關(guān)于智能家居網(wǎng)關(guān)綜合系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

1、關(guān)于智能家居網(wǎng)關(guān)綜合系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)1 概述隨著計算機技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)、無線通信技術(shù)的不斷成熟，物聯(lián)網(wǎng)開始應用于社會各個領(lǐng)域，并不斷改變著人們的生活和消費方式。智能家居系統(tǒng)，是物聯(lián)網(wǎng)不斷普及時代應運而生的典型智慧工程案例，通過應用短間隔 無線通信方式，將傳感器、家用電器、多媒體等設備互聯(lián)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中管理與控制。智能家居系統(tǒng)采用嵌入式技術(shù)，使用網(wǎng)關(guān)傳感節(jié)點和平臺管理軟件對數(shù)據(jù)進展采集、傳輸與管理。在智能家居系統(tǒng)中，智能網(wǎng)關(guān)作為統(tǒng)一搜集家居環(huán)境中各電氣設備的信息及運行狀態(tài)的重要設備，對整個智能家居系統(tǒng)的性能起著關(guān)鍵性作用。通過智能網(wǎng)關(guān)，實現(xiàn)家居系統(tǒng)中各個節(jié)點互聯(lián)，用戶可以隨時隨地查看居室環(huán)境、控

2、制家庭中的電氣設備。因此，采用當前主流傳輸技術(shù)無線射頻收發(fā)技術(shù)及嵌入式管理平臺，設計基于ZigBee 技術(shù)的智能家居網(wǎng)關(guān)綜合系統(tǒng)，對開發(fā)及優(yōu)化智慧家居系統(tǒng)具有重要意義。2 智能家居網(wǎng)關(guān)綜合系統(tǒng)設計2.1 智能家居系統(tǒng)功能分析結(jié)合實際應用，智能家居系統(tǒng)主要實現(xiàn)平安監(jiān)測、信息獲取、節(jié)點控制等功能，因此涵蓋家庭平安、宜居生活、智能控制等智能子系統(tǒng)。(1)家庭平安子系統(tǒng)：實現(xiàn)廚房平安監(jiān)測、燃氣數(shù)據(jù)超標監(jiān)測、廚房報警，當狀態(tài)超出控制范圍，由網(wǎng)關(guān)發(fā)送警情短信給業(yè)主，或撥打 給物業(yè)。(2)智能控制子系統(tǒng)：包含家電控制和燈光控制，家電控制通過紅外轉(zhuǎn)發(fā)器實現(xiàn)對電視、冰箱、空調(diào)等家電設備的控制。燈光控制那么通過無

3、線的方式實現(xiàn)對燈光、強電智能開關(guān)控制器等設備的控制。(3)宜居生活子系統(tǒng)：包含生活效勞提示、居室傳感器與家用電器的反響控制系統(tǒng)。系統(tǒng)從互聯(lián)網(wǎng)中即時獲取當?shù)靥鞖庑畔?，具有推送信息、提醒等功能。居室傳感器與家用電器的反響控制系統(tǒng)實現(xiàn)溫濕度節(jié)點與空調(diào)扇及加濕器等居室溫濕度自動調(diào)節(jié)、光線節(jié)點與窗簾/照明燈的光線自動調(diào)節(jié)、紅外轉(zhuǎn)換器代替多個遙控器的紅外控制等。(4)系統(tǒng)設置：支持離家、居家、自由三種形式。離家形式啟動家庭平安,關(guān)閉宜居生活;居家形式啟動家庭平安,啟動宜居生活的根本級別監(jiān)控;自由形式可根據(jù)用戶生活習慣自由設置。在系統(tǒng)設置中可以預設 ，比方業(yè)主或物業(yè) 等。因此，結(jié)合以上智能家居系統(tǒng)功能，智能

4、網(wǎng)關(guān)綜合系統(tǒng)作為智能家居系統(tǒng)中的重要構(gòu)成，主要負責數(shù)據(jù)的采集、處理及傳輸。2.2 綜合系統(tǒng)架構(gòu)設計在整體系統(tǒng)功能分析的根底上，進展了綜合網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的架構(gòu)設計，系統(tǒng)架構(gòu)包含ZigBee 可燃氣體傳感器節(jié)點、ZigBee 窗簾控制器節(jié)點、ZigBee 溫濕度節(jié)點、ZigBee 光線傳感器節(jié)點、紅外轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點、ZigBee 控制插座等。智能家居網(wǎng)關(guān)綜合系統(tǒng)采用先進的無線通信技術(shù)，通過ZigBee短間隔 無線通信方式實現(xiàn)家庭根底設施與網(wǎng)關(guān)的互聯(lián)互通，省掉了繁瑣的布線。傳感器/執(zhí)行器采用2.4G 頻段，與智能網(wǎng)關(guān)之間以ZigBee 技術(shù)實現(xiàn)無線連接方式，通過Wifi 或Ethernet 將網(wǎng)關(guān)接入局域網(wǎng)，或

5、通過GPRS/3G 模塊將網(wǎng)關(guān)接入挪動互聯(lián)網(wǎng)。3 硬件系統(tǒng)實現(xiàn)基于以上對智能家居系統(tǒng)功能、智能家居綜合網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的設計架構(gòu)分析，系統(tǒng)硬件的施行主要包含智能網(wǎng)關(guān)、可燃氣體傳感器、無線窗簾控制器、溫濕度傳感器、無線插座繼電器等元件。3.1 智能網(wǎng)關(guān)智能網(wǎng)關(guān)是該系統(tǒng)中的核心構(gòu)件，通過智能網(wǎng)關(guān)，實現(xiàn)ZigBee網(wǎng)絡與wifi 網(wǎng)絡的無縫對接，完成數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和傳輸。傳感器感知并采集數(shù)據(jù)后，發(fā)送至此網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)再將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后傳輸至wifi 網(wǎng)絡。系統(tǒng)采用高性能的四核Cortex-A9 核心板，該核心板采用三星Exynos4412 作為主處理器，運行主頻可高達1.5GHz，Exynos4412 內(nèi)部集成了Mal

6、i-400 MP 高性能圖形引擎，支持3D 圖形流暢運行，并可播放1080P 大尺寸高清視頻。ZigBee 網(wǎng)關(guān)的接收芯片選用CC2530，該款芯片遵循IEEE802.15.4 和ZigBee 應用，經(jīng)濟且低功耗，且支持無線更新和大型應用程序，可編程輸出功率到達4dbm，在掉電形式下，只有睡眠定時器運行時，僅有不到1uA 的電流損耗，具有強大的地址識別和數(shù)據(jù)包處理引擎。圖2 網(wǎng)關(guān)芯片3.2 可燃氣體傳感器實現(xiàn)該系統(tǒng)選用MQ-5 氣體傳感器。MQ-5 適用于家庭或工業(yè)上的液化氣、煤氣天、燃氣監(jiān)測裝置。良好的抗乙醇和煙霧干擾才能，具有對液化氣、天燃氣、煤氣較好的靈敏度和快速響應及恢復特性。RGA：

7、讀可燃氣體傳感器地址段：用于存儲傳感器模塊地址命令：RGA地址：參加傳感器模塊地址數(shù)據(jù)：GAzzz(3 字節(jié)ASCII 碼數(shù)據(jù))可燃氣體傳感器測試ASCII 數(shù)據(jù)為123表示可燃氣體的ADC采樣值為0x7B。3.3 無線窗簾控制器實現(xiàn)通過ZigBee 模塊無線控制電機的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)窗簾的開啟與閉合。該模塊分兩路對窗簾進展控制，分別是窗簾1，窗簾2，可以同時實現(xiàn)雙層窗簾家居應用的要求。TDP：窗簾控制器地址：用于存儲傳感器模塊地址數(shù)據(jù)：yy = D1/D2 +0/1/2D1/D2：表示窗簾1 或20/1/2：0 表示窗簾開1 表示窗簾關(guān)，2表示暫停地址：傳感器模塊地址數(shù)據(jù)：OK3.4 溫濕度

8、傳感器選型選用SHT1x，包括SHT10, SHT11 和SHT15 型號。SHT1x 屬于Sensirion 溫濕度傳感器家族中的貼片封裝系列。傳感器將傳感元件和信號處理電路集成在一塊微型電路板。RSH：讀高精溫濕度傳感器地址段：用于存儲傳感器模塊地址命令：RSHWD 代表溫度傳感器，SD 代表濕度傳感器地址：參加傳感器模塊地址數(shù)據(jù)：WD/SD+zz(2 字節(jié)16 進制數(shù)據(jù))2 字節(jié)16 進制數(shù)據(jù)需要計算后，可得到溫度或濕度值3.5 無線插座繼電器選型無線插頭是最重要的控制元件之一，用于遙控、遙測、通訊、自動控制等。有密封型與半密封型兩種封裝方式，外形尺寸15.510.511.8，最大切換電

9、流3A，最大切換電壓300VAC60VDC，最大切換功率：750VA90W。TRE：測試繼電器地址：參加傳感器模塊地址數(shù)據(jù)：yy = E1/E2/E3/E4+0/1E1/E2/E3/E4：表示繼電器1 或20/1：1 表示閉合0 表示斷開地址：傳感器模塊地址數(shù)據(jù)：OK4 軟件系統(tǒng)實現(xiàn)通過以上功能分析及系統(tǒng)設計，實現(xiàn)了以嵌入式為根底，采用Android4.0，通過網(wǎng)關(guān)采集家居設施各相關(guān)節(jié)點數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)宜居生活、智能控制、家庭平安監(jiān)測等功能的智能家居網(wǎng)關(guān)綜合系統(tǒng)。系統(tǒng)施行過程中，按節(jié)點的功能劃分到各模塊，軟件在顯示數(shù)據(jù)的同時，寫入到后臺數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)為安防報警傳感器設置一定的閥值，在超過值時提示報警信息，并可以通過3G 發(fā)送到挪動終端。5 完畢語綜上所述，在智能家居控制系統(tǒng)中，智能家居網(wǎng)關(guān)是整個系統(tǒng)的中心結(jié)點，它在系統(tǒng)應用過程中承載著上傳下達的功能，通