短距離無線通信技術在智能家居中的應用

中國信息通信研究院 盧知白 董恩然 鄭夢瑄 于博洋 余雪飛

短距離無線通信技術在智能家居中的應用

中國信息通信研究院 盧知白 董恩然 鄭夢瑄 于博洋 余雪飛

【摘要】隨著經(jīng)濟的發(fā)展和科學技術的進步，人們對于家居生活的要求逐漸向智能化、多樣化發(fā)展，為了滿足人們的生活需求，智能家居的概念被提出，在信息時代下，如何利用短距離無線通信技術將家居生活中各種與信息相關的通訊設備、家用電器等設備進行集成，實現(xiàn)異地的監(jiān)測和控制，在滿足人們基本家居需求的前提下，實現(xiàn)智能家居的生活方式。

【關鍵詞】短距離無線通信技術；智能家居；應用

在信息時代下，生活方式發(fā)生變革，人們對于生活環(huán)境和家居要求提高，人們希望自己的生活環(huán)境是具有高度安全性和舒適性，伴隨著生活節(jié)奏的加快，精神壓力普遍增大，人們希望家居生活是智能化、多樣化，來滿足自身多層次的需求，家居已經(jīng)不只停留在生理需求層次，正在努力滿足人們的發(fā)展需求和精神需求。如何通過短距離通信技術優(yōu)化智能家居控制系統(tǒng)的硬件設計、軟件設計，實現(xiàn)遠程控制家居生活，使居生活更加智能化，成為智能家居領域思考的重要問題。

1.智能家居系統(tǒng)和家庭網(wǎng)絡技術分析

1.1 智能家居系統(tǒng)分析

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和科學技術的進步，人們對于家居的認知不再停留于簡單的生存需求，希望家居更加宜人，“智能家居”的理念得到提出，智能家居依托電子通信技術，將和家居系統(tǒng)有關的子系統(tǒng)進行集合，再憑借家庭網(wǎng)絡技術實現(xiàn)智能控制和管理，來使用戶獲得全新的居家體驗。

智能家居系統(tǒng)符合人體工程學原理，遵循“以人為本”的理念，智能家居系統(tǒng)由家居布線系統(tǒng)、家庭網(wǎng)絡系統(tǒng)、智能家居（中央）控制管理系統(tǒng)、家居照明控制系統(tǒng)、家庭安防系統(tǒng)、背景音樂系統(tǒng)、家庭影院與多媒體系統(tǒng)、家庭環(huán)境控制系統(tǒng)等八大系統(tǒng)組成，其中智能家居系統(tǒng)又根據(jù)是否為必要組成部分，將八大系統(tǒng)劃分為必備系統(tǒng)和可選系統(tǒng)，嚴格來說，只有智能家居系統(tǒng)控制管理系統(tǒng)、家居照明控制系統(tǒng)、家庭安防系統(tǒng)因為屬于必備系統(tǒng)，可以直接稱之圍智能家居。

智能家居是相對于傳統(tǒng)家居來講更加安全、節(jié)能、智能、便捷、舒適，因為智能家居依托電子通信技術將各個子系統(tǒng)實現(xiàn)了有機整合，所以更加可靠，可以實現(xiàn)全天的運轉，更加實用，滿足住戶的居住習慣，便于應付各種環(huán)境的變化。

1.2 家庭網(wǎng)絡技術的分析

信息時代下，“家庭網(wǎng)絡技術”概念是建立在互聯(lián)網(wǎng)普及和通信技術發(fā)展的基礎上，家庭網(wǎng)絡可以將計算機、信息家電、照明系統(tǒng)、安全報警系統(tǒng)在家庭范圍內實現(xiàn)整合，家庭網(wǎng)絡可以接入廣域網(wǎng)，幫助住戶實現(xiàn)異地的監(jiān)測和管理。

家庭網(wǎng)絡接入廣域網(wǎng)的方式有以太網(wǎng)、ADSL、FTTH、有線電視光纜接入等，隨著科學技術的發(fā)展和考慮經(jīng)濟性，寬帶接入這種捆綁方式日益流行，因為寬帶接入正在整合語言、視頻、數(shù)據(jù)三重服務的整合，所以隨著寬帶的普及，用戶可以獲得涵蓋家庭范圍內的娛樂、通信、數(shù)據(jù)等服務。

家庭網(wǎng)絡需要住戶家庭內建立有一定的網(wǎng)絡基礎措施，為了確保能夠提高信息的吞吐量和傳輸數(shù)據(jù)的質量，需要提供QoS，來確保信息傳輸過程的順暢性。

2.智能家居遠程控制系統(tǒng)軟件和硬件設計

2.1 智能家居遠程控制系統(tǒng)軟件設計

智能家居控制系統(tǒng)的軟件設計主要停留在單片機主程序設計和中斷程序設計。

單片機廣泛應用于產(chǎn)品智能化和工業(yè)自動化，單片機主要采用嵌入式的設計方式，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的收集和傳輸，主機上電復位后進行初始化，智能家居控制系統(tǒng)是通過模塊操作實現(xiàn)，單片機主機對GSM模塊不斷掃描，通過對接收到的用戶短信進行處理分析，獲取相關數(shù)據(jù)，通過紅外模塊相分機傳輸數(shù)據(jù)命令，等到分機的信息反饋，在規(guī)定時間不能得到信息反饋，主機的狀態(tài)返回到掃描狀態(tài)。

中斷程序的設計主要是建立在通過對單片機對于繼電器進行判斷進而做出控制的基礎上的，繼電器是利用P1輸出口的高低電壓差來控制繼電器的開合狀態(tài)。繼電器本身運行溫度是相對固定的，因為繼電器溫度降低后，會自動掉電，需要保持保持室內溫度的恒定，從而保持控制電壓恒定，繼電器線圈的二極管產(chǎn)生的反電勢，來防止室內溫度的干擾。

2.2 智能家居遠程控制系統(tǒng)硬件設計

智能家居控制系統(tǒng)的硬件設計是為了使軟件設計能夠發(fā)揮作用，所有必須重視智能家居系統(tǒng)的硬件設計。

智能家居的控制系統(tǒng)需要選用合適的主處理器，因為家居中信息的吞吐量并有生產(chǎn)的巨大數(shù)量，并且處于經(jīng)濟性的考慮我們選用合適的單片機；硬件設計還需要選用合適的模塊框架結構，框架模塊結構主要由GPRS模塊和ZIGBEE模塊，GPRS模塊的選用應該考慮到設計結構和經(jīng)濟成本，為了節(jié)省空間，采用插槽代替排線，這樣就可以將其懸空放置，不占用PCB面積的設計結構是具有競爭優(yōu)勢的。ZIGBEE模塊單個芯片上整合了ZIGBEE射頻前端、內存和微控制器，我們在實際的硬件設計中應該充分考慮電流對于控制系統(tǒng)硬件設計的損耗。

3.智能家居遠程控制系統(tǒng)實現(xiàn)

智能家居是為了使生活更加智能化，提高生活的質量，智能生活的實現(xiàn)即智能家具控制系統(tǒng)控制其他系統(tǒng)的實現(xiàn)過程，通過上面的論述，我們可知智能控制系統(tǒng)實現(xiàn)只是智能家居的一部分，通過通信技術，來實現(xiàn)異地的對家具生活的監(jiān)測和控制，人們可以依靠手機客戶端或其他端口對家庭由wifi連接的全部設備實現(xiàn)集中控制，根據(jù)人為命令和自動化操作能夠實現(xiàn)智能照明，智能電器，智能遮陽，節(jié)能控制，遠程抄表等情景下的工作。智能家居的智能化操作包括人為命令的執(zhí)行和自動化系統(tǒng)操作，但是無論各種命令，本身的工作運行原理都是一致的。智能家居控制系統(tǒng)由主機和單機兩部分構成，主機和單機的分工明確，主機主要進行數(shù)據(jù)的運算并做出邏輯命令，單機主要進行數(shù)據(jù)的收集和傳輸以及邏輯命令的執(zhí)行。在智能家居中，有眾多的傳感器，包括溫度傳感器、濕度傳感器、光線傳感器、門磁傳感器等，通過眾多的傳感器實現(xiàn)對家居環(huán)境中溫度、濕度、光線情況、門磁閉合情況進行感知，并將傳感器獲得的信息通過通信線路進行傳輸，傳輸至主機的處理器中，處理器通過計算元進行邏輯運算，通過分析做出邏輯命令，并再次通過通信線路進行數(shù)據(jù)傳輸，命令的執(zhí)行通過單片機來完成，從而實現(xiàn)情景模式下工作的創(chuàng)建。

我們通過對智能照明的完成來加深對智能家居控制系統(tǒng)實現(xiàn)的理解。通過對周圍環(huán)境的光線情況進行感知，通過通信線路將光線情況傳輸至中央處理器，中央處理器進行邏輯運算并做出光線具體的調節(jié)方案，通過智能面板，將邏輯命令傳輸至處理器的單片機，通過單片機進行繼電器的控制，因為智能照明線路采用弱電控制方式，而智能面板做出的邏輯命令在經(jīng)過解碼后，強電驅動對應的控制線路，完成燈控的回道路接通或斷開，完成光線的調節(jié)！智能照明模塊包括手動控制、自動控制、面板控制、模板控制，進行具體的光線調節(jié)需要多種工作方式的結合，因為光線的調節(jié)需要多個照明設備的系統(tǒng)操作，單一進行某種線路的閉合不能完成光線調節(jié)的目的。

智能家居控制系統(tǒng)實現(xiàn)是通過模塊實現(xiàn)的，每個具體的情景對應不同的模塊，比如智能照明對應了智能照明模塊，我們需要進行模塊的系統(tǒng)化操作，智能家居控制系統(tǒng)的實現(xiàn)建立在通信技術的發(fā)展，實現(xiàn)了家庭網(wǎng)和廣域網(wǎng)了解，完成具體情景下的操作！

4.結語

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和科學技術的進步，人們對于家居的觀念得到轉變，家居不應該只是單純滿足自然需求，我們需要從家居中緩和緊張的生活壓力，使內心獲得一種滿足感。通過智能家居控制系統(tǒng)來實現(xiàn)對智能家居的管理，我們需要從硬件設計和軟件設計兩個方面出發(fā)，利用標準化程序交換信令結合軟件編程，實現(xiàn)語音界面及安全認證體制，優(yōu)化硬件和軟件的設計結構，提高家居和住戶的交互能力，讓家居生活更加智能化、網(wǎng)絡化。

參考文獻

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作者簡介：

盧知白（1984—），男，貴州貴陽人，研究方向：短距離無線通信。