智能家居论文[必备精选10篇

2024-01-02 19:40:05

现如今，大家一定都接触过论文吧，论文是探讨问题进行学术研究的一种手段。你所见过的论文是什么样的呢？下面是小编精心为大家整理的10篇《智能家居论文[必备》，希望能对您的写作有一定的参考作用。

智能家居设计论文篇一

关键词：ZigBee，智能家居，前景展望

0 引言

智能家居，又称为智能住宅（SMART HOME），是以住宅为平台，利用综合布线技术、自动控制技术、网络通信技术、安全防范技术、音视频技术将家居生活有关的设备集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。智能家居起源于上世纪80年代的美国，随着我国人民生活水平的不断提高，已经有越来越多的厂商和个人开展了对智能家居的研究，并有各类相关产品问世。

传统的智能家居更多的是通过有线的方式进行组建，比如常见的Ethernet、CEBus、X-10等，其中得到最广泛应用的是X-10，主要是因为其相对低廉的价格和用户可自行装设的特点。，前景展望。CEBus的性能虽然高于X-10，但是由于售价较高而难以得到普及。Ethernet主要用于高速数据传输网络，用于家庭自动化控制则会受到电缆布线的限制。而日益兴起的无线技术能否在智能家居领域占有一席之地并得到广泛的应用呢？

和采用有线网络的通信技术的智能家居产品相比较，无线技术解决方案最吸引人的地方是安装布置的灵活性、低廉的安装费用和在智能家居系统进行重新布置时的可移动性。尽管无线通信技术和有线相比较有明显的优势，而且无线局域网技术和蓝牙技术已经在市场上获得了巨大的成功，但无线通信技术在智能家居领域应用相对还是较少。这主要是因为目前没有一项标准化的，获得各厂商一致认可的无线通信技术适合在智能家居领域进行广泛的推广，而且现有的一些针对智能家居领域无线通信产品的价格偏高，导致无线通信技术在智能家居的应用停滞不前。随着近年来人类在微电子机械系统（MEMS）、无线通信、数字电子方面取得的巨大成就，使得发展低成本、低功耗、小体积、短通信距离的多功能传感器成为可能。近年来所涌现出来的一项新的无线通信技术—— ZigBee技术将改变这种状况。ZigBee技术产品以其低成本、低功耗、低传输速率、优秀的组网能力，被广泛认为将在未来的几年中对智能家居行业产生重大的影响。

1 ZigBee技术介绍

ZigBee技术是建立在IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers，美国电气电子工程师学会）802.15.4基础上的无线通信协议，它是一个短距离、低功耗协议，特别适合设计应用在小型的建筑物自动化设备中，比如温度自动调节装置、灯光控制设备、环境传感器等。

2000年的12月，IEEE成立了IEEE 802.15.4工作组，致力于开发一种可应用在固定、便携或移动设备上的，低成本、低功耗的低速率无线连接技术。2001年8月，美国霍尼韦尔等公司发起成立了ZigBee联盟，他们提出的ZigBee技术被确认为IEEE 802.15.4标准。2002年，摩托罗拉、飞利浦和三菱等企业加盟ZigBee联盟，06年中国的华为公司也加入了该联盟。现联盟内有180多个成员企业，包括软件供应商、系统集成商和终端产品商。2003年，IEEE 802.15.4标准获得通过，并在2004年12月推出了ZigBee技术规范1.0版本。2006年，推出ZigBee 2006，比较完善。2007年底，推出ZigBee PRO。

ZigBee技术能够在低功耗下提供短距离、低速的数据传输，使用普通干电池的ZigBee无线传感器能够持续运行2～3年的时间。，前景展望。，前景展望。另外ZigBee技术优秀的组网能力使得它和其他无线通信技术在智能家居系统中的应用相比尤其具有无可比拟的优势。具体地分析，ZigBee技术有如下几点优势：

（1）低成本，ZigBee技术是免协议专利费的，而且每块芯片的价格大约为2美元左右。

（2）低功耗，在低耗电待机模式下，两节五号干电池可支持1个节点工作半年至两年时间甚至更长。，前景展望。

（3）低速率，ZigBee工作在20～250kbps的较低速率，在不同频带间分别提供250kbp(2.4GHz)、40kbps(915MHz)和20kbps(868MHz)的原始数据吞吐率满足低速率传输数据的应用需求。

（4）短时延，ZigBee的响应速度较快，一般从睡眠转入工作状态只需15ms，节点连接进入网络只需30ms，进一步节省了电能。相对而言，WIFI需要3s，而蓝牙则需要3~10s。

（5）大容量，ZigBee可采用星状、树状和网状网络结构，由一个主节点管理若干子节点，最多一个主节点可管理254个子节点，同时主节点还可由上一层网络节点管理，最多可组成65000个节点的大型网络。

（6）高安全性，ZigBee提供了三级安全模式，包括无安全设定、使用访问控制列表(ACL)防止非法获取数据以及采用高级加密标准(AES 128)的对称密码，以灵活确定其安全属性。

基于上述特点可看出ZigBee主要应用于短距离范围内并且数据传输速率不高的各种电子设备之间，其典型的传输数据类型有周期性数据（如传感器数据）、间歇性数据（如照明控制）和重复性低反应时间数据等。因此ZigBee技术十分适合应用于智能家居系统之中。

2 ZigBee技术在智能家居中的应用前景

目前，ZigBee的开发以大厦自动化设备、产业、医疗及家庭自动化等领域为目标。尤其在自动仪表领域，ZigBee拥有很高的关注度。市场调研公司In-Stat预测，支持ZigBee及IEEE802.15.4的芯片组的合计供货量到2011年将从06年的500万个增至1亿2000万个。但在智能家居市场，由于竞争技术较多，ZigBee成为唯一标准的可能性很低，但因为自身的技术特点，发展前景还是值得期待的。另一家市场调研机构ABI Reserch对ZigBee技术持有非常乐观的态度。该公司的一份预测数据显示，2005年到2012年，ZigBee市场的年均复合增长率为63%，而到2012年ZigBee市场份额将达3.5亿。目前国际上智能家居领域专家们的共识是，ZigBee技术在智能家居中的应用将不可阻挡，但是多种无线技术并存的局面将会持续比较长的时间，能否完全取代其它技术，成为智能家居领域的首选，还要多方面的共同努力，进一步完善技术，加快标准化的脚步。，前景展望。

3 结束语

随着我国经济的飞速发展，智能家居的数量也会越来越多，Zigbee技术与智能家居系统的结合有着广泛的应用前景，本文主要探讨了该技术在智能家居系统中的应用，并对技术的应用前景做了展望。这种方式在现实生活中具有很强的应用性，相信在不远的将来，会有越来越多由Zigbee技术延伸而出的设备投入应用，并将极大地改善我们的生活。，前景展望。需要关注的一个问题是，虽然目前我国智能家居中所使用的系统及产品大多被国外的大公司所垄断，但是ZigBee技术的出现将给我国开发自主的具有世界先进水平的智能家居系统及产品提供一个崭新的契机。

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智能家居设计论文篇二

【关键词】智能家电交互设计情感化设计信息交互

1 交互设计在智能家电中的应用特性

1.1 以用户为中心的设计

交互设计以其人性化的设计与高科技理念相结合，越来越受到人们的欢迎。将交互设计应用到智能家电产品之中，能够让用户操作家电变得更加简便、更加快捷，从而给用户带来完美的技术体验。交互设计应用到智能家电中，保证操作界面的空间能够实现完整设计，完善功能模块，以用户为中心，保持界面与交互功能的统一性。例如智能家电产品跟以往的大型家电相比较，优点体现在功能层面在于其丰富性及完善性，如果将智能家电产品中单调的、传统的、机械的功能按钮用人机交互设计去重构，融合语音识别、指纹识别与简单的人机交互的方式，构建能够与用户直观互动的界面，将更利于用户在家居产品中的人性化操控。所以，针对智能家电来说，需要利用有限的空间来设计相应的互动界面，将软件与硬件智能的粘结，从而强化以人为核心的用户体验。

1.2 易用性是设计导向性

智能家电的交互设计界面需要能够被用户识别，要求设计相对简单，这就能让用户在实际使用过程中一目了然，如果设计的界面不合理，就容易使用户无法理解界面的实际内容，也无法明确使用意义，这就容易使用户对产品失去兴趣。设计的界面比较新颖、易用、易操作，用户自然而然会对这类产品产生浓厚的兴趣。跟传统的家电相比较，智能家电产品的功能按钮较少，在界面设计上就不会显得较为复杂。所以，我们在设计智能家居产品时，需要利用简单的声音与图形带给用户直观的美感享受，改善产品质量体验。

1.3 设计需要遵循有效有序性

交互设计在智能家电产品中的应用中，在设置好相应的功能之后，并不能马上体现交互设计的优点。主要是因为还没有进行合理科学的功能排序，这就会使得功能设置的性能无法完全体现，不能让用户感受到相应的使用效果。所以，有序的智能家电操作界面，便显得尤为重要。小型的智能家电不能像那些大型的家电产品一样，在可视的具体生效界面上设置功能。设计智能家电产品的界面，需要在能够产生强烈直观效果的非LED液晶上设计界面，在保证用户操作简便的同时，实现时效性。较为直观的界面设计手段，在交互设计之中，更加注重有效有序性，让产品具备简捷、简易性的同时，能够最大程度上拉近产品与用户之间的距离，培养和遵循用户的良好习惯，提升交互的沉浸感，体现交互情感化设计特性。

1.4 产品操作的快捷性

将交互设计应用到智能家电产品之中，能够有效体现设计的高效性与快捷性。在设计智能家居产品界面时，操作系统的快捷简便、功能的优化组合，都可以给用户带来更完美的体验。交互设计的基本目标是要使智能家居产品在实际使用过程中能够体现高效性，高效性主要是在用户的实际操作过程中实现。因此，我们在进行交互设计时，需要优化操作程序，让用户能够更加快捷高效地使用。使用户能够进行快捷简便的操作，就需要在设计智能家电产品的过程中，使用简单快捷的程序设置，在最短的时间内设计最完善的功能设置，从而提高用户的使用效率。

2 以用户为中心的智能家电设计的交互设计准则

随着交互设计理念的日益成熟，从人机交互在智能家电的应用中，单纯追求用户的审美体验逐渐向人性化需求过渡。设计中不仅仅考虑用户的背景、使用经验以及操作过程中的感受，还要设计符合用户心理需求的产品，即：“设计用于支持人们日常工作生活的交互式产品”。

智能家电的交互设计准则：首先是界面设计要去适配用户身体特征和操作习惯；然后是针对目标用户的使用场景进行设计；再次是减少产品功能信息层级；除此以外还有对用户行为的纠错和容错性，对用户操作及时有效的反馈等。

交互设计在满足用户方便快捷的使用需求前提下，向快捷方便的方向发展，让用户在实际使用智能家电产品的过程中，能够凸显互动性与参与性，这也是智能家居产品的设计原则。例如，剃须刀的界面设计就是一个简单交互设计，它利用小型的LED界面，内置相关制作好的动画与功能，用户可以通过输入关键字来观看相应的动画。用户虽然只能输入智能家电产品功能范围内的词汇，却能从更高的层面上带给用户全新的产品体验。以往的智能家电产品具有功能较为单一的缺陷，飞利普有效创新了剃须刀的设计界面，将触摸式的界面设计跟LED设计技术有机融合在一起。当剃须刀中的残留物过多的话，剃须刀就会提醒用户及时清理。这种剃须刀在进行充电的过程中，会出现相关提示图形，在不使用时，也能够自动切换到相应的保护模式之中。在如今绿色环保理念逐渐兴起的时代，越来越多的智能家电产品开始应用到交互设计之中，而且逐步实现了一物多用以及重复使用。就像是当前的手电筒可以通过充电来实现重复使用，如果在设计中增加了充电完成以及剩余电量的提醒，将会更加方便用户的使用。例如电吹风，将交互设计应用到电吹风中，可以在界面设置中预设好相应的造型与时间，让产品在使用过程中更加体现智能化。

3 结语

在物联网技术发展的冲击下，用户的行为习惯、思维方式都发生了巨大的转变，而对于智能家电产品的设计趋势将更倾向于安全、便捷、舒适、健康、环保，人机交互关系日益主动化、人性化、从而给用户带来更完美的产品体验。

参考文献

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作者简介

张爽，现为北京大学研究生。研究方向为交互媒体设计。

智能家居论文篇三

采用Kinetis K10作为核心控制器，使用触摸屏实现显示和控制等人机交互功能，设计重点体现现代家居的安全监测和舒适度调节。软件方面成功移植了μc/OS操作系统，实现了防盗报警、消防报警、IC卡门禁、灯光调控、电动窗帘、温湿度检测和背景音乐控制等功能，实验室验证了系统的可行性和实用性。

科学技术不断的发展，人们生活水平得到很大提高，人们对物质生活要求舒适度日益增加，这样就使得人们对家居生活的要求也越来越向智能化、舒适化、安全化的方向发展。本文提出了一种基于μC/OS的智能家居系统的设计，重点体现安全监控和提高生活的舒适度与便捷度，尽可能为用户营造出一个安全舒适的生活环境。

1 设计方案

系统控制核心采用飞思卡尔kinetis K10芯片，控制系统选用μC/OS-Ⅲ操作系统[ 1 ]。主要功能：安全监测方面实现烟雾报警、IC卡门禁、红外报警、强行进入报警，舒适生活方面设计了自动窗帘、灯光调节、温湿度检测、音乐播放等功能，功能切换基本依靠触摸屏来控制。

1.1功能模块电路设计

1)灯光控制。通过继电器模块，实现5路灯光控制。图1中，当PTE4，PTE17管脚输入高电平时，对应的继电器会吸合，进而控制其连接的220V触点吸合，此时灯亮。反之，管脚输入低电平，继电器断开，触点断开，将灯断开。

2)背景音乐。电路中使用MP3解码模块，实现了背景音乐控制功能[ 2 ]。该模块需要+5V的直流电源，并接出一个耳机插孔，用来外接扬声器。将模块的“PLAY”“NEXT”“PREV”三个控制键与核心控制板的三个 I/O口相连，只要I/O口产生一个下降沿，就可以实现对应的控制。3)安全防范模块。安防是每个家庭系统中都必不可少的部分，在此部分设置了“强行进入报警”、“燃气泄露和烟雾报警”、“IC卡门禁”三个部分，下面详细介绍各部分实现的原理。a.IC卡门禁。通过IC卡的射频读写模块，进行IC卡识别，进而进行用户身份识别。将该模块与核心控制板相连接，与主机通信采用SPI通信模式。b.强行进入报警。强行进入警报用一个门磁开关来检测，为了使单片机检测到标准的高低电平，增加了一个上拉电阻。当门打开时，门磁开关闭合，此时控制器检测到低电平，并且触发警报。c.燃气泄露和烟雾报警电路。该电路选用烟雾传感器来采集现场空气参数数据[ 3 ]。当空气中的烟雾浓度超过设定值时，传感器的”DOUT”(对应PTB3)管脚会由原来的。高电平变为低电平，根据这个原理，核心控制器检测到一个下降沿时，说明出现危险，会触发警报。4)自动窗帘。自动窗帘采用步进电机来实现，通过控制电机的正反转来控制窗帘的升降。使用4相5线步进电机，I/O口模拟输出脉冲通过ULN20xxA放大后作为电机驱动[ 4 ]。由于K10芯片的I/O口输出功率不足以驱动步进电机，需要加驱动电路。使用ULN20xxA搭建驱动电路。5)远程监控。该功能主要通过核心控制器与上位机的串口通信来实现。上位机通过点击不同的按钮，发送命令给核心控制器，控制器也可以发送命令到上位机。6)温湿度检测。温湿度检测体现在舒适度部分，这里使用SHT11温湿度传感器模块，来实现对环境温湿度的检测。

1.2软件设计

基于CodeWarrior10.2的开发平台，为了是软件更加安全简洁，设计中使用μC/OS嵌入式操作系统。将系统软件分为四层，第一层系统底层BSP模块和固件库模板，第二层μC/OS内核模块，第三层系统调用模块和文件系统模块、LCD控制模块，第四层为用户任务模块。使得软件的层次结构分明，提高了系统的稳定性，其次文件系统模块，系统调用模块，方便了用户任务的使用。设计中，在μC/OS-Ⅲ中创建了状态切换任务，音乐控制任务，窗帘控制任务，灯光控制任务，安防控制任务，视频监控任务，IC卡检测任务，LCD检测任务，上位机监视任务，WIFI监视任务等十个任务。系统按照时间分为在家模式，睡觉模式，早晨模式，离家模式四个模式，系统上电之后，默认是离家模式。当用户刷卡之后，IC卡检测模块发送一个在家模式信号，然后每个任务对象，接收在家模式信号后，执行对应的在家模式才有的功能。当点击触摸屏的时候，LCD监控任务会产生一条消息，通过消息总线，是对应的任务接收到对应的消息，进而执行相应的行为。因为消息都是通过总线发送的，所以，可以系统控制可以通过触摸屏、上位机和WIFI进行控制。

2 结论

采用kinetis K10作为核心控制芯片，并成功移植了μC/OS-Ⅲ实时操作系统，使用了IC卡等模块，实现用户身份识别，实时采集温湿度传感器、烟雾、窗门磁传感器状态，控制灯光、背景音乐和窗帘动作，控制程序设计参考人们的作息规律，更加贴近生活，并且设计了友好的人机交互界面，打造出一个安全、有序、高效的智能家居系统，实验室验证了该系统的可行性。

智能家居设计论文篇四

参考文献

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基于ZigBee的智能家居控制系统的设计

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基于Cortex—A9的智能家居控制系统的硬件设计与实现

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智能家居实训室在高校的建设与实践

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基于Cortex—M3的智能家居监控系统的设计

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智能家居设计论文篇五

论文关键词：ZigBee，智能家居系统，远程监控，GPRS

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1 引言

智能家居网络系统是将家庭中各种与信息有关的通讯设备、家用电器、家用保安装置等设备通过家庭总线技术联网，进行有效控制和信息交换，同时将家庭网络与互联网相连，利用远程监控系统，实现对家居的远程控制。目前应用于智能家居系统的无线连接技术有红外方式的IrDA，无线局域网方式的IEEE802.11系列，家庭射频技术的HomeRF，蓝牙技术的IEEE802.15.1，ZigBee技术的IEEE802.15.4，由802.15.3a标准制定的UWB技术等。家庭中墙壁等障碍物会阻碍电磁波的传输，导致红外，无线局域网传输方式网络性能下降；HomeRF技术标准与802.11b不兼容并占据与802.11b和Bluetooth相同的2.4GHz频率段，在应用范围上有很大局限性；蓝牙和UWB技术传输距离短不可能大规模应用于家居控制网络中；ZigBee作为一种新兴的短距离无线通信技术，其低成本，低功耗，低速率等特性很适合应用于智能家居网络系统中。

2 ZigBee技术应用于智能家居现状分析

ZigBee是一种新兴的基于IEEE 802.15.4标准的近距离、低成本、低功耗、低速率无线通信技术。它主要工作在无须注册的2．4GISM频段，传输范围在10～75m远程监控，典型距离为30m。ZigBee联盟成立于2002年8月，由英国Invensys公司、日本三菱电气公司、美国摩托罗拉公司及荷兰飞利浦半导体公司组成，如今已吸引了上百家芯片公司、无线设备公司和开发商的加入。ZigBee联盟负责制定网络层及以上层协议。[1]

国际上对智能家居网络的研究起源于20世纪70年代，主要集中在发达国家，如美国、日本以及欧洲的德国、英国和法国等。我国对智能家居的研究比较晚，从智能家居开始兴起到现在也才经历了六七年的时间。

当前市场上有已经成型的基于ZigBee的智能家居产品，如采用ZigBee无线通信技术先驱者的美国智慧宅智能家居-control4、支持多种通讯协议的中讯威易智能家居、全球首款ZigBee智能家居系统生产商波创科技等。他们的产品主要是利用ZigBee无线传输技术实现。

3 ZigBee应用于智能家居系统网络架构

考虑到家庭网络中设备比较多，需要可以容纳很多节点的网络，ZigBee网络的大容量特性可以满足；而且家中电器设备等不需要很快的速度而且要求成本低，ZigBee低功耗和低成本的特性可以满足这种需求；家庭安全性方面非常重要，ZigBee网络提供的三级安全模式很好的做到了这一点论文服务。基于以上特点，ZigBee技术非常适合应用于智能家居系统中。

按数据传递的范围，智能家居系统可划分为外网，网关和内网三个部分。网关负责不同网络间数据的传输，而外网一般是远程控制家居电器设备的网络，大体分为三种模式，分别是通过Internet网络访问控制，通过手机终端访问控制和通过电话线远程访问控制。内网一般使用有线或无线网络，但由于有线布线的不方便，现在一般家庭内网都使用无线接入方式。智能家居整个系统结构图如下：

图一：智能家居系统结构图

从左到右依次为外网，网关和内网。

3.1 外网远程控制系统

智能家居远程控制系统主要有三种方式，如上所述，分别是Internet网络访问控制，手机终端访问控制和电话线远程访问控制。目前市场上主要是以手机和Internet控制为主，随着手机逐渐代替了家用电话，使用电话线远程访问逐渐被其他两种方式所取代。

3.1.1 手机远程网络控制

手机远程网络控制使用GSM，GPRS以及UMTS(3G)三种协议类型，GPRS是2G向3G过渡的中间产品即2.5G，有可能被发展迅速的3G所取代，但目前GPRS网络手机用户还是占大多数，取代的过程必定会很长，而GSM网络属于第二代(2G)移动电话系统，因此现阶段通过手机远程控制可以选择GPRS和UMTS两种协议类型。

3.1.2 Internet远程网络控制

Internet网络远程控制使用有线和无线两种控制方式，有线方式有光纤通信，双绞线通信等，在家居系统中要考虑成本的问题远程监控，一般都倾向双绞线通信，无线方式有无线局域网(WLAN),WiFi等，目前使用WiFi无线通信偏多[4], 由于WiFi技术的不受布线约束等的优势，因此很适合智能家居系统的需求，它使智能家居系统的内网与Internet连接更便捷。[3]

3.2 家庭网关控制系统

家庭网关主要负责外网与内网的通信，网关提供多种不同接口，如对内网的无线接口，对外网的模块接口等，主要有RS232,RS485，UART等多种接口形式。家庭网关通过这些接口可以很好的和内网、外网进行通信，从而为外网的远程控制家中电器提供了一个很好的平台。

3.3 ZigBee家庭内网控制系统

ZigBee网络有三种拓扑结构，星型网络，网状网络和树型网络，星型网络适合小规模，低复杂度的家居应用系统，网状网络有很高的适应性和容错率，但是比较复杂，树型网络特点在星型网络和网状网络之间，家居网络一般使用星型拓扑结构比较多。

家居电器等终端设备通过相应的传感器设备与主机系统进行通信，比如说烟雾传感器，若感测到得烟雾浓度超过了设定的上限，也就是有火灾，则会将信息发送到控制主机，告诉主机烟雾超标，主机系统则将相应的信息发送到相应的ZigBee模块终端，再由该终端执行相应的操作。

若有的家居设备不能通过传感器的感测来操作，如窗帘的开关，那就将该设备与能通过传感器感测来操作的设备绑定，比如说窗帘和灯光传感器，窗帘没有相应的传感器，而灯光可以通过感知光线的强度来决定是变暗还是关闭，此时将窗帘和灯光传感器绑定，灯光暗则关窗帘，灯光强则打开窗帘。窗帘由于没有相应的传感器，可以通过智能开关和灯光传感器通信。

ZigBee网络中有两种节点远程监控，全功能节点(FFD)和精简功能节点(RFD)，FFD相当于网络的中心协调器，可以与任何终端节点或相邻FFD节点进行通信，但RFD只能与FFD通信，终端节点间不能通信。

4 智能家居控制系统

基于以上对智能家居系统结构的分析，现提出如下智能家居系统控制图：

图二：智能家居系统控制图

该系统控制图主要结合目前使用最多的两种方式，手机和电脑远程控制方式。系统提供与小区物业管理系统的接口，可以使整个系统的管理，控制更加方便，便捷，远程使用手机和电脑终端监控家居设备的使用情况及控制设备的使用，如窗帘的开关，灯的变暗、亮等。室内使用智能遥控器控制家用设备的布防撤防等工作。如通过遥控器拉开窗帘的同时使灯变暗或关闭，遥控器发送打开窗帘的命令，通过智能家居系统的处理，并通过ZigBee协调器转换成家电设备可以识别的协议类型数据，经过ZigBee无线网络通知家电设备执行相应的操作。

硬件平台主要是控制器，是实现家庭监控的主要控制中心，例如以ARM9(S3C2440)芯片为主要平台，硬件图如下：

图三：智能家居硬件示例图

ZigBee模块选CC2480作为网络的协调器，由于其低功耗，低成本等特性完全满足家庭无线网络低功耗的要求。GPRS模块由主机模块，SIM卡接口，音频和射频电路构成，采用SIM300芯片实现。通过AT命令完成对该模块的操作，实现短消息的收发。S3C2440借助TTL接口与CC2480芯片通信，借助UART接口与SIM300芯片通信论文服务。SIM300通过GPRS网络与手机进行双向短信收发。S3C2440芯片通过RS485接口与小区网络相连，通过以太网与PC相连。控制器有以太网接口，配合控制器上的Web程序，用户可通过Internet实现家庭住宅监控。

该控制器的设计提供了多种接口的接入，使家居更具智能化，同时通过手机收发短信进行通信，即方便又实用。

5 ZigBee在智能家居中的应用前景

智能家居的应用领域主要包括：家庭安防系统、自动空调系统的自动温控、照明和窗帘之类的远程控制等。到目前为止，ZigBee还存在着一些问题阻碍着它的推广，首先是ZigBee 芯片的价格还比较高，其次是在功耗方面，市场上ZigBee 模块使用电池供电远未达到协议中设计的理想年限。但是，ZigBee 技术有效地解决了蓝牙技术的高成本和高能耗缺点，这使得它在智能家居系统中的应用前景无疑将非常广泛。正如一家市场调研机构ABI Reserch对ZigBee技术持有非常乐观的态度的一样。该公司的一份预测数据显示，2005年到2012年，ZigBee市场的年均复合增长率为63%远程监控，而到2012年ZigBee市场份额将达3.5亿。目前国际上智能家居领域专家们的共识是，ZigBee技术在智能家居中的应用将不可阻挡，但是多种无线技术并存的局面将会持续比较长的时间，能否完全取代其它技术，成为智能家居领域的首选，还要多方面的共同努力，进一步完善技术，加快标准化的脚步。

6 结束语

随着社会的快速发展，人们生活水平不断的提高，以后家庭朝着智能化的趋势将势不可挡，相信随着无线通信技术标准化和家庭网络国际标准的统一，智能家居产品必将走进千家万户。本文主要通过分析智能家居的系统组成，提出了基于ARM9芯片的控制器，可以实现多种模块的接入，使家居更具智能化，同时通过手机收发短信进行通信，即方便又实用。

相信在不远的将来，因为这种技术的强应用性，会有越来越多由ZigBee技术延伸的设备投入应用，必将极大的改善我们的生活。

导师简介：黄晓霞副教授计算机网络，嵌入式

参考文献

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[15]Niu Dou,Yang Mei,ZhaoYanjuan,Zhang Yan.The networking technolony within Smart Home system―ZigBeeTechnology[J].International Forum on Computer Science-Techonoly andApplications,2009.

智能家居论文篇六

通过参观eNeo研究所和他们的成功作品，记者发现欧州的智能家居市场值得国内智能家居企业学习的地方不仅仅是他们先进的技术。他们处处从用户角度考虑，将用户的需求贯穿于整个公司业务全过程的经营理念是不是也值得我们借鉴呢？

国内的智能家居市场才刚刚起步，相信对国外智能家居业的一线介绍会对我们的读者大有裨益。本刊将陆续为您报道一些国外智能家居和数字社区的发展现状和一些成功案例。

12月中旬的巴塞罗那阳光明媚，本刊特约汜者在西班牙eNeo智能建筑研究所的盛情邀请下，在一个周末午后驱车参观他们最新的设计成果。车行至eNeo研究所的大门外，远远就可以看到围墙里eNeo设计的智能房屋。从远处看，这幢房是坐落在一个漂亮草坪中央的二层复式住宅楼，与我们一路过来时所看到的普通的高档居住住宅并没有什么区别。但是它的设计者——eNeo的工作人员却一再声称它是欧洲最先进的房子。让我们进去探一探究竟：

下车后，我们随着向导渐渐走近时，才发现它的设计的确与一般房屋大有不同。

安放在屋顶上的天气感应器能够随时得到气候、温度的数据，在下雨的时候它会自动关闭草地洒水喷头、关闭水池；而当太阳光很强的时候，它会自动张开房间和院子里的遮阳篷：

当室内自然光充足的时候，带有感应功能的灯光灯会自动熄灭，减少能源消耗。(这种灯的感应强度可以山室主根据需要手动调节)。地板上不均匀分布着的黑孔是自动除尘器，只需要轻松遥控，它们会在瞬间清除地板上的所有灰尘、垃圾……眼中看到的这一切，都好像是科幻电影里的场景。

其实这些科技早在十几年前就已经在美国和日本出现了，并且早已经产品化。欧洲的智能建筑科技这些年也在迅速发展，并且在某些领域大有超越美国的势头。

建筑领域里的一些专家则认为在建筑设计有效节约和利用能源这一方面，一些欧洲的科研机构和企业已经超过美国和日本，拥有世界领先的技术。

早先我在采访美国卡耐基·梅隆大学的建筑学教授VolkerHartKopf时，他谈到欧洲的`智能家居技术发展时就认为尽管智能家居在美国早已经得到广泛的应用和发展，但在有效利用能源的研究方面，欧洲的确走在美国的前头。

这间由西班牙eNeo建筑实验室建造的房屋造价昂贵，家居配置上极尽奢华。但据设计者介绍，它的设计主要着眼点仍然是在房屋居住者的基本需求上：在房屋前门配备的电子钥匙和电子眼保证了屋主不在时房屋的安全；监控摄像机分散的放置在房间的周围，户主可以通过互联网或移动电话随时随地监视到每个房间的情况；另外，为了保证房间的清洁卫生，房间的底层还设计有垃圾清理通道，将前面所提到的自动除尘设备里的脏物和一些生活垃圾直接传送到院里的垃圾整理系统，并将垃圾分类整理成堆，等待垃圾回收公司来定时收集。

能够给普通家庭带来轻松惬意的家庭娱乐也没有被忽视。大屏幕的触控LCD屏幕分散的分布在房屋的周围，手指轻点便可以轻松地连接到存储电影，电视录制和MP3文件、家庭电子相册的硬盘存储器上。

不仅如此，它还是一个功能齐备的智能控制台，屋主只需要通过轻松的选择就可以瞬间营造一个完美的场景模式。

比如，早晨起床时选择“早安场景模式”，它将为您打开收音机、卷起窗帘、打开电热咖啡壶，并且为您准备好洗澡水；工作一天回到家后，选择“家庭影院模式”，它将根据您事先的设定调低房间的灯光、放下窗帘、将电话转换到自动答录模式，然后为您打开电视屏幕。

所有的这一切，的的确确让我们感受到了智能家居中智能的概念，同时也暗暗为研究所对住宅用户细致入微的考虑钦佩不已。

“我们的目标是：科技将成为日常生活的一部分，科技真正能够帮助人们，让我们的生活更加轻松，快乐…”eNeo研究所的总经理Javier Zamora在参观中，反复向我们重复了研究所的工作理念。Ipbox—eNeo研究所，智能家居住宅的大脑。

在谈到智能建筑居高不下的建造成本时，Zamora介绍说，其实事实并非完全如此，如果仅仅将您的房屋通过加入一些配置使其变成智能建筑的话大约只会花费房屋价格的1%左右。但是如果考虑到配置一些硬件设备诸如警报系统、触控屏和摄像头的话则会使造价进一步提高。

尽管目前智能家居的制造成本价格不菲，但是eNeo研究所的商业运营官仍然乐观地预计智能家居在不远的将来不会仅仅局限于高档小区。“到20xx年，我们预计在西班牙将会有10000个家庭选择采用我们的智能家居设计…”Zamora说，“我完全有理由相信在未来的四至五年内，智能家居将会在全世界更加普及。十年内，我们将会看到智能家居成为住宅设计的主流。”

eNeo研究所介绍

坐落于巴塞罗那的eNeo智能建筑研究所创建于20xx年4月，是一所专门从事智能建筑产品研发、为智能家居产品提供技术服务支持的专门性商业机构。

eNeo研究所经过多年的发展，已经建立起成熟的商业运作模式。用技术来改善居所环境，最优化购买成本，从而为普通家庭提供一个舒适、和谐、充满乐趣的智能住宅是eNeo研究所一直以来所追求的目标。

经过对现代智能家居市场的发展观察，近年来，研究所将“服务”概念放在研发的首要位置，在原有的产品研发和实现过程中，从客户角度出发，根据客户的需求来指导从产品设计到最终产品推出的所有过程(系统构思、设计、产品实现、质量测试)。

智能家居设计论文篇七

[关键词]物理网智能家居应用现状开发

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）16-0249-01

传感器技术的逐步应用和网络技术的全面拓展，外加性能优良的传感器的大力应用，使得智能感知有所实现。无论是家居系统产品，还是网络概念家居均表明智能家居取得了一定的成效。因此，本文将依托物联网，重点探讨智能家居开发问题，不断增强家居功能，达到远程网络互联。

一、物联网的内涵

物联网形成于研究人员在不同领域的探索成果的汇总，研究人员在普适计算机方面开展的探索活动是物联网问题的根本原因。各个学者面向物联网给出了不同的定义，其中欧洲项目组认为物联网是商业和信息交流之间的参与者，可促进社会的前进，是可有效互动、和外部环境发生交换获取的信息数据，免受人为干预，能够自发做出某些行为，提供所需服务，可精准展现和作用真实生活的某些事件。但RFID项目组将物联网看作形成于标准通信协议之上，通过具备位移地址对应互联网物体组建的网络。物联网能够划分成不同的层次，其核心技术为射频识别以及纳米技术等。

二、智能家居概述

智能家居系统主要包含内网、外网以及网关这三个部分。对于内网主要是在家电及其余设施之间建立联系，属于局域网，而外网通常为小区局域网，可进行远距离传输。对于网关主要联系内网与外网，达到外网对内网的全面控制。

当下智能家居系统通常具备下述功能：其一，灯光智能控制。参照室内光线强度合理调整照明设备开光，进而让室内光线处于理想状态；其二，家电智能控制。围绕家电实施自动控制，可参照室内温度合理开关空调；其三，智能安防功能。现有家庭安防系统具备火警异常情况监控功能，如果出现异常，则安防系统便即发出警示，通过紧急处理将损失减小到最低程度。

另外，也涉及家居设线系统等内容。因在技术水平与经济成本等内容上存在制约，现下并未研制出成熟的家居系统，然而借助无线传感器自身突出的扩展能力，当设计系统时提前保留扩展接口，即便要增设设备或优化技术也无需面向现有系统开展改造调整活动，只要经由FIRMWARE升级，利用节点扩充便能够达到系统升级的目的。

三、物联网当前的应用情况

现阶段，对智能家居而言，物联网应用一般表现在家庭自动化以及安防系统等内容中。家庭自动化主要指代面向传统家用电器装设传感器，配置执行器，转变为智能家电，是传感器网络的基本节点，同时，利用互联网和外部网络形成互联，让用户能够面向家电实施远程操作。而安防系统主要指代针对住宅设置传感器节点，以此来监控火警等异常状况，如果出现意外，上述节点便把危险信息传输至终端，第一时间警报，进而能够马上处理险情，以免进一步扩大。

四、基于物联网的智能家居开发

形成于互联网之上的智能家居具体包含居住环境体会和互动、相关数据传送以及应用服务层。其中居住环境体会和互动指代把所有的传感器构建连接，以此来提供赢得居住环境主要物理信息与居民基本生活状态等项目。网络数据输送可实现居住环境状态与居民信息的有效传输。而应用服务层可依照收集的数据达到自主支配家居设备这一目的。

（一）整体设计

1.智能网关设计

家庭智能网关在智能家居设计活动中占据着核心位置，可采集并整合各个网段的信息。从内部家居网络层面而言，其和ZigBee协调器紧密相连，且为住宅信息的基本出口；从外部网络层面而言，其和互联网紧密相连，它为远程操作指令连进家庭内部网的末尾工序。因内部及外部信息均借助家庭智能网关完成传输，由此可知，该设计可提升智能家居的可靠性和安全性；

2.网络层设计

形成于物联网之上的智能家居内部的网络传输主要负责管理每一个住宅设备自身的网络信息传送，且具备远距离控制平台的关联系统。对于网络层设计主要涵盖家庭智能网关以及控制中心等多项内容，其中传输的信息强调控制与数据信息，具体存在有线及无线传输类型。比较有线及无线传输发现，无线传输更容易管理，由此可知，无线传输将更为常用；

3.感知层设计

依托ZigBee节点构建形成的ZigBee主要分布在感知层中。其内部的传感器可借助ZigBee节点把居住环境信息发送至智能网关，同时，应用层自身的指令信息可借助ZigBee节点传达给执行设备，进而完成预定操作。借助一系列传输，达到底层ZigBee节点的有效连通；

4.应用层设计

应用层设计在智能家居设计活动中占据着重要位置，当下的智能家居，其应用层设计以家居安防监管、家庭信息规划、家庭信息加工和家庭环境监控。

（二）硬件设计

具体分部如图-1，形成于物联网之上的智能家居，其硬件设计一般把节能看作重点内容进行探究。局域网自身的微处理元件及通信设备选取关乎智能家居系统实际功耗与具体的传输效率，且末端节点的可靠性及工作效率关乎着整个系统的稳步工作时间与安全性。因此，形成于物联网之上的智能家居自身的硬件设计需重视微处理元件以及通信方式自身的节能设计。

结语：

我国在智能家居中的起步较晚，然而因生活水平的不断提升，人们在家居环境方面提出了严格的要求，通过国家政策的支撑，智能家居的探索越来越频繁。一些大企业更是争相推广、大力宣传智能家居，部分通信商甚至把物联网服务看作主要发展方向，这为智能家居的提升与发展创造了难得的契机。

参考文献：

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作者简介：

智能家居设计论文篇八

关键词：智能家居；物联网；课程设计；项目化教学

0引言

智能家居（SmartHome）以住宅为平台，利用计算机技术、综合布线技术、网络通信技术、自动控制技术、音视频技术等将家居生活有关的各子系统结合在一起，统筹管理，让家居生活更具安全性、便利性、舒适性。智能家居在中国的发展历经四个阶段，分别为萌芽期、开创期、徘徊期、融合演变期[1]。物联网已写进国家“十三五”规划，将助力物联网的典型应用智能家居快速发展，物联网智能家居的爆发期已经来临。

1课程开发

为了体现校企合作，工学结合的办学特色，我院通过对物联网企业及相关企业的调研，得出其主要岗位群、典型工作任务和核心能力要素，具体见表1所列。课程建设坚持以职业核心岗位能力要素为目标，构建体现工学结合的物联网应用技术专业课程体系，根据职业岗位人才需求，强化专业技能的培养，依托国企办学优势，形成颇具特色的“教培融合”人才培养模式。实施“生产过程与教学过程对接，真实应用驱动教学”的教学模式。以职业综合能力培养为主线，设计教学过程，突出实践教学。物联网通常包括智能家居、智能交通、智能农业、智能医疗、智能电网等，我院依托国企办学优势，形成了颇具特色的“教培融合”人才培养模式，其中“物联网智能家居系统设计与实现”是课程体系中颇具行业背景的一门课程。

2课程设计

2.1学习情境设计

（1）体现“项目引导、任务驱动”的教学特点。从实际应用出发，从工作过程出发，从项目出发，以智能家居系统的构建及管理为主线，采用“项目引导、任务驱动”的方式，围绕“提出问题→分析问题→解决问题→拓展提高”展开。在教学设计上改变传统以知识点递进为体系的模式，以岗位工作过程为参照，将工作过程标准化，依据工作过程来组织和讲解知识，培养学生的职业技能和职业素养[2]。（2）体现“教、学、做”合一的教学思想。以学到实用技能、提高职业能力为出发点，以“做”为中心，教和学都围绕着做，在学中做，在做中学，从而完成知识学习、技能训练和提高职业素养的教学目标。（3）设计采用项目、任务形式。以智能家居系统作为学习情境，设立若干项目，每一个项目包含若干任务。由简单到复杂安排教学内容，由易到难、循序渐进。学生能够通过项目学习，完成相关知识的学习和技能训练。智能家居课程学习情境设计[3-5]见表2所列。

2.2教学设计

教学设计按照情境导入、项目分析、制定方案、实施项目、项目小结五个教学环节进行。以智能家居系统中的灯控为例进行的教学设计如图1所示，各院校对项目的选取可根据相关的实训设备以及师资情况来决定。

2.3教学方法

智能家居课程是一门理论联系实际的课程，在教学过程中以实践操作为主，理论够用即可，考虑到很多学生对于物联网智能家居应用方面了解较少，教学过程按如下几方面进行：（1）实际项目参观体验，在课程教学过程中可联系相关企业组织参观，或者到相关实训样板间参观体验；（2）项目分析、参观体验后，在课堂上由教师带领学生共同分析项目涉及的知识要点，并对相关知识要点进行讲解；（3）实践操作，学生分组根据教师对项目知识要点的分析讲解进行实践操作，学生在实践操作过程中，教师要进行现场指导；（4）项目评价，学生分组完成项目任务后，各小组之间进行相互检测与评价，取长补短，共同学习；（5）拓展学习，每次项目任务完成后，教师都会布置进行拓展学习，物联网是一门新兴学科，仅课堂上的学习是不够的，要鼓励学生利用网络等渠道进行自主学习。

2.4教学评价

强化实训教学效果的科学考核将重点放在考核“学生是否学得好而非教得好”上。采用知识和技能双重考核，技能考核比例应高于知识，同时技能考核应根据应职岗位技能要求，确定其相应的主要技能考核项目。“物联网智能家居系统设计与实现”采取过程性考核与终结性考核相结合的方式。

3教学效果及不足

3.1教学成效

提高学习兴趣，变被动学习为主动学习。学生不再需要死记硬背理论知识，项目涉及的理论知识由教师与学生共同分析得来，学生在不断的实践中理解相应的知识点，学习兴趣大大提高，能够积极主动地进行学习实践。团队合作精神增加，提高了职业素养。智能家居课程在教学过程中分组进行，每组成员分工合作才能更好地完成任务，同时还与其他组形成竞争，即有竞争也有合作，提前在校完成职业素养的培养，为学生进入工作岗位快速适应工作打下坚实基础。

3.2存在的不足

本课程采用项目化教学，对于实训设备及场地都有一定要求，今后应加强物联网实训室建设，增强与相关企业的合作建设。分组教学可以提高学生相互协作的能力，但也不排除组内有一部分同学依赖性较强，因此在分组教学过程中应加强引导与监督，并制定相应的奖惩机制。项目化教学对于指导教师的要求也较高，教师要有能力进行现场指导。该课程涉及的知识点广泛，因此提升师资培养也是当前的首要任务之一。高职智能家居方面的教材目前比较缺乏，适合项目化教学的教材就更少，很多院校多以自编教材为主，因此编写适合高职院校智能家居课程的项目化教材迫在眉睫，目前关于智能家居还没有形成统一的标准，尚在不断完善中，相关教材也要实时关注标准，不断改进与完善。

4结语

物联网在“十三五”期间发展成为国家战略，进入跨界融合、集成创新和规模化发展的新阶段，智能家居行业应用是物联网技术应用的一个重要组成部分，当前，国家对物联网的大力推动以及智能家居行业市场自身的巨大需求，使得智能家居行业的快速发展时代已经来临。

参与文献

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[2]黄林国。高职计算机应用基础项目化教学改革[J].计算机教育，2011，14（10）：33-37.

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[5]网峰科技有限公司。ZigBee实战演练[M/OL].[2012-11-04].

[6]谢小康，张靖。基于ZigBee技术的智能家居系统设计[J].物联网技术，2016，6（12）：69-72.

[7]赵雨境。物联网“智能家居”课程开发与设计[J].职业教育研究，2014（7）：107-109.

智能家居论文范文篇九

关键词：远程控制双音多频网络通讯无线通讯家庭自动化

21世纪是信息化的世纪，各种电信和互联网新技术推动了人类文明的巨大进步。数字化家居控制系统的出现使得人们可以通过手机或者互联网在任何时候、任意地点对家中的任意电器（空调、热水器、电饭煲、灯光、音响、DVD录像机）进行远程控制；也可以在下班途中，预先将家中的空调打开、让热水器提前烧好热水、电饭煲煮好香喷喷的米饭……；而这一切的实现都仅仅是轻轻的点几下鼠标，或者打一个简单的电话。此外，该系统还可使家庭具有多途径报警、远程监听、数字留言等多种功能，如果不幸出现某种险情，您和110可以在第一时间获得通知以便进一步采取行动。舒适、时尚的家居生活是社会进步的标志，智能家居系统能够在不改变家中任何家电的情况下，对家里的电器、灯光、电源、家庭环境进行方便地控制，使人们尽享高科技带来的简便而时尚的现代生活。

1系统的总体结构及工作过程

智能家居系统由系统主机、系统分机、Internet服务器和网络接口等部分组成。其中系统主机通过服务器（个人计算机）连入Internet，并通过自己的PSTN公用电话交换网接口电路连入PSTN。其结构图如图1所示。主机与分机通过无线传输组成星形拓扑结构。系统主机通过本地无线传输网络同系统分机进行通讯、传输控制命令和反馈信息。

该系统正常工作时，用户可以通过Internet和PSTN两种网络进行访问，当通过Internet访问时，本系统可提供一个界面友好的终端软件，用户只需登陆到运行在家中的服务器即可对家中的设备进行远程控制；当通过PSTN访问时，本系统将为用户提供语音操作界面。其工作流程如图2所示。

2系统的硬件构成

本系统的硬件主要有系统主机与系统分机两大部分。系统主机由单片机AT89C52和各种接口电路组成，如图3所示。系统分机由单片机AT89C52和各种接口电路、传感器单元电路、固态继电器控制电路组成，并由固态继电器控制具体设备，具体硬件组成框图如图4所示。

通过系统主机的各种接口电路可将主机CPU从繁忙的计算中解脱出来，以便把主要精力运用在控制和信息传递上。系统主机主要依照各个功能电路的输出结果进行逻辑判断和控制命令的输出。系统分机的各种接口电路和主机相似，只是根据设备的不同（传感器单元）有着细节上的变化。下面主要介绍系统主机的各种接口电路。

2．1nRF401无线数据传输电路

无线数据传输电路由Nordic公司的单片UHF无线数据收发芯片nRF401及其电路构成。nRF401采用FSK调制解调技术，其工作效率可达20kbit／s，且有两个频率通道供选择，并且支持低功耗和待机模式。它不用对数据进行曼彻斯特编码，其天线接口设计为差分天线，因而很容易用PCB来实现。

2．2看门狗电路

看门狗电路由MAX813L及其元件组成。通常，在单片机的工作现场，可能有各种干扰源。这些干扰源可能导致程序跑飞、造成死机或者程序不能正常运行。如果不及时恢复或使系统复位，就容易造成损失。看门狗电路的作用就是在程序跑飞或者死机时，能有效地使系统复位以使系统恢复正常运转。因此，在程序中定期给P1．5送入看门狗信号，就可以保证在程序运行异常时，由MAX813L使单片机复位。

2．3DS1307时钟接口电路

DS1307时钟芯片是美国DALLAS公司生产的I2C总线接口实时时钟芯片。DS1307可以独立于CPU工作，它不受晶振和电容等的影响，并且计时准确，月积累误差一般小于10秒。此芯片还具有掉电时钟保护功能，可自动切换到后备电源供电。同时还具有闰年自动调整功能，可以产生秒、分、时、日、月、年等数据，并将其保存在具有掉电保护功能的时间寄存器内，以便CPU根据需要对其进行读出或写入。由于单片机AT89C52没有I2C总线接口，因此，要驱动DS1307，就必须采用单主机方式下的I2C总线虚拟技术。在此方式下，以单片机为主节点（主器件），主器件永远占有总线而不出现总线竞争，且可以用两根I／O口线来虚拟I2C总线接口。I2C总线上的主器件（单片机）可在时钟线（SDL）上产生时钟脉冲，在数据线（SDA）上产生寻址信号、开始条件、停止条件以及建立数据传输的器件。任何被选中的器件都将被主器件看成是从器件。在这里，DS1307作为I2C总线的从器件。I2C总线为同步串行数据传输总线，其内部为双向传输电路，端口输出为开漏结构，因此，需加上拉电阻。

2．4MT8880C双音频编解码电路

由于单片机是通过MT8880C芯片得到PSTN网络的双音频信号解码输出，也就是说，单片机可以识别来自PSTN网络的控制信号，用户可以根据系统的语音提示进行按键选择以实现用户身份的识别与远程控制。因此，利用MT8880C的双音频编码功能，系统可以在紧急时刻将用户预置的紧急电话打到PSTN网络，从而把损失减少到最低。

2．5ISD4004语音录放电路

ISD4004是美国ISD公司生产的一种语音录放芯片。它可录制8～16分钟的语音信号。该芯片可提供SPI标准接口和单片机进行接口，其语音的录放控制均通过单片机来实现。该芯片的一个最大特点是可以按地址编程录放，因而可由ISD4004和单片机编程控制来构成本系统与PSTN网络用户的语音平台。由于ISD4004的INT和RAC脚输出为开漏结构，因此需要加上拉电阻。

2．6MAX202串行通讯电路

通讯电路可由串行通讯专用芯片MAX202组成，通过此电路可以方便地与PC机进行串行通讯。

2．7铃流检测与摘挂机控制电路

当系统被呼叫时，电话交换机发出铃流信号。振铃为25±3V的正弦波，失真小于10％，电压有效值为90±15V。振铃信号以5秒为周期，即1秒送，4秒断。由于振铃信号电压比较高，所以先要通过高压稳压二极管进行降压，然后输入至光耦。再经光耦隔离转换后，从光耦输出时通时断的正弦波，最后经RC回路进行滤波以输出标准的方波。该方波信号可以直接输出至单片机的定时器1进行计数，以实现对铃流的检测。

由于程控电话交换机在电话摘机时电话线回路电流会突然变大（约30mA），因此，交换机检测到回路电流变大就认为电话机已经摘机。自动摘挂机电路可以通过单片机的P1．7来控制一个固态继电器，固态继电器的控制端应连接一个大约300Ω的电阻后再接入电话线两端，从而完成模拟摘挂机。

3系统软件编制

本系统软件主要由系统主机和系统分机的C51程序和系统与Internet网络通讯程序组成。

3．1系统主机程序的编制

系统主机程序主要用于实现系统的总体功能。包括无线数据传输程序、看门狗程序、时间戳程序、双音频编解码程序、语音录放程序、串行通讯程序、铃流检测与摘挂机控制程序、系统初始化程序、意外事件处理程序等。程序编制以消息驱动为主导思想。消息由计数器中断1、外部中断0和串行中断产生，在中断服务程序中，应将相应的状态位置位，而在消息循环中则应按相应的状态位调用功能函数，然后由功能函数将相应的状态位清0并完成所需功能，并最后返回到消息循环中。其程序流程如图5所示。该系统的分机程序和主机类似，故此不再详述。

3．2系统与Internet网络通讯程序的编制

这部分通讯程序分为服务器和客户端两个程序，主要通过Internet网络完成用户的控制功能。

服务器程序主要完成客户端与系统主机通讯的中转，即将客户端发来的控制或者查询命令翻译成系统主机能识别的格式，或者将系统主机收到的报警等信息上传到客户端。服务器程序使用Socket与客户端进行Internet通讯。

客户端程序是运行在远端用户的控制界面，主要用于完成家居内状态的显示以及对家居内电器的远程控制，同时使客户端直接连接到服务器。

智能家居论文范文篇十

关键词：家居智能化；协议；体系结构；家庭网关；云计算

中图分类号：TP393.04 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2017）03-00-04

0 引言

家居智能化的概念最早出现在上世纪80年代，经过多年发展，其内涵不断丰富，应用更加广泛。基于目前的应用现状和最新的技术发展，家居智能化应重新定义为利用建筑、自动控制、数据通信、计算机网络、物联网等多种技术，实现包含从家庭数据共享（如电脑、智能电视、打印机等）到家电控制（如灯光照明、空调、暖气、电饭煲等），以及三表抄送、家居安防等方面的功能，以全面提升人们在家庭生活中的舒适度、安全度、便利度和可操控度为最终目标。

家居智能化近年来发展迅猛，其市场前景非常广阔，据Juniper Research的研究报告预计，中国智能家居市场规模在2018年有望达到1 400亿人民币。但在家居智能化的实施过程中还存在不少问题，这些问题如果不能很好解决，将直接影响家居智能化的普及和应用，主要表现在以下几个方面：

（1）由于家居智能化涉及的领域较多，因此其国际标准很不完善，虽然在通信领域、建筑和社区化领域、家电领域各有一些相关标准，但这些标准既不完善也无法适应时代的发展[1]，无法获得广泛支持；在国内，虽然有一些实验性的地区标准，但同样没有统一的国家标准[2]；国内各厂家虽成立了一些产业联盟，以确定相互间的接口标准，但总体而言依旧是各自为政，产品大多不能互相连通，无法实现整体控制[3]。

（2）新技术发展迅猛，各种有线、无线技术层出不穷，技术更新速度极快，而标准又跟不上技术，因此厂家像“无头苍蝇”般，用户更是“无从下手”。

（3）家居智能化的成本太高、操作复杂且故障率过高，使不少家居智能化应用形同鸡肋，用户兴趣不大，难以进行大规模推广。

随着互联网应用的高速发展和物联网技术的不断成熟，家居智能化作为物联网的一部分，其含义、应用范围、实现方式也发生了根本性变化，家居智能化真正走向标准化和全面普及的时机已经到来。作为家居智能化技术中的核心和最重要的一环，网络通信协议体系结构直接关系家居中各设备间的互连互通和互操作性。家居智能化的网络通信协议体系结构应建立在充分利用现有新技术和设施的基础上，使家居智能化的应用更丰富、操作更简单、价格更便宜、性能更可靠。

本文将结合现有技术探讨最适合中国家居智能化的网络通信协议体系结构，希望为建立国家统一标准提供参考意见，同时，对家居智能化网络通信协议体系结构的未来发展趋势做出展望。

1 确定家居智能化网络通信协议体系结构的依据

在家居智能化系统中，主流的实现方案是以家庭网关为中心[4]，连接并控制家庭中的各类设备，并与外界的Internet互连网相连，以达到远程监控的目的[5]。

1.1 家居智能化系统中信息流的特点

家居智能化系统中的通信信息大体可分为以下两大类：

（1）家庭网关和传感器间的信息传送，如安防报警探头探测的报警信息、水电气数据的自动抄送、温度湿度等传感器的自动上报等，以及一些由家庭网关发出的诸如打开地暖、空调、清风系统、灯光，开启窗帘、音响、电视、电饭煲等命令，这类信息的特点是数据量极小，但实时性要求较高。

（2）信息数据量相对较大，如家用电脑和电视间的节目传送，手机、电脑和打印机间的数据传送，家庭网关和视频监控设备之间的数据传送以及家庭网关与Internet互联网间的数据传输等，这类信息的传送需要较高的网络带宽才能实现。因此，针对家居智能化的信息流及其传送特点，我们要选择不同的网络通信协议，以满足其不同需求。

1.2 选择家居智能化通信协议的主要依据

在选择家居智能化网络通信协议时，应根据家居智能化的信息流及其传送特点，从以下几个方面考察并选出最佳网络通信协议：

（1）基本性能：速率能满足家居智能化发展的需要；传输距离应满足绝大多数家庭环境的需求；功耗尽可能低，使部分传感器类设备能摆脱有线电缆的桎梏；差错率、稳定性、可靠性等性能良好。

（2）普及性和开放性：技术得到大多数厂商的普遍支持，容易实现；产品种类多，接口统一，价格便宜，易于推广。

（3）易用性和可传承性：用户体验良好，安装简单，易于与现有设备相连；易于升级换代，简单快速地适应将来产品的更新和技术的发展。

（4）安全性：不易被攻击、信息不易被窃取。

2 家居智能化网络通信协议体系结构

目前，国际上用于组建智能家居网络系统的主要标准有HomePlug、PLC、HAVi、HomePNA、DLNA、ECHONET等，这些标准多由不同的企业联合推出，均得不到广泛支持，而其中基于电力线的HomePlug和PLC，基于电话线的HomePNA，早已不适合家庭组网的需要。从国内组网的标准来看，在电子、通信、建筑、家电及物联网等行业均有一定进展，但总体进展缓慢。因此成立一个统一的标准化部门，制定出统一的智能家居组网标准势在必行。而组网时首先要明确家居网络使用的网络通信协议体系结构。

家居智能化的网络通信系统可分为两大部分，其一为家居内网络通信系统的构建，其二为家居内网络系统与外部互联网的通信，主要涉及如何远程控制方面的内容。根据家居智能化信息流的特点，对照上述选择家居智能化通信协议的依据，我们以简化的OSI七层协议参考模型的四层网络协议体系结构为基础，对家居智能化网络通信的各层协议逐个论述。

2.1 家居内网络通信系统协议的选择

2.1.1 家居网络中TCP/IP的沙漏型结构

TCP/IP（传输控制协议/网间协议）作为Internet的主要协议，已成为目前世界上技术最成熟、使用最广泛的网络通信协议，其应用不仅在Internet的骨干网、各类局域网，还已被全面应用于手持设备，如智能手C和平板电脑，以及部分物联网设备。

IP作为TCP/IP协议族的网络层协议，虽然其没有两通信节点间的差错控制机制，且是一种无连接的通信协议，但对于通信信道日渐优越、Internet网络流量复杂、巨大的环境显得非常实用。而TCP/IP的传输层有TCP和UDP（用户数据报协议）两类不同的协议，可供不同的应用程序调用。TCP协议可提供有连接的、具有差错控制的、可靠的端到端传输服务；而UDP则相对简单，可提供无连接的、无差错控制的、不可靠的即时信息传送。

TCP/IP作为中间层协议，很好地兼容了各种不同的协议类型，在低层，它能与IEEE 802.3（或以太网）、WiFi、PPP（点到点协议）、4G等绝大多数协议兼容，而高层又能支持多种不同的应用，从而形成了以TCP/IP为腰的两头大、中间小的沙漏型协议体系结构。

正是基于TCP/IP的上述特点，在当今互联网全球一体化的情况下，为适应当前的主流设备和环境，并使家庭网络的各类设备间以及家庭网络与Internet间能顺利地互联互通，选择TCP/IP作为家庭网络的网络层和传输层协议理所当然[6]。

2.1.2 传统的以太网仍极具生命力

目前，国内主要城市已经可以做到光纤入户，更多的地区大多也可以通过ADSL接入Internet。而家庭内部通常配以五类双绞线为主的家庭结构化布线，组成家庭的局域网系统，这种家庭局域网使用的网络协议基本上是在TCP/IP下的以太网系统。

虽然随着WiFi的迅速普及，家庭结构化布线变得可有可无，但传统的以太网由于其稳定、高速、传承性好等特性，不仅在Internet和各类局域网系统中无法被取代，在家庭组网中仍然会在相当长的时间内有其存在的价值。

2.1.3 WiFi在家庭环境下大数据量的传送方面优势明显

传统的以双绞线为主的家庭局域网最大的问题是必须在家庭中的不同房间进行结构化布线，这需要在新房装潢或旧房二次装潢时才能完成，代价较大，给家居智能化的普及带来不小的问题。随着WiFi、蓝牙、ZigBee等无线组网技术的成熟，不用刻意布线的无线网络迅速普及，价格低廉、应用广泛。无线组网技术与有线组网技术相比，具有无可比拟的优点[7]：

（1）机动性：不受工作区域限制，可到处移动；

（2）便利性：兼容性高，安装、使用方便；

（3）扩充性：可随时增加使用的数量；

（4）节省成本：无须考虑重新装潢，节省布线费用；

（5）主流无线技术如WiFi，ZigBee，蓝牙等功率较低，几乎对人体没有伤害。

表1列出了几种主流家庭组网协议的比较。

蓝牙（Bluetooth）技术因其速率不高，尤其是传输距离有限（最大15 m），不太适用于家居智能化的环境。相反，WiFi技术经过多年的不断发展，其具有速率高、传输距离远等优点，目前在国内已得到大力普及。CNNIC（中国互联网络信息中心）的报告显示，截至2016年6月，92.7%的网民最近半年曾通过WiFi无线网络接入互联网。WiFi的特点极其适合家庭环境下的局域网构建，尤其适用于家居智能化中家庭网关、电脑、手机、打印机间的大数据量传送。因此以光纤入户为基础，WiFi无线组网为主要形式的家庭组网方式是最经济、最快速，同时也是最适合中国现状的家庭组网方式。

2.1.4 ZigBee连接传感器网络的地位仍然不可取代

ZigBee技术除由IEEE 802.15.4标准规定的MAC层和物理层外，其高层到应用层均由ZigBee联盟进行完整的定义。其具有如下特点：

（1）运行功耗低，利用普通电池就可连续工作半年以上，摆脱了电源线的束缚，且运行成本低；

（2）硬件成本低，适合家庭应用；

（3）组网方式简单，传输距离较远，能充分满足家庭环境的需要，同时，其安全性和可靠性也能基本满足家居智能化的需求。

虽然其传输速率较低（小于250 Kb/s），但由于传送家庭网关和各类传感器间的数据量小，因此实时性要求高的应用非常适合 [8]。故将ZigBee技术作为家居智能化网络无线组网的补充，其地位不可取代。

2.2 与Internet的连接及远程控制

虽然在家庭中，大部分家居智能化应用可通过电话线+ADSL（非对称数字环路）或双绞线入户等方式运行，但从发展的眼光看，通过光纤和TCP/IP协议将家居智能化网络接入Internet才是今后家居智能化发展的重点。采用这种方式可以利用云端服务器的超强运算能力，使家居智能化的运算和决策能力大大加强，而家庭中如视频、照片等大数据量的信息也可以存储在云端几近无限的存储空间内，此举大大减少了家居智能化的成本，且这些数据的保存不易丢失，更为安全、可靠。

利用云端服务器也是解决IPv4地址匮乏问题的最佳方法，据CNNIC的报告，中国所在亚太区的IPv4地址早在2011年2月已分配完毕，普通家庭根本分配不到IPv4 的全局地址，这就造成通过电脑或手机在Internet上无法直接访问家居智能化网络，只能通过云端服务器转接完成的问题。

同时，利用智能手机或远程任一电脑，均可通过电信运营商的WiFi或随处不在的4G网络接入Internet，借助云端服务器可以随时随地间接监视和控制家居网络的各类设备及相关功能部件，充分发挥了家居智能化的功效。图1 所示为家居智能化网络的连接示意图。

2.3 家居智能化网络通信协议体系结构

综合以上论述，家居智能化网络通信协议的体系结构如图2所示。

对应于简化的网络协议四层参考模型，在家庭中，存在两套组网模式并存的现象，一套是基于TCP/IP的沙漏型网络通信体系，用以传送较大数据量的应用信息，并与Internet相连，达到远程访问和控制的目的；而另一套则以ZigBee协议进行无线组网，主要用于各类传感器与家庭网关间小数据量的信息传送。这两类信息由家庭网关进行交互并处理。

3 家居智能化网络通信体系结构的发展趋势

家居智能化网络通信系统作为家居智能化的核心，经过多年发展，已有了长足进步和显著变化。

3.1 家居智能化成为物联网的一部分

家居智能化已经从基于简单控制某些家居设备发展到将家庭所有设备连成一个整体网络，并将家居系统并入物联网系统[9]，成为“海量”物联网的一部分，家居智能化的应用也因此发生了巨大变化[10]。

3.2 以云计算为核心，以Internet为基础构建智能家居

云计算在国内虽起步较晚，但发展迅猛，以阿里巴巴为代表的中国企业的云计算水平和服务已居世界前列，阿里巴巴的云计算速度已居全球首位，而其规模也有望成为世界第一。通过将家居网络连入Internet，并充分利用云计算“巨平台”的优势，不仅使家居智能化的计算能力和存储能力大幅增加，应用和服务能力也大大加强，而且使用户家居智能化代价降低、易于控制、可靠性增强。使家居智能化成为标准化的服务有利于家居智能化的快速普及。

3.3 家庭内以无线组网方式代替有线组网方式

随着通信手段的不断丰富，如光纤入户的普及、WiFi的广泛应用及4G移动通信的快速发展，中国的普通家庭已逐渐脱离了需要依赖原有线路如电信的电话线、广播电视的同轴电缆或直接利用电力系统的电力线等现有线路改造的模式，无需进行复杂布线，利用光纤接入和无线组网手段就能很容易地组建家居智能化网络，使相关利用原有线路发展家居智能化的方案显得落后和不适时宜，其标准化组织的工作也显得如同鸡肋般，不再是家居智能化发展的主流。

除了网络通信应尽可能采用无线方式，在部分家居智能化设备的电源供应上也应有所突破。例如除传感器因功耗低可采用普通电池外，其他较大功耗的设备也可以采用诸如足够便宜的锂电池或石墨烯电池供电，并对电池进行无线充电[11]，可使家居智能化设备彻底摆脱线缆的桎梏，将大大促进家居智能化的普及和发展。

3.4 网络带宽迅速增长，信道质量进一步提高，网络安全地位提升

据中国宽带发展联盟的数据显示，截止2016年6月底，中国宽带的平均时速已正式到达10 MB/s，而中国家庭的宽带普及率也超过一半，这就给中国家居智能化的推广和普及创造了条件。一方面，随着以光纤为代表的高速率、高质量通信信道的逐渐普及，网络通信协议中差e控制和流量控制等机制的重要性降低，越来越简化；而另一方面，随着各类关键应用的推出和推广，网络通信协议的安全特性显得越来越突出。因此网络安全将是今后网络通信协议中需要重点加强的领域。随着我国第一颗量子通信卫星的成功发射，量子通信也逐步实用化，并有望成为下一代关键应用的安全通信方式之一。

3.5 手机成为家居智能化控制的主体

中国是全球最大的智能手机拥有国，据App Annie预测，2020年中国智能手机用户将增至14亿。智能手机在迅速普及的同时，其功能越来越强大、应用也越来越丰富。围绕智能手机，借助互联网，完全可以将智能手机打造成适合绝大多数家居智能化应用的监控终端。利用手中的智能电话，人们就可以摆脱家中各式种类的遥控器，随时随地监控家居中的各种智能设备，大大提高了家居智能化的功效。

3.6 IPv6得以普及

事实上，虽然目前有很多办法，如利用NAT（网络地址转换）等技术可以部分解决IPv4地址枯竭的问题，但最好、最彻底的解决方案是全面采用IPv6的标准，因为IPv6具有海量地址和优越性能。虽然在IPv6标准颁布多年后的今天，由于IPv6与IPv4间的兼容性较差，从IPv6过渡到IPv4的代价太大，目前不论是运营商还是设备制造商，出于成本和原有设备利用的问题，均不太愿意立即过渡到IPv6，但随着 Internet乃至物联网的蓬勃发展，IPv6的全面普及仍然是大势所趋。IPv6不仅能彻底解决地址匮乏的问题，其另一大优点就是全面使用IPSec，数据传输经过加密，安全性大增，对某些关键性应用至关重要。

4 结语

随着科技的发展和人民生活水平的提高，家居智能化的应用也必将越来越丰富，家居智能化必将成为现代化家庭中必不可少的一部分。在科技飞速发展的今天，实现家居智能化所用的网络通信系统较过去已有了根本性变化。家庭中的网络系统构建实现由于主要采用无线技术而变得简单，同时利用手中的智能手机，借助互联网和云计算，即“海量终端接入巨平台”的方式，使得人们可随时随地享受家居智能化带来的高效、舒适、健康的生活。

参考文献

[1]柳宏。智能化家居标准化发展现状研究[C].第十一届中国标准化论坛论文集，2014.

[2]杨光，杨琦，何志勇。中国智能家居的标准化战略与对策[C]. 第12届中国标准化论坛论文集，2015.

[3]吴巍，吴明光。国内三种智能家居网络协议综述[J].电器与能效管理技术，2007（2）：24-27.

[4] J.Hosek， P.Masek， D.Kovac. IP home gateway as universal multi-purpose enabler for smart home services[J].Electrotechnik &Informationstechnik，2014， 131（4）： 123-128.

[5]吴佳兴，李爱国。基于云计算的智能家居系统[J].计算机应用与软件，2013，30（7）：240-243，314.

[6]张秋伟。智能家居的体系结构及关键技术分析[J].数字技术与应用，2016（7）：215.

[7]汪海，王强，薛勇，等。浅析智能家居的有线技术形式和无线技术形式[J].电器应用，2016（2）：31-35.

[8]孙杰贤。智能家居无线组网之争[J].中国信息化，2015（11）：39-41.

[9]乔朝阳。智能家居的物联网世纪[J].现代经济信息， 2014（24）：397.

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