關(guān)于智能家居網(wǎng)關(guān)綜合系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)探究論文
關(guān)于智能家居網(wǎng)關(guān)綜合系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)探究論文
家庭智能網(wǎng)關(guān)是家居智能化的心臟，通過它實現(xiàn)系統(tǒng)信息的采集、信息輸入、信息輸出、集中控制、遠程控制、聯(lián)動控制等功能。現(xiàn)在路由器和電視盒子集成的技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)。它不僅對規(guī)范智能用電服務(wù)、促進用戶側(cè)智能電網(wǎng)建設(shè)具有重要意義，同時能帶來良好的社會效益與經(jīng)濟效益。以下是學(xué)習(xí)啦小編為大家精心準(zhǔn)備的：關(guān)于智能家居網(wǎng)關(guān)綜合系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)探究相關(guān)論文。內(nèi)容僅供參考，歡迎閱讀!
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1 概述
隨著計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無線通信技術(shù)的不斷成熟，物聯(lián)網(wǎng)開始應(yīng)用于社會各個領(lǐng)域，并不斷改變著人們的生活和生產(chǎn)方式。智能家居系統(tǒng)，是物聯(lián)網(wǎng)不斷普及時代應(yīng)運而生的典型智慧工程案例，通過應(yīng)用短距離無線通信方式，將傳感器、家用電器、多媒體等設(shè)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)進行采集、傳輸與管理。在智能家居系統(tǒng)中，智能網(wǎng)關(guān)作為統(tǒng)一收集家居環(huán)境中各電氣設(shè)備的信息及運行狀態(tài)的重要設(shè)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、控制家庭中的電氣設(shè)備。因此，采用當(dāng)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(shè)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(shè)計
2.1 智能家居系統(tǒng)功能分析
結(jié)合實際應(yīng)用，智能家居系統(tǒng)主要實現(xiàn)安全監(jiān)測、信息獲取、節(jié)點控制等功能，因此涵蓋家庭安全、宜居生活、智能控制等智能子系統(tǒng)。
(1)家庭安全子系統(tǒng)：實現(xiàn)廚房安全監(jiān)測、燃氣數(shù)據(jù)超標(biāo)監(jiān)測、廚房報警，當(dāng)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，或撥打電話給物業(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(shè)備的控制。燈光控制則通過無線的方式實現(xiàn)對燈光、強電智能開關(guān)控制器等設(shè)備的控制。(3)宜居生活子系統(tǒng)：包含生活服務(wù)提示、居室傳感器與家用電器的反饋控制系統(tǒng)。系統(tǒng)從互聯(lián)網(wǎng)中即時獲取當(dāng)?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饋控制系統(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(shè)置：支持離家、居家、自由三種模式。離家模式啟動家庭安全,關(guān)閉宜居生活;居家模式啟動家庭安全,啟動宜居生活的基本級別監(jiān)控;自由模式可根據(jù)用戶生活習(xí)慣自由設(shè)置。在系統(tǒng)設(shè)置中可以預(yù)設(shè)電話，比如業(yè)主或物業(yè)電話等。因此，結(jié)合以上智能家居系統(tǒng)功能，智能網(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(zé)數(shù)據(jù)的采集、處理及傳輸。
2.2 綜合系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計
在整體系統(tǒng)功能分析的基礎(chǔ)上，進行了綜合網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)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短距離無線通信方式實現(xiàn)家庭基礎(chǔ)設(shè)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)，或通過GPRS/3G 模塊將網(wǎng)關(guān)接入移動互聯(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(shè)計架構(gòu)分析，系統(tǒng)硬件的實施主要包含智能網(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(luò)與wifi 網(wǎng)絡(luò)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(luò)。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Mali-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(yīng)用，經(jīng)濟且低功耗，且支持無線更新和大型應(yīng)用程序，可編程輸出功率達到4dbm，在掉電模式下，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能力，具有對液化氣、天燃氣、煤氣較好的靈敏度和快速響應(yīng)及恢復(fù)特性。
RGA：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：加入傳感器模塊地址
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行控制，分別是窗簾1，窗簾2，可以同時實現(xiàn)雙層窗簾家居應(yīng)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 +0/1/2
D1/D2：表示窗簾1 或2
0/1/2：0 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)：OK
3.4 溫濕度傳感器選型
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：RSH
WD 代表溫度傳感器，SD 代表濕度傳感器
地址：加入傳感器模塊地址
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15.5×10.5×11.8，最大切換電流3A，最大切換電壓300VAC60VDC，最大切換功率：750VA90W。
TRE：測試繼電器
地址：加入傳感器模塊地址
數(shù)據(jù)：yy == E1/E2/E3/E4+0/1
E1/E2/E3/E4：表示繼電器1 或2
0/1：1 表示閉合0 表示斷開
地址：傳感器模塊地址
數(shù)據(jù)：OK
4 軟件系統(tǒng)實現(xiàn)
通過以上功能分析及系統(tǒng)設(shè)計，實現(xiàn)了以嵌入式為基礎(chǔ)，采用Android4.0，通過網(wǎng)關(guān)采集家居設(shè)施各相關(guān)節(jié)點數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)宜居生活、智能控制、家庭安全監(jiān)測等功能的智能家居網(wǎng)關(guān)綜合系統(tǒng)。系統(tǒng)實施過程中，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(shè)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)送到移動終端。
5 結(jié)束語
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(yīng)用過程中承載著上傳下達的功能，通過對系統(tǒng)功能需求進行具體分析，構(gòu)建了基于嵌入式的系統(tǒng)整體架構(gòu)，并在架構(gòu)基礎(chǔ)上，進行了硬件系統(tǒng)的整體設(shè)計。系統(tǒng)采用了低功耗的ZigBee 技術(shù)及當(dāng)前流行的安卓應(yīng)用技術(shù)開發(fā)，具有良好的應(yīng)用推廣價值。
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