關(guān)于智能家居網(wǎng)關(guān)綜合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)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(jì)與實(shí)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(guò)它實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)信息的采集、信息輸入、信息輸出、集中控制、遠(yuǎn)程控制、聯(lián)動(dòng)控制等功能?，F(xiàn)在路由器和電視盒子集成的技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。它不僅對(duì)規(guī)范智能用電服務(wù)、促進(jìn)用戶側(cè)智能電網(wǎng)建設(shè)具有重要意義，同時(shí)能帶來(lái)良好的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)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(jì)與實(shí)現(xiàn)探究相關(guān)論文。內(nèi)容僅供參考，歡迎閱讀!
關(guān)于智能家居網(wǎng)關(guān)綜合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)探究全文如下：
1 概述
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)的不斷成熟，物聯(lián)網(wǎng)開始應(yīng)用于社會(huì)各個(gè)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(shí)代應(yīng)運(yùn)而生的典型智慧工程案例，通過(guò)應(yīng)用短距離無(wú)線通信方式，將傳感器、家用電器、多媒體等設(shè)備互聯(lián)，實(shí)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(diǎn)和平臺(tái)管理軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)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(yùn)行狀態(tài)的重要設(shè)備，對(duì)整個(gè)智能家居系統(tǒng)的性能起著關(guān)鍵性作用。通過(guò)智能網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)家居系統(tǒng)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)互聯(lián)，用戶可以隨時(shí)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(wú)線射頻收發(fā)技術(shù)及嵌入式管理平臺(tái)，設(shè)計(jì)基于ZigBee 技術(shù)的智能家居網(wǎng)關(guān)綜合系統(tǒng)，對(duì)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(jì)
2.1 智能家居系統(tǒng)功能分析
結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，智能家居系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)安全監(jiān)測(cè)、信息獲取、節(jié)點(diǎn)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(shí)現(xiàn)廚房安全監(jiān)測(cè)、燃?xì)鈹?shù)據(jù)超標(biāo)監(jiān)測(cè)、廚房報(bào)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(guò)紅外轉(zhuǎn)發(fā)器實(shí)現(xiàn)對(duì)電視、冰箱、空調(diào)等家電設(shè)備的控制。燈光控制則通過(guò)無(wú)線的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)燈光、強(qiáng)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(shí)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(shí)現(xiàn)溫濕度節(jié)點(diǎn)與空調(diào)扇及加濕器等居室溫濕度自動(dòng)調(diào)節(jié)、光線節(jié)點(diǎn)與窗簾/照明燈的光線自動(dòng)調(diào)節(jié)、紅外轉(zhuǎn)換器代替多個(gè)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(dòng)家庭安全,關(guān)閉宜居生活;居家模式啟動(dòng)家庭安全,啟動(dòng)宜居生活的基本級(jí)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(fù)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(jì)
在整體系統(tǒng)功能分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了綜合網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)架構(gòu)包含ZigBee 可燃?xì)怏w傳感器節(jié)點(diǎn)、ZigBee 窗簾控制器節(jié)點(diǎn)、ZigBee 溫濕度節(jié)點(diǎn)、ZigBee 光線傳感器節(jié)點(diǎn)、紅外轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)、ZigBee 控制插座等。
智能家居網(wǎng)關(guān)綜合系統(tǒng)采用先進(jìn)的無(wú)線通信技術(shù)，通過(guò)ZigBee短距離無(wú)線通信方式實(shí)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(shí)現(xiàn)無(wú)線連接方式，通過(guò)Wifi 或Ethernet 將網(wǎng)關(guān)接入局域網(wǎng)，或通過(guò)GPRS/3G 模塊將網(wǎng)關(guān)接入移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)。
3 硬件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
基于以上對(duì)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(jì)架構(gòu)分析，系統(tǒng)硬件的實(shí)施主要包含智能網(wǎng)關(guān)、可燃?xì)怏w傳感器、無(wú)線窗簾控制器、溫濕度傳感器、無(wú)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(guò)智能網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)ZigBee網(wǎng)絡(luò)與wifi 網(wǎng)絡(luò)的無(wú)縫對(duì)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(yùn)行主頻可高達(dá)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(yùn)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(jì)且低功耗，且支持無(wú)線更新和大型應(yīng)用程序，可編程輸出功率達(dá)到4dbm，在掉電模式下，只有睡眠定時(shí)器運(yùn)行時(shí)，僅有不到1uA 的電流損耗，具有強(qiáng)大的地址識(shí)別和數(shù)據(jù)包處理引擎。
圖2 網(wǎng)關(guān)芯片
3.2 可燃?xì)怏w傳感器實(shí)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?xì)獗O(jiān)測(cè)裝置。良好的抗乙醇和煙霧干擾能力，具有對(duì)液化氣、天燃?xì)?、煤氣較好的靈敏度和快速響應(yīng)及恢復(fù)特性。
RGA：讀可燃?xì)怏w傳感器
地址段：用于存儲(chǔ)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?xì)怏w傳感器測(cè)試ASCII 數(shù)據(jù)為“123”表示可燃?xì)怏w的ADC
采樣值為0x7B。
3.3 無(wú)線窗簾控制器實(shí)現(xiàn)
通過(guò)ZigBee 模塊無(wú)線控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)窗簾的開啟與閉合。該模塊分兩路對(duì)窗簾進(jìn)行控制，分別是窗簾1，窗簾2，可以同時(shí)實(shí)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(chǔ)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(hào)。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(hào)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(chǔ)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(jìn)制數(shù)據(jù))
2 字節(jié)16 進(jìn)制數(shù)據(jù)需要計(jì)算后，可得到溫度或濕度值
3.5 無(wú)線插座繼電器選型
無(wú)線插頭是最重要的控制元件之一，用于遙控、遙測(cè)、通訊、自動(dòng)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(cè)試?yán)^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(shí)現(xiàn)
通過(guò)以上功能分析及系統(tǒng)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了以嵌入式為基礎(chǔ)，采用Android4.0，通過(guò)網(wǎng)關(guān)采集家居設(shè)施各相關(guān)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)宜居生活、智能控制、家庭安全監(jiān)測(cè)等功能的智能家居網(wǎng)關(guān)綜合系統(tǒng)。系統(tǒng)實(shí)施過(guò)程中，按節(jié)點(diǎn)的功能劃分到各模塊，軟件在顯示數(shù)據(jù)的同時(shí)，寫入到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，系統(tǒng)為安防報(bào)警傳感器設(shè)置一定的閥值，在超過(guò)值時(shí)提示報(bào)警信息，并可以通過(guò)3G 發(fā)送到移動(dòng)終端。
5 結(jié)束語(yǔ)
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(gè)系統(tǒng)的中心結(jié)點(diǎn)，它在系統(tǒng)應(yīng)用過(guò)程中承載著上傳下達(dá)的功能，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)功能需求進(jìn)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(jìn)行了硬件系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)。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(jià)值。
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