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发布时间：2024-11-24 16:06

智能家居系统的应用，让家居生活更加便捷智能。 #生活知识# #家居生活# #家居设计#

一种智能家居系统的设计和应用

一种智能家居系统的设计和应用　　摘要：文中设计了一种支持多种无线传感技术的智能家居系统解决方案，通过智能家庭网关的衔接，将家庭内部的各无线传感设备与外网互联，用户可通过手机、电脑等设备，随时随地地管理、监测、控制家庭内部的智能设备。该系统结构简单，可靠性高，易于扩展，满足了家庭低功耗、低成本的需求，具有一定的普及、推广价值。　　关键词：智能家居；智能家庭网关；无线传感设备；低功耗；　　中图分类号：TP39；文献标识码：A 文章编号：2095--0-02　　0 引言　　互联网的信息传输和数据处理都在计算机或手机类智能终端上进行，网络的起点和终点都是计算机或手机类终端，无法到达真实世界中的物品，缺少实物网络连接和信息处理的“最后一公里”部分。　　物联网是一种连接物品的互联网，通过互联网的通信信道协调、控制和分析，实现物与物、物与人，所有物品与网络的连接，是互联网发展的必然产物，也是互联网范围的进一步延伸和扩展。　　智能家居系统是物联网技术在小区家庭居住领域的应用，以住宅为平台，兼具建筑设备、网络通信、信息家电和设备自动化，集系统、结构、服务、管理为一体，是计算机技术、网络技术和控制技术向传统家居渗透发展的必然结果。与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，同时提供信息交互的功能，使得人们能够随时随地查看家居信息、控制相关设备。其应用主要有智能照明控制、智能家电控制和智能安防等方面[1]。　　1 系统架构设计　　智能家居系统的设计目的是将用户的指令准确无误地传达到指定的家庭电子设备，实现网络化、自动化和智能化的监控与管理。　　首先，在传统家居设备上安装对应的信息节点模块，采集家居设备的相关信息，上传或接收下发的控制命令信息，即能够使信息数据到达最终的家居设备物品，实现信息数据“最后一公里”的连接，完成物品之间的信息互联。　　其次，需要搭建用于家居信息数据传输的家庭内部子网络，将各种智能家居设备终端节点连接起来，实现信息数据的畅通与可靠传输。　　最后，为了实现远程异地、随时随地地控制家居智能设备，需要搭建基于互联网等公网或专用网络的智能家居云服务系统，将信息数据“最后一公里”的家庭子网络连接进来，组成覆盖到家庭物品设备的智能家居式物联网。结合上述设计要点，典型的智能家居系统体系架构如图1所示。　　从智能家居体系架构图中可以看出，相比传统的互联网，家庭内部子网以及家居设备终端节点这“最后一公里”网络是智能家居技术研究的焦点。　　根据用户需要，家庭内部子网的终端节点与网关节点之间的通信可以采用有线和无线方式。有线连接方式成本低、技术简单、通信干扰小，如RS 485串口通信和局域网有线通信，但需要专业的建筑弱电施工人员参与布线和后期维护，系统灵活性较差，设备后期扩展较麻烦。无线连接方式相对来说较为灵活，安装简单、使用方便、维护简易、系统扩展可做到随心所欲，但相比有线来说信号传输稳定性和抗干扰能力要差。　　当前智能家居室内无线通信技术主要有ZigBee，WiFi，蓝牙和射频RF433 MHz， GHz等几种，这些技术基本都具备了低功耗，短距离，相对低成本，部署灵活等特点，非常适合家庭等小范围场所内的设备控制[2]。　　不管是有线连接方式还是无线连接方式，都需在家庭内部子网络中部署一个家居设备网关节点，将各家居设备终端节点连接起来，通过WiFi或网线连接到家庭路由器。家居设备网关节点是整个智能家居家庭子网的关键设备，主要起到信息中转的作用，将用户指令传递到家居设备终端节点进行控制，搜集家居设备终端节点的相关信息并上报给用户进行监控等[3]。　　用户通过手机、平板或电脑等终端设备可实时查询、监控各个家居设备终端节点的运行状态信息，可向指定的终端节点发起控制命令操作，控制节点设备的运行。对于家庭室内的用户操作，所有数据信息交互均在家庭内部子网内完成，无需经过互联网和云服务系统；对于远程异地操作，则需要云服务系统的参与，将用户控制命令正确地转发至指定的家庭内部子网，并将节点设备的回复信息转发给用户。　　2 系统实现方案　　从智能家居系统体系架构图中可以看出，整个系统包括四个部分，分别是家居设备终端节点、家居设备网关节点、手机和电脑控制终端软件以及远程云服务系统软件。　　家居设备终端节点　　家居设备终端节点是智能家居系统控制管理的目标设备，主要用于智能照明控制、智能家电控制、智能安防监控和智能室内环境监控等方面。在硬件实现上，采用STM8低功耗单片机加无线射频外设，具备低成本、低功耗、无线传输等特点。　　家居设备终端节点需要注册到家居设备网关节点中，与网关节点设备建立通信连接，方能接收到用户的控制指令，并将自身的相关状态信息上报给用户。家居设备终端节点的主要处理流程有注册流程、控制流程和状态维

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