU通過串口實(shí)現(xiàn)的，由nRF24L01來實(shí)施配置任務(wù)，然后發(fā)送大量數(shù)據(jù)包的指令由主機(jī)完成，最后從機(jī)接收數(shù)據(jù)信息，整個(gè)過程從機(jī)和主機(jī)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(jì)
STC12C5A60S2增強(qiáng)型51芯片有一組串行口接口，3根通信線連接便能實(shí)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(hào)地線。
2.3 硬件電路設(shè)計(jì)
在2.4G網(wǎng)絡(luò)中控制中心節(jié)點(diǎn)如同協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，擁有節(jié)點(diǎn)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(diǎn)對(duì)接受的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并通過RS-232串口與PC機(jī)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(jì)要求的多種因素，在智能家居設(shè)計(jì)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(shí)才18mA，在以-5dBm的功率發(fā)射時(shí)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(jì)。nRF2401可以在使用同一天線的情況下，能夠兩個(gè)不同頻道的數(shù)據(jù)都能被同時(shí)接收，這是因?yàn)镈uoCeiverTM技術(shù)使它具有了這樣的優(yōu)點(diǎn)。
2.5 傳感器電路設(shè)計(jì)
時(shí)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(diǎn)硬件。各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)所發(fā)送過來的信息是由控制中心節(jié)點(diǎn)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(jī)，使用的人直接從上位機(jī)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(jì)了一種無線智能家居控制系統(tǒng)，系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)控制器選用硬件電路中簡(jiǎn)單的增強(qiáng)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(gè)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(qiáng)等優(yōu)秀特點(diǎn)于一身。
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