短距离无线通信技术在智能家居中的应用

中国信息通信研究院 卢知白 董恩然 郑梦瑄 于博洋 余雪飞

短距离无线通信技术在智能家居中的应用

中国信息通信研究院 卢知白 董恩然 郑梦瑄 于博洋 余雪飞

【摘要】随着经济的发展和科学技术的进步，人们对于家居生活的要求逐渐向智能化、多样化发展，为了满足人们的生活需求，智能家居的概念被提出，在信息时代下，如何利用短距离无线通信技术将家居生活中各种与信息相关的通讯设备、家用电器等设备进行集成，实现异地的监测和控制，在满足人们基本家居需求的前提下，实现智能家居的生活方式。

【关键词】短距离无线通信技术；智能家居；应用

在信息时代下，生活方式发生变革，人们对于生活环境和家居要求提高，人们希望自己的生活环境是具有高度安全性和舒适性，伴随着生活节奏的加快，精神压力普遍增大，人们希望家居生活是智能化、多样化，来满足自身多层次的需求，家居已经不只停留在生理需求层次，正在努力满足人们的发展需求和精神需求。如何通过短距离通信技术优化智能家居控制系统的硬件设计、软件设计，实现远程控制家居生活，使居生活更加智能化，成为智能家居领域思考的重要问题。

1.智能家居系统和家庭网络技术分析

1.1 智能家居系统分析

随着经济的发展和科学技术的进步，人们对于家居的认知不再停留于简单的生存需求，希望家居更加宜人，“智能家居”的理念得到提出，智能家居依托电子通信技术，将和家居系统有关的子系统进行集合，再凭借家庭网络技术实现智能控制和管理，来使用户获得全新的居家体验。

智能家居系统符合人体工程学原理，遵循“以人为本”的理念，智能家居系统由家居布线系统、家庭网络系统、智能家居（中央）控制管理系统、家居照明控制系统、家庭安防系统、背景音乐系统、家庭影院与多媒体系统、家庭环境控制系统等八大系统组成，其中智能家居系统又根据是否为必要组成部分，将八大系统划分为必备系统和可选系统，严格来说，只有智能家居系统控制管理系统、家居照明控制系统、家庭安防系统因为属于必备系统，可以直接称之围智能家居。

智能家居是相对于传统家居来讲更加安全、节能、智能、便捷、舒适，因为智能家居依托电子通信技术将各个子系统实现了有机整合，所以更加可靠，可以实现全天的运转，更加实用，满足住户的居住习惯，便于应付各种环境的变化。

1.2 家庭网络技术的分析

信息时代下，“家庭网络技术”概念是建立在互联网普及和通信技术发展的基础上，家庭网络可以将计算机、信息家电、照明系统、安全报警系统在家庭范围内实现整合，家庭网络可以接入广域网，帮助住户实现异地的监测和管理。

家庭网络接入广域网的方式有以太网、ADSL、FTTH、有线电视光缆接入等，随着科学技术的发展和考虑经济性，宽带接入这种捆绑方式日益流行，因为宽带接入正在整合语言、视频、数据三重服务的整合，所以随着宽带的普及，用户可以获得涵盖家庭范围内的娱乐、通信、数据等服务。

家庭网络需要住户家庭内建立有一定的网络基础措施，为了确保能够提高信息的吞吐量和传输数据的质量，需要提供QoS，来确保信息传输过程的顺畅性。

2.智能家居远程控制系统软件和硬件设计

2.1 智能家居远程控制系统软件设计

智能家居控制系统的软件设计主要停留在单片机主程序设计和中断程序设计。

单片机广泛应用于产品智能化和工业自动化，单片机主要采用嵌入式的设计方式，实现数据的收集和传输，主机上电复位后进行初始化，智能家居控制系统是通过模块操作实现，单片机主机对GSM模块不断扫描，通过对接收到的用户短信进行处理分析，获取相关数据，通过红外模块相分机传输数据命令，等到分机的信息反馈，在规定时间不能得到信息反馈，主机的状态返回到扫描状态。

中断程序的设计主要是建立在通过对单片机对于继电器进行判断进而做出控制的基础上的，继电器是利用P1输出口的高低电压差来控制继电器的开合状态。继电器本身运行温度是相对固定的，因为继电器温度降低后，会自动掉电，需要保持保持室内温度的恒定，从而保持控制电压恒定，继电器线圈的二极管产生的反电势，来防止室内温度的干扰。

2.2 智能家居远程控制系统硬件设计

智能家居控制系统的硬件设计是为了使软件设计能够发挥作用，所有必须重视智能家居系统的硬件设计。

智能家居的控制系统需要选用合适的主处理器，因为家居中信息的吞吐量并有生产的巨大数量，并且处于经济性的考虑我们选用合适的单片机；硬件设计还需要选用合适的模块框架结构，框架模块结构主要由GPRS模块和ZIGBEE模块，GPRS模块的选用应该考虑到设计结构和经济成本，为了节省空间，采用插槽代替排线，这样就可以将其悬空放置，不占用PCB面积的设计结构是具有竞争优势的。ZIGBEE模块单个芯片上整合了ZIGBEE射频前端、内存和微控制器，我们在实际的硬件设计中应该充分考虑电流对于控制系统硬件设计的损耗。

3.智能家居远程控制系统实现

智能家居是为了使生活更加智能化，提高生活的质量，智能生活的实现即智能家具控制系统控制其他系统的实现过程，通过上面的论述，我们可知智能控制系统实现只是智能家居的一部分，通过通信技术，来实现异地的对家具生活的监测和控制，人们可以依靠手机客户端或其他端口对家庭由wifi连接的全部设备实现集中控制，根据人为命令和自动化操作能够实现智能照明，智能电器，智能遮阳，节能控制，远程抄表等情景下的工作。智能家居的智能化操作包括人为命令的执行和自动化系统操作，但是无论各种命令，本身的工作运行原理都是一致的。智能家居控制系统由主机和单机两部分构成，主机和单机的分工明确，主机主要进行数据的运算并做出逻辑命令，单机主要进行数据的收集和传输以及逻辑命令的执行。在智能家居中，有众多的传感器，包括温度传感器、湿度传感器、光线传感器、门磁传感器等，通过众多的传感器实现对家居环境中温度、湿度、光线情况、门磁闭合情况进行感知，并将传感器获得的信息通过通信线路进行传输，传输至主机的处理器中，处理器通过计算元进行逻辑运算，通过分析做出逻辑命令，并再次通过通信线路进行数据传输，命令的执行通过单片机来完成，从而实现情景模式下工作的创建。

我们通过对智能照明的完成来加深对智能家居控制系统实现的理解。通过对周围环境的光线情况进行感知，通过通信线路将光线情况传输至中央处理器，中央处理器进行逻辑运算并做出光线具体的调节方案，通过智能面板，将逻辑命令传输至处理器的单片机，通过单片机进行继电器的控制，因为智能照明线路采用弱电控制方式，而智能面板做出的逻辑命令在经过解码后，强电驱动对应的控制线路，完成灯控的回道路接通或断开，完成光线的调节！智能照明模块包括手动控制、自动控制、面板控制、模板控制，进行具体的光线调节需要多种工作方式的结合，因为光线的调节需要多个照明设备的系统操作，单一进行某种线路的闭合不能完成光线调节的目的。

智能家居控制系统实现是通过模块实现的，每个具体的情景对应不同的模块，比如智能照明对应了智能照明模块，我们需要进行模块的系统化操作，智能家居控制系统的实现建立在通信技术的发展，实现了家庭网和广域网了解，完成具体情景下的操作！

4.结语

随着经济的发展和科学技术的进步，人们对于家居的观念得到转变，家居不应该只是单纯满足自然需求，我们需要从家居中缓和紧张的生活压力，使内心获得一种满足感。通过智能家居控制系统来实现对智能家居的管理，我们需要从硬件设计和软件设计两个方面出发，利用标准化程序交换信令结合软件编程，实现语音界面及安全认证体制，优化硬件和软件的设计结构，提高家居和住户的交互能力，让家居生活更加智能化、网络化。

参考文献

［1］刘希庭.GPRS与ZIGBEE组合在智能家庭系统中的应用［J］.科技传播，2011，（15）∶179，171.

［2］李成大，张京，倪继烈等.基于ZIGBEE无线通信技术的智能家居系统［J］.电讯技术，2007，47（5）∶63-66.

［3］张周，周剑扬，闫沫等.ZIGBEE在智能家居系统中的应用研究［J］.工业控制计算机，2006，19（12）∶7-9.

作者简介：

卢知白（1984—），男，贵州贵阳人，研究方向：短距离无线通信。