關于智能家居網關綜合系統(tǒng)的設計與實現探究論文
關于智能家居網關綜合系統(tǒng)的設計與實現探究論文
家庭智能網關是家居智能化的心臟，通過它實現系統(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?，F在路由器和電視盒子集成的技術已經實現。它不僅對規(guī)范智能用電服務、促進用戶側智能電網建設具有重要意義，同時能帶來良好的社會效益與經濟效益。以下是學習啦小編為大家精心準備的：關于智能家居網關綜合系統(tǒng)的設計與實現探究相關論文。內容僅供參考，歡迎閱讀!
關于智能家居網關綜合系統(tǒng)的設計與實現探究全文如下：
1 概述
隨著計算機技術、網絡技術、無線通信技術的不斷成熟，物聯(lián)網開始應用于社會各個領域，并不斷改變著人們的生活和生產方式。智能家居系統(tǒng)，是物聯(lián)網不斷普及時代應運而生的典型智慧工程案例，通過應用短距離無線通信方式，將傳感器、家用電器、多媒體等設備互聯(lián)，實現數據的集中管理與控制。智能家居系統(tǒng)采用嵌入式技術，使用網關傳感節(jié)點和平臺管理軟件對數據進行采集、傳輸與管理。在智能家居系統(tǒng)中，智能網關作為統(tǒng)一收集家居環(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)的性能起著關鍵性作用。通過智能網關，實現家居系統(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備。因此，采用當前主流傳輸技術——無線射頻收發(fā)技術及嵌入式管理平臺，設計基于ZigBee 技術的智能家居網關綜合系統(tǒng)，對開發(fā)及優(yōu)化智慧家居系統(tǒng)具有重要意義。
2 智能家居網關綜合系統(tǒng)設計
2.1 智能家居系統(tǒng)功能分析
結合實際應用，智能家居系統(tǒng)主要實現安全監(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)：實現廚房安全監(jiān)測、燃氣數據超標監(jiān)測、廚房報警，當狀態(tài)超出控制范圍，由網關發(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發(fā)器實現對電視、冰箱、空調等家電設備的控制。燈光控制則通過無線的方式實現對燈光、強電智能開關控制器等設備的控制。(3)宜居生活子系統(tǒng)：包含生活服務提示、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)網中即時獲取當地天氣信息，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)實現溫濕度節(jié)點與空調扇及加濕器等居室溫濕度自動調節(jié)、光線節(jié)點與窗簾/照明燈的光線自動調節(jié)、紅外轉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、自由三種模式。離家模式啟動家庭安全,關閉宜居生活;居家模式啟動家庭安全,啟動宜居生活的基本級別監(jiān)控;自由模式可根據用戶生活習慣自由設置。在系統(tǒng)設置中可以預設電話，比如業(yè)主或物業(yè)電話等。因此，結合以上智能家居系統(tǒng)功能，智能網關綜合系統(tǒng)作為智能家居系統(tǒng)中的重要構成，主要負責數據的采集、處理及傳輸。
2.2 綜合系統(tǒng)架構設計
在整體系統(tǒng)功能分析的基礎上，進行了綜合網關系統(tǒng)的架構設計，系統(tǒng)架構包含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、紅外轉發(fā)節(jié)點、ZigBee 控制插座等。
智能家居網關綜合系統(tǒng)采用先進的無線通信技術，通過ZigBee短距離無線通信方式實現家庭基礎設施與網關的互聯(lián)互通，省掉了繁瑣的布線。傳感器/執(zhí)行器采用2.4G 頻段，與智能網關之間以ZigBee 技術實現無線連接方式，通過Wifi 或Ethernet 將網關接入局域網，或通過GPRS/3G 模塊將網關接入移動互聯(lián)網。
3 硬件系統(tǒng)實現
基于以上對智能家居系統(tǒng)功能、智能家居綜合網關系統(tǒng)的設計架構分析，系統(tǒng)硬件的實施主要包含智能網關、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 智能網關
智能網關是該系統(tǒng)中的核心構件，通過智能網關，實現ZigBee網絡與wifi 網絡的無縫對接，完成數據的轉換和傳輸。傳感器感知并采集數據后，發(fā)送至此網關，網關再將數據轉換后傳輸至wifi 網絡。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 網關的接收芯片選用CC2530，該款芯片遵循IEEE802.15.4 和ZigBee 應用，經濟且低功耗，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據包處理引擎。
圖2 網關芯片
3.2 可燃氣體傳感器實現
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及恢復特性。
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
數據：GAzzz(3 字節(jié)ASCII 碼數據)
可燃氣體傳感器測試ASCII 數據為“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
通過ZigBee 模塊無線控制電機的正轉與反轉，實現窗簾的開啟與閉合。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
數據：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，2表示暫停
地址：傳感器模塊地址
數據：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
數據：WD/SD+zz(2 字節(jié)16 進制數據)
2 字節(jié)16 進制數據需要計算后，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
數據：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
數據：OK
4 軟件系統(tǒng)實現
通過以上功能分析及系統(tǒng)設計，實現了以嵌入式為基礎，采用Android4.0，通過網關采集家居設施各相關節(jié)點數據，以實現宜居生活、智能控制、家庭安全監(jiān)測等功能的智能家居網關綜合系統(tǒng)。系統(tǒng)實施過程中，按節(jié)點的功能劃分到各模塊，軟件在顯示數據的同時，寫入到后臺數據庫，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)送到移動終端。
5 結束語
綜上所述，在智能家居控制系統(tǒng)中，智能家居網關是整個系統(tǒng)的中心結點，它在系統(tǒng)應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，構建了基于嵌入式的系統(tǒng)整體架構，并在架構基礎上，進行了硬件系統(tǒng)的整體設計。系統(tǒng)采用了低功耗的ZigBee 技術及當前流行的安卓應用技術開發(fā)，具有良好的應用推廣價值。
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