时间：2023-02-06 01:55:57
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1.引言
近年来随着人民生活水平和知识层次的不断提高，人们也将注意力越来越多的放在了生活环境的安全性、舒适性和便利性上，因此也就产生了对家居智能化的需求；与此同时，在科学技术方面，计算机控制技术与电子信息通讯技术的飞速发展也促成了智能家居系统的出现。开发智能家居相关产品不仅能够满足人们生活的需要，对整个社会信息化进程的推动作用也不可忽略。
我们基于上海未来伙伴机器人有限公司创新套件设计了一套智能家居控制系统，利用结构部件、连接部件和传动部件以及传感器完美得组合在一起，通过能力风暴控制器、单片机系统、无线模块、GSM模块等，实现了家居的无线控制、远程控制、温控、安防控制等功能，使人们的生活更加便捷、安全、舒适。
2.系统总体设计方案
家居智能的基本目标是，将家庭中各种与信息相关的通信设备、家用电器和家庭安防装置连接到一个家庭智能化系统上进行集中或者异地的监视、控制和家庭事务性管理，并保持这些家庭设施与住宅环境的协调。根据智能家居所需要的功能，我们按照与家庭所处位置的远近，将系统归纳为远程控制、无线遥控控制和本地集中控制三种控制方式。
远程控制通过手机发送短信形式进行控制，此方案主要用到GSM模块和单片机，手机发送指令到GSM模块的SIM卡，然后根据用户的指令来控制家电设备或者接收报警信号并向用户报告。使人们身在外地就可了解家中的各种状态。
无线控制功能是通过无线发射接收模块实现近距离控制功能，主要包括对家电的近距离控制和接收报警信号，节省了无线通信不必要的费用，也省去了花在综合布线上的费用和精力。其主要电路由51单片机模块电路、无线发射接收电路、能力源控制器、AS-UⅢ智能机器人组成。
“自动+手动”控制包括路灯、太阳能草坪灯、走廊灯控制的自动控制，可节约能源。空调、花园浇水、窗帘是采用“自动+手动”控制，既可以自己通过按键控制开关，也可以自动控制。
3.硬件电路设计
3.1 无线控制系统
用户通过终端控制器发射指令，由接收系统对电饭煲、热水器、排风扇进行开关控制。用户通过终端控制器发射相关指令，接收系统对大门、车库门、房门也可进行开关。采用AT89C51单片机，通过功能按键选择以上的开关控制，由12864液晶显示器进行显示相关状态，同时蜂鸣器起到报警的作用，使用2400bit/s无线模块实现近距离无线控制。无线终端控制器的框图如图1（左图）所示。接收系统通过解码实现对家用电器、门等控制。同时门上安装磁敏传感器检测门的位置，使门实现自动开关功能。接收系统的框图如图1（右图）所示。
无线终端器的电路原理图见图2所示，电源为5V直流电，12864液晶显示器中RP1可以调节显示器的亮度，S1-S6为无线终端控制器的功能选项按钮，S7为单片机复位按钮。AY1为蜂鸣器，当单片机20脚输出低电平时，Q1导通，蜂鸣器开始鸣响。2400bit/S为无线模块，当接收到无线信号时，单片机进行解码，并通过12864与蜂鸣器显示相关数据。
3.2 远程控制系统
用户通过手机发送短信，GSM模块接收到手机的指令，通过单片机进行远程控制电饭煲、浴室热水器、浴室换气扇等的开关。控制系统框图如图3所示。
手机发送指令给GSM指定号码，从而实现远程控制的功能。指令表见表1。
3.3 “自动+手动”控制
3.3.1 温控系统
卧室内，用户可以“手动”设定空调的温度，使室内的温度控制在人体舒适度范围之内，当室内温度和设定温度有偏差时，就会“自动”启动空调开关，并且会自动进行制冷或制热的选择。控制框图如图4所示。
3.3.2 自动洒水系统
通过传感器检测土壤湿度，土壤干燥时启动洒水系统为花草浇水，当湿度达到一定值时，洒水机停止工作，或人为进行洒水系统的开关。控制系统的框图如图5所示。
3.3.3 风力发电系统
当风力达到一定时，风力发电系统自动工作，由存储装置储存电能，供电给用电器。
3.3.4 自动太阳能草坪灯系统
白天，通过屋顶上的4块太阳能板进行蓄电，晚上，电池给草坪灯进行供电，控制器采用5251专用芯片进行光线检测、升压驱动。
3.3.5 灯光控制系统
利用光敏传感器检测太阳光，当白天接收到太阳光时，路灯灭。晚上接收不到太阳光时，路灯点亮；利用声音传感器检测走廊声响，当有人走过发出声音时，传感器接收到信号，走廊灯亮，延时10秒后，走廊灯熄灭；利用光敏传感器检测环境明亮程度，当早上接收到太阳光时，电机正转，窗帘打开；晚上光线比较弱时，电机反转，窗帘关闭，框图如图6所示。
3.4 安防系统
本系统设计的安防系统包括防火系统、防盗系统和紧急求救系统。框图如图7所示。
利用温度传感器检测室内温度，当发生火灾时，温度升高，启动报警功能，房屋周围4个LED灯闪烁，喇叭声音报警，同时灭火系统（喷水）启动。并通过无线模块向终端控制器发送一个信号，终端控制器报警以及时提醒房主，同时，GSM模块也向房主发送短信进行提示。
利用红外反射、接收装置安装在门上，当大门关闭时，如果有人进入，启动报警，无线控制终端显示盗贼进入，并报警，提醒房主及时处理，同时，GSM模块也向房主发送短信。
当别墅内人员（尤其是弱势群体的老人和小孩），出现紧急情况时，按下呼叫按钮，启动紧急呼叫系统，报警器会发出“呜呜～”的报警声，同时GSM模块也向房主发送短信，表示家中有紧急情况。
4.软件程序设计
本系统用的软件主要采用上海未来伙伴机器人有限公司提供的VJC流程图编程和单片机C语言编程相结合，VJC流程图编程更加直观形象，流程图采用模块化编程的形式，接近人类自然语言，流程图程序的形式与标准流程图完全一致，简单易学，是学习单片机C语言编程的基础。编译好的流程图下载到能力源控制器，然后进行程序的调试，最后实现其功能。
4.1 走廊灯路灯程序
4.2 风力发电与自动洒水
5.制作和调试
本系统利用上海未来伙伴机器人有限公司创新套件设计了一套智能家居控制系统，将结构部件、连接部件和传动部件以及传感器完美得组合在一起，搭建成一套家居系统的框架，再通过能力风暴控制器、单片机系统、无线模块、GSM模块等，实现了智能家居控制系统。实物如图10所示，经过调试，系统都完成了以上功能。
6.总结
本套智能家居控制系统具有以下创新点：
（1）无线控制和远程控制相结合，既能进行近距离无线遥控控制也能进行远距离控制。
（2）具有太阳能、风力发电装置，为晚上草坪灯供电，起到了很好的节能作用。
本套智能家居控制系统通过模拟实物制作和调试，都能达到智能家居的功能，达到预期的效果。在应用到实际家庭中，也能实现这些功能。因此对开发智能家居控制系统有一定的借鉴意义。
参考文献
[1]潘庆浩，古鹏.智能家居控制系统技术问题的研究与探讨[J].计算机工程应用技术，2008（6）.
[2]张周.ZigBee技术研究及其在智能家居中的应用[D].厦门大学硕士学位论文，2007.
【关键词】智能家居 PLC控制系统 硬件 软件
1 智能家居中PLC控制系统的总体设计
1.1 系统设计的总体框架
随着现代科技的不断进步和发展，智能时代已经到来。智能化已经运用到各行各业，而智能家居正在满足这消费者的需求。消费者在家居中逐渐追求实用性、多功能性等等，这也是智能家居提高竞争力的关键。对于消费者的这些需求，作为智能家居中PLC控制系统正好能够满足这些需求。智能家居中PLC控制系统主要包括：智能家居设备控制、家居环境的实时检测、安全防护等一些基本性的功能。智能家居中PLC控制系统也就是将用户家中的电器、门窗、空调系统、供暖系统等等整合为一体，通过远程遥控。当用户开动遥控时，家用电器会自动打开、门窗会打开，室内温度会自动调节，若发生危险时，报警系统会自动响应。
对于智能家居中PLC控制系统来说是为了满足用户的智能化需求，采用可编程控制器PLC技术和GSM短信息技术，在运用SMS进行信息的交互，主要包括自动控制、信息采集和远程控制三个部分。
1.1.1 自动控制
这主要是将PLC作为主要的控制器，通过电器的开合控制交流电动机的正反转来进行控制。比如以智能门为例，当用户发出开门的信息时，这时PLC接收到信号，并给PLC一个输入端，通过交流电机完成开门动作。
1.1.2 信息采集
也就是传感器的信息采集，主要包括室内温度湿度、烟雾、煤气等，并将这些信息传递给PLC，PLC根据室内实际的情况，做出相应的指令，以保证室内的温度、湿度的合理，安全性更加高。
1.1.3 远程控制
用户发出相应的指令传感器传给GSM信息模块，以实现与PLC的信息交互，PLC通过用户发出的指令，对家居状态进行解读，然后把信息传递给移动终端，如果检测到危险信号，会立即把相关信息传递个PLC主控制器，主控制器接到信息，迅速与GSM进行串联，再有GSM传递给用户终端，发出报警信号，提高室内家居的安全系数。
1.2 系统中的硬件的设计
智能家居中PLC控制系统中的硬件设计主要是智能防盗门的硬件设计、传感器系统的硬件设计和远程监测系统的硬件设计。
1.2.1 智能防盗门的硬件设计
主要分为三个部分。第一，电源中硬件设计，主要采用单相桥式整流电路，增加两个二极管连为一体的结构，实现交流电向中直流电的交换。第二，控制硬件系统，通过PLC控制电动机的运作，在输出端需要小型的继电器接入控制电路，使PLC控制正反向的输出点，转换并接触到电机的控制。
1.2.2 传感器系统的硬件设计
这一硬件设计中主要包括PLC、温湿度传感器、烟雾传感器等构成。当室内的环境出现异常时，出现异常的端口会执行相应的信息做出相应的预警信号。
1.2.3 远程监测系统的硬件设计
远程监控系统是通过PLC串口通讯方式与GSM进行信息的交互，并扩展为一个通讯的板块，安装在选件的板槽位中，并将PLC与GSM信息板块与串口线连接，以此能够更加便捷的与相应的PC机、单片机以及其它的主控制器相连接。
1.3 系统中的软件的设计
智能家居中PLC控制系统中的软件设计主要是智能防盗门的软件设计、传感器系统的软件设计和远程监测系统的软件设计三部分组成。
1.3.1 智能防盗门的软件设计
智能防盗门中实现的软件功能是：首先自动门受到用户发出的相应信息是否开启、关闭，在接受信息的过程中会遇到相应的阻碍，智能防盗门会根据相应的阻碍向相反的方向运作，如果遇到的障碍是比较危险的，那么智能防盗门会启动强制停止的功能，避免危险的发生。
1.3.2 传感器系统的软件设计
传感器系统中的软件的设计主要是通过各种传感器对家居环境进行相应的检测，当检测到的值超过限定值时，PLC就会做出相应的判断，执行中断的程序。同时，PLC也会检测GSM的信息模块是否接到了信息，如果接到了信息会将室内的环境信息传递给用户终端。
1.3.3 远程监测系统的软件设计
远程监测系统的软件设计主要包括AT命令、PLC中断程序的设计。AT命令是通过配置MODEM和相应的软件共同工作以此来实现远端系统完成相应的信息。在PLC串口中断程序的设计中，通过相应的指令设计，然后通过指令给予相应的功能，这样可以大大减轻PLC编程的影响。
2 结语
随着现代科技的不断发展，智能家居系统不断丰富着人们的生活方式，越来越多的消费者享受智能家居带来的便利，但对于智能家居的要求也越来越高，对于智能家居的稳定性和安全性成为主要的关注点，虽然在本文涉及到的PLC控制系统能够提升智能家居的稳定性和安全性，但是内部也存在一些问题，这需要未来科技和更多的人才进行解决，以满足更多消费者的需求。
参考文献
[1]李昊.智能家居PLC控制系统实现研究[J].科技创新与应用，2015（23）.
[2]唐义权.基于PLC的智能家居网络研究[D].宁波大学，2012.
[3]林承华，覃青生.基于GSM的远程控制系统[J].电气自动化，2012（01）.
[4]陈龙.智能家居自动控制与监测系统的设计与实现[D].内蒙古大学，2015.
作者简介
中图分类号TP39 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2014）123-0210-02
在现代科学技术及网络技术的推广普及下，人们的家居生活也朝着智能化方向发展。近年来，通过引起国外先进技术及自主研发技术的不断成熟，促使我国的通信技术、计算机技术、网络技术以及控制技术都形成了成熟的技术体系，随着这些技术体系逐步应用于各行各业，为行业的发展提供了新的发展方向。在现代科技影响下，智能家居系统已成为一种新兴产物，其为人们的家居生活提供环保、舒适及安全保障。
1智能家居含义与特点
所谓智能家居，是指以住宅为平台将家居生活相关的设备通过网络通信技术、综合布线技术、自动控制技术、安全防范技术及音视频技术等集成。虽然智能家居系统大部分都采用综合布线方式，但由于智能家居采用的技术标准与协议有所不同，仍少数系统（如电力载波等）系统没有采用综合布线技术。虽然采用的技术不同，但都有相对应的网络通信技术来进行信号传输[1]。所以，网络通信技术为智能家居集成的关键技术。自动控制技术与安全防范技术是智能家居系统中不可缺少的技术，通常在家庭防盗报警系统中安全防范技术得到了广泛应用，同时也应用于小区一卡通、家庭监控中。而在智能家居控制中心广泛应用到了自动控制技术，有利于实现科学化管理家庭设备和家庭能源。音视频技术主要应用在音视频集中分配、家庭影院及背景音乐，能够为家庭环境带来舒适感和艺术感。
1.1智能家居系统组成
智通家居系统包含了三个必备系统，即：智能家居控制管理系统、家居照明控制体系统及家庭安防系统。另外还包含了五个可选系统，即：家庭网络系统、家庭环境控制系统、背景音乐系统、多媒体与家庭影院系统。
1.2智能家居系统特点
智能家居系统特点主要体现在：1）能够实现灵活配置，增减模块根据其功能需要，有利于实现需求功能；2）多媒体人机操作界面；3）设定方便；4）开放式协议。
2智能家居系统技术的多元化特点
智能家居在生产企业、媒体的大肆宣传下，在我国家居市场上获得了较大的发展动力，各种新型的智能家居系统技术实现市场化推广。但其实并非如此，我们可列举两种常用的智能家居技术：1）红外技术、无线射频技术，该技术的优势在于不需要铺设线路，便于安装，但是不足之处在于穿透能力比较弱、传输距离短、信号安全较差，传输信号极易受到各种因素的影响而出现控制“死角”现象；2）该技术安装布线较方便，但电力线上的电器容易对其造成干扰，并且材料比较贵，其主要被用于光环境控制及多媒体信号传输等方面。通过对上述两种常用技术进行对比分析，其都有各自的优势与不足之处，只有根据使用环境、内容选取合适的技术，才能最大限度发挥技术的优势[2]。
同时，也能将不同技术进行交叉应用，通过先进的电力载波技术与无线技术，这两者之间可以起到相互协调作用。对于无线技术存在的缺陷通过电力载波技术来弥补，运用在智能安防、多媒体中心及无线网关控制等，对智能家居系统通过总控制平台实现统筹、协调工作。
3关于智能家居的技术应用
智能家居管理系统能够为住户建立起一个全新的家庭日程事务管理和住宅设施。其主要技术应用如下所述。
3.1智能安防控制技术
智能安防控制系统主要包括四大组成部分，即：一是报警系统；二是安防监测器；三是监控录；四是可视对讲。在住宅发生警情的情况下报警系统会自动报警，并且能够将报警信息自动传送给该小区物业，并且业主能够收到家居中短信报警系统及电话系统所传送的报警信息。此外，可视对讲不仅能够对来访者进行清晰识别，还能够实现业主与来房者进行对话，并通过遥控为来访者开门。
3.2智能家电控制技术
用户对电视、空调、电动窗帘、热水器及饮水机等家居设施通过电脑、电话及遥控等高科技设备就能够实现智能控制。用户可以根据自身的实际需求，对家电控制点进行自由添加和配置。应用智能家电控制技术，不仅有效节约了资源，还为用户提供了方便。
3.3智能灯光控制技术
传统的光灯控制开关如今已发展成为智能开关，使灯光能够通过感应进行控制。与此同时，对于灯光开关场景还可以通过环境氛围预先进行设计。该技术与现代社会发展的步伐相吻合，由此在设计理念上更加突显了以人为本的方针，在灯光设计中能根据不同的场景进行相应配备，如浪漫晚宴灯光、朋友聚会场景灯光、家庭影院放映灯光等[3]。同时，灯光模式会在用户外出的情况下自动调整，并且还会根据不同时段、外界光线进行调整。
3.4智能影音控制技术
通过安装智能影间控制系统，能够实现对DVD、有线电视及卫生电视等家居影音设备进行预设控制、前进与后退控制、音量控制及频道控制等全方位控制，并且在控制过程中不会受到时间的限制[4]。
总之，随着现代科技逐渐进入现代家居设计领域，这必将促使智能家居系统在现代科技的推动下将进入快速发展阶段，大量实用性的智能家居投放市场，在满足了消费者的实际需求的同时，也使得我国的智能家居逐步形成规模性的新兴产业。随着时代潮流的发展，智能家居系统设计企业面对市场需求积累了丰富的实践经验，随着设计工作进入到标准化发展阶段，这为我国的智能家居提供了一个重要的发展基础，在强大的市场需求下，我国的智能家居将拥有广阔的市场前景。
参考文献
[1]高明明，林森.基于GSM短信的智能家居控制系统的研究[J].微计算机信息，2010（12）：6-7.
一、概述
随着科技的发展，智能家居的日渐兴起给人们的家居生活带来了全新的感受，家居智能已成为一种趋势。智能家居中各种与信息相关的通讯设备、家用电器和家庭保安装置，通过家庭总线技术连接到一个家庭智能化系统上进行集中的或异地的监视、控制和家庭事务性管理，并保持这些家庭设施与住宅环境的和谐与协调。这些功能都是通过智能家居系统中的家庭网络控制器未实现的，家庭网络控制器具有家庭总线系统、通过家庭总线系统提供各种服务功能、并和住宅以外的外部世界相通连。可以这样说，智能家居系统是智能住宅的核心。由此可见，智能家居系统在智能住宅中的重要地位。
智能家居系统控制方式的解决方案分为有线方式和无线方式。由于多数智能家居系统的布线工程比较费事，所以在一些新的智能家居商家所研发的系统，就立足解决这个难题。目前这一问题虽然没有得到完全、彻底地解决，有难以满足视频和音频信号的传输，保密性差，接入设备昂贵等缺点。但随着4G网络技术的成熟，将会得到更好的应用和发展。所以就算价格就相对高一些，有的进口系统价位甚至高达10万元以上，还有部分系统采用的蓝牙技术，其产品也更为昂贵。即便如此，无线方式解决了布线的难题，随着网络技术的进步，已能基本满足视频和音频信号的传输。本文以2.4G射频技术为基础介绍一种性价比较高的智能家居控制系统。
二、智能家居控制系统设计方案
1.系统总体结构及工作原理
智能家居系统的总体设计主要包括了网络协议、系统硬件和系统软件三个主要的部分。智能家居系统由主机、从机、接口设备及各家电设备组成，主从机都有一个无线收发芯片，通过主从机间无线数据的收发，实现一个小型的无线智能网络。网络协议我们参考OSI模型，结合nRF24L01芯片的特性，以采用模块化、通用性设备为原则设计硬件电路，采用集中控制技术的控制方式，通过一个以单片机为核心的系统主机来构建，中心处理单元（CPU）负责系统的信号处理。同时把系统设备进行硬件功能划分，统一设计、统一接口，各硬件模块具有双向通信能力，以及互操作性和互换性，其控制部件都可以编程，增加了模块的通用性和实用性，为系统升级和维护提供有力的保障。
硬件收发模块采用一种新型单片射频收发器件nRF24L01，定义了物理无线信道和MAC子层之间的接口，提供物理层数据服务和物理层管理服务。nRF24L01是NORDIC公司生产的2.4GHz单片射频收发芯片,内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块，采用FSK调制,内嵌NORDIC公司的增强型Enhanced Shock Burst技术，内置链路层，可实现点对点或是1对6无线通信。其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置，有125个可选工作频道，频道切换时间短，可用于跳频，通过跳频可以减少干扰。首先MCU通过串口对nRF24L01进行信道参数配置，nRF24L01执行配置任务，主机执行发送数据包指令，通过空中接口完成数据信息包的发送与接收；从机接收数据信息，由从MCU执行任务，从而实现控制家电的目的。图l为系统总体框图。
图1 系统总体结构框图
2.主要硬件电路设计
(1)控制中心电路
控制中心节点在2.4G网络中充当协调器节点的角色，主要负责2.4G网络的建立，节点的管理等任务。在本系统中，控制中心节点需要对接受的数据进行处理，并通过键盘输入和液晶显示，以及通过RS-232串口与PC机连接通信。
3.串口通信单元设计
STC12C5A60S2增强型51芯片有一组串行口接口。本设计采用RS-232的9针D型连接器，在最简单的串行通信中，只需3根通信线连接：TXD串行数据发送，RXD串行数据接收以及GND信号地线。
4.无线收发模块
根据硬件设计要求各个因素，在基于2.4G无线传输控制网络智能家居设计中，采用了工作在2.4GHz频段的射频片nRF2401。单片射频收发芯片nRF2401工作于2.4～2.5GHz ISM频段，芯片内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等功能模块，输出功率和通信频道可通过程序进行配置。芯片能耗非常低，以-5dBm的功率发射时，工作电流只有10.5mA，接收时工作电流只有18mA，多种低功率工作模式，节能设计更方便。其DuoCeiverTM技术使nRF2401可以使用同一天线，同时接收两个不同频道的数据。
5.传感器电路设计
控制中心节点通过nRF24L01无线模块，接收各个传感器节点所发送过来的信息，并通过串口模块，把信息发送到上位机，在上位机的软件界面上直观地把各种数据呈现给使用者。传感器节点硬件主要由电源模块、时钟模块、无线模块、传感器模块组成。
三、结语
本文的智能家居系统利用无线网路芯片nRF24L01传输数据，硬件电路简单以增强型STC芯片作为系统节点控制器，极大地提高了系统的可靠性和稳定性。本系统使用方便,成本较低，超低功耗，集开放性、交互性、协作性、通用性、便携性等特点，使用稳定可靠，效率高，有良好的扩展性。
参考文献：
[1]詹宝容，庾锡昌.无线智能家居网络系统的设计[J].无线通信技术，2010(4):41-44
1.别墅智能化的发展现状和必要性
家庭智能化的出现已经有了将近20年的历史，最早从比尔·盖茨的豪宅开始，如今，那个高度科技化就如幻想故事片般，神奇的令人向往的智能生活已经开始逐步走入了一些在观念上同步于世界潮流，在生活上引领世界潮流的高品位时尚人士。
别墅通过智能化建设，以家庭综合布线为基础，以计算机网络和无线通信网络为桥梁，全面实现了家庭智能化生活。为了美化生活环境，同时为了清除消防隐患，保障家人的安全，有必要运用现代化的高科技手段，加强住宅区的基础建设，实现住宅区的信息自动化。
家居智能设计长久以来一直坚持的原则：健康性、安全性、舒适性、时尚性！
2.别墅智能家居设计带来的具体优势
2.1安全：人身安全——安防系统；用电安全——强弱电分离。
智能化系统与安防实现联动，给物业管理提供集中式管理的便利，提高紧急事故的快速处理能力，这将大大提高别墅的安防水平。（如，家里发生紧急安防事故时，能自动电话报警。）
2.2健康：饮水健康、自然清新空气、用眼健康。
在我们的日常生活中，空调循环的基本上是室内空气，晚上就寝卧室的空气、车库的空气等密封空间的空气，其实非常混浊。而且怎么才能让卫生间在每次进入时均保持自然清新空气？智能控制系统让排风扇对室内的污浊空气进行定时更新，时刻保持室内清新。
系统还可以对饮水机进行定时控制，避免水进行反复加热，使得饮水更健康。
我们在看书时需要明亮照明，看电视电影时需要柔和的照明，让灯光在需要的时候自动改变亮度，减少眼睛的疲劳，保护视力。这一切，在智能控制系统的控制下将不再是天方夜谈。
2.3舒适：所有电器、照明，无论身处何处，均可一键控制。
进行智能化设计后，您可以采用遥控器、电话、手机、电脑等多种操作模式对家里的灯光、饮水机以及电饭煲等家用电器进行控制，这将为您的日常生活提供很大的方便。忘记带钥匙，也无须担忧；老人小孩在家，尽可放心；客人来访，也无须起身开门，充分享受到高科技带给您的一份宁静与舒心。
2.4节能：减少不必要的电能损耗。
智能灯光控制系统下，自然合理的分配灯光照明，减少不必要的照明电能损耗。还可以根据外界光的强度值设定时段，自动调节灯光亮度。它还能够在我们不需要使用的时候自动切断电器电源，减少电器不必要的静态能耗。这样既符合您舒适的感觉，又能起到节能的作用。
2.5先进的技术，未来三十年均不需要重新投资，一次投入，长久享用。
结合了EIB集中控制技术与传统智能家居产品的智能控制技术。它是将两种技术进行完美的结合，并针对两者的优缺点进行技术突破和改造，达到和谐统一的集中控制系统。该系统上主要产品可根据不同需要，进行不同的组合和功能扩展槽的串接，不需经过重新布线便能通过简单的多元化升级，以达到功能拓展的目的。与传统的安装方式相比，可达到一次安装30年受益的效果。
3.别墅智能家居控制系统设计的具体解决方案
智能家居控制系统可提供智能家电控制、智能照明控制、环境控制以及安防控制等多种控制方式和手段。只需要经过简单的设置，就可以实现遥控、场景控制、远程控制、家居安防等各项功能。根据不同客户的具体情况，设计不同的智能家居控制系统，为倾心打造一个安全舒适高档的居住空间而努力。
3.1聪明听话——智能家电控制系统
家电是我们日常生活中的重要组成部分，对这些家电设备进行智能控制后，将会为您带来更加完美和谐的生活。比如：上班途中，突然想起忘了关家里的灯或电器，打个电话就可以把家里想要关的灯和电器全部关掉：冬天下班，打个电话把家里的热水器先预热，等回到家，马上就可以洗个热水澡，夏天下班，可以提前打开家中的中央空调，回到家里便能立刻享受清凉。也可以让新风换气系统、电饭煲、饮水机等等家电提前开始工作……，还可以在您跨入庭院的一刹那，您的庭院自动浇花系统、喷泉系统、庭院景观灯光系统等自动打开……
3.2流光溢彩——智能照明控制系统
智能照明控制系统贯穿着别墅的每一个地方，房间、过道的灯光都可以通过智能开关与智能控制主机相连接。您可以在别墅内任一个房间内控制所有灯光开关，免除劳苦地来回走动。同时，可以通过设置场景记忆模式来控制灯光开关、亮度等，随心所欲地控制客厅、餐厅、书房、过道的灯光照亮模式，同时灯光还可以与其它设备（如幕布、窗帘、电视／音响等）配合组合成复杂的场景。如 会客、读书、听音乐、晚餐模式、影院模式等等百变场景。
3.3健康环保——环境控制
（1）环保节能系统
在不需要使用电器的时候自动切断电器电源，减少电器不必要的静态能耗，并能减少人为遗忘切断电器的电能损耗。还可以根据外界光的强度值设定时段，自动调节灯光亮度，自然合理的分配灯光照明，减少不必要的照明电能损耗。这样既符合住户舒适的感觉，又能起到节能的作用。
（2）窗帘控制系统
清晨，也许不再需要那片刻间令人烦躁的闹钟将你吵醒，而靠的窗外的鸟语花香和柔和的自然阳光让您从睡梦中自然醒来。窗帘控制系统总是会最恰合时宜的开启窗帘，让室外清晨的花香飘入，让您懒洋洋的沐浴阳光。
配合灯光的场景，窗帘的自动开合，有时也能酿造出另一份浪漫的气氛。只需轻点遥控，它便能为您的隐私起到第一层保护。
（3）空气调节系统
酷暑炙热的夏天驱车回家，当您停车入库后，车库内换气系统可以通过（遥控）手动或自动定时控制将汽车的尾气和汽油的味道清除干净。等到次日清晨，自动定时的换气系统会将室外清晨空气中花香的味道注入车库，让你在享受晨曦的味道的时候，丝毫感觉不到汽车尾气的异味给您带来的不悦。
（4）自动浇花、给排水系统
别墅的阳台上种植了一些植物和花木，浇水也是可以进行智能化管理的，用遥控器就能直接启动浇花的电磁阀门。自动浇花系统的定时功能，让您完全不用担心因为工作的忙碌而忘记了你的花草宝贝。同时，系统还可以对游泳池的给排水进行控制，定时自动的对游泳池内的水进行更换，时刻保持水质的优良。
3.4隐形卫士——安防系统
（1）指纹锁
别墅门口装设指纹门锁，在您和家人非授权的前提下，任何人都无法随意进出您的家庭。
（2）门磁、红外探测器
事先设置好防区，即可把整个别墅的安全置于无线安防报警系统之中。如果门窗被非法打开，立即通过无线警号现场声光报警并按预先设置好的报警电话号码发送警讯给主人，并上传警讯到报警中心。
（3）烟感探测器
该探头为消防安防装置，若房中因火灾发生的烟雾浓度达到一定系数时，便立即报警，并通过智能控制主机发送警讯给管理处和主人，并立即启动火灾灭火系统来处置险情。
（4）燃气探测器
l引言
随着国民经济和科学技术水平的提高，特别是计算机技术、通信技术、网络技术、控制技术的迅猛发展与提高，促使了家庭实现了生活现代化，居住环境舒适化、安全化。这些高科技已经影响到人们生活的方方面面，改变了人们生活习惯，提高了人们生活质量，家居智能化也正是在这种形势下应运而生的。
2智能家居控制系统概述
智能家庭控制系统是以HFC、以太网、现场总线、公共电话网、无线网的传输网络为物理平台，计算机网络技术为技术平台，现场总线为应用操作平台，构成一个完整的集家庭通信、家庭设备自动控制、家庭安全防范等功能的控制系统。
智能家居控制系统的总体目标是通过采用计算机技术、网络技术、控制技术和集成技术建立一个由家庭到小区乃至整个城市的综合信息服务和管理系统，以此来提高住宅高新技术的含量和居民居住环境水平。
系统通常由系统服务器、家庭控制器(各种模块)、各种路由器、电缆调制解调器头端设备CMTS、交换机、通讯器、控制器、无线收发器、各种探测器、各种传感器、各种执行机构、打印机等主要部分组成。
3智能家居控制系统功能
智能家庭控制系统的主要功能包括家庭通信、家庭设备自动控制、家庭安全防范三个方面。
3．1家庭通信
家庭通信可采用电话线路、计算机互联网、CATV线路、无线局域网等方式。
(1)电话线路
通过电话线路实现双向传输语音信号和数据信号。
(2)计算机互联网
通过互联网实现信息交互、综合信息查询、网上教育、医疗保健、电子邮件、电子购物等。
(3)CATV线路
通过CATV线路实现VOD点播和多媒体通信。
(4)无线局域网
通过无线收发器、天线、各种无线终端，实现双向传输数据信号。
3．2家庭设备自动监控
家庭设备自动监控包括电器设备的集中、遥控、远距离异地(通过电话或Internet)的监视、控制及数据采集。
(1)家用电器的监视和控制
按照预先所设定程序的要求对热水器、微波炉、视像音响等家用电器进行监视和控制。
(2)热能表、燃气表、水表、电度表的数据采集、计量和传送根据小区物业管理的要求所设置数据采集程序，通过传感器对热能表、燃气表、水表、电度表的用量进行自动数据采集、计量，并将采集结果远程传送给小区物业管理系统。
(3)空调机的监视、调节和控制
按照预先所设定的程序，根据时间、温度、湿度等参数对空调机进行监视、调节和控制。
(4)照明设备的监视、调节和控制按照预先设定的时间程序，分别对各个房间照明设备的开、关进行控制，并可自动调节各个房间的照度。
(5)窗帘的控制
按照预先设定的时间程序，对窗帘的开启／关闭进行控制。
3．3家庭安全防范
家庭安全防范主要包括多火灾报警、可燃气体泄漏报警、防盗报警、紧急求救、多防区的设置、访客对讲等。家庭控制器内按等级预先设置若干个报警电话号码(如家人单位电话号码、手机电话号码、寻呼机电话号码和小区物业管理安全保卫部门电话号码等)，在有报警发生时，按等级的次序依次不停地拨通上述电话进行报警(可报出家中是哪个系统报警了)。同时，各种报警信号通过控制网络传送至小区物业管理中心，并可与其它功能模块实现可编程的联动(如可燃气体泄漏报警后，联动关闭燃气管道上的电磁阀)。
(1)防火灾发生
通过设置在厨房的感温探测器和设置在客厅、卧室等的感烟探测器，监视各个房间内有无火灾的发生。如有火灾发生家庭控制器发出声光报警信号，通知家人及小区物业管理部门。家庭控制器还可以根据有人在家或无人在家的情况，自动调节感温探测器和感烟探测器的灵敏度。
(2)防可燃气体泄漏
通过设置在厨房的可燃气体探测器，监视燃气管道、灶具有无燃气泄漏。如有燃气泄漏家庭控制器发出声光报警信号，并联动关闭燃气管道上的电磁阀，同时通知家人及小区物业管理部门。
(3)防盗报警
防盗报警的防护区域分成两部分，即住宅周界防护和住宅内区域防护。住宅周界防护是指在住宅的门、窗上安装门磁开关，在对外的玻璃窗、门附近安装玻璃破碎探测器；住宅内区域防护是指在主要通道、重要的房间内安装被动红外探测器或被动红外／微波双技术探测器。当家中有人时，住宅周界防护的防盗报警设备(门磁开关、玻璃破碎探测器)设防，住宅内区域防护的防盗报警设备(红外探测器或被动红外／微波双技术探测器)撤防。当家人出门后，住宅周界防护的防盗报警设备(门磁开关、玻璃破碎探测器)和住宅内区域防护的防盗报警设备(被动红外探测器或被动红外／微波双技术探测器)均设防。当有非法侵入时，家庭控制器发出声光报警信号，并通知家人及小区物业管理部门。另外，通过程序可设定报警装置的等级和报警器的灵敏度。
(4)访客对讲
住宅的主人通过访客对讲设备与来访者进行双向通话或可视通话，确认是否允许来访者进人。住宅的主人利用访客对讲设备，可以对大楼入口门或单元门的门锁进行开启和关闭控制。
(5)紧急求救
当遇到意外情况(如疾病或有人非法侵入)发生时，按动报警按钮向小区物业管理部门进行紧急求救报警。紧急求救信号在网络传输中具有最高的优先级别，由于是人在紧急情况下的求救信号，其误报的可能性很小
4智能家居控制系统类型
4．1系统类型
智能家庭控制系统可分成采用公共电话网的智能家庭控制系统、HFC的智能家庭控制系统、以太网的智能家庭控制系统、LonWorks的智能家庭控制系统、KS485的智能家庭控制系统、无线网的智能家庭控制系统等类型。
4．2基本特点、功能、适用范围
(1)采用公共电话网的智能家庭控制系统采用公共电话网的智能家庭控制系统图参见国家建筑标准设计<智能家居控制系统设计施工图集》03X602第14页。
·基本特点：家庭智能控制器内配置了与电话线连接的收发器，利用电话网络作为信息传输网。该系统不仅在功能上能完全满足要求，而且大大地简化了布线，可以节省布线的投资。
·系统组成：系统由系统服务器、家庭控制器(内置了与电话线连接的收发器)、路由器、收发器、各种探测器、各种传感器、各种执行机构、打印机等组成。
·系统功能：实现家庭通信、家庭设备自动控制、家庭安全防范。
·适用范围：该系统适用于新建、扩建的智能化住宅(小区)工程，且特别适用于改造的智能化住宅(小区)工程，利用原有的电话线就可实现数据信号的共网传输。
(2)采用HFC的智能家庭控制系统
采用HFC的智能家庭控制系统图参见国家建筑标准设计<智能家居控制系统设计施工图集》03X602第15页。
·基本特点：家庭智能控制器内配置了CableModem，利用有线电视的HFC网络作为信息传输网。该系统不仅在功能上能完全满足要求，而且大大地简化了布线，可以节省布线的投资。
HFC网络采用共享方式，其共享带宽为36Mbps。当上网人数较多时，上网的速度会变慢。由于CableModem设备费用较高，用户网络的开通费用高。
·系统组成：系统由系统服务器、家庭控制器(内置了CableModem)、路由器、电缆调制解调器头端设备CMTS、有线电视传输网络、各种探测器、各种传感器、各种执行机构、打印机等组成o
·系统功能：实现家庭通信、家庭设备自动控制、家庭安全防范。
·适用范围：该系统适用于新建、扩建的智能化住宅(小区)工程，且特别适用于改造的智能化住宅(小区)工程，仅将原有的有线电视HFC网络进行双向改造，就可实现数据和图像信号的共网传输。
(3)采用以太网的智能家庭控制系统
采用以太网的智能家庭控制系统图参见国家建筑标准设计<智能家居控制系统设计施工图集》03X602第16、17页。
·基本特点：家庭智能控制器内配置了以太网网卡，利用以太网作为信息传输网。以太网同时支持住户计算机和智能家庭控制系统。该系统不仅在功能上能完全满足要求，而且大大地简化了布线，可以节省布线的投资。
以太网传输速率较高，传输速率有10Mbps、100Mbps等。根据传输距离的要求，由小区物业管理中心至各楼交换机采用5类以上4对对绞线、多模光缆或单模光缆，由交换机至家庭控制器采用超5类4对对绞电缆。
·系统组成：系统由系统服务器、家庭控制器、路由器、交换机、各种探测器、各种传感器、各种执行机构、打印机等组成。
·系统功能：实现家庭通信、家庭设备自动控制、家庭安全防范。
·适用范围：该系统适用于新建、扩建和改造的智能化住宅(小区)工程，用以太网实现数据和图像信号的双向传输。
(4)采用LonWorks的智能家庭控制系统采用LonWorks的智能家庭控制系统图参见国家建筑标准设计《智能家居控制系统设计施工图集如3X602第21、22、23页。
·基本特点：采用一个覆盖全部ISO／OSI标准七层通信协议、开放性的LonWork总线技术，一台系统服务器最多可连接127台LONWorks路由器，一台LonWorks路由器最多可连接63台家庭控制器。每台家庭控制器为LonWork一个通道上的网络节点，每个网络节点包括有神经元(NEURON)芯片、振荡器、电源、一个通过媒介通信的收发器和与监控设备接口的I／O设备(电路)、存储器等。
LonWorks直接通信距离可达2700m(双绞线、78Kbps)，其通信传输速度最大可达1．25Mbps(此时有效传输距离为130m)。LonWorks路由器至小区物业管理中心线路长度超过2700m时，需在总线上加装中继器。传输线通常采用双绞线，根据需要也可采用同轴电缆或电力线。
·系统组成：由系统服务器、家庭控制器、路由器、LonWorks路由器、交换机、各种探测器、各种传感器、各种执行机构、打印机等组成。
·系统功能：实现家庭通信、家庭设备自动控制、家庭安全防范。
·适用范围：该系统特别适用于新建、扩建的智能化住宅(小区)工程。
(5)采用KS485的智能家庭控制系统
采用KS485的智能家庭控制系统图参见国家建筑标准设计<智能家居控制系统设计施工图集>03X602第18、19、20页。
·基本特点：KS485串行接口总线为主从式网络，它的通信为半双工、采用双向单信道连接方式。RS485串行接口总线的传输介质采用双绞线，它可以高速地进行远距离传输，传输速度与传输距离的技术指标如下：传输速率为10Mbit／s时，最大传输距离是12m；传输速率为1Mbit／s时，最大传输距离是120m；传输速率为100kbit／s时，最大传输距离是1200m。
·系统组成：由系统服务器、家庭控制器、路由器、通讯器、控制器、各种探测器、各种传感器、各种执行机构、打印机等组成。
·系统功能：实现家庭通信、家庭设备自动控制、家庭安全防范。
·适用范围：该系统特别适用于新建、扩建的智能化住宅(小区)工程。
(6)采用无线网的智能家庭控制系统
采用无线网的智能家庭控制系统图参见国家建筑标准设计<智能家居控制系统设计施工图集>03X602第24、25页。
·基本特点：利用无线作为信息传输网，该系统不仅在功能上能完全满足要求，而且从系统服务器至家庭控制器、家庭控制器至各种现场末端装置均采用无线传输方式，小区、楼内、户内无需布线，施工简单，可以节省施工的投资。
无线网的工作频率符合IEEE802．11b标准要求。
·系统组成：由系统服务器、家庭控制器、无线收发器、各种探测器、各种传感器、各种执行机构、打印机等组成。
·系统功能：实现家庭通信、家庭设备自动控制、家庭安全防范。
·适用范围：该系统适用于新建、扩建的智能化住宅(小区)工程，且特别适用于改造的智能化住宅(小区)工程，不用敷设线路就可实现数据信号的传输。
5系统设计及产品选用要点
5．1智能家庭控制系统类型的选用
新建、扩建的智能化住宅(小区)工程，宜采用LonWorks的智能家庭控制系统、以太网的智能家庭控制系统或采用RS485的智能家庭控制系统。改造的智能化住宅(小区)工程，宜采用公共电话网的智能家庭控制系统、HFC的智能家庭控制系统或无线网的智能家庭控制系统。
5．2家庭控制器的选用
家庭控制器的选用主要包括功能、总线技术及模块化设计、扩展功能、可按用户的基本要求进行配置等方面的选用要求。
(1)家庭控制器功能的选用
家庭控制器通常具有以下功能：
·家庭防盗报警；
·家庭火灾报警；
·家庭燃气泄露报警；
·家庭紧急求助；
·远程设防与撤防；
·远程报警；
·访客对讲；
·家用电器监控；
·家用表具数据采集及处理；
·空调机监控；
·接入网接口；
·小区电子公告；
·信息查询；
·家用设备报修等。
(2)家庭控制器功能的选择
在工程设计中，家庭控制器功能的选择可参见下表所示。
5．3总线技术及模块化设计
·家庭控制器要求采用总线技术，如LonWorks、R5485、BACnet、C^NBlls、CEBus、X一10；
·家庭控制器要求采用模块化设计，以便用户可以根据需求选择不同的模块完成不同的功能。
5．4扩展功能
家庭控制器要有一定的扩展功能，考虑能适应今后发展的需要。
5．5可按用户的基本要求进行配置应能根据用户提出有哪些被控设备及监视控制要求(功能要求)等因素，来对家庭控制器组成进行配置，包含模块种类的选择和各种模块数量的选择。6设备的安装
6．1交换机、路由器、控制器、放大箱、分配箱、电话分线箱
这些设备均应安装在电气竖井内或公共走道的墙上(内)。
6．2家庭控制器
暗装(或明装)在墙内(上)，其底边距地面1．4m左右。家庭控制器应设置在住户大门附近(宜距户门0．5m以内)，且容易操作(包括设防与撤防)的地方。
6．3可燃气体探测器
安装在厨房内的燃气管道、灶具附近，当住户使用的是天然气，燃气探测器吸顶棚安装在距顶棚300ram以内的地方；当住户使用的是液化石油气，燃气探测器安装在距地面300mm以内地方。
6．4感温探测器设置在厨房内，它吸顶棚安装。
6．5感烟探测器设置在起居室、卧室等房间内，它吸顶棚安装。
6．6紧急按钮开关
设置在起居室沙发和主卧室床头附近的墙上，及卫生间的墙上。紧急按钮开关暗装在墙内，其底边距地面0．5m~1．2m。
6，门(窗)磁开关
安装在门扇和门框内或窗扇和窗框内。
6．8玻璃破碎探测器
安装在窗户和玻璃门(阳台)附近的墙上或吸顶棚安装。
6．9被动红外侵入探测器和被动红外／微波双技术探测器
安装在住户的主要通道、重要的房间内，它吸顶棚安装或安装在顶棚的墙角处。
6．10红外遥控器
安装在被控电器设备正面附近的墙上，距离不能超过红外线工作范围，且与电器设备之间没有遮挡。
7工程设计实例
以二室户型为例介绍户内的智能家庭控制系统设计，设计标准采用康居住宅先进级(3A)。采用以太网的家居控制系统，家庭控制器与户内各模块之间采用R．$485总线，家庭控制器可通过电话线或计算机网络接收控制指令、发出信息，所选用的家庭控制器具有可视访客对讲功能。家居控制系统图参见国家建筑标准设计<智能家居控制系统设计施工图集>03X602第17页，二室户型家居控制平面图参见图1、2所示，家庭控制器与室内设备的连接参见图3所示。
在起居厅、卧室设置了感烟探测器，厨房设置了感温探测器、可燃气体探测器，各房间的窗户、阳台推拉门上及附近设置了门(窗)磁开关和玻璃破碎探测器，起居厅设置了被动红外侵入探测器，起居厅、卧室、卫生间设置了紧急按钮开关。对电、水、燃气进行计量；可对餐厅、起居厅、卧室的灯进行控制；当可燃气体探测器探测到有燃气泄漏后，联动控制关闭燃气管道上电磁阀、开启排烟风机；当有各种探测器报警后，联动警报发声器发出报警声音。
家庭控制器共提供13路输入：电度表(电度表安装在照明配电箱内)、燃气表、热能表、可燃气体探测器、感温探测器、感烟探测器、紧急按钮开关、被动红外侵入探测器、玻璃破碎探测器各1路，水表、门(窗)磁开关各2路。
家庭控制器共提供7路输出：警报发声器控制1路、燃气管道上电磁阀控制1路、排烟风机控制1路、照明控制4路。
一、引言
目前，人们为家庭生活置了冰箱、电视、洗衣机、热水器、净水机、抽油烟机、可视电话等自动化电器设备，提升了家庭生活的智能化水平，采用智能家居控制系统可以提高自动化管理、控制电器设备的能力，更好地方便用户控制家庭设备，保证家庭设备的自动化、正常化运行。
二、智能家居监控报警控制系统硬件功能设计
目前，许多家庭购置了防盗门窗和智能化家电，同时安装了功能完善的火灾烟雾传感器，因此可以利用物联网将这些自动化设备集成在一起，开发一个智能家居监控报警控制系统，具体的系统硬件功能包括以下几个方面：
2.1设备信息采集功能
电视机、冰箱、门窗防盗器、火灾烟雾器等设备上安装了传感器，利用传感器可以实现数据采集功能，经过电压转换、信号放大整形、A/D模数转换等，将其发送给单片机信号分析处理器。在采集信号的过程中，为了保证信号采集的准确性，传感器将外界信息转换成电信号，其中的电信号包括相关的数字信号和模拟信号，可以直接使用电器隔离可以直接使用电器隔离发送给单片机或微型计算机进行有效的处理；可以使用数据采集系统将多路被测量的模拟信号转换成数字量，再经过相关的单片机或或微型计算机进行数据处理，以实时地监控相关信息。
2.2设备操作控制命令管理功能
设备信息采集完毕之后，为了保证设备的正常运行，可以根据单片机的分析和处理结果，发送设备操作控制命令，比如如果发现热水器的温度高，可以发送降低温度的操作命令；如果发生了火灾，烟雾报警器就可以及时鸣笛或发送短信，通知居民使用灭火器扑救或通知消防队。
三、智能家居监控报警控制系统软件功能设计
智能家居监控报警控制系统需要实现的软件功能包括系统初始化、模拟摘挂机、控制电器、双音频信号分析处理器、信号音提示、振铃检测计数任务处理，系统初始化可以完成控制系统接入设备参数初始化，以便能够实现对信息的精准控制；模拟摘挂机可以实现系统报警提示，控制电器可以实现操作控制命令的生成和发出，双音频信号分析处理器可以实现对音频信号的处理和操作；信号音提示可以实现报警器声音的输入输出；振铃检测计数任务处理可以实现振铃的响应和处理，利用这些功能可以实现数据流转、信息处理。
结束语：智能家居控制系统可以实现对家用电器设备的远程控制、可视化交互、报警控制，保障了智能家居设备的安全运行、可靠运行，实现家居生活的便捷化、信息化、共享化和智能化，具有重要的作用和意义。
中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）02（b）-0032-01
智能家居也叫智能住宅，英文叫 Smart Home。也可以叫做网络家庭、电子家庭、家庭自动化等等。智能家居首先由美国、欧洲等经济比较发达的国家提出来的。其目标就是：“通过家庭内部的一个智能系统，将各种信息家电连接起来进行集中的或异地的监视控制”。
本文智能家居系统的设计，稳定可靠的硬件是基础，也是系统的重要组成部分。我们做系统硬件设计的时候，要考虑到它实现我们需要的各项功能，还要考虑到系统升级所需要的多端口和空间；还有，在设计智能家居系统的时候，硬件设计还要兼顾到软件设计的方便和易开发等条件。
本文设计的智能家居系统分为主机和分机两个部分。主机采用ARM9芯片S3C2440作为CPU，分机采用ARM9芯片CC2430作为控制器。系统整体框图如图1所示。
主机MCU S3C2440采用了ARM920t 的内核，0.13 um的CMOS标准宏单元和存储器单元。它低功耗，简单，全静态设计非常适合于对智能家居这样低成本、低功率设计的应用。它采用了新的总线架构 （AMBA）。S3C2440的优点是核心处理器（CPU），是一个由Advanced RISC Machines 有限公司设计的16/32位ARM920T的RISC处理器。ARM920T实现了MMU，AMBA BUS和Harvard高速缓冲体系结构。这一结构具有独立的16KB指令Cache和16KB 数据Cache。S3C2440为智能家居系统提供一套完整的通用系统外设，减少整体系统成本和尽可能少的配置额外的组件。
本智能家居系统主机MCU S3C2440的设备有人机接口LCD触摸屏，用来发送指令或处理接受到的分机的指令；USB摄像头是智能家居系统的监控单元，能实时的监控周围的环境，由于USB摄像头监控的视频画面所占存储空间较大，所以我们还需外加存储器来存储视频画面。
本智能家居系统主机与分机间的联系采用Zigbee无线通信。Zigbee是无线传感器网络的新技术。Zigbee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议。这个协议规定的都是短距离、低功耗的一种曲线通信技术。Zigbee具有距离近、复杂度低、自组织、功耗低、数据低、成本低的特点。一般会被自动控制和远程控制等领域使用，可以嵌入各种设备。总之，ZigBee就是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。
本系统采用的Zigbee技术有自动组网的功能，比如每人持有一个Zigbee网络模块终端，只要他们彼此间在网络模块的通信范围内，通过彼此自动寻找，很快就可以形成一个互联互通的Zigbee网络，由于人员的移动，彼此间的联络还会发生变化，对原有网络进行刷新，所以本系统的主机与分机在一定范围内可完成实时通信；ZigBee网络采用动态路由的方式，动态路由，就是指网络中数据传输的路径，并不是预先设定的，而是传输数据前，通过对网络当时可利用的所有路径进行搜索，并决定它们的远近，然后选择其中的一条路径进行数据传输。在实际工业现场，往往预先确定的传输路径，随时都可能发生变化，或者因各种原因路径被中断了，或者过于繁忙不能进行及时传送，动态路由结合网状网拓扑结构，就可以很好解决这个问题，从而保证数据的可靠传输；Zigbee技术使用网状网通信方式，网状网通信实际上就是多通道通信，在实际工业现场，由于各种原因，往往并不能保证每一个无线通道都能够始终畅通，就像城市的街道一样，可能因为车祸，道路维修等，使得某条道路的交通出现暂时中断，此时由于我们有多个通道，车辆（相当于我们的控制数据）仍然可以通过其他道路到达目的地，而这一点对智能家居系统非常重要。
CC2430是一个真正的系统芯片（SoC）CMOS解决方案。这种解决方案能够提高性能并满足以ZigBee为基础的2.4 GHz ISM波段应用，及对低成本，低功耗的要求。它结合一个高性能2.4 GHz DSSS（直接序列扩频）射频收发器核心和一颗工业级小巧高效的8051控制器。CC2430在单个芯片上整合了ZigBee射频（RF）前端、内存和微控制器。
CC2430使用的是基于低-中频结构之上的接收器，经过低噪声放大器将从天线接收的RF信号放大并且下变频变为2 MHz的中频信号。中频信号通过滤波、放大，然后经过A/D转换器转变成数字信号。自动增加控制，信道过滤，在数字领域完成解调，这样会获得高精确度，增加空间利用率。工作在2.4 GHz ISM波段的不同系统可以在集成模拟通道滤波器下良好共存。
位映射和调制在发射模式下的完成是按照IEEE 802.15.4的规范进行的。利用数字方式完成调制（和扩频）。进过D/A转换器的被调制的近代信号再经过单边带调制器的低通滤波和直接上变频，转变为射频信号。最后，片内功率放大器会把高频信号发达到可以设计的水平。
参考文献
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[2] 祝谨惠.浅谈数字社区和家庭自动化[J].山东电大学报，2005（3）：47-48.
1 智能家居的概念
智能家居是指利用先进的计算机技术、网络通信技术、综合布线技术，将与家居生活有关的各种子系统有机地结合在一起，通过统筹管理，让家居生活更加舒适、安全、有效。与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，提供舒适安全、高品位且宜人的家庭生活空间；还由原来的被动静止结构转变为具有能动智慧的工具，提供全方位的信息交互功能，帮助家庭与外部保持信息交流畅通，优化人们的生活方式，帮助人们有效安排时间，增强家居生活的安全性、舒适性，甚至合理控制各种能源的使用。
2 物联网智能家居控制系统的工作原理
智能家居控制系统是以有线和无线的形式连接起来的信息传输网络为硬件平台，各种网络技术为软件支撑平台，通过现场总线把家庭生活中使用的通信设备、家居设备、家庭安全防范设备连接成一个完整的、能够实现自动控制的一个控制系统。通过这个控制系统将整个家庭中能够连接到网络是的所有电气设备有机的整合到一起，并对这些设备进行有效的控制，形成功能完善的智能家居系统。智能家居在网络的帮助下，形成与外界的沟通渠道，以实现与外界的智能家居电器的信息交互。从而满足用户对家居实行远程监控，对家用电器远程控制和状态查询，满足人们对安全，舒适，便利的生活需求。
3 物联网智能家居控制系统采用的网络技术
基于物联网的智能家居控制系统主要使用了三控制种网络技术，包括RS-485总线技术，以太网联网技术和GSM远程监控报警网络技术。
3.1 RS-485总线的家居设备物联网络技术
RS-485串行总线标准，可以使智能家居设备通信距离从十几米延长为几公里，这完全符合家居设备对互联要求。有线的RS-485总线通信，结构相对简单，价格比较便宜，数据传输速率和通信距离适当。但是，使用RS-485总线技术互联的家居设备的前提，是要确定要互联的设备是即插即用设备。在整个家居系统中，嵌入式系统作为中继器，负责通过与RS-485总线互连的串行端口管理家用终端接入模块的作用。该系统采用嵌入式ARM处理器为总线主控设备，RS-485网络为基础的网络互联主从网络，通过轮询的方式检查各个接入设备的状态信息，无论何时保证仅存在一对主机和从机之间的通信，即接收数据或发送数据。家用设备作为总线从机设备，包括单片机控制器，接入检测电路和信号调节电路。接入检测电路，是为了满足智能家居终端对家居设备移除及新设备接入的检测，实现家居设备的即插即用功能。
3.2 GPRS的远程报警网络技术
GPRS是通用分组无线服务技术的简称，俗称“2.5G”，是位于第二代和第三代移动通讯技术之间的通信技术。是用户可用一种GSM移动数据业务。与GSM的数据业务相比，有以下优点：
（1）传输速率高，连接方便。GPRS通过使用GSM网络中，没有被使用的TDMA信道，传输速率得到保证，可连56至114Kbps。GSM网络使用电路交换数据模式时，在通信两端建立物理链路，并维持该链路到通信结束。GPRS在传送数据过程中，是把数据包划分成若干个分组之后，再进行传送的。这样容易获得更高数据速率，并且投资较小。进一步说，无线通信装置不必在它们之间附加中间设备，就可以方便地传输数据。
（2）资源利用率高。GPRS使用分组交换通信，通信过程中把数据分成具有一定长度的数据包。数据包头部包含了地址信息表明该分组发往的目的地址。当数据包分组到达时，根据该地址信息，寻找临时可用信道资源来传输数据，而无需预先分配信道。
4 控制系统设计研究
所谓智能家居的控制系统实际上充分应用了模块化的设计原理，如此一来其层次相对较为清晰、容易调试、维护以及对其功能进行充分的扩展与程序的不断移植，另外也能够有效的提升处理器的对工作的执行效率。当前控制系统主要以QT/Embedded作为其GUI的研发主要手段，能够充分实现本地图形的用户界面，同时实现系统的控制和设置。在系统充分运行同时初始化顺利完成之后，控制系统会对现阶段的状态实施分析研究，如果为正常运转的状态，那系统会自动运行对应的子程序段。反之则会使用GPRS模块实施报警操作。在警报出现的情况下，其触发的报警操作，此时系统打开全球定位系统设备同时实施初始化，另外依据用户设置的有关信息实施短信报警或者电话报警。需要特别注意的是，为了能够充分保证安全，一般情况下应该使用嵌入式WebServer来对其进行构建，同时可以适当加入密码进行验证。如此，用户可以使用真正认证的密码以及用户名，利用CGI来充分实现建立在WEB远程条件下的系统控制。
5 结束语
人类己进入21世纪，在高度物质文明的今天，追求环境绿色化、生活信息化己开成时尚，安全、舒适、方便、现代成为21世纪居家生活的象征。日益更新的现代科技的力量，打破了传统的时空界线，借助计算机网络和层出不穷的信息技术，改变了人类的生产、生活方式，科技正以超乎想象的速度更深刻地影响到人类的思维模式和生存状态。建设物联网智能家居具有时代的前瞻性，顺应了当今信息社会的潮流，对进一步提高居民水平和生活质量具有非常重要的意义，智能家居具有非常广阔的发展前景。
参考文献
[1]吴波.基于物联网的智能家居控制系统研究[D].江苏大学，2012.
[2]刘余，孟小华.嵌入式智能家居终端通信模块的设计与实现[J].计算机工程与设计，2010（8）：1689-1692.
中图分类号：TP311文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2008)05-10000-00
1 问题的提出
伴随着网络技术的发展与迅速普及，人们的生活方式正在发生深刻的变化。特别是计算机技术、通信技术、网络技术、控制技术的迅猛发展与提高，促使了家庭实现了生活现代化，居住环境舒适、安全、环保、节能。这些高科技已经影响到人们生活的方方面面，改变了人们生活习惯，提高了人们生活质量，家居智能化正是在这种形势下应运而生。
智能家居应该包含三方面的内容：(1)信息产品的家电化，如机顶盒、Web游戏机、Web电视、Web电话，还有PC、掌上电脑、手持PC、可穿戴PC等所有能通过网络系统交互信息的消费类电子产品；(2)传统家电的数字化和网络化，如电冰箱、洗衣机、微波炉、太阳能热水器等植入数字网络技术，使之工作于家庭网络环境的基础上；(3)基于家庭网络环境开发出的新的应用模式，如：家庭设备自动监控、安全防范等。
目前，家居智能化发展的状况如下：
日本是较早推动智能家居发展的国家之一，它较早地提出了家庭总线系统（ Home Bus System， 简称HBS ）的概念，成立了家庭总线(HBS)研究会，并在邮政省和通产省的指导下组成了HBS标准委员会，制定了日本的HBS标准。按照该标准，HBS系统由一条同轴电缆和4对双绞线构成，前者用于传输图像信息，后者用于传输语音、数据及控制信号。
比较成型的总线标准协议主要是美国公司提出的，包括Echelon 公司的LonWorks协议、电子工业协会(EIA)的CE总线协议(CEBuS )、Smart House LP的智能屋协议和X-10公司的X-10协议等。 LonWorks应用范围主要包括楼宇自动化、工业控制等，在组建分布式监控网络方面有较好的性能，目前全球已建立的LonWorks节点已经超过50万个。在四种协议中，X-10是历史最长且使用最简单的一种，它于1978年诞生于美国，至今仍是美国家庭自动化的主导系统。之所以说X-10协议简单是因为它直接利用住宅电力线作为控制总线，通过电力线将各控制器与各功能接口器相连并实现程序控制，不必再穿墙打孔，更有利于改变结构空间，用户可自己动手安装，价格也比较低廉。而CEBuS 作为电子工业推广协议，与欧洲的EHS标准同为欧美家庭自动化电子产品的行业推荐标准。
EIB欧洲电气接线装置总线智能控制系统，简称EIB?总线系统，是为电气接线装置专业打造的智能化控制系统。EIB总线系统作为欧洲安装总线标准利用一条双绞线作为控制总线，取代了传统数量繁多的导线，使照明、调光、百叶窗、场景控制、用电负荷控制、保安、供热系统实现智能化，并成为一个完整的总线系统。
我国对家居智能化并没有提出了统一的家庭总线系统，家电行业到目前为止，对于家居智能化的发展与先进国家相比，比较落后；科研投入不够，因而，真正家居智能家电产品不多。可以认为，我国对家居智能化研究正处于实验室研究阶段。
2 建立适合中国家庭的智能总线标准的设想
家居智能化有三大作用：其一、实现安全、智能化、人性化的近程及远程控制；其二、实现家用电器的节能；其三、实现信息共享。
家庭智能化要求诸多家电和网络能够彼此相容，总线协议是其精髓所在，只有接口畅通，家电才能“听懂”人发出的指令，因此总线标准的物理层接口形式是智能家居亟待解决的重要问题之一。智能家电控制系统的实现面临着两方面的问题：(1)家庭信息需求的具体化，即数字家庭的概念模型到实际模型，国内外都进行了一些有益的探索；(2)技术解决方案，包括网络接入方案和设备互连方案。
智能家庭控制系统是以网络为物理平台，计算机网络控制技术为技术平台，现场总线为应用操作平台，构成一个完整的集家庭通信、家庭设备自动控制、家庭安全防范等功能的控制系统。其总体目标是通过采用计算机技术、网络技术、控制技术和集成技术建立一个由家庭到小区乃至整个城市的综合信息服务和管理系统，以此来提高住宅高新技术的含量和居民居住环境水平。
我们应对建立适合中国家庭的智能总线标准进行深入研究，在了解、研究世界范围智能家庭控制的发展的同时提出并建立中国的智能总线标准，为我国的智能家居发展提供标准和技术指导。笔者认为中国家庭的智能总线可以参照日本的HBS和美国X-10协议制定我国的智能家居标准。通常智能家居系统内部传输接口可以通过两种传输途径来实现：其一是无线传输方式；其二是有线传输方式。我们可将家居用电设备基于控制特性分成若干类，这里包括网络化的信息产品、传统家电和基于家庭网络环境开发出的新的应用产品，由此，可以根据这些家电的特点，建起立家庭的智能总线。
首先建立中国的智能总线标准及协议，目前，家庭有电力线、电话线、网络线以及视频线，这些网线系统，笔者认为可以作为中国家庭的智能总线的载体，标准及协议可以分成三个部分，传统家电以电力线、电话线为控制载体，可以实行短命令控制方式；网络化的信息产品、基于家庭网络环境开发出的新的应用产品以网络线为控制载体，实行计算机系统控制方式；至于视频及安全防范系统，则应以网络线以及视频线为控制载体，实行计算机系统控制方式。下图是智能家居控制系统的框图。
图1 智能家居控制系统的框图
3 实现智能家居控制常见的技术与设想
对于智能家居控制，在建立智能总线标准及协议之后，对家电的控制关键在于接口，目前国际上流行的物理层系列接口主要包含无线射频（RF）、电力载波（PL）、双绞线（RS485等）、专用线IEEE 1394 、IEEE1394b、利用IEEE 1394 的HAVI 、蓝牙技术（Bluetooth）、无线通信以太网（IEEE802.11）、X11、无线通信HomeRF(Home Radio Frequency)、红外线技术等，这些接口涵盖了从以智能设备监控为代表的低速数据链路接口和以家庭多媒体娱乐和视频监控为代表的高速数据链路接口。从过往控制效果分析来看，电力载波（PL）、双绞线（RS485等）、蓝牙技术（Bluetooth）、无线通信以太网（IEEE802.11）、X11、红外线技术等比较适合智能家居控制，因此，在今后的研究中，我们应该加强对相关技术在家居控制的接口的深入研究，制定中国智能家居控制长远规划，统一制定全国的接口技术标准，设计并研发相关的接口IC，以利于中国智能家居控制的发展状大。下面笔者就一些接口技术做一些深入的探讨。
1)电力载波
电力载波主要使用两种方式：窄带通讯方式和扩频通讯方式。窄带通讯技术价格低廉并且较为容易实现；扩频通讯技术在抗干扰性能上扰于窄带通讯，但技术复杂。使用电力载波应用于智能化网络家电控制中有许多优点：（1）可以利用现有的电力线组网；（2）因为不必重新布网，所以可以节约财力、物力和人力；（3）易于实现；（4）目前市场上已经有多种电力载波芯片，可以择优选用。
但是将电力载波应用到智能化网络家电控制中还存在许多技术难点：（1）如何设计基于电力载波控制的智能化家电网络的体系结构；（2）如何制定电力载波通讯协议,使得它们之间能够相互可靠地传递信息；（3）如何克服电力载波固有的信号衰减、阻抗失配以及等幅振荡干扰等问题；（4）如何设计电力线接口（PowerLine Interface,简称PLI）。
2)蓝牙技术
蓝牙技术是由蓝牙SIG(Special Interest Group)联合制定的近距离无线通信技术标准，其目的是实现最高数据传输速率1Mb/s(有效数据传输速率是721kb/s)、最大传输距离为10米(增加功率后可传输100米)的无线通信。蓝牙技术具有以下几个特点：工作于2.4GHz的ISM(工业、科学、医学频段)频段，无需申请频率许可证；采用1600hop/s的快速跳频技术；采用正向纠错编码(FEC)技术；采用FM调制方式，设备简单；支持点到点、点到多点通信；协议体系完备，充分支持现有高层协议；设备体积小,便于携带或移动,成本低廉。基于蓝牙技术的家居智能网络是用近距离的无线通信技术取代线缆，构建智能化的无线家居网络。
蓝牙家居网络使蓝牙网络家电、蓝牙通信控制器和其它嵌入蓝牙模块的设备，利用无线方式连在一起,使之相互通信；同时，利用具有路由功能的蓝牙家庭网关和外部网络相连,构成家庭式网络系统或家庭局域网，提供集中的或异地的音频、视频通信、计算机控制和管理等，使信息在家庭内以及与外部之间充分流通和共享。蓝牙分布式智能家居网络是沿用工业控制方案，将控制功能下放到相当于工业控制中下位机的蓝牙通信控制器上，实现分散控制、集中管理的模式。
蓝牙智能家居网络中由于蓝牙技术和信息处理技术的局限，其缺点也是不可忽视的。其表现如下：由于每台蓝牙设备最多同时只能和7台设备保持连接，而蓝牙通信控制器需要和较多的设备交互，如果想和更多的设备协调，需要工作模式的转换，影响处理效率，甚至导致通信失败；由于同一设备可能接受很多信息，如果微处理器对信息采用排队处理，时间延迟将增加；在蓝牙分布式智能家居网络中，蓝牙通信控制器之间、蓝牙通信控制器和蓝牙设备之间、蓝牙设备都有信息传递，造成串扰，同时通信路数越多，串扰越大，通信距离和传输速率都随之降低。
3)射频（RF）技术与红外技术
射频（RF）技术成熟度高、成本低廉，穿透性也非常好，但缺点是没有统一的标准，各公司的通信协议都不一样；红外技术非常成熟、具有很好的灵活性和可移动性，成本也非常低廉，但受到障碍物的限制，没有穿透性，方向性较差，也没有标准的通信协议。目前，由于无线射频无需增加附加的布线资源，数据传输性能可靠且成本低廉，因而成为目前最现实和最受欢迎的物理层接口形式之一。可以预见，随着无线方式的逐渐成熟，它将在未来取代有线通信，成为家庭网络的最佳连接方式。
家电的控制关键在于接口，接口的关键在于由协议做成的控制集成电路，我国在半导体集成电路生产的研究水平较低，所以，今后，一定要从基础抓起，抓紧对家智能控制集成电路芯片的研究与生产；另外，也可利用现有相关技术，对家智能控制集成电路芯片进行开发，目前，有若干的集成电路芯片，可用于家电的智能控制，如电力载波控制的芯片，ARM技术芯片，以及目前较为常见单片机芯片。
很简单的讲，您家里空调、电视、DVD每样设备都单独使用一台遥控器，我们是否能够把他们几合一呢？岂不是更加方便？管理这么一堆设备从软件上来讲肯定是复杂的多了，从硬件方面当然也需要功能更加强大、功耗极低、价格更廉价的处理器来支持，32位的ARM处理器能够轻松完成以上需求。嵌入式系统领域显然已经成为另一种科学，也由于网络与通讯的高速进步，带动了信息家电，信息工业的潮流，嵌入式系统已经成为不可或缺的生活必需品。
图2ARM嵌入式应用于各行业框图
ARM公司并不生产芯片，他向芯片制造商提供知识产权，优异的体系结构和开放的平台，使ARM处理器应用非常广泛，各大公司都同时投入大量的人力研究ARM内核的处理器，这不同于CPU几乎由2家公司垄断生产，ARM处理器的选择范围非常宽广，同内核可以选择任意一家厂商的芯片。由于多家的支持努力，基于ARM内核的处理器芯片外设非常丰富，这个用户带来了极大的方便，很多情况都可以一个芯片就可以完成全部的资源需求。
ARM处理器的优点，ARM处理器本身是位设计，但也配备16位指令集。一般来讲存储器比等价位代码节省，然而保留了32位系统的所有优势。 ARM的Jazelle技术使Java加速得到比基于软件的Java虚拟机(JVM)高得多的性能，和同等的非Java加速核相比功耗降低80％。 CPU功能上增加DSP指令集提供增强的16位和32位算术运算能力，提高了性能和灵活性。ARM内核最初是位手持通讯设备设计的，所以他的功耗非常低。
由上可看出ARM技术是一个以开放性源代码进行开发设计的芯片，只要抓紧开发，我们就能开发适应与家电智能控制中央处理的芯片。
目前，单片机器件技术发展很快，例如单片机器件STC12C5410AD系列内设置1TCPU、12K闪存、有A/D转换、PWM输出、16位定时器等许多功能，其最大优点是可以用C语言与汇编语言混合编程，这些都为研发智能家电芯片提供方便，因此，笔者认为，单片机器件可以用于家居智能控制的单元型控制芯片。
4 结论
随着智能化技术的发展，实现家居智能控制的各方面条件更加成熟，笔者对家居智能控制的发展提出一些想法，相信对从事家居智能控制设计的人员会有一些帮助。
参考文献：
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中图分类号： TN911?34； TH811.2 ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； 文献标识码： A ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； 文章编号： 1004?373X（2014）23?0009?04
Abstract： A new smart home control system is designed in this paper. In this system， CC2530 is used as the master control chip， and the communication between a master machine and a slave machine is realized through ZigBee wireless technology. The slave machine gathers indoor parameters on temperature， humidity and work condition of household appliances by various kinds of sensors， and sends them to the master machine. The master machine analyzes the data from slave machine and turns electrical appliances on or off by issuing a control signal to the relay control module. Furthermore， the data from slave machine can be transmitted through a serial port to PC for storage and display. The practical test indicates that the system can realize fast detection of temperature and humidity， as well as monitoring and control of household appliances. This system with low?cost and high?practicality has good promotional value.
Keywords： ZigBee； CC2530； smart home； wireless communication
0 ； 引 ； 言
智能家居控制系统就是在住宅中融合自动化控制系统、计算机网络系统和网络通信技术于一体的网络化智能化的家居控制系统，能为用户提供一个更简单更便捷的接口来操控家庭电器。比如，通过PC、手机甚至是语音控制家中的电器设备，而且可以设置一些场景规则，使多个设备基于同一场景模式进行协同工作[1?2]。另一方面，智能家居系统中的各种设备都是联网的，可以相互通信，利用多个设备协同工作，形成一个闭环的自动控制系统。用户只需要对其简单设置将其初始化，便可以自动运行，这给用户带来最大程度的高效、便利、舒适与安全[3?4]。
基于智能家居具有非常强的实用价值，本文设计了一套基于ZigBee无线通信技术的智能家居控制系统。该系统能收集家中温度、湿度以及家用电器的工作状态等参数，从而实现对家用电器的智能控制。系统用两个CC2530无线单片机模块组成上下位机。下位机连接各种传感器，负责收集温度、湿度和电器工作状态等参数并发送给上位机；作为系统的控制中枢，上位机连接继电器控制模块，负责接收和处理下位机传过来的数据，并把控制信号下达给继电器控制模块来控制电器通断。另外，上位机还能将接收的数据通过串口传输到PC进行显示和保存。
1 ； 系统设计和工作原理
本系统使用ZigBee无线传输技术，系统设计框图如图1所示，可分为传感器信号发射端（即下位机）和信号处理端（即上位机）。下位机由传感器和一个ZigBee无线单片机模块组成，读取传感器的数据，然后将数据通过无线传输给上位机；上位机由一个ZigBee无线单片机模块和继电器控制模块组成，处理和分析下位机发送来的数据，从而判断打开或关闭自己所控制的工作电路，并且通过串口与PC进行通信。
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图1 系统组成框图
2 ； 硬件设计
2.1 ； ZigBee无线单片机模块
CC2530是一款真正意义上的针对IEEE 802.15.4和ZigBee应用的片上系统解决方案，提供了一种可靠而又价格低廉的网络节点构建方式。它集成了一种高性能的主流RF发射器、一款基于工业级的8051核心的微控制器、内置可编程闪存、8 KB RAM、不低于32 KB的ROM和许多其他强大的功能。CC2530有多种操作模式，以使系统更好地降低功耗，更好地满足实际应用。操作模式间很短的切换时间也保证了非常低的能量消耗[5?6]。
2.2 ； 温度测量模块
目前常用的温度传感器主要有模拟式和数字式两种。模拟式的温度传感器主要有PT100，它精度高，性能稳定[7]，工作温度在-200～650 ℃之间。但是由PT100构成的温度测量电路十分复杂，功耗和成本较大，而且普通测量对于温度测量的精度要求并不是十分高，所以本设计选用电路较为简单的数字式温度传感器DS18B20。该芯片是由美国Dallas半导体公司设计生产的一款数字式温度传感器[8]。温度测量电路如图2所示，采用DS18B20外部电源供电的方式，在DS18B20的数据总线上添加了一个4.7 kΩ的上拉电阻，这样在这条数据线上接多个DS18B20时，也有足够的电流驱动它们；而且其中一个DS18B20数据线短路时，该电阻也起到了限流保护电路的作用。
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图2 温度测量电路
2.3 ； 湿度测量模块
湿度测量模块感应部分为HS1101湿度传感器。HS1101是一种基于独特工艺的电容元件，湿度变化引起电容两极板间介电常数发生变化，从而引起HS1101电容值的变化。湿度测量电路如图3所示。555定时器构成的多谐振荡器输出信号的频率，随2端口与地之间的电容变化而变化。将HS1101接入555定时器的2端口与地之间，就将电容值转换成了输出信号的频率值。利用单片机可以测出555多谐振荡器输出信号的频率，根据频率值，就可以反算出电容值以及相对湿度值。
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图3 湿度测量电路
2.4 ； 电器工作状态感应模块
电压感应器需要与家用电器串联在220 V交流工作电路中，而家用电器的工作电流少则几百毫安，大则几安培，所以要先利用电流互感器将220 V家用电器电路的电流感应转换为小电流。经过如图4所示电路，输入电流转换为一个单片机可以测量的小电压。设电流互感器比例系数为[m][∶][n，]二极管正向导通时两端的压降为[UD，]那么对于[R9]两端电压[U9]有以下关系：
[U9=Iin?mn?R7-2UD?R9R8+R9]
电路使用全桥整流将50 Hz交流电路转化为直流电路，根据不同家用电器的工作电流，来调节电位器[R7]和[R9，]使得稳压管D2处于击穿状态，从而获得一个稳定的电压[U9。]输出端的电解电容进行了简单的滤波，使输出电压更平稳。
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图4 电器工作状态感应模块
2.5 ； 继电器控制模块
继电器控制模块电路设计如图5所示。因为CC2530输出电流很小，无法直接驱动电磁继电器，因此在输出端接了一个三极管，利用共射放大电路将电流放大后送给电磁继电器。电磁继电器后端做了一个简易的工作电路，工作电路工作则LED亮起。
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图5 继电器控制模块电路
2.6 ； 串口通信电路
串口通信模块的电路图如图6所示。MAX232芯片的11脚和12脚分别接CC2530芯片的P0_3和P0_2端口，这两个端口除了作为普通I/O端口，还是CC2530的USART0串口通信接口[9]。通过设置CC2530的USART0相关寄存器，即可与电脑进行通信。
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图6 串口通信模块电路
3 ； 软件设计
本系统软件也分上位机软件和下位机软件两部分。
下位机主程序流程图如图7所示。与AT89S52单片机相比，CC2530 有多个晶振，启动之初在CPU初始化中选择适当的晶振，然后初始化射频功能。CC2530可以在系统时钟之外设置定时器时钟，使之等于或小于系统时钟，默认状态为等于系统时钟。由于湿度测量时要精确定时到1 s，必须通过很多次系统中断来完成这个定时。如果减小定时器时钟，减少1 s内所需中断次数，能大大提高定时精度。
上位机初始化和下位机基本一致，只是多了一个串口初始化。上位机程序读取继电器控制的电器工作状态，结合从下位机处收集的温湿度数据对继电器进行控制，比如温度高时打开空调，湿度低时打开加湿器等，而后将控制动作发生前的所有数据以及采取的动作通过串口传输至PC显示出来。如果在PC端编写相应软件则可通过PC做更加有效的报警。上位机流程图如图8所示。
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图7 下位机主程序流程图
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图8 上位机程序流程图
4 ； 实验结果
经过软、硬件调试，系统成功地实现了温湿度的测量和家用电器的监视和控制。
用手按住DS18B20，PC端超级终端的温度显示情况如图9所示，显示的温度值增加。由于DS18B20是数字式芯片且可靠性非常好，工作电压为3～5.5 V，所以在正确驱动DS18B20之后，读取温度值一般即为比较准确的温度值。
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图9 PC端超级终端温度显示
将湿度传感器接入电路，朝湿度传感器哈一口气改变环境湿度值，PC超级终端接收到的湿度值变化情况如图10所示，哈气之后湿度值变高。
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图10 PC端超级终端湿度显示
将图4中[R7]设定为1 kΩ，[R9]设定为50 kΩ在Multisim软件中进行仿真，仿真结果如图11所示。正弦波为[R7]两端电压波形，另一个波形为[R9]两端电压也就是最终输出CC2530的电压，从仿真结果可以看出，电路输入0.5 s后输出端电压稳定于3 V左右，可以被CC2530读取。虽然输出电压0.5 s的上升时间有点长，但普通家用电器不需在短时间内反复开关，所以本电路基本能达到智能家居控制系统的要求。
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图11 仿真结果
5 ； 结 ； 语
为了实现家居的智能管理，本文设计了一种监控家庭温度、湿度以及家用电器工作情况等参数的系统。实验证明，该系统能够准确及时获得温度、湿度以及电器工作状态各项参数，并且通过处理这些参数实现对部分家用电器的自动化控制。本系统基本完成了智能家居控制系统的设计要求，其他参数的传感测量、控制和本系统中的温度、湿度等有很大的相似之处，附加相应的传感器即可。随着物联网技术的进一步发展，无线传感芯片性价比进一步提高，智能家居必会带动家用电器领域的革命，使得家居生活更加便捷、美好。
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