智能家居设计范文

导语：想要提升您的写作水平，创作出令人难忘的文章？我们精心为您整理的13篇智能家居设计范例，将为您的写作提供有力的支持和灵感！

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摘 要：随着物联网技术的发展，无线智能家居系统将成为智能家居系统发展的主流之一。智能家居系统使用无线传感器网络技术不但克服了有线系统的高成本、不方便等缺点，而且使用方便，能够快捷地管理家务、监测家居环境、遥控家用电器等。

关键词：物联网；智能家居；传感技术

物联网家电为代表的家电智能化发展将给我国家电产业带来前所未有的发展机遇。物联网家电已经一步步走进消费者的家庭，并在逐步被消费者接受。从家电企业来看，物联网已经成为家电企业抢占未来战略制高点的焦点所在，如果企业不进行前瞻性研发，等到物联网产品时代真正来临时，必将处于落后地位甚至被淘汰。整个中国的家电制造业，应该消除浮躁并不断创新，扎扎实实给消费者提供质优、价廉、性能好的物联网家电产品，满足消费需求，引领市场的发展。

一、总体方案设计

本系统主要包括：主控模块、人机界面模块、GPRS通信模块、感知终端模块，整体方案设计如下图1.1所示：

图2.1 整体方案设计

在远端的移动智能终端或电脑通过Internet 访问到无线传感器网络，而嵌入式WEB 服务器提供了交互式的页面访问。在物联网框架下的智能家居是一个复杂的系统，需要多方合作完成，如Internet 数据库服务器的设计、建立感知层网络。

二、 硬件设计

1.控制主机采用 ARM 32位的Cortex?-M3内核STM32F103VB作为主控芯片，配有7寸显示屏，用户可以在主控机上设置或查询各个家电的工作状态。电路设计如图3.1所示。

图3.1 控制主机 图3.2 控制主机 图3.3 控制主机

2.GSM模块选用Siemens公司推出的新一代无线通信GPRS模块MC35i，该模块主要由GSM基带处理器、GSM射频模块供电模块（ASIC）、 FLASH、ZIF连接器天线接口六部分组成，通过独特的40引脚的ZIF连接器实现电源、连接指令、数据、语音信号及控制信号的双向传输。其实物如图3.2所示。

3.物联网智能家居感知终端RF无线的设计采用UHF_4432_MDL100模块，此模块是一款组网型无线串口， 模块采用稳定的四层板半孔表贴工艺，生产时只需采用表面贴片安装到PCB板上就行了，这样可以节省空间，减少接插件，增加了板与板连接的可靠性和稳定性。其PCB图如3.3所示。

4.人机界面部分设计，为了操作上的方便，人们用触摸屏来代替鼠标或键盘。触摸屏由触摸检测部件和触摸屏控制器组成，触摸检测部件安装在显示器屏幕前面，用于检测用户触摸位置，然后将相关信息传送至触摸屏控制器；而触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再传送给CPU。它同时能接收CPU发来的命令并加以执行。

三、 软件设计

1.感知终端无线网络通信软件设计

无线网络采用一主多从的方式进行组网，由主机轮询从机收集信息的形式，从机处于被动方式，由主机分配网络。当获得网络的从机在发送完一包数据后必须释放网络，从机之间不能相互传递数据。在软件上，通过自主定义通信协议，有效提高通信的稳定性、安全性。

2.GSM模块通讯软件设计

控制主机通过GPRS短信形式发信息给用户的手机，可以绑定多个号码，信息的内容包括家里的电器有多少正在使用，门窗是否关闭，是否有人拜访，是否有险情发生（如火灾发生，煤气泄漏，有人非法闯入）等；用户可以编辑简单命令来控制电器的使用，打开或关闭门窗等。通信流程如4.1所示：

图4.1 GSM模块通信流程图

四、结论

本文介绍物联网智能家居关键性技术，结合家庭自动化进行应用设计。在硬件方面，按照嵌入式板级硬件设计流程，设计并实现了一种基于ARM 处理器的低成本网关硬件。软件设计上采用自顶向下和分层的设计方法，结合网关硬件，利用嵌入式操作系统uCOS-II 和协议栈LwIP，搭建了一个物联网智能家居平台。家居智能化管理是信息社会发展的必然趋势，而物联网则是实现家居智能化管理的必要载体，因此，降低产品的成本，提高产品的稳定性，物联网智能家居管理系统才能更好的发展。

参考文献：

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中图分类号：TP273.5 文献标识码：A

1智能家居的国内外现状及发展趋势

随着社会的快速发展，越来越多的智能化、人性化、自动化的科技产品服务于人们的生活，智能家居已经走进了我们生活。美国在这方面处于国际领先地位，如微软开发的“梦幻之家”等智能系统。

2000年以来我国开始意识到智能小区建设的重要性，逐渐步入智能家居领域，涉及灯光窗帘控制、室内多媒体娱乐、设备安防报警、家居环境监测等方面。但是智能家居设备产品多为有线组网，它的布线设计、连接串口和扩展性能等诸多方面存在很多问题，而无线通信灵活性、使用方便特性和无需布线等，因此很受市场青睐，这表明了无线通信技术是智能家居发展的最终趋势。

2 ZigBee协议体系结构

ZigBee协议的体系结构包括4层，即物理层、MAC层、网络层、应用层。物理层主要功能：负责ZigBee无线发射机的激活、关闭；检测当前信道的能量；接收链路服务质量信息指示（LQI）等。

MAC层包括数据服务和管理服务。数据服务：保证MAC协议数据单元在物理层数据服务中正确收发。MAC层管理服务：维护存储MAC子层协议状态相关信息的数据库。

网络层是ZigBee协议体系核心部分，其主要功能：组建网络路由、实现路由查找及传送数据，接收、抛弃其它的节点等。

ZigBee应用层包含ZigBee设备对象（ADO）、应用支持子层（APS）和技术相关设备制造商定义的应用对象。应用支持层APS用于维持绑定表，根据需求，在绑定的设备之间实现信息互传。

3 智能家居设计系统硬件构成

3.1 系统硬件总体设计思路

本设计智能家居硬件部分主要包括五个部分系统模块：S3C2440主控制器模块、无线射频收发模块、温湿度采集模块、门窗安防模块和GPRS模块。用户可通过GPRS模块上的RS232接口与控制终端连接使用，监控家庭中的各种设备工作。

3.2 智能家居系统硬件服务器

3.2.1 家庭网关

家庭网关是该家庭网络系统的核心设备，其主要功能：连接家居无线网络与外部公共网络连接口，实现两个网络数据信息的交互功能。本设计采用32位ARM处理器S3C2440，其具有2个通道SPI，3个通道UART，4个通道DMA控制器，LCD控制器，还具有MMU虚拟存储器单元等，可用于支持多种主流式嵌入系统[4]。

3.2.2 无线通信收发模块

本设计采用系统芯片CC2430的COMS解决方案，ZigBee无线射频收发器集成在CC2430上。ZigBee无线射频前端CC2430模块，是一款低功耗、低成本、高性价比的射频模块，还可满足ZigBee技术的2.4GHz ISM 波段的应用。

3.2.3 温湿度传感器节点

本设计采用SHT10温湿度传感器构建ZigBee传输温湿度检测节点。SHT10是一种数字式集成温湿度传感器，具有抗干扰能力强，成本低，体积小，适合家居室内温湿度采集。

4智能家居网络软件设计

4.1 ZigBee协调器与网关模块软件设计

本系统的ZigBee协调器主要用于建立无线网络，分配监控ZigBee节点的网络地址，向监控节点发送控制命令和接收来自监控节点的环境信息和安防信息，并将接收到的数据全部上传至ARM9微处理器S3C2440，最后通过移动网络以短信的方式传送到远端的用户端。

4.2 ZigBee终端节点程序

ZigBee终端节点是指ZigBee协调器控制的无线ZigBee节点，首先ZigBee终端节点的初始化，接着尝试加入ZigBee网络。加入网络成功后，ZigBee终端节点将其注册信息发送至ZigBee协调器，ZigBee协调器完成对ZigBee终端节点的注册。ZigBee终端节点每隔一定时间采集一次环境信息，并将该数据信息上传至ZigBee协调器。如果安防信息检测模块检测到有可燃气体泄漏或盗贼入侵，ZigBee终端节点则直接进入中断处理流程，将警报信息上传至智能家居控制器，实现告知用户并启动声光报警装置。

5 总结

本设计是采用将ZigBee技术与嵌入式ARM技术结合起来，通过在家居环境下模拟测试，进行有效地网络信息数据交互通信，本设计系统主要特点有：

（1）采用无线网络设计，结合嵌入式开发Web服务器的引用，使得用户使用起来更加方便，更加人性化。

（2）功能强大，系统可外扩其他功能，可由用户的家居环境的网关IP地址、家电数目、家电具体情况来具体定制。

（3）用户可把家中多台家电都连入到网络中，接受家庭网关的检测和监控。同时，控制终端设备也可在扩展，可把家中PC机、多台移动手机、平板电脑等设备设置接入网络中。

参考文献

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1、引言

智能家居是一个居住环境，是以住宅为平台安装有智能家居系统的居住环境，实施智能家居系统的过程就称为智能家居集成。

20世纪80年代初，随着大量采用电子技术的家用电器面市，住宅电子化（HE,Homen Electronics）出现。80年代中期，将家用电器、通信设备与安保防灾设备各自独立的功能综合为一体后，形成了住宅自动化概念（HA,Home Automation）。80年代末，由于通信与信息技术的发展，出现了对住宅中各种通信、家电、安保设备通过总线技术进行监视、控制与管理的商用系统，这在美国称为Smart Home，也就是现在智能家居的原型。

无线传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术，能够协作地实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息，并对这些信息进行处理，获得详尽而准确的信息，传送到需要这些信息的用户。 将WSN技术与传统智能家居相结合形成了目前主流的智能家居系统，本文给出了一种基于WSN的智能家居系统设计。

2、系统结构设计

智能家居系统具有对家庭中的各种设备远程控制、远程查询、 集中管理功能， 为用户提供更为舒适， 方便的生活方式。

本系统由无线网关总控台、分布式家电控制、网络接口、遥控设备等部分组成。

无线网关总控台是整个网络平台的核心，各个不同协议子网之间的互连和信息共享都需要通过网关进行，它可以接收各种家电、 灯具、 安防监控设备、 居室环境监控单元等分布式家电控制系统以及通用遥控器无线发送上来的信息，对这些信息进行处理后反馈给相应的设备。另一方面，无线网关总控台还可以同局域网/互联网、公用电话网、短信系统等连接，在非现场区域对智能家居网络进行监测和遥控。在智能家居网络平台中，通用遥控设备上有GUI，它不仅可以控制各种家用电器以及各种监测控制单元的运行状态，还可以对各种受控设备进行设备添加、 删除、 参数设置等操作，实现对智能家居网络平台的现场控制。在网络平台中，各种家电设备，例如冰箱、空调、热水器等，形成了一个应用平台。这些设备可以接受通用遥控器的控制，也可以把自身的工作状态信息上传到无线网关总控台，进而通过互联网或电话网告知相关人员。安防监控子网用来对家庭的门、窗等监测和控制。一旦有人非法入侵，安防单元就会立即启动报警系统，并通过无线网关总控台把安防告警信息传递给相关人员或部门。居室环境监控子网对家庭内的CO有害气体、火灾等进行监视和报警。这个单元采用了模糊智能控制技术，预测到有灾情发生，会进行关联控制。如启动通风设备减小有害气体浓度，启动灭火装置消除隐患。灯光控制子网可以提供舒适的光源和有效的节能措施，方便用户的生活和工作。

3、硬件平台设计

传感器网络硬件平台的设计主要是传感器节点的设计，研究设计出具有微型化、扩展性和灵活性、稳定性和安全性及低成本特点的传感器节点。研究无线传感器网络中间件技术，建立无线测控网络系统，实现信息采集自动部署、自组织 传输和智能控制。

（1）信息感知节点硬件系统

在系统和国外相应产品的基础上，选择功耗低、尺寸小、性能优良的处理器、无线收发和存储芯片，设计构建适用于矿井环境下的信息感知节点的硬件框架，并实现信息感知节点的硬件设计，信息感知节点基本配置示意如上图所示。同时密切关注超宽带和IEEE802.15.4等技术的发展，并寻求应用到网络中的可能性。

(2）接入网关

接入网关应具有无线收发和接入煤矿通信网络的能力。依据目前煤矿通信网络采用环形冗余工业以太网的实际，如图示，设计的sink使用的32位ARM9芯片作为系统控制核心，采用嵌入式Linux实时操作系统，支持10/100M以太网接口，而且增加了必要的数据采集和处理部分。

参考文献：

[1]宋文.无线传感器网络技术与应用[M].北京：电子工业出版社.2007(3）

[2]李晓维.无线传感器网络技术[M].北京：北京理工大学出版社.2007（8）.

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中图分类号：E965 文献标识码：A 文章编号：

0 引言

智能家居是信息技术和自动化技术在家庭中应用的集中体现。电力线通信[1-2]（Power Line communication，PLC）是利用已经存在的电力线为通信媒介，进行数据通信的一种技术。电力线通信技术运用调制解调的原理，信息发送时将其调制并耦合至电力线上进行传输，在信息接收端将信息从电力线上解耦解调，从而完成信息的传递。本文设计了基于电力线通信的智能家居方案，避免了重新布线以及对原有建筑环境的破坏之虞，并且节约了投资的成本。

1 系统的总体设计

图1所示是基于电力线通信技术的智能家居总体方案框架。系统中包括：

图1 基于电力线通信的智能家居总体方案

1）由家居电气设备和家庭网关组建的家庭内部电力线通信网络，用以完成设备的信息采集及控制信息的传递等功能；

2）家庭网关完成电力线通信网络与以太网的协议转换，进而实现家庭内部电力线通信网络与互联网的信息交互；另外，家庭网关还作为家居主节点完成设备的本地可视化管理；

3）计算机和移动终端用以实现智能家居的远程可视化管理。

1.1 主控制器

本设计采用ATMEL公司AVR系列单片机中的ATmega128作为电力线通信的核心处理器。ATmega128主要具有以下优点：运算速度快，最高可达16MIPS；资源丰富，有53个通用I/O接口，SRAM和EEPROM均为4K字节，Flash为128字节，另外还有一个SPI以及两个USART串行通信接口；能耗低。这些优点决定了ATmega128很适宜通信和控制。

1.2 IT700PIM电力线通信模块

本设计采用以色列Yitran公司开发的以IT700电力线通信芯片为核心的IT700PIM电力线通信模块实现系统的电力线通信。IT700电力线通信芯片具有强大的物理层特性，同时还提供了极为高效的数据链路层及网络层协议[3]。IT700芯片中的网络层协议Y-Net可以方便的实现电力线通信网络的自动组网和路由。

2 IT700PIM与ATmega128的接口原理

图2 IT700PIM与ATmega128的接口原理

图2所示为IT700PIM与ATmega128的接口原理图，IT700PIM通过全双工的串行通信接口与控制核心ATmega128实现数据通信。ATmega128可以通过IT700定制的Y-Net网络层协议控制命令实现各通信节点的自动组网和数据通信。

3 家庭网关的总体设计

图3 家庭网关的总体设计

家庭网关是智能家居系统的枢纽部分，其总体设计如图3所示。本设计采用网卡芯片ENC28J60，并通过HR911102A内置的隔离变压器和以太网接头RJ45实现家庭网关的互联网接入。控制核心ATmega128与IT700PIM电力线通信模块的接口在上节已有所叙述，本节不再重复。

家庭网关的软件架构如图4所示，主要分为两部分[4]：1）应用嵌入式的TCP/IP精简协议栈uIP以及网页技术实现嵌入式的Web server；2）为实现家庭内部电力线通信网络的组建，运用IT700芯片自带的网络层通信协议Y-Net。

4 结语

本文提出了基于电力线通信技术的智能家居设计方案，并对系统的软硬件进行了初步的设计。该系统以电力线通信技术为基础，并综合运用Internet互联网通信技术建立了一套完整的智能家居系统，进而将家居电气设备置于网络之中，使其具有了网络化、智能化的特征。

图4 家庭网关的软件架构

参考文献

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[3] Yitran. IT700 Power Line Communication Modem Datasheet Version-2.0. 2009.

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上个世纪微软公司提出了“Venus plans”从而引发中国智能家居概念。目前，在物联网的全面发展新时期，智能家居行业具有巨大开发潜力。[1]在高等职业学校中主导实验平台依旧是8位内核的51类单片机。8位单片机以其结构简单，易于理解和操作的特点深入人心。STM32具有运算速度非常快，FLASH、RAM容量大，能操作SD卡等很多优势。在此，选取具有巨大开发潜力智能家居行业，通过利用STM32位单片机配合编制的相关程序，实现智能家居的基本功能，从而实现一个低端实用的智能家居系统，在整个搭建过程中讲授STM32的相关知识点，从而尝试探索新的职教课改之路。

1 设计思路

系统设计目标和原则：本课题的设计目的是实现一个简单的智能家居系统，能够在普通家庭中得到应用，因此在设计的时候遵循以下原则：①简单实用；②价格低廉；③稳定耐用；④可扩展性。文章所设计的智能家居系统由单片机和各种外设组成。单片机作为核心的处理芯片，通过其内部的丰富的接口，连接外围设备，外围器件通过输入信号或输出信号与实际的控制物品相连。其架构如图1所示。

从控制的方式上来看，系统框架分为本地控制单元和远程控制单元。本地控制单元的设计思路是通过接入触摸屏，由触摸屏上的人机交互界面实现；远程控制单元的设计思路可以通过架设Web服务器，远程网络登录网页，来控制系统接入的外设，也可以通过GSM模块，由移动终端通过短信的方式来控制。从功能上大致分为报警传感器（温度，湿度，火警，煤气）、家电控制、开关控制，灯光控制，家庭安全监控。

2 无线照明控制模块设计示例

无线照明在教学中是一个入门的很好经典实例，虽然还没有用到协议栈，但它具有数据发送、接收和用协议栈，而且代码容易学习，如果把这个模块掌握了，到后面的协议栈就比较方便学习。在此需要掌握ZigBee有关内容，ZigBee节点所属类别主要分三种，分别是协调器、路由器、终端。同一网络中至少需要一个协调器，也只能有1个协调器，负责各个节点16位地址分配（自动分配）。理论上可以连上65536个节点，组网方式千变万化。BasicRF软件文件中主要内容有三部分，如图2所示。

讲授思路简要叙述如下：

2.1 工程文件介绍

docs文件夹：主要内容是介绍BasicRF的特点、结构及使用，阅读这个文档就可以做Basic RF里面的实验了。

Ide 文件夹：打开文件夹后会有三个文件夹，及一个cc2530_sw_1.eww工程，其中这个工程是三个实验例程工程的集合，期中包含无线点灯的实验工程。在IAR软件环境中打开，在workspace看到Ide＼Settings文件夹：是在每个基础实验的文件夹里面都会有的，它主要保存有学生自己的IAR环境里面的设置。

2.2 启动

①确保外围器件没有问题。②创建一个basicRfCfg_t的数据结构，并初始化其中的成员。③调用basicRfInit（）函数进行协议的初始化，在basic_rf.c代码中可以找到uint8 basicRfInit（basicRfCfg_t* pRfConfig）。

函数功能：对Basic RF的数据结构初始化，设置模块的传输通道，短地址，PAD ID。

2.3 发送

①创建一个buffer，把Payload放入其中。②调用basicRfSendPacket（）函数发送，并查看其返回值。pPayload指向发送缓冲区的指针length发送数据长度函数功能：给目的短地址发送指定长度的数据，发送成功刚返回SUCCESS，失败则返回FAILED。

2.4 接收

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中图分类号：TU17 文章编号：1009-2374（2016）13-0013-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.13.007

“人文精神”在社会经济发展、文化教育等各个领域被广泛提及，在家居产品设计的过程中，同样重视人文关怀的运用，致力于提高设计的舒适性和科学性。家居产品设计需要满足用户的功能性需求，使用合理的布局和涵盖面较广的设计分布方法，服务于人民群众的日常生活。

1 人文关怀设计理念中的家居设计区域划分

从设计的区域划分来看，人文关怀设计的区域应该从门厅用品、客厅用品、餐厅用品、厨房用品、卫生间用品、洗衣间用品等各个方面开展设计创新，从而提高用户的满意度，改善用户的生活质量。门厅用品设计包括鞋架、擦鞋用品、钥匙盒、挂衣架（衣橱）、垃圾桶等。鞋架、擦鞋用品可以采用一体化设计的方法，在进门口的位置将鞋架进行悬空型设计，防止地面的潮气弄湿鞋袜。钥匙的保管是家居设计不可忽视的一个细节，在门把手内侧的位置进行钥匙盒的专用设计，专物专用，这样能够避免找寻钥匙的烦恼。卧室用品的设计，应该强调色彩的科学搭配。

2 居住空间设计中的“人文关怀”运用

2.1 加大智能型家居设计的运用范围

未来的家居产品设计中，智能型家具的使用比例越来越高。根据JUNIPER-RESEARCH家居服务网站的调查数据显示，到2018年，全球智能家居市场的总规模将会达到710亿美元，中国智能家居市场规模将达到1396亿元人民币。到2020年，消费者花在智能家居服务上的费用将会达到1000亿美元，智能家居连接设备的数量将会超过2000万件。将人性化家居设计与智能家具的运用结合在一起，有利于广大群众享受到更加高质量的科技生活服务。对于照明系统的节能和优化工作，是家居设计人员开展技术创新运用的重点建设方面。在人性化技术运用的过程中，用户可以通过遥控器、PDA设备、电话、手机、互联网等一系列工具实现对于灯光的控制，通过掌上操作便能够实现对于指定灯光的控制。

2.2 重视居住环境的安全性建设

在智能家居系统的设计过程中，设计人员可以在装修中进行可视对讲系统建设。访客可以在大门口直接呼叫户内，业主可以通过任意一台可视分机监视大门，与来访者进行对讲。通过可视系统，业主可以通过PDA来监视大门的人员动向，并且与来访者进行对话。安防报警系统的智能化建设中，对于非法侵入居住环境的行为，系统会自动报警。户内人体探测自动报警系统对于保证居住区内孩童的安全，有重要的意义。同时，人性化的安全报警系统还有户内紧急求助、户内煤气泄漏自动报警和户内火灾自动报警的具体功能，一旦居住环境中出现了火灾事故或者是煤气泄漏事故，报警系统会自动给保安中心、用户指定电话、手机报警。除此之外，还有手机短信报警和PDA报警等，用户只需要将这些设备连接到安放系统中，便能够实现安全保障的基础性建设目的。

在视频监控系统的科学性建设活动中，设计人员应该认识到视频监控对于保障居住区人员和财产安全的重要性。用户可以使用室内任何一台电视机便接收到监视摄像机的图像，业主在任何地方通过手机也能够查看到任何一台摄像机传送回来的实时图形。除此之外，用户还可以通过PDA的掌上设备来查看任何一台摄像机的

图像。

2.3 优化室内家电安装方式，满足用户功能性需求

在家电控制系统的使用性能优化过程中，用户可以通过遥控器、电话、手机或者是互联网终端移动设备实现对于家电的控制，使用起来更加方便和快捷，同时安全性也有了更高的保障。用户可以使用手机控制制定的插座和各种红外家电用器。采光区域的人性化建设也是家居产品设计的重点领域。窗帘控制系统的智能化建设，用户可以通过手机实现对于窗帘的控制，这就是电动窗帘。背景音乐系统可以为用户带来舒缓的音乐，有利于提高居民的满足感，其中背景音乐所有分区共享主机和音源设备，每个分区可以独立点播不同的节目，并且每个分区还可以独立调节音量。在远程控制系统用户可以使用手机对家居产品设计的各个分区系统进行控制。用户可以通过远程PC机对家居各个子系统发送各种指令，并且能够收到各种及时、有效的反馈。用户在小区服务系统的建设活动中，可以通过物业在线服务实现水电费的查询和缴纳。使用小区电子商务服务系统，实现快递包裹的无时差投递，用户只需要在家中打开PDA系统，就能够查询到小区门口自己的包裹投、取情况。小区服务系统还接受故障受理，对于简单的水电安装和维修，用户可以接受到远程指导服务。

3 完善家居环境设计细节，提升用户的舒适度和满意度具体细节

3.1 强化人文关怀，优化家庭工作区的室内设计

书房是家居设计中的重点，孩子的成长需要书香环境的熏陶，成人的办公活动也需要天然绿色居住环境为其提供思维闪光的可能。对于书房环境中冷色光或者暖色光比较突出的情况，可以在建筑的结构和节奏中糅合进去“纯黄”或者“纯蓝”等纯粹的色彩，不仅可以实现建筑装饰色彩的整体协调，给人耳目一新的清奇感觉。可以将房间刷成橙色，并且选用灰色的木质地板，这样可以营造一种安静祥和而又不失明朗的阅读环境。但是，高层图书馆的墙壁应该使用淡橙色为最佳，以免造成眼部视觉疲劳，并且此时的装书用妆奁装饰物应该使用白色或者米黄色为主的素色为好。

3.2 采用柔性装修风格，满足用户的心理需求

在建筑装饰的色彩设计过程中，应该将各种颜色不同的建筑体所构成的基本元素展开合理搭配，建筑装饰设计的关键是将冷色调与暖色调结合起来，实现设计活动的和谐与色彩统一。虽然人们在现实生活中，并不需要后天条件的安排，仅仅凭借肉眼就能够感受到建筑物的空间、深度、节奏和体积大小，但是，由于每个人的审美角度和欣赏美的水平不同，对于环境的美术造型要求不一样。因此，对于一些拥有较高审美要求的客户群来说，建筑装饰设计师必须要通过将光线和色彩相结合的方式，满足更高层次的室内装饰审美需求。任何物体的色彩都不是孤立存在的，在居民室内装修的过程中，可以采用淡粉色搭配白色的方式，缓和居住人的情绪，创造出一种舒适、怡人的居住风格。建筑装饰设计师在展开视觉建筑产品设计安排时，一定要充分地开展家居产品的性能表达追求，同时考虑到人们的情感体验的需要和价值观的合理诉求。

3.3 重视洗漱区的舒适型设计

在厨房用品区域的设计中，厨房电器中的炉具使用安全性是设计活动中的重点考量部分。炉具使用中，燃气炉、电磁炉、微波炉、烤箱、电饭煲、抽烟机这些大件电气的安全性保障，应该将其接入三相安全电系统中，只有在电路接地的情况下才能够安全使用。在卫生间用品区域的设计中，可以为毛巾、浴巾、日常洗漱用品容器等配上香薰用品，每一个卫生间都应该配备成套的洗漱用品，避免交叉使用。只有这样，才能够将保证居民个人的健康和卫生的标准提高到应有的水平。香薰用品的使用对于舒缓用户的体验有一定帮助，在洗衣间中配备洗衣机、烘干机、熨衣板及电熨斗、洗涤加香用品和柔顺剂，大胆地使用新技术和材料保证居民生活质量稳步提升。在现代的家居用品设计过程中，主要是通过各种形式和尺寸的单元对生活区的空间和节奏进行高效组合，通过这种多层级选择和功能使用的对比，给人带来良好的使用体验。

4 结语

随着我国建筑活动中装修质量日益提高，家居产品设计技术越来越成熟。中国目前家居装修发展的模式是大力推行“绿色能源”革命，满足可持续集约型经济建设的需要。在室内环境设计中综合考虑使用者的人文因素，更好地引导人们健康积极的生活理念。

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中图分类号：TP273.5 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）02-0033-01

由于各种不同原因，有些人会离家时忘记观点电源、煤气开关、家用电器等物件。如果仅仅只是忘关还不会有太大的后果。如果是忘关正在煮着东西的煤气，就会有可怕的后果。而这个智能家居的设计可以即使获得家庭报警信息并实时处理，防止发生事故，将极大地提高我们的生活水平。

基于PLC的智能家居设计是计算机与通信结合的项目。在设计中，既充分考虑了手机短信发送的便捷性、实时性，又考虑了PLC设计安装调试工作量少的优点，便于根据实际情况的不同，远程控制调整数据，更加系统高效。

1 系统功能设计

（1）使用GRM500芯片模块。GRM500是基于专用于PLC远程维护和监控的通讯模块，使用3G做为通讯手段（可以升级为4G），内置网页，一个模块就可以实现PLC的远程监控，上下载程序，短信报警，内置手机网页监控等。在GRM500上外接红外遥控仪来控制家用电器的关闭开启；并且外接烟雾传感器、温湿度传感器等，实现家庭监测。

（2）自动发送报警短信。灵活的设置不同的报警限值以及相应的接收方，确保在第一时间得到报警消息。

（3）手机短信报警和短信控制。在模块配置软件里面配置PLC发送短信的条件，内容接收人，下载到模块。PLC无需任何编程。可以实现手机短信控制PLC，发短信和拨号主动报警提醒。可以远程修改短信报警内容，手机联系人等，方便随时更改。

（4）系统将传感器测得的安全数据存在本地数据库中，随时进行分析，根据测得数据调整报警的上下限的范围，更加符合家具所需。

2 系统结构

本系统主要由GRM500模块、短信系统、用户手机、信息采集模块组成。由信息采集系统收集到的信息判断是否超过界值来自动将信息发送到用户的手机上，然后用户可以用手机控制家庭电器的开关，或者直接采取断电措施；若遇紧急情况，也可以直接报警，取得帮助。

2.1 系统硬件

该套智能家居系统硬件是支持4G、3G以及短信发送包含内置SIM卡的GRM500，RS485串口与西门子公司的S7200PLC连接，外接的红外控制仪，家用传感器等。PLC实现设置与控制，通过GRM500将短信发送至手机，并且可以远程用手机遥控PLC。

2.2 软件系统

该智能家居设计软件部分主要采用JAVA实现，系统实现需解决的关键技术是串行通信，以及收发协议。将RS485的初级操作进行封装，用高级JAVA语言即可实现RS485与外界通信。

软件系统由以下几个模块组成：监控数据自动收发应答模块、短信发送模块、接收短信执行模块、通讯录管理模块、系统配置模块等。监控数据自动收发应答模块实现对监测数据的读取、存储以及查看功能；短信发送模块实现在超出限定值情况下的短信报警；接收短信执行模块用于接受远程手机对PLC的控制；通讯录管理模块对手机收发件人进行存储管理；系统配置模块完成报警设定、硬件初始化等项目的设置。

3 手机短信远程查询控制系统

不仅可以接收报警短信而且可以发送短信进行查询控制。通过编程，可以让PLC接收，由红外控制仪执行命令。

4 结语

（1）该系统对传统居家的控制大大提高了生活的便利。对家用电器进行实时的控制，用传感器采集数据，实时将报警消息传送给户主，有效的排除了报警死角，为自主控制家用电器提供了可能。

（2）该设计在发生危险的第一时刻将短信发出，让户主立马可以采取反应，相应的降低了可能会发生的严重后果，减少了中间环节耽误的时间，更加高效。

（3）户主可以远程通过手机实现家用电器的开关。例如冬天回家前就可以遥控打开空调，增添湿度等；离家后才发现忘关电器也可以远程遥控，甚至可以切断电源等等。

C上所述，基于PLC的智能家居的设计在日常生活中有很大的应用天地，并且在技术上也是可行的，是可以推广应用的。

参考文献

[1]于海斌，曾鹏.只能无限传感器网络系统[M].北京：科学出版社，2006.

[2]朱经国.可燃气体检测报警器的检定[J].中国计量，2001（62）：53-53.

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中图分类号：TP203 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）26-0216-01

引言

智能家居系统是以住宅为平台，通过计算机网络把安防系统、家电、娱乐设施及照明设备实现现场或者远程控制等现代智能化家居环境。针对现代家居中譬如家用电器种类繁多，操作繁琐以及难以科学管理等问题，本文结合无线电通信技术和计算机控制等技术，探讨一种无线智能家居控制系统的设计，使该系统实现对家用电器协调统一地控制。

一、概述

现代科技迅猛发展，随之而来的智能家居日渐强势，以其新颖优异的特性为当今社会的人们的家庭起居带来了极大的方便和全新的理念，它注定代表着一种引领未来的趋势。设计者开发的家庭总线技术将把家用电器、通讯设备以及家庭保安装备等多种和信息相关联的智能家居连接到一个智能系统上，然后对其采取集中的或多分散地监控与家务性质的管理，同时还要保证这些智能的家庭设施跟现实中的居住环境相协调。其实，这些功能的实现主要依赖于智能家居控制系统中的家庭网络控制器，家庭总线系统属于这种家庭网络控制器，并通过它来为使用者提供各种优质服务，同时居住地之外的外部环境也与之相通连。换言之，智能住宅的核心就是智能家居系统，因此，智能家居系统在智能家庭中处于异常重要的地位。

有线方式和无线方式是智能家居系统控制的两种解决方法。因为大多智能家居系统在工程布线方面十分麻烦，因此很多智能家居公司就着眼于解决这个问题来研发新的系统。伴随着它的问题是较差的保密性、接入设备甚为昂贵、很难满足音频与视频信号的传输等，虽然这些难题直到目前还没有得到真正的、完美的解决，但是它终将伴随着4G网络技术的逐渐成熟而得到更好的改善和应用。即便价格稍微高一些，无线方式确实能很好地解决布线工程繁琐的问题，并且随着网络技术的进步必能满足音频信号与视频信号的基本传输。接下来将以2.4G射频技术作为基础，介绍一种性价比较高的、性能相对完善的智能家居控制系统。

二、设计方案探讨

2.1 系统总体结构及工作原理

智能家居系统包含各家电设备和接口设备、主机和从机，主机和从机都具有一个无线收发芯片，主从机间通过收发无线数据来构建一种范围较小的的无线智能网络。网络协议、系统软件和系统硬件是无线智能家居控制系统总体设计的三个主要组成部分。

设计电路时的原则是要采用通用性、模块化设备，关于网络协议时参考OSI模型，同时结合nRF24L01芯片的特质。用一个系统主机来构建，本系统是以单片机为核心的，中心处理单元（CPU）的作用是处理系统的信号，选用集中控制技术作为控制方式，系统设备需要进行硬件功能的划分，各硬件模块都具有双向交互通信的能力、互换性和互相操作性，统一设计、统一接口，它们的控制部件都可以进行编程，从而保证了模块的实用性和通用性，有利于系统安全稳定。

nRF24L01（一种新型单片射频收发器件），提供物理层数据服务和物理层管理服务，定义了物理无线信道和MAC子层之间的接口。nRF24L01是一种2.4GHz单片射频收发芯片，包含频率调制器、合成器、晶体振荡器等功能，采用FSK调制，可实现点对点或是1对6无线通信。程序可以配置nRF24L01的输出功率和通信频道，有125个可选工作频道，可用于跳频，频道切换时间短，通过跳频可以减少干扰。对nRF24L01进行信道参数配置是通过MCU通过串口实现的，由nRF24L01来实施配置任务，然后发送大量数据包的指令由主机完成，最后从机接收数据信息，整个过程从机和主机是借用空中接口来发送与接收数据信息包的，执行MCU的指示任务，故才能完美地控制家电。图l为系统总体框图：

2.2 串口通信单元设计

STC12C5A60S2增强型51芯片有一组串行口接口，3根通信线连接便能实现较普通的串行通信，发送是TXD串行数据，接收是RXD串行数据，还有GND信号地线。

2.3 硬件电路设计

在2.4G网络中控制中心节点如同协调器节点，拥有节点的管理，2.4G网络的建立等任务的功能。在本系统中，控制中心节点对接受的数据进行处理，并通过RS-232串口与PC机连接通信以及通过，以及键盘输入和液晶显示。

2.4 无线收发模块

结合硬件设计要求的多种因素，在智能家居设计中，采用的射频片nRF2401是工作在2.4GHz频段的。

把功率放大器，频率合成器，调制器以及晶体振荡器这些功能模块放置在芯片内，使射频片nRF2401在2.4～2.5GHzISM频段内工作，通过程序配置通信频道和输出功率。工作电流在接收时才18mA，在以-5dBm的功率发射时也仅为10.5mA，芯片的能量损耗不高，多种低功率工作模式很大程度上方便了节能方面的设计。nRF2401可以在使用同一天线的情况下，能够两个不同频道的数据都能被同时接收，这是因为DuoCeiverTM技术使它具有了这样的优点。

2.5 传感器电路设计

时钟模块、电源模块、传感器模块、无线模块构成了主要的传感器节点硬件。各个传感器节点所发送过来的信息是由控制中心节点通过nRF24L01无线模块接收的，并通过串口模块，把信息发送到上位机，使用的人直接从上位机的软件界面上获取所有数据。

三、结语

本文总体设计了一种无线智能家居控制系统，系统节点控制器选用硬件电路中简单的增强型STC芯片，系统的安全性以及效率得到有效提高，数据传输是靠无线网路芯片nRF24L01来完成的。这个系统成本较低，使用方便，功耗超低，有良好的拓展性而且使用效率高、稳定可靠，集便于携带、更加开放、便于协作、交互性强等优秀特点于一身。

参考文献

[1] 黄盛.智能配电网通信业务需求分析及技术方案[J].电力系统通信，2010（6）：10-12；

[2] 木树娟，黄铭，余江，等.智能电网通信标准分析及关键技术探讨[J].电力系统通信，2011，32（7）：76-80；

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关键词智能家居一体化；智能系统；无线控制系统

中图分类号：TL503.6文献标识码： A 文章编号：

1 前言

1.1智能家居一体化概念

智能家居一体化技术是将控制技术和智能设备在家居中应用的一种新型概念，是在家居中安装无线或者有线的控制技术以电力系统为支撑，配合智能家居设备通过专门的设计实现家居的人为远程控制或者是智能控制的良好结合从而达到提升家居的安全、舒适的智能化、一体化的系统。

1.2 智能家居一体化的发展

近些年来随着人们的生活水平提高，很多的智能家电悄悄的步入了人们的生活。各种智能电器已经逐步的进入家庭，例如：原来的旋钮式洗衣机到现在的一键控制，从原来的普通电饭锅到现在的预约功能，从黑白电视机到智能网络电视，从普通照明到感应开关等等，这些都是逐渐智能的一种趋势。

并且随着网络的发展现在很多的软件、硬件支持，远程视频控制等技术成熟很多技术都已经渗透到我们的家居当中，手机智能化、电脑软件的智能化、多样化和人性化，都是我们现在科技发展的成果，短短的十多年时间随着网络、计算机发展各种技术飞速发展，就给我们的智能家居提出了可能，并且各种相关行业规范、行业标准的建立和完善也为我国的智能家居一体化的发展起到了很大的作用，给生产厂家一个可以执行的行业标准。

所有的这些都需要电力系统提供必须支持，因为所有的这些都是通过电来驱动的，并且配合电脑控制技术和其他控制技术来实现的。

2智能家居一体化的控制形式和设计

2.1概述

智能家居一体化就要求所有的家居都要服从一体化的要求，从一方面来讲就要求所有的电器设备和家居符合同一个控制标准或者是说通过一种转换实现同一个控制标准，另外一个方面就是要满足同一控制的基本要求，前面说过了智能家居是要求电力系统的支持，那么从根本上就可以从控制家居的电力系统出发来控制家居，实现智能家居，控制主要分为有线控制和无线控制两种，由于现在的家庭建筑很少有直接施工带有线路控制的，并且控制线路和电路在一起铺设会产生干扰并且从安全角度也是不允许的，从另外一个角度来说，有线的控制扩展不如无线控制的扩展方便，所以以后的智能建筑基本上是很少用智能控制线路的，而更多的应该是无线控制线路，所以我们这里就在无线控制上下工夫，通过无线控制实现家居的智能化，并且通过计算机和网络技术实现一体化控制，从而实现家居的智能一体化，并且设备之间实现无线网状连接，保证了信号的轻度和信号的稳定。所以说以后的智能家居是无线控制的智能家居。

2.2 智能家居与电力系统的关系

智能家居一体化的前提就是对电力系统的的一体化控制，也就是说通过电力控制一体化实现智能家居一体化，电力系统的电压合格率、供电可靠性都应该满足智能家居的要求，并在断电时应该有蓄电池等其他替代能源进行能源供应，保证整个系统平稳稳定运行。

无论是从家庭光伏发电系统并网，还是到照明系统自动化，无论是从家居安全防护，还是窗帘、视频、暖气控制都需要电力的支持，只有实现了对电力系统的控制才能控制家居，电力系统为设备提供能源也为控制提供能源，所以可靠地电力系统是我们要改造智能家居的首要前提，而后续的一些控制软件无论是手机上还是说电脑、网络上都是控制的第二步。

2.3 智能家居一体化的设计

智能家居一体化的设计包括软件设计和硬件设计两个方面。

2.3.1 软件设计

软件是智能家居的控制后台基础，设计必须以网络技术、计算机技术为基础，以房主的生活规律和设计要求进行软件编写，并且便于房屋主人操作和设置，能够实现计算机控制和手机控制，利用WIFI 、宽带、无线网络、通讯网络等进行连接，设置密码实现安全控制这需要设计人员要懂得生活、也要懂得技术，还要懂得理工，直接的说就是要有文艺范的高级工程人员去炒菜而且是炒一手好菜。

2.3.2 硬件设计

硬件是智能家居的前提基础，由于现在的建筑只有简单的电路设置，没有为智能家居进行准备，我们不可能在建筑时进行设计，除非是事先就有智能要求的建筑如：别墅、酒店、会议室等公用场合，因此在家居设计时要将设计放在装修前，而不是在房屋建设前，所以暂时我们在设计时候只有在装修时才能设计，这也是我推广使用无线控制的原因，装修时应当根据以后的需求进行电路的设计与布线，从而为智能家居一体化做出基础的准备，智能家居一体化的工程设计要与装修设计同步进行，统一规划，同步设计与施工。把线路的开关、插座换成符合无线控制要求的开关或者插座，通过无线技术和控制计算机进行连接控制，把家居设备或者电器通过自身的PLC或者是电脑的软件实现智能化控制。综合考虑建筑特点并且应当与装修风格相互协调，满足日后清洁、检修和局部更换的要求，同时也要为扩展做充足准备。

智能家居一体化系统中的一个重要组成要素就是智能家居设备或者是电器，这些由于现在没有统一的标准来控制厂家生产，所以在控制衔接方面提出了难题，所以一些不符合相关控制的电器或者家居就需要单独的进行设计和改造，在符合安全性能前提下实现智能联网从而实现无线控制，因此暂时硬件设计重点还是在设备的无线控制上，而如果家庭的智能家居标准成立以后硬件的设计重点就是其他多种辅助功能的实现。

3 智能家居一体化设计中注意的问题

3.1电力系统的要求

1）在家居系统中的电力系统的负荷要符合以后要安装设备的要求， 线径选择要正确，并且最好是为以后的电气设备或者是家居的负荷预留，材料的绝缘性、耐久性和安装的位置要经过合理反复的计算，并且符合装修设计图纸的要求。

2）电力系统的设计要做好保护措施，除了进户现有的漏电保护器外，每一个独立的无线控制开关或者插座要有独立的保护装置，防止控制的电路或者无线电路损坏造成同一线路跳闸，减少损坏停电设备范围。

3）无论是控制光伏上网、还是控制家居设备都要符合电网的设计要求、行业标准或者是国家标准。并且智能家居难免有很多电机类装置，一定要防止电机类装置的冲击负荷影响整个电力系统的电压和波形，防止开与关的冲击电流造成其他设备的干扰。

4）由于控制与供电系统安装的小型化要求使得信号控制与交流电的距离很近，做好控制信号的防干扰工作，并且还要设计缓冲电路进行电子元件的保护。

5） 计算机系统的控制需要能够控制多路电路，能够为电器设备做好编号，以便控制精确，防止与计算机系统控制时发生错误控制的事情发生。

6）计算机网络的安全是我们实现智能家居的重要保障，因此在数据信号加密方面要做好相关文章，保障通用的技术不通用的密码，是的家居安全系统更加的完善。

7）后备电源是保证安全和平稳运行的保障，因此在设计时一定要把备用电源的设计放在系统设计的前面，只有这样才能够将电力系统整体水平提高,同时各个设备的或者说是整体家居的防火防护也作为前提考虑进行设计。

3.2 智能家居一体化系统的美学要求

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联电国际智能家居系统创新性地实现了对灯控、家电等家居设备的集中控制,全部实现无线控制,免除布线的麻烦和弊端,不管装修与否,均可便捷安装使用,不会受到布线的任何束缚。同时,采用学习型的红外基地台,强大的软件学习功能,可与各种家居设备实现无缝对接,对新购的家居设备,也可轻松纳电国际系统管理,十分方便,利用网络/PDA/手机,通过目前最先进的网络侦控摄像机,即可随时随地实现对家居设备的实时监测和操控。下面,我们就以某独栋别墅项目为例,详细说明智能家居系统给我们带来的人性化、数字化的生活。

用户需求分析

根据别墅业主的要求,在别墅智能家居设计中需要实现以下功能:

・周界防盗及监控功能;

・全部房间的智能灯光控制;

・主要活动区域的背景音乐功能;

・一层客厅的电动窗帘控制;

・烟感及燃气泄露感应报警功能;

・家用净水,中央除尘,中央空调集成。

为实现上述功能,需用到下列系统设备:

1.周界防盗系统

・主动红外探测器对射,如果有人非法入侵则触发报警主机。

2.家居安防监控系统

・别墅四周实时监控―业主可以在任意指定房间对的情况进行监控。(需布线)

・室内安全―在厨房安装烟感及燃气泄露探测器,出现警情及时提醒业主。

・异常入侵―在窗户内侧安装幕帘探测器,遇到异常情况及时报警。

3.背景音乐系统

本套方案中,背景音乐系统能实现用户主要活动房间的音乐功能,同时能通过背景音乐系统做到每一个背景音乐点房间的电视能够共享收看DVD、数字电视机顶盒等节目源,还能通过电视察看电视监控的图像。

4.智能灯控系统

・调节灯光亮度　并让灯光慢慢亮起和慢慢关闭

・情境控制　场景　设定

・无线遥控　随时随地控制

・模组式设计　不需拉线　安装方便

5.家用净水系统

・有效滤除自来水中铁锈,残渣等各种污染物

・有效防止钙镁离子碳化形成水垢,但不会造成矿物质流失

・有效吸附水中纳米级杂质,去除氯气,并具杀菌消毒作用

・能耗低,后期维护费用低,环保节能

6.中央除尘系统

・使用中环保无二次污染,清洁过后无卫生死角

・使用时噪音小使用现场不产生气味,节省清洁成本缩短清洁时间

・主机所排放的气体是清洁的达到国际气体排放标准

有效杜绝粉尘、细菌、微生物对人们的侵害杜绝过敏源

・操作过程中现场无静电产生,清扫完毕后室内无悬浮物

7.中央空调系统

・高效节能,直流变频技术,负荷分散控制,室内26℃节能锁

・舒适,加速除霜,大风量,低噪音,夜间静音运转

・安装便利,设计灵活,自由度高

・运转可靠,不停机均油技术及智能回油技术,使用寿命长

设计概述

根据业主的需求在指定房间安装背景音乐系统,有些房间的背景音乐区域有重合部分,这样的区域使用一台音乐主机、多只音箱,既节约了成本,又会使操作更加简便,更使区域内的音乐系统和谐统一,将互相干扰的因素降到最低。同时,为便于分区控制,还可以为音箱加上单独控制开关,需要时打开,不用时关闭。

在灯控方面,根据业主的户型,电灯的分布情况做出合理的设计。灯控方式有多种形式:遥控,面板集中控制,情景开关控制等,应用于不同的房间,不同的位置,达到最合理、灵活的操控效果。

方案配置说明

根据户型实际情况,对配置要点及实现功能描述如下:

地下一层

1.家庭室

家庭室是主人家庭娱乐和好友聚会的常用活动处所,此房间应有独立的背景音乐系统,和比较丰富的灯光场景控制功能:

朋友或家庭聚会可以选择娱乐场景:轻轻一触娱乐模式,电灯自动开启并将灯光调整到明亮的亮度,背景音乐开启,播放欢快的音乐。

谈话模式:酒吧灯光开启到舒适亮度,同时播放舒缓的轻音乐,让谈话不再乏味.

2.储物间、设备间

红外感应控制照明,既节能又方便,充分体现时代感。过道、储物间是主人不会长时间停留的地方,可以安装感应装置达到人来灯亮,人走灯熄的效果;

3.SPA房及化妆间

这是主人放松身心,享受休闲时光的场所,所以除了智能灯光的应用,还要有背景音乐来营造舒适的氛围。两个房间共用一台音乐主机。

4.健身室及乒乓球室

这两个房间共用一台音乐主机,在主人健身或比赛时提供动感的音乐。

5.卧室

独立的背景音乐系统,具备定时开关机功能,可以伴您入睡或唤您起床。情景控制开关整合控制卧室的所有电灯,在您夜起时,可以开启壁灯亮度为10%,同时开启卫生间灯光,更方便您夜间走动。

6.灯光控制

院落中的灯光控制,可以由主人随意开启或关闭,也可以通过照度传感器和控制器,根据环境光线变化控制灯光开关。

7.花园背景音乐

业主有时会在别墅的花园中小憩,在休息区周围安装草地音箱,通过背景音乐主机控制。

二层、三层

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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。智能家居系统可以为您提供家电控制、照明控制、窗帘控制、电话远程控制、室内外遥控、防盗报警、以及可编程定时控制等多种功能和手段，使您的生活更加舒适、便利和安全。笔者所在的课题组利用当前智能家居技术的新理念与技术，开发技术先进、性能卓越、实用性强的物联网智能家居实现系统，并指导学生掌握其管理与维护技术。

1 物联网智能家居实训系统组成和内涵

物联网智能家居实训系统由智能照明、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，及物联网应用上位机管理软件组成，各子系统通过连接电缆进线连接，采用 ZigBee、wifi、3G 多种网络技术传输传感及控制信息。系统支持智能家居设计、安装、调试以及应用编程等多种方式来锻炼师生的技术水平，是一套既能展示物联网智能家居应用，又能掌握相应技能和知识的实训系统。

本开发平台实现对物联网三层（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，该系统所涉及到的技术主要包括：电子电路、2.4GHz 高频通讯、ZigBee 无线网络、无线传感器、无线 SoC、嵌入式 ARM、UHF RFID 射频识别、3G、Ethernet、服务端软件开发。

开发平台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。

2 系统功能

针对职院学生，主要锻炼的是学生的动手能力和实际操作的技能。学生可以根据自己的设计想法改变模拟房间内环境，也可以通过一体式计算机通过因特网访问房间内自动化服务器，对智能设备、视频监控等远程控制、访问。该装置能进行智能家居系统设计、线路的设计与连接、调试、故障排除、系统配置等实验和实训。

在打分环节考虑到人为因素对比赛结果的影响，在系统中，特别设计了自动评分功能，对各个系统网络连通性、电源接线、软件配置进行自动化检测，为实训成绩提供客观的依据。

2.1 智能照明

包括智能照明管理软件模块、灯控模块/调光模块、通信模块、灯具，通过和网关通信，支持本地控制和管理软件远程控制，本地可以设置感应开/关闭，并和光敏检测模块联动，实现自动化。

2.2 智能安防

包括智能安防管理软件模块、窗磁、烟雾感应器、主动红外入侵探测器、摄像机、双鉴探测器对非法入侵、火情、烟尘等监测，针对突发事件做出紧急处理，与 GSM/GPRS 短息猫联动，当发现有异常时摄像机自动截取画面并发送消息至指定手机或报警。

2.3 人脸识别门禁

人脸识别门禁系统由主人脸识别门禁机、门禁控制器和电锁组成（联网时外加电脑和网络通讯设备），使用方式属非接触方式，出入人只要在人脸识别门禁机附近（30-80 厘米）晃动一次，人脸识别门禁机就能将识别结果发送到门禁控制器上，然后由门禁控制器进行检查核对合法性，决定是否进行开门动作。整个过程只要在有效的使用范围内均可实现门禁管理功能。人脸识别门禁机安装门边墙内外，而不影响其工作。

人脸作为每个人身体的一部分、不能复制、安全可靠。并通过网络与电脑进行实时监控（可由电脑发指令开/关所有门，并可实时查看所有门的状态）、数据处理、查询、报表输出等。

2.4 智能音响

包括智能音响管理软件模块、情景音乐系统主机、高保真音箱，通过软件平台来控制音乐的播放。

2.5 智能冰箱

包括智能冰箱管理软件模块、RFID 读写器、食物冷藏柜。通过 RFID 技术实现食物管理功能，通过 PC管理平台访问，配合食品图示，能看到冰箱内的食物信息，食品提醒设置，一旦冰箱内食物短缺或过期，就会发送短息到指定手机。

2.6 能耗监测

包括能耗管理软件模块、智能插座、能耗统计模块。通过智能插座实现所有电器通过数据采集终端，无线网络，实现无线抄表、管理功能。可以定制统计分析功能，并通过监控系统控制台、智能手机实现可视化查看和管理，体现绿色节能理念。

2.7 环境监测

本系统包括环境监测管理软件模块、温湿度、光敏无线通信模块。实现温度、湿度、光敏等监测，针对环境参数设备智能开启相关设备自动调节环境温湿度或与其他系统进行联动，对突发事件做出紧急处理。

2.8 智能窗帘

本系统包括智能窗帘管理软件模块、窗帘控制器、电动窗帘，通过和网关通信，支持本地和管理软件远程控制， 本地可以设置感应开/关闭，并和光敏检测模块联动，实现自动化。

2.9 上位机管理软件

系统包括照明、窗帘、能耗、电器、安防、环境监测、实训评估模块，本实训管理平台是以上各个系统的一个综合性、集中管理平台。内容包括：系统的实时状态查看、远程控制、数据存储、统计分析、参数设置、预警。如图1所示。

3 系统特色

真实的家居环境需要投入大量的人力物力，从实训的角度来说，需要耗费大量的时间和经历建造样板房，投入巨大。因此，设计采用模拟家居环境的智能家居系统，将涉及到的应用及控制模块和设备安装部署在可收缩的网孔板机柜上，减少对空间的占用，并可应用于以后的实训教学中。

智能家居实训系统安装在一个网孔板机柜上，可以收拢展开，展开后尺寸为 2.4m*0.8m*1.9m（长*宽*高），收拢后尺寸为 0.8m*0.8m*1.9m（长*宽*高），实训设备可以自由安装，具有很大的灵活性。

各系统的控制模块均安装在 86 盒内，可灵活部署在网孔板的任意位置，方便师生根据自己的设计完成施工。

4 总结

本文介绍了一个物联网智能家居实训系统的设计与实现，系统中模拟了智能家居中的部分场景，并在实验室环境中做了大量的模拟测试，程序运行良好。总之，进行基于 ZigBee 技术的物联网智能家居系统的设计分析，有利于提升基于物联网智能家居系统设计水平，促进在实际中的推广应用，具有积极作用和价值意义。

参考文献

[1]，朱昊，胡静，宋铁成.物联网智能家居系统演示平台的设计与实现[J].南京师范大学学报（工程技术版），2013（01）.

[2]向忠宏.智能家居[M].北京：人民邮电出版社.2002.

[3]陈龙涛，罗桂娥，周卫等.基于ZigBee 技术智能家居系统的研究与设计[J].微型机与应用，2010.29（20）：100-102.

作者简介

篇12

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）03-0286-02

随着居民对于家居环境要求的提高，目前智能家居成为了重要的研究课题，智能家居指的是将居民住宅作为平台，利用网络技术、安全技术以及自动控制等技术，使多种家居设备之间形成一个系统整体，以便于人们实现对于家居物品的智能控制，更好的构建符合人们舒适度要求的住宅环境和管理系统，才能更好地达到居民对于家居要求的安全性和舒适性。当前随着科学技术的快速发展，为智能家居效果的实现提供了可靠现实的依据，在本文中笔者结合网络技术、数据管理等等方面的技术，分析面向智能家居的物联网原型系统的设计和应用。

1 面向智能家居的物联网原型系统的整体设计

根据物联网构建理念和理念引导下的形成的三层技术构建的框架，在本文中笔者提出基于上述三层框架的适用于当前居民要求的新型智能家居系统的设计方案，在构建新型智能家居设计模型时，其整体框架系统结构可以分为下面三个层面：一是感控层；二是网络层；三是应用层，这三个不同的层面可以分别负责三个不同的功能：感控层负责信息的采集和执行的功能；网络层负责信息传递和信息管理的功能；应用层负责系统应用的功能。三个不同的层面主要负责以下具体功能的实现：其中感控层主要是对于基础信号进行采集和处理，对于数据之间进行传输，同时控制命令的执行，其主要负责的单元有亮度监控单元、温度监控单元、电器状态监控单元、体感监控单元、湿度监控单元等等；网络层主要针对不同的通讯方式所具有的协议转换的功能，保证各项数据能够顺利地进行传递，其中数据主要包括WIFI、ZigBee、有线网络以及串口信息等等；应用层主要负责对于数据的存储功能，并且可以通过智能终端进行系统状态的整体查看等多种功能，以上三个层技术构建的体系是智能家居设计和保障其功能实现的重要理论基础[1]。

2 智能家居系统中对于感控层的设计

智能家居系统中感控层主要可以由数据采集和执行以及短距离的无线通信两部分组成。其中数据采集功能主要是利用传感器和身份识别等技术，对于家居系统中的温度、亮度、火情状态等设备的工作状态进行数据信息的采集功能，执行功能主要负责对于上层服务器所发送的命令进行接收，并且根据命令执行动作，例如根据命令对于加湿器和灯具的工作状态进行控制，在此基础上为用户提供更加舒适的生活环境；短距离无线通信设备的主要功能是对于较小范围内的各个物品之间实现信息的传输等功能，它具有自身的灵活，因此其在智能系统中的应用范围越来越广泛。

2.1 感控层的整体设计

在智能家居系统中，其感控层主要是以家电设备、通信模块等作为系统构成的独立节点和基本单元，主要具有数据采集、传输和控制设备的功能，如在具体的工作过程中，感控层对于智能家居环境中的亮度、温度等环境信息和其他各种家具的工作状态进行信息数据的收集和处理，同时通过无线网络对于收集的信息进行传输，最终实现系统整体中的信息交换功能。

2.2 ZigBee网络传感的构建

ZigBee网络传感的构建主要通过三个设备进行实现：一是网络协调器；二是网络路由器；三是网络终端设备。这三个设备在ZigBee网络传感中具有不同的功能，其中网络协调器和网络路由器主要负责网络协调的功能，它们可以和网络中存在的任何设备之间进行信息的传递功能；网络终端设备不具备网络协调的功能，其只能艺考其他设备进行信息的转换才能实现通信。在ZigBee网络传感的整体中，协调器是核心的存在，对于整个网络的建立和维护都具有重要的意义；路由器主要是负责以下两个功能的实现：一是对于节点内数据的发送和接收；二是为网络中存在的不能够进行直接通信的节点进行数据的转发功能；终端设备负责网络中数据的采集和处理功能[2]。

3 针对网络层和应用层的设计

3.1 网络层的主要功能和设计理念

在物联网的构架系统中，网络层对于整体系统的建设有着重要的作用，其关联着应用层和感控层之间的信息传输的功能，对于整个系统的正常运作起着至关重要的作用，如果网络层不能正常运作，则整个系统都无法实现信息之间的传输以及动作的执行功能。网络层功能的实现主要是它可以进行不同信息之间的相互转换，从而能够使数据能够进行不同协议的网络之间的正常通信和传递，如WIFI、串口通信、蓝牙等等不同类型的协议转换和正常通讯，更为主要的是网络层不仅可以实现不同协议之间的相互通信，而且能够保证通信数据的完整性和准确性[3]。

在智能家居的系统中，网络层的工作主要可以通过以下两个方面进行体现：一个方面是将感控层中所接受的各种各样的信息，如温度值、亮度、煤气浓度等等信息传送到系统应用层中，在信息传输的过程中要保证快速、真实；另一个方面是把系统服务器所发送的命令传递到感应层中，在传输的过程中快速和安全是信息传递的基础。

网络层在设计的过程中通讯方面主要依靠互联网，即Internet方式进行，其硬件主要利用智能家居网关系统。智能网关与远程的智能家居之间的联系是通过Internet进行网络连接，因此在进行智能网关的设计时需要其软件和硬件支持TCP/IP协议，并且在智能网关的设计过程中应该考虑到关于整个系统整体的可扩展性和适用性的原则。同时把握智能网关是否可以对于服务器所发生的数据进行及时准确接收的基础是网关的IP和端口，因此这两者的存在必须在智能家居的系统中具有其唯一性，也就是说只能对应唯一的用户[4]。

3.2 应用层的主要功能和设计理念

在智能家居的系统整体中，应用层的功能主要是将感控层获得的信息数据进行汇总和分析、决策等等，对于整个系统而言应用层是决策层。应用层主要是由两部分组成，其中一个是负责系统中数据接受、储存功能以及整个系统的控制决策和命令发送功能的系统服务器；另一个部分是电脑、手机等可以进行Web浏览器搭建的终端设备，此终端设备可以保证用户对于智能家居系统的正常浏览和使用。在下文中，笔者主要针对智能家居系统的服务器开发和设计[5]。

智能家居系统服务器由主要以下三部分组成：一是Web服务器；二是业务处理中心；三是数据库服务器，这三个不同的部分分别负责以下各个功能的实现：首先Web服务器，即WWW（WORLD WIDE WEB），其主要的功能是实现网上信息的浏览服务，在工作原理上是通过网页的形式进行用户使用界面的以及对于用户的登录信息进行验证，在系统整体中其是用户需求最直接和基本的功能体现；业务处理中心的主要功能是对于网关所传送的数据和信息进行收集，之后进行数据解析的工作，并且通过业务逻辑处理进行解析后数据的二次处理，最后是通过上述处理的最终结果进行控制命令的发送，以及将处理的结果进行储存，业务处理中心在系统整体中的主要作用是对于后台的数据进行处理；数据库服务器的主要功能是对于系统中的各种信息进行存储和管理，其在系统中的主要作用是保证其他两个部分能够对于数据的存储和查询等工作可以正常顺利的进行[6]。

4 结束语

综上所述，在本文中笔者结合网络技术、数据管理等等方面的技术，分析面向智能家居的物联网原型系统的设计和应用。满足随着居民对于家居环境要求的提高的要求，最终实现智能家居的构建，即利用网络技术、安全技术以及自动控制等技术，使多种家居设备之间形成一个系统整体，以便于人们实现对于家居物品的智能控制，更好的构建符合人们舒适度要求的住宅环境和管理系统，才能更好地达到居民对于家居要求的安全性和舒适性。

参考文献：

[1] 程洋，王伟，谢广明，等.面向物联网的智能家居原型系统[J].兵工自动化 ，2013（11）：93-96.

[2] 赵伟栋.基于物联网的智能家居控制系统的设计[D].西安科技大学，2012.

[3] 汪涛，谢志军.基于WSN的智能家居控制系统设计与实现[J].无线电通信技术，2015，41（2）：71-75.

篇13

中图分类号：TU238 文献标志码：A 文章编号：1007-0125（2016）11-0171-01

智能家居主要就是指家庭或办公设施、设备等可以实现远程控制、人性化控制。利用一定的智能化设备、现代化的传输手段和形式，人所输入的指令操作等可以方便人们使用的各项运行、操作的技术手段和设施。近年来，我国家居室内装修企业不断发展进步，不管是室内设计水平，还是电子技术水平都有了很大的提升，将会不断满足人们对居住环境的各种要求。

一、当前居住室内空间设计的发展现状

随着社会经济的不断发展，居住空间不再是满足人们基本的居住条件，更加是代表着一种家居环境的个性化。当前，在居住空间的设计过程中，其包含着许多学科知识，并且在实际的设计中也要充分考虑人们的各种审美、心理以及行为等方面的需求。随着人们生活节奏的不断加快，在家居环境中可以与外界进行及时有效的联系和沟通已经成为当前家居的新要求，家居环境的便捷、舒适、环保、安全等形式的生活更加能够受到人们的青睐，所以，应该不断提升居住室内空间的智能化水平，不断满足现代人们对居住环境的要求[1]。

二、智能家居在未来居住室内空间设计中的应用分析

（一）智能家居在未来起居室设计中的应用。首先，用户在智能家居的应用中，在起居室内安装大屏幕电视与投影电视的自动化播放功能，才是最佳的视觉享受，这可以让用户在自己的家中就能充分体验影院的氛围。但是，大屏幕设备的应用对起居室的空间和面积有一定的要求。其次，智能化照明设备的应用，可以在多种功能下配置相应的灯光模式，用户只需要使用遥控设备进行简单操作就可以完成。

（二）智能家居在未来卧室设计中的应用。卧室是人们的休息睡眠空间，其对空间的舒适性、安全性以及私密性有着极高的要求。所以，需要充分考虑卧室空气质量和照明等需求，自动遮阳设备系统可以为卧室带来一定的便利性和舒适性，在灯光的设计方面往往较为简单，可以利用双路开关，将卧室空间的两路灯光进行控制，在床头可以安装多种模式功能的场景开关，例如，看书模式、起夜模式、休息模式等等。如果人们起夜时只需要控制“起夜”开关即可，这样就不会打扰到其他人休息，而且在起夜回来之后，直接控制“休息”开关就可以将照明灯全部关闭，让人们可以正常进入睡眠[2]。另外，电动窗帘是卧室空间不可缺少的设备系统，人们可以使用遥控器来控制窗帘的定时开关，当进入夜晚时窗帘就会自动拉上，而到了早上时间窗帘会自动拉起，为人们的生活提供了极大的便利条件。

三、智能家居在未来居住室内空间设计中的发展分析

（一）居住室内空间的使用变得更加灵活。随着人们生活水平的不断提高，人们对室内空间的分割和利用需求发生了极大的变化。而智能家居出现，将其应用到居住室内空间的设计工作中去会产生一定的虚实变化，不仅满足了用户对居住环境的各种需求，同时还为室内空间设计提供了更多新的元素，使得人们的居住环境变得更加灵活多样。

（二）现代高科技手段的有效应用。随着我国科学技术水平的不断提高，互联网、自动控制、计算机等科技形式逐渐被广泛应用到了居住室内空间设计中去，为智能家居的应用和发展提供了良好的条件[3]。通过科技手段与室内空间设计的结合为室内的通风、湿度、温度、采光等管理问题带来巨大的影响，从现代化的发展角度来考虑用户的需求，进而设计出用户满意的成果。此外，智能家居是对生态住宅、绿色住宅的一种发展和延续，其主要是以控制系统为主，这不仅可以降低功耗，并且还可以通过集中控制对家用电器、灯具照明等进行合理控制，实现能源的管理和监控，减少能源的浪费，提升节能的效果。

四、结论

总而言之，智能家居在未来居住室内空间设计中的应用，为人们的居住环境带来了巨大的变化，不仅满足了人们对居住空间的基本休息功能，同时还提高了室内居住环境的便捷性、舒适性、节能性、安全性，可以满足现代人们对居住环境的多种需求，并且智能家居在提升人们生活质量的基础上，还能提升节能的效果。

参考文献：

[1]尹楠.家居智能发展下的居住室内空间设计应用研究[D].长春工业大学，2013.

[2]尹楠.智能家居在未来居住室内空间设计中的发展[J].科技展望，2014，（23）：169.