智能家居系统设计方案
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篇智能家居系统设计方案范文，相信会为您的写作带来帮助，发现更多的写作思路和灵感。
智能家居系统设计方案范文第1篇
关键词：家庭网络；WLAN技术；OPNE
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）30-0196-02
1 WLAN概述
近几年，移动通信技术从2G到4G，使移动设备也能享受到有线宽带的网速，但在移动用户较密集的区域网速总是十分慢。其次，在建筑内，网络信号因为穿透性的阻碍，信号强度也不够高。对于室内和人口密集的局部区域，我们的期望不再是网络的移动性，而是更偏向于网络的速度和稳定性。WLAN技术利用射频的技术，使用电磁波，取代旧式碍手碍脚的双绞铜线所构成的局域网络，在空中进行通信连接，使得无线局域网络能利用简单的存取架构让用户透过。
2 家庭网络设计方案及仿真
2.1 仿真软件OPNET简介
OPNET就是一个网络仿真技术软件包，它能够准确的分析复杂网络的性能和行为，在网络模型中的任意位置都可以插入标准的或用户指定的探头，以采集数据和进行统计。通过探头得到的仿真输出可以以图形化显示、数字方式观察、或者输出到第三方的软件包去。其产品结构有ItDecisionGuru、Modeler、Modeler/Radio三个模块组成，能为用户提供一系列的仿真模型库，在电信、军事、航天航空、系统集成、咨询服务、大学、行政机关等方面被广泛应用。
2.2家庭网络设计方案
基于WLAN室内组网设计的应用场景，仿真对象为100*100m的住宅环境，针对家庭网络进行组网设计。首先，对网络设备进行设置，以太网入户，一台以太路由器进行协议转换，并且以太路由器可以将有线信号转换为Wi-Fi信号，提供给家庭移动互联设备使用。其次，若家庭面积较大或因建筑结构问题，有的区域内无法完全被Wi-Fi信号覆盖，则需要进行扩展，这里我们选用10Base-T，即传输速度10Mbps的非屏蔽双绞线进行有线连接，选用3com公司的小型交换机作为以太路由的扩展，实现家庭网络的全覆盖。
本次家庭网络设计的过程是先了解家庭网络的结构，其次进行初步设计。初步设计使用VISIO进行模拟，绘制网络拓扑图，给出家庭网络的初步设计思想，即网络的结构组成。然后通过OPNET进行对应的网络模型搭建，搭建完后选取需要收集的结果统计量，最后进行网络性能分析。
2.3家庭网络建模
2.4 OPNET网络仿真配置及相关数据量的采集
完成建模后，对网络进行参数配置，这里对每个无线节点及路由器选择802.11g协议，传输速率设置为54 Mbps，仿真时间设置为300s，这些在仿真过程中为不变量。为了对比网络性能，可变参数为节点数量及门限值。门限值对比我们选择系统默认的none和门限值256进行对比。
3 仿真的网络性能及结果分析
3.1减少移动节点后的网络的性能变化
移动无线节点的数量变化，会影响家庭网络的性能。因此，减少节点数目后，再次研究网络的数据丢失率，延迟，负载，吞吐量就可以知道节点数目对网络性能的影响。由于节点数量的减少，吞吐量峰值从21000bit/sec下降到13000bit/sec，其次，网络的负载峰值从34000bits/sec降到18000bits/sec。
3.2改变门限值后网络性能的变化
门限值也是影响网络性能的一个重要参数。拆分门限就是指以字节的形式给出拆分门限及除了最后一个包以外的数据的大小，任何从高层接收的数据如果其大小大于此门限值，都要在MAC层进行拆分，在无线接口上分片进行传输。门限值为特殊值none表明不对任何数据分片，门限值256表示以256字节为拆分标准。
由图可以看出，拆分门限值从0变到256时，网络的数据丢失率下降，但是因为对于大于256字节的数据要进行分片传输，因此信道易造成拥堵，导致平均延迟时间变大。其次，门限值的加入使限制了负载和吞吐量，因此门限值为0的负载峰值能达到35000bits/sec，吞吐量峰值能达到22500bits/sec；但是门限值为256的负载峰值达到22000bits/sec，吞吐量峰值达到17000bits/sec。
4 仿真性能分析及结论
网络的整体性能随着负载的增加，吞吐量也逐渐变大。当负载达到某个值时，网络的性能达到最优，但是随着网络负载的继续增加，当负载达到一个峰值时，由于负载过大，延迟也会随着负载的变化逐渐达到最大值，之后随着负载的稳定，延迟也逐渐趋于稳定。
减少网络的节点数目，会导致网络的负载量减小，吞吐量也随之较小，但是网络延迟因为负载的降低而减小，因此节点数目的减小使网络在传输的即时性上性能提高。
增加门限值，由于每次传输前要对数据进行分片，因此使网络延迟增加，降低了即时性。但是同时，由于分片处理，网络的数据丢失率明显降低，提高了网络的可靠性和稳定性。门限值的加入，使负载和吞吐量也受到影响，两者都相应地降低 。
参考文献：
[1] 张雪强.WLAN接入网络组网建设探讨[J].价值工程，2010，29（28）：158-160.
[2] 江涛.无线网络技术导论[M].北京：清华大学出版社，2008.
[3] 杨士元. 智能家庭网络技术及其应用.北京：电子工业出版社，2002.
[4] 何健. 智能小区网络设计规划[J].科技信息，2011（1）.
[5] 李军，陈虎.WLAN网络优化设计[J].现代电信科技，2005（2）：37-40.
[6] 胡祝帮.智能化家庭网络的现状与未来发展[J].建设科技，2002（6）.
智能家居系统设计方案范文第2篇
0 引言
随着社会智能化程度的提高，楼宇建设和管理进入了智能化时代。而近年来，伴随经济的飞速发展和城市人口的急剧增加，盗窃、入室抢劫等事件的增多给人们的安定生活带来了很大的影响，因此越来越多的人在渴望拥有舒适、安全的生活空间，这也促使着智能家居的研究与应用。
智能家居是以住宅为平台，它是将建筑、网络通信、信息家电、设备自动化、系统、结构、服务、管理融为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的家居环境。智能家居是通过综合采用先进的计算机、通信和控制技术(3C)，建立一个由家庭安全防护系统、网络服务系统和家庭自动化系统组成的家庭综合服务与管理集成系统，从而实现全面的安全防护、便利的通讯网络以及舒适的居住环境的家庭住宅。
针对智能家居系统出现的一系列问题，本设计研发出一套基于手机控制的高安防系数且极具人性化的智能家居安防系统，本设计具有如下特点：
1.被监控设备的正常运行与监控系统的操作使用互不干涉;
2.系统主要设备采用结构功能的冗余设计，不会出现瓶颈问题;
3.系统具有全面监测全方位覆盖的特点;
4.系统集检测与控制于一体。
1 系统原理设计
本系统硬件由控制模块、检测模块、报警模块、执行器模块组成。其中控制模块选用的是C52单片机，优点是操作简单、价格低。检测模块包括热红外传感器、烟雾传感器、可燃性气体传感器、门磁/窗磁传感器、温湿度传感器，本设计因为经费原因只选购了烟雾传感器和热红外传感器，其他传感器均用模拟开关代替。本设计为了使演示更加直观所以执行器选择的是步进电机，在实际中可根据需求选择其它执行器(如继电器、电磁阀等)。系统结构图1所示：
2 系统硬件设计
系统的输入信号来输入按键及各传感器，系统的运行状态通过LED状态指示灯显示，通信模块是系统与用户交换信息的桥梁，既负责将系统异常信息报告给用户，又负责接收用户的控制信息和控制系统的运行。系统红外人体检测器选用ORIONEL-55型探测器，该传感器为被动探测型，在安装时应注意安装高度，不要安装在太阳直射的地方，探测器附近避免有散热器、加热/冷冻机器及空调，探测器前面避免有大型障碍物，探测器接线端子如图2所示。
系统选用的烟雾传感器为SS-168A型，该传感器属于电化学性质的烟雾传感器，报警器对烟雾敏感，对于灰尘、水雾及挥发性气体同样敏感，因此对那些灰尘大、经常有水雾等场所不适用，另外风速5m/s的风口也不宜安装，因为这些地方烟雾很难聚积。
系统报警方式包括本地声光报警、物业监控室异地报警、基于GTM900C模块的远程报警。系统选用的GTM900C通信模块具有GSM无线通信的所有功能，并提供标准的DART串行接口支持GSM07.05定义的AT命令集指令，直接使用AT命令即可以简便的实现短信息的收发，查询和管理。 GSM是一种多业务系统，可以依照用户的需要为用户提供各种形式的通信。习惯上，人们把话音业务与数据业务(或称非话音业务)区别开来：话音业务中，信息是话音，而数据业务传送包括电文、图像、传真及计算机文件等在内的其他信息。
3 系统优点
传统的监控系统往往是一种事后分析行为，等到异常发生时，造成了居所财产和人员严重损失之后，才调出数据发现问题实时性安全性较低。本系统优点有：
(1)采用多路报警，弥补人自身的缺点，传统的视频监控，由于人本身的生理特点，监视监控系统会疏忽，使不法分子有可乘之机。本系统多路自动报警解决了这一问题，发现问题自动报警避免人员疏忽。
(2)有效性，传统的报警系统有严重的误报漏报情况，本系统能实时监控多传感器融合，因此会有更高的有效性。
(3)快速性，传统的安全系统往往是发生事故响应时间长，有人进入处理事故，消耗的大量的时间，而本系统，系统内部就设有执行机构，可以自动执行管理程序，解决灾害。
4 总结与展望
本设计介绍了基于手机控制的智能家居安防系统的软硬件设计并详细描述了系统软件的运行流程。硬件部分由单片机(80S52)、GTM900C 通信模块、温度检测器、红外人体检测器、烟雾检测器、声波检测器、视频信息检测器组成。软件部分可设置为三种模式：接收模式、发送模式和收发模式，实际应用中使用收发模式。应用本系统能方便的实现家居系统的事故检测、事故报警和事故处理，具有高效、实时的特点，极大程度上提高了住所的安全性。智能家居安防系统是未来智能家居业发展的必然趋势，因此本系统的研究具有前瞻性和先进性，应用前景广阔。
作者简介
王飞(1990—)，安徽，长安大学，硕士研究生，专业：控制理论与控制工程专业，研究方向：智能家居。
智能家居系统设计方案范文第3篇
2009年1月2月合刊
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智能家居系统设计方案范文第4篇
关键词：智能家居，嵌入式系统，Windows CE，Visual C++，Delphi
1 绪论
目前，科学技术发展迅速，借助飞速发展的网络和信息技术，人们可以足不出户地纵览全球。为了适应信息化的需求，科研机构将智能化的理念引入小区管理，并进一步引入家庭，从而产生了智能家居的概念。将手机通信和以太网通信技术引入智能家居的设计，恰好利用了现有的良好的通信条件，使在外的业主能及时了解家中的安全，提高业主的安全感，而且通过手机实时控制家电，提高了业主生活的舒适度。
本文提出了基于嵌入式系统ARM10的智能控制平台的设计，功能包括了短信控制家电，传感器探测非正常环境并且通过手机短信告知业主，以及以太网实时视频监控等功能。
2 系统设计方案
2.1 硬件总体设计框图
根据上文的功能需要，设计出由ARM10为控制核心，单片机控制的家电控制模块和传感器报警模块，并且包含GSM通信模块的智能家居系统，硬件结构框图如图2-1所示。
2.2 控制核心选择
智能家居控制系统采用如图2-2所示的XSBase270作为开发平台，该平台基于Intel®高性能的PXA270处理器，支持Windows CE和Linux等嵌入式操作系统，是针对教学和实验的多功能实验平台。
PXA270处理器的最高主频可达520MHz，且该处理器被加入了Wireless MXX技术，大大的提高了多媒体处理能力，而且加入了Intel SpeedStep动态电源管理技术，在保证CPU性能的前提下，最大限度的降低设备功耗[1]。
XSBase270配置32M FLASH ROM，64M SDRAM，并配备了触摸屏、以太网、USB、串口、CF/MMC、PCMCIA等接口。满足了智能家居系统控制中心的硬件要求。
2.3家电控制板
家电控制板采用AT89C51为控制核心。扩展板的元件布局如图2-3所示，其上有四盏LED分别模拟四种家电，三个按钮模拟三种传感器。其中四盏LED分别连接单片机的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3；三个按钮分别连接P2.0、P2.1、P2.2。
2.3.1 串行端口电路
家电控制板采用串口与XSBase270实验箱进行通信，其采用了经典的兼容RS-232标准的MAX232芯片作为串口的电平转换芯片。电路的连接如图2-4所示：
如上图所示，家电扩展板采用的是常用的DB9头作为串口接口，其针脚定义图如图2-5所示：
其中2脚RxD为接收引脚，3脚TxD为发送引脚，GND为信号地引脚。一般情况下普通串口只接这几个引脚；特殊的串口，如蓝牙串口除接上述的三个脚之外，还接了DSR引脚和CTS引脚，是因为蓝牙串口的数据流输出采用这两个脚的信号控制；而其他引脚是跟MODEM相关的。在智能家居系统中，家电控制板接普通串口，GSM模块接蓝牙串口。
RS-232信号相对于信号地而言，在正负电平之间摆动。发送数据时，发送端输出的正电平在+5V到+15V之间，负电平在-5V和-15V之间。无数据传输时，线上为TTL电平。接收器典型的工作电平在+3V~+12V与-3V~-12V。由于发送电平和接收电平的差仅为2~3V左右，所以其共模抑制能力差，加上双绞线的分布电容，信号传输距离最大为15m，最高速率为20kb/s[2]。
MAX232包含2个驱动器、2个接收器和一个电压发生器电路，提供TIA/EIA-232-F电平。该器件符合TIA/EIA-232-F标准，每一个接收器将TIA/EIA-232-F电平转换成5V TTL/CMOS电平。每一个发送器将TTL/CMOS电平转换成TIA/EIA-232-F电平。
2.3.2 家电控制电路
家用电器控制的接口电路如图2-7 所示，K1～K4 为继电器，分别控制四路家电的闭合和断开，Q1～Q4 为继电器线圈电流驱动，电路由单片机的P1口进行控制，DD1～DD4 发光二极管用于显示某路控制电路的工作情况，主要为了调试电路而设置。
2.3.3 传感器接口电路
如图2-8 所示，在传感器没有报警信号时，光电耦合芯片处于截止状态，与之相接的单片机端口为低电平；当传感器有报警，传感器输出高电平，此时光电耦合芯片导通，与之相接的单片机端口为高电平，由单片机对报警信号进行采集并做出相应处理。
2.4 GSM通信模块
GSM通信部分采用如图2-9所示的西门子MC35 GSM/GPRS无线模块作为通信工具。它支持EGSM900和GSM1800双频，支持数字、语音、短消息和传真，使用AT指令控制发送短消息。它采用9V直流电源供电，通过RS-232串行端口与XSBase270试验箱连接进行通信。
2.5 视频监控模块
视频采集模块采用使用中星微（Vimicro）公司的ZC0301P芯片的摄像头， ZC0301P芯片可支持USB 1.1接口，硬件最高支持VGA分辨率（640×480）。在VGA模式下可达到15帧/秒速率，在CIF（352×288）和 SIF（320×240）模式下可达到30帧/秒速率。它通过USB接口连接到XSBase270试验箱。
2.6总体软件设计方案
根据智能家居的硬件设计方案，设计出软件的总体设计方案如图2-11所示：
其中:、
（1）家电控制系统和GSM网络通信各自独占一个RS-232串口。家电控制系统接XSBase270的红外串口，GSM模块接蓝牙串口。如图2-12所示。
（2）实时视频监控通过USB摄像头捕捉图像，图像数据通过以太网发送到PC客户端进行图像还原。
（3）以太网通信基于TCP/IP协议，测试环境为局域网，若投入到因特网的应用，则需要在服务端、客户端所在的局域网连接到因特网的网关——即路由器上，要进行端口映射，才可以进行网络的连接。
智能家居系统的软件基于Windows CE 5.0嵌入式操作系统。Windows CE被设计成一种分层结构，从下而上一共分为了硬件层、OEM层、操作系统层和应用层共四个层[3]。这种层次的结构将硬件和软件，操作系统和应用软件隔离开，以便于实现系统的移植。智能家居的软件设计主要是集中在应用层。
3 操作系统的定制
Windows CE 5.0嵌入式操作系统的定制依靠Platform Builder5.0完成。Platform Builder是微软公司设计的用于嵌入式操作平台定制与驱动程序的开发的工具。推出它的目的之一就是让用户可以更好的将嵌入式操作系统移植到特定的目标平台上。
3.1 BSP的安装
智能家居系统设计方案范文第5篇
[关键词]手势控制，智能家居
中图分类号：TP273.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）08-0167-01
0 引言
随着社会的发展和生活水平的提高，智能家居逐渐走入人们的生活。当前市场上存在多种类型的智能家居，如，遥控式、互联网式、声控式等等，但是现有的智能家居仍然存在着操作复杂、控制方式不精确、用户体验差等问题，这些问题制约着智能家居的发展。问题多由控制方式复杂导致，因此，智能家居急需一种简单方便的控制方式[1]。与此同时，嵌入多种传感器的可穿戴电子设备发展迅速，运动手环、智能运动鞋、谷歌眼镜等产品纷纷进入人的生活。设计一种使用可穿戴设备控制的智能家居，用户使用一些简单好记的手势即可控制智能家居，以提高智能家居的用户体验[2]。
1 系统设计思路
整个系统分为佩戴式手势控制装置和本地端控制系统两部分，佩戴端可以在用户需要操作家居时采集当前用户手势运动数据，包括手势的角度和加速度，并将这些数据通过蓝牙实时传输给本地端，本地端负责对这些数据进行处理，通过对比预先编好的功能表，即可实现操作对应家居的功能[3]。
2 佩戴式手势装置
2.1 硬件设计
手势控制端主要包括STM32C8T6、MPU6050和蓝牙模块。STM32C8T6是一款小型的ARM单片机，可以在保证运算速度的前提下缩小硬件体积；MPU6050是一个姿态传感器，可以检测出当前手势在X、Y、Z轴上的角速度和加速度，通过姿态解算程序，即可得出用户的角度手势数据。为了达到缩小体积，方便用户使用的目的，我们采用了印刷电路板的方式来制作佩戴端，进过多次改进设计方案，我们最终设计了如图1所示的5×5（cm）的PCB，电路图如图2。
2.2 软件设计
佩戴式手势控制端的软件部分主要功能是，在用户按下操作按键后的一小段时间内利用欧拉角解算MPU6050采集到的角加速度信息，计算出用户手势的角度数据，再利用蓝牙模块将角度数据实时传输给本地端，以达到控制家居的目的。下面具体介绍姿态解算算法。图3是使用欧拉角描述一次平面旋转：
设原坐标系绕Z轴旋转α角，原X轴矢量为，则旋转后的X轴矢量投影为，Y轴同理，由于是绕Z轴旋转，所以Z轴坐标未变，即有：
转化成矩阵形式为：
经过整理：
以上为绕一个坐标轴旋转一定角度的过程，可以得到对应的旋转矩阵，同理，也可以得到绕Y、Z轴单次旋转的旋转矩阵。而在现实中用户的手势动作可以看做是三维空间中三个坐标轴的欧拉角各旋转一次。
将三次的旋转阵相乘，即可得到表示此三维旋转过程的方向余弦矩阵，然后套用欧拉角微分方程，即可得到欧拉角结算出来的姿态：
上式左边是本次更新后的欧拉角，对应绕X、Y、Z轴的夹角。右侧是上个周期测算出的角度，三个角速度由安装在手势控制端的陀螺仪在这个周期内测得，陀螺仪根据一定周期内转动的角度（单位为弧度）除以周期T计算得到的。因此求解这个微分方程即可得出这一时刻的欧拉角。
3 本地端控制系统
本地端主要包括蓝牙模块、STM32F103ZET6和LED小灯等组成，本地端蓝牙模块设置为从模式，与手势控制端的主模块通过地址绑定后一对一通信，负责接收佩戴端的角度数据，当有数据进来时，单片机将之与预定角度范围比较，当符合时，点亮LED或控制对应电器，并屏蔽接下来一小段时间的蓝牙数据。不符合时，继续接收数据进行比较。
在实现点亮LED的基本功能后，设计规划了智能家居控制功能表，进而拓展智能家居的数量，通过不同的角度范围组合，可以实现控制多种智能家居。同时，为了尽量扩展可控制的智能家居数量、规范控制方式，设计编写了特定的通信协议。
4 结语
本系统实现了利用手势控制智能家居的目标，可以起到简化智能家居操作、提高用户体验的作用，通过拓展功能表还可实现更多的智能家居控制。并且手势控制端具有便利性和通用性，可控制更多更丰富的设备、可推广到更多领域，让更多人体验到科技发展的便利。
参考文献
[1] 朱敏玲，李宁.智能家居发展现状及未来浅析[J]. 电视技术，2015，（04）：82-85.
[2] 邓中祚.智能家居控制系统设计与实现[D].哈尔滨工业大学，2015.
