智能家居设计

前言：想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗？我们特意为您整理了5篇智能家居设计范文，相信会为您的写作带来帮助，发现更多的写作思路和灵感。

智能家居设计范文第1篇

关键词 智能家居 ZigBee 家庭网关 CC2430 远程控制

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.

[6] 孙戈，卢建军，高理.基于S3C2440的嵌入式Linux开发实例[M].西安：西安电子科技大学出版社，2010（5）.

智能家居设计范文第2篇

0 引言

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

2.5 light_switch.c 部分代码及解释

智能家居设计范文第3篇

[关键词]无线数据传输芯片；设计探讨；接口

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；

[3] 范寅秋，弭娟.无线专网技术在智能配网中的应用[J].电脑知识与技术，2011，7（5）：1103-1108；

智能家居设计范文第4篇

【关键词】物联网 智能家居 设计与实现法

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

江进（1981-），男，江苏省句容市人。硕士学位。现为江苏农林职业技术学院信息工程系教师。研究方向为计算机技术。

智能家居设计范文第5篇

【关键词】Zigbee；智能家居传感器网络

1.系统的总体结构设计

本智能家居系统主要由三部分构成：Zigbee无线家庭内网、嵌入式智能网关和外网。整个家庭无线网络就是一个由若干个Zigbee终端节点和协调节点组成的无线局域网。根据应用功能不同，Zigbee节点可分为三类：安防节点、控制节点、采集节点。家庭智能网关接收用户从远程通过GSM或Internet网络发来的查询或控制信息，经过处理将其转发给Zigbee协调器，协调器根据信息中地址信息把指令信息转发给Zigbee终端节点，实现对家庭内的电气设备或传感器信息的监测和控制。当然，智能家居控制器可根据传感器采集到的环境信息，对家中的电器和照明装置进行智能化的控制。通过智能网关的语音识别模块，用户也可在本地对电气设备进行语音开关控制。图1.1为智能家居系统的架构图。本文重点对基于Zigbee的无线家庭网络部分做出深入的研究及设计实现。

2.系统硬件设计

本无线家庭网络采用星型组网结构，由协调节点和终端节点组成。

2.1 终端节点硬件设计

根据应用和功能的不同，终端节点可分为采集节点、安防节点和控制节点[1]。采集节点主要用来检测家庭环境数据以及发送RF数据，它不接收协调节点发送的控制命令，但接收查询命令。例如温湿度检测、光照检测、烟雾检测等。安防节点主要对家庭中具有安全隐患的数据进行采集，例如红外线入侵检测等，该节点不接收协调节点发送的控制/查询指令，以门限触发的方式发送报警信息。控制节点主要通过Zigbee网络实现家电的控制，主要是接收协调节点的控制命令，返回查询命令的反馈值以及执行控制命令的状态值。主要包括：窗帘控制、照明灯控制以及万能遥控器控制等。

系统采用模块化的结构设计，每个Zigbee终端节点均包括Zigbee模块和控制接口部分。Zigbee模块主要负责Zigbee信号的无线收发，实现基于Zigbee网络与Zigbee协调器的数据通信。不同类型终端节点的Zigbee模块电路相同，而不同类型终端节点的接口电路却略有区别。模块通过引出通用接口，来支持智能终端功能的设计。通用接口主要包括JP1、JP2、JP3、JP4四个通用接口，其中的JP1、JP2口连接CC2430芯片，而JP3、JP4口连接传感器以及家电设备，因此需要设计JP3、JP4与家电设备之间的信息传输硬件电路。

（1）安防节点部分接口电路设计

当有人在防区内走动时，就会造成红外热辐射能量的变化。PIR传感器将感应活动人体与背景物体之间辐射能量变化并转换其为电信号。由外壳和菲涅耳透镜、PIR红外传感器、专用IC（WT8072）等电路组成热释电红外线感应器。原理图如下所示：当有人非法入侵时，WT8702的10脚（TRLAC）输出高电平，此电平信号接到JP3的P0.1脚。电路如图2.1所示。

（2）控制节点部分接口电路设计

为实现电动窗帘控制功能，系统选择L6203作为电机的功率驱动芯片，其中的IN1、IN2、ENABLE口与JP3的P0.0、P0.1、P0.4口连接，并选择B1电机作为控制节点的执行器，执行接收到的控制命令。电路图如图2.2所示。

（3）采集节点部分接口电路设计

与控制节点不同的是，传感器节点不需要添加中间电路，只需要将其I/O口与JP3连接即可，设计中采用SS-168型联网型烟雾报警器，烟雾传感器节点电路如图2.4所示。

2.2 协调节点设计

本设计针对智能家居系统硬件应该具有易开发、低功耗、低成本的特点，协调节点和终端节点均采用CC2430射频芯片作为Zigbee芯片，CC2430是无线SOC（System On Chip）设计，系统所需的一般电路都已集成在芯片内部，只需简单电路就能实现信号收发功能[2]。

协调节点是智能家居无线家庭网络的核心，负责建立和维护网络，并通过串口向智能网关发送终端节点上传来的数据信息，同时将控制中心传达的命令发送到相应的终端节点，具体结构如图2.5所示。与终端节点的不同之处在于协调节点不包含家电控制模块和信号采集模块。协调器节点在硬件平台上扩展了RS232串口，用于和家庭智能网关相连。

3.系统软件设计

3.1 Zigbee家庭网络配置

协调节点和终端节点通信的前提条件就是协调节点在空闲信道建立新的网络。因此在协调节点中需写入基于zigbee协议的无线网络配置程序。协调节点网络建立和配置过程如图3.1所示。节点上电后进行系统初始化，协调节点通过扫描空闲信道尝试建立一个新的网络。射频单元从当前频带的第一个信道开始检查该信道是否为空闲信道，若有另一个Zigbee网络处于该信道，协调节点将收到其反馈数据，并认为此信道已被占用，然后它会切换到下一个信道并重复该过程直到没有接收到任何反馈数据为止。一旦找到某个信道为空，它开始监听该信道并建立了网络。协调节点完成建网后，便开始监听网络请求并随时响应终端节点的入网请求[3]。

当收到终端节点的入网请求信号时，则发送信号来响应该节点的入网请求，同时更新地址邻接表。

3.2 终端节点入网设计

终端节点在程序下载时，就已经确定其网络组号以及节点序列号。因此，终端节点上电系统初始化之后，它会根据其网络组号需找该网络组所在的信道，一旦确定网络组所存在的信道后，发送入网请求并等待协调节点的入网响应信号，若在等待时间段内没有收到协调节点的入网响应信号，该节点将会重复上述入网过程，一直到接收到协调节点的入网响应信号为止。由于协调节点在接收终端节点入网时，会更新地址邻接表，因此，终端节点发送的入网请求的数据帧应该包含其网络组号以及序列号[4]。终端节点入网流程如图3.2所示。

3.3 终端节点软件流程设计

可以把家庭网络中的所有终端节点功能分为网络通信功能和设备操作功能两部分。协调节点的主要功能是网络通信和路由，相对于协调节点，终端节点的网络通信功能更简单。本系统中，采集节点需定时采集家庭环境数据并发送到协调节点，且同时它要监测网络中有没有发给它的查询信息，并接收处理。采集节点工作流程图如图3.3所示。

控制节点需接收控制命令来控制家电设备的工作状态，它的主要通信功能是RF消息接收功能。要使终端节点能够完成其功能，就必须在网络通信功能与设备操作功能之间建立连接，即需要在应用程序和网络通信功能之间建立接口。在程序中，通过定义相关的应用协议来实现。而安防节点，其设备操作相对简单，只需定时采集家庭环境中的安防数据即可。控制节点接收到不同的代码代表对该电气设备的不同操作，并将这些操作转换成电气设备能识别的命令，通过中间电路发送到家电设备。安防节点和控制节点工作流程图如图3.4所示。

4.结语

针对当前智能家居系统建设对于用户侧通信的需求，本文提出了基于ZigBee技术的家庭无线内网组网方案，该方案可使智能家居系统获得可靠的本地通信，对于智能家居系统的建设与发展具有重要意义。

参考文献

[1]吴却，廖力清.一种基于Zigbee的智能家居无线传感器网络的设计[J].桂林航天工业高等专科学校学报，2010，15 （4）：439-441.

[2]钟雄林.基于ARM9的无线智能家居控制系统[J].信息科技，2010（9）：231-232.

[3]杨浩杰，韩秀玲.一种智能家居监控系统的设计[J].微型电脑应用，2011，27（2）：49-51.