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5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：

[1]王保云.物联网技术研究综述[J].电子测量与仪器学报，2009

[2]智能家居技术趋势扫描[J].数字社区&智能家居，200800）

[3]吕莉.智能家居及其发展趋势[J].计算机及现代化，2007（11）

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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

[1] 李文仲，段朝玉.2006无线网络与无线定位实战[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008.

[2] Murphy，S.甜蜜的智能家居[J].电了技术应用，2012（03）：9-10.

[3] 冯凯，童世华.智能家居的由来及其发展趋势[J].中国新技术新产品，2010（06）：7

[4] 金纯，罗祖秋，罗凤，陈前斌.ZigBee技术基础及案例分析[M].北京：国防工业出版社，2008.

[5] 周武斌，罗大庸.路由协议的研究[J].计算机工程与科学，2009，31（6）：12-14.

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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

[1] 张有兵，陈健，翁国庆．适于电能质量监测系统的IT800D电力线通信模块[J]．电力自动化设备，2009，29(11)：116-119．

[2] 祁明晰，祁昶，黄天戍．基于电力线载波通信技术的智能家居系统[J]．电力自动化设备，2005，25(3)：72-75．

[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