物聯網與智能家居模板(10篇)

導言：作為寫作愛好者，不可錯過為您精心挑選的10篇物聯網與智能家居，它們將為您的寫作提供全新的視角，我們衷心期待您的閱讀，并希望這些內容能為您提供靈感和參考。

篇1

中圖分類號：g712文獻標識碼：a文章編號：1672-5727（2014）07-0107-03

“智能家居”的概念自20世紀80年代被提出后，進入21世紀才引起社會的廣泛關注。隨著智能家居技術的不斷成熟、產品不斷完善、市場不斷發展，人們對它由陌生變熟悉，逐漸地由“遠觀”到真正應用于家庭生活。正是因此，以往對智能家居的定義已經不夠準確而詳盡，現在非常有必要重新審視智能家居的定義，以適應智能家居行業的新發展。特別是“物聯網”概念提出以后，學術界開始大量探討與物聯網智能家居相關的概念、技術及標準，產業界也開始在多個領域加強對智能家居技術的應用，數百所高等院校相關專業都開設了“智能家居”課程。

目前物聯網的現狀與當初的互聯網非常相似，今天的互聯網已經形成了巨大的產業規模并衍生出很多行業。作為物聯網最主要、最重要的組成部分，物聯網智能家居也將經歷這樣一次升級。家用電器的數量遠遠超過電腦、手機的總和，如果再加上各種諸如智能眼鏡和智能手表之類的無線傳感器、控制器，數量上就會是傳統電腦及手機的幾十倍甚至上百倍，可以說，單單一個物聯網智能家居的市場可能就是傳統互聯網及移動互聯網總和的幾十倍以上。從某種程度上來講，離開了智能家居，智慧城市或者智慧地球就失去了存在的基礎，可以說智能家居將成為物聯網最主流的應用市場。

課程開發

為了體現工學結合的辦學特色，我院在開設“物聯網應用技術專業”之初，就堅持以職業崗位能力為核心的人才培養模式，開發了體現工學結合的課程體系，并根據技術領域和職業崗位的人才需求，突出專業技能的培養，形成了“理論與實踐相融合，以職業崗位作業流程為導向”的模塊化課程體系。通過開設一體化的專業實踐技能課程，將理論與實踐相結合，加強學生的綜合技能訓練；推進課程與企業崗位技能需求相互融合，與就業崗位相互銜接，突出培養學生的實際操作經驗；將職業資格、職業技能教育與院校日常教學相結合，大力推進實務專題、頂崗實習，培養學生專業崗位的實踐能力。

物聯網的行業應用包括智能交通、智能大棚、智能電網、智能家居、智能醫療等等，對于具有交通行業背景的院校而言，一般要開設“智能交通”課程；對于農業類院校而言，一般應開設“智能農業大棚”課程；對于電力行業院校而言，可能就要開設“智能電網”課程。而我院是信息類院校，沒有專門的行業背景，所以根據福建省產業發展特點及我院的實際情況，并征求企業專家和專業教師的意見，制定了專業培養方案和課程體系，其中包括“智能家居”課程。

課程建設

物聯網智能家居的內涵究竟是什么？哪些技術是核心技術？哪些產業或產值才真正屬于“智能家居”？這些問題看似簡單，但又難以回答。當前，從技術發展、產業規模、行業標準等方面還不能明確回答上述疑問。也正是因此，市場上關于“智能家居”的技術及應用各不相同，能夠作為高職院校教學材料的資料、書籍及實驗設備就更加少之又少。只有從務實的角度考慮，將智能家居引向以“實際應用”為目標的發展思路上，夯實智能家居的核心技術，拋開概念，注重應用，智能家居才能成為獨立的學科專業，具有明確的科研方向，為物聯網新興產業服務。

因此，我院成立了“智能家居”課程建設小組，明確責任，分工合作，從案例資料收集、企業調研、教材編寫、實驗室建設等多方面推進課程的建設。截至目前，已完成課程標準（教學大綱）的制定、校本教材的編寫及實驗室的建設，圓滿完成了課程建設任務。

課程設計

本課程依據企業對物聯網智能家居系統工程實施過程中的技能要求，以項目為單位組織教學，將智能家居各子系統的相關知識點和技能要素直接融入項目教學和實驗實訓的各個環節中，讓學生在技能訓練過程中加深對專業知識和技能的理解與應用，培養學生的關鍵能力，滿足學生職業生涯發展的需要。

學習情境設計根據智能家居系統的實際工作崗位需求，以培養學生職業能力為重點，引入具有一定代表性的行業應用項目案例，從中分解知識點作為子項目，從簡單到復雜，將該學習領域課程劃分為5個學習情境，各學習情境的教學過程以行動為導向，以學生為主體，基于工作過程加以完成，如表1所示。

教學設計以智能家居的相應子系統為項目，采用一體化教學模式，邊學邊做。以實際工程建設過程為切入點，選取典型工作情境，分組實施。按照情境導入、項目分析、方案制定、項目實施、小結評價5個教學環節進行教學設計。以視頻監控項目為例進行的教學過程設計，如圖1所示。當然，項目的選取要根據各院校的實際情況（包括實驗實訓設備、專業教師能力以及合作企業等）而定。

教學方法與手段“智能家居”課程是一門理論性與實踐性相結合的課程，有些學生在此之前可能對“智能家居”知之甚少，因此授課過程中應以實際應用為主，以理論講授為輔，靈活運用多種教學模式，充分發揮傳統教學與現代教學的優勢。（1）課堂講授。要將原理和概念深入淺出地講清、講透，并引導學生逐步理解課程的重點和難點，讓學生掌握基本概念、基本理論和基本技術，但不能講得太深，夠用即可。（2）實際工程項目參觀。在課程講授過程中，可安排并帶領學生參觀相關企業的建設項目和樣板演示，目的是使學生對智能家居有感性認識。（3）實際練習。充分利用本校實驗環境，在任務驅動課程設計理念的指導下，根據實際案例，按照工作過程步驟連貫進行，使理論與實踐的結合更緊密。（4）相互評估。在學生完成相關任務后，采用小組成員間和小組間相互檢查、測試、評分的方法，讓學生了解自己的不足，相互學習，取長補短，共同進步。（5）課外閱讀指導。目前物聯網智能家居技術及應用多樣化，但標準不統一，所以要鼓勵學生查閱相關的網絡資源和輔助文獻，以進一步拓展學生的知識面。

教學成效

從理論到實踐，變被動為主動培養高技能應用型人才，需要加強學生實踐操作、團隊合作等關鍵能力的培養，特別是對于一些課程的學習，許多學生只有在理解課程與未來工作的相關性之后，才能夠有目的、有意識地積極學習。因此，針對“智能家居”課程，應采取以實踐教學為主、以理論教學為輔的教學方式，體現“做中學、學中做”的思想，激發學生的學習熱情，使學生從傳統的“要我學”轉變為“我要學”，從而變被動教為主動學。

形式多樣、思想開放結合每節課學習的實踐和理論知識，課后組織討論，師生座談，積極閱讀物聯網和智能家居方面的資料書刊，結合學生的興趣，在課程組教師的帶領下或自發地成立智能家居相關子系統的項目小組，如“視頻監控小組”、“門禁系統小組”、“環境監測小組”、“智能窗簾小組”等，對智能家居進行多角度的深入探討。

校企合作、提高能力在“智能家居”課程教學過程中要加強對學生實踐能力的培養，通過到企業參觀、到工程現場實踐、請企業管理人員介紹系統建設經驗及存在問題與原因分析等方式，培養學生發現問題、分析問題和解決問題的能力，其效果主要體現在兩個方面：其一，使學生明確自己的興趣取向及理論知識的掌握情況，為學生選擇畢業論文題目及就業方向打下良好的基礎；其二，通過參加課外參觀實踐活動，增加學生關于智能家居工程項目建設的經驗。

存在問題

第一，本課程采用分組項目教學，學生需要通過團隊協作完成相關任務，因此出現一些學生依賴小組其他成員完成任務的情況，需要在教學過程中加強引導。

第二，項目式教學需要更好的場地和設備，因此要完善實訓教學條件，加強互動教學模式建設，不斷改進校企合作模式。

第三，項目式教學需要更多的現場指導和手把手的示范，教師的工作量增加，由一個任課教師講授、指導，難免顧此失彼，因此可組織課程教學團隊，由幾個教師共同完成同一教學任務，同時引入企業人員參與部分教學，教學效果更佳。

第四，本課程涉及的知識面廣、技能復雜，如何協調好有限的教學課時與多而廣的教學內容之間的矛盾，進行適當的內容增減，是今后教學中需要不斷探討的

問題。

第五，目前關于智能家居的相關教材資料很少，能夠適合項目式教學需要的教材更是少之又少。因此編寫高職院校學生適用的“智能家居”教材非常必要，任務緊迫，與智能家居相關的技術及國家標準也在不斷改進和完善過程中，所以教材及課程內容要實時跟蹤、不斷改進。

“十二五”期間，由于物聯網起步伊始，智能家居行業方興未艾，而我國真正從事該行業的人才極其匱乏，智能家居行業不僅是我國物聯網產業的重要組成部分，也是未來社會發展的必然趨勢。可以斷定，物聯網技術必將不斷升級，發展成為“國家戰略性新興產業”，國家對物聯網行業的推動及智能家居行業本身巨大的市場需求和廣闊的發展空間，必將產生對該行業人才的巨大需求。

參考文獻：

[1]于軍琪，孫繼武，等.智能建筑課程設計與項目實例[m].北京：中國電力出版社，2010.

[2]張家群.視頻監控技術在家庭中的應用[j].科技咨詢導報，2007（2）.

[3]黎連業，王超成，蘇暢.智能建筑弱電工程設計與實施[m].北京：中國電力出版社，2006.

[4]吳秀華.遠程智能化家庭安防系統的設計與實現[d].廈門：廈門大學，2006.

[5]朱金秀，韓光潔，，吳迪.物聯網工程專業課程體系的研究與探索[j].中國電力教育，2012（16）.

[6]崔艷榮，陳勇.物聯網工程專業課程體系設置探究[j].長江大學學報（自然科學版），2010，7（2）.

篇2

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2013）07-0038-04

0 引 言

世界上最早的智能建筑是1984年在美國誕生的，這之后，加拿大、歐洲、澳大利亞和東南亞等經濟比較發達的國家先后開始開發智能建筑和智能家居產品。智能家居在國外已發展了20多年，特別在一些發達國家，智能家居的普及率相當高，智能家居可以為人們提供一種高效、舒適、安全、便利、環保的家庭居住環境。在美國，蓋茨的被稱作“未來之屋”的豪宅堪稱當今智能家居的經典之作，所有的照明、音樂、溫度、濕度等，都可以根據客人的需要通過電腦任意調節；當你踏入一個房間，藏在壁紙后方的揚聲器就會響起你喜愛的旋律，墻壁上則投射出你熟悉的畫作；廁所里安裝了一套檢查身體的電腦系統，如果發現異常，電腦會立即發出警報；地板中的傳感器在感應到有人到來時就自動打開照明系統，在客人離去的同時自動關閉。在國內，智能家居經歷了10年的起步階段，發展速度緩慢。這主要是因為開發技術短期內不成熟，沒有形成完整的、全面的系統解決方案，主要集中在一些分散的智能家庭控制子系統的研究上，所以有必要對智能家居系統做研究和探討。

1 智能家居的架構

智能家居作為物聯網的一部分和人們的生活息息相關，是人們感受物聯網最直接的方式。通過智能家居系統，人們將充分感受到物聯網革命帶給人們的方便、快捷與智能化。圖1所示是智能家居系統的基本框架圖。下面對具有集中式信息處理模塊的智能家居系統作一簡要介紹。

圖1 智能家居系統框架

1.1 信息家電

信息家電應該是一種價格低廉、操作簡便、實用性強、帶有PC主要功能的家電產品。利用電腦、電信和電子技術與傳統家電相結合的創新產品，是為數字化與網絡技術更廣泛地深入家庭生活而設計的新型家用電器。在目前的傳統家電的基礎上，將信息技術融入傳統的家電當中，使其功能更加強大，使用更加簡單、方便和實用，為家庭生活創造更高品質的生活環境，比如模擬電視發展成數字電視，電冰箱、洗衣機、微波爐等也將會變成數字化、網絡化、智能化的信息家電。

1.2 信息處理模塊

為了使相互獨立的信息家電可以實現信息共享與協同工作，智能家居系統中必須具有專門的信息處理模塊。它的功能主要是收集家庭中各個家電的工作狀態和服務請求，對各種數據進行實時處理，并將結果送入功能驅動模塊。隨著家庭中信息家電的數量不斷增加，采用分布式的控制方式將具有更高的靈活性，這是未來智能家居系統的發展趨勢。

1.3 通信模塊

如果說信息處理模塊是智能家居系統的大腦，那么通信模塊就是實現信息傳導的神經。根據家庭組網的特點，通信模塊常利用已有的布線（如電力載波），或者采用無線傳輸（如藍牙、紅外、Wi-Fi、ZigBee）等。出于不同的信息家電對傳輸的帶寬要求不同，實際中的通信模塊常采用多種方式混合組網。

1.4 功能驅動模塊

功能驅動模塊是信息流入、流出各個信息家電的接口。由于各個電器生產廠商的產品在功能和實現上都有很大的不同，所以必須通過功能驅動模塊將信息處理模塊的指令翻譯成電器可以執行的電平信號，以及將電器的各種狀態信息轉換成信息處理模塊可以理解的二進制信息。

1.5 外界信息接口模塊

該模塊可以看成是一個家庭通向外界（如Internet）的網關，它在家庭內部各種家電信息共享的基礎上，進一步實現了基于Internet的資源共享，從而更進一步實現了共享的深度和廣度，也將是未來智能家居系統發展的熱點。

2 物聯網技術

物聯網被稱為是繼計算機和互聯網信息產業后的第三次革命性創新[8]，物聯網應用無處不在。物聯網是讓所有的物品都能夠遠程感知和控制，并與現有的網絡連接在一起，形成一個更加智慧的生產生活體系。物聯網技術層次由感知層、傳輸層和應用層組成[10]，圖2所示是物聯網技術的層次結構。

物聯網以傳感器等傳感技術為基礎，實現信息采集和“物”的識別，通過傳輸層實現數據的傳輸與計算，經過應用層，實現所感知信息的應用服務。

3 智能家居的主要技術

智能能家居系統應用的主要技術包括網絡控制技術、通信技術和移動終端技術。

圖2 物聯網技術層次結構

3.1 網絡控制技術

3.1.1 通過家庭網關的互聯

家庭網關是智能家庭局域網的核心部分，主要完成家庭內部網絡各種不同通信協議之間的轉換和信息共享，以及同外部通信網絡之間的數據交換功能。同時，網關一般還負責家庭智能設備的管理和控制。

3.1.2 通過外部擴展模塊實現與家電的互聯

為實現家用電器的集中控制和遠程控制功能，家庭智能網關通過有線或無線的方式，按照特定的通信協議借助外部擴展模塊控制家電或照明設備。

3.1.3 嵌入式系統的應用

以往的智能家居中，絕大多數是由單片機控制的。隨著新功能的不斷增加和性能的不斷提升，將處理能力大大增強的具有網絡功能的嵌入式操作系統和單片機的控制程序作相應的調整，使之有機地結合成為完整的嵌入式系統。

3.2 通信技術

通信技術分為有線通信和無線通信技術，大多已日臻成熟。基于ZigBee技術的智能家居無線網絡系統，由于具有低成本、低功耗、較遠的覆蓋范圍及通用性強的特點，將成為智能家居系統中的又一亮點，必將給現代智能家居系統帶來一場新的變革。

3.3 移動終端技術

移動智能終端以智能手機為代表，另外還包含平板電腦、筆記本、智能電視等。移動智能終端內嵌嵌入式操作系統，目前被廣泛推崇和得到迅速發展的是開放的、自由的Android系統[3]，主要應用在移動互聯網方面。移動互聯網是將移動通信和互聯網二者結合起來的、融為一體的移動通信網絡，在最近幾年里，移動通信和互聯網是當今世界發展最快、市場潛力最大、前景最誘人的兩大業務，它們的增長速度是任何預測家未曾預料到的。

4 智能家居的主要研究內容

智能家居系統可滿足個性化需求。可以按不同用戶的需求，定制不同的方案。同時，也可模塊化服務，以滿足不同層次客戶的需求。從客戶需求上分析，智能家居系統的主要研究內容如下：

（1） 通過移動智能終端，如智能手機等，隨時隨地控制家中電器的開關和監測信息家電的工作狀態。

（2） 以“情景模式”一鍵組合控制家電，實現場景設定。

（3） 支持上述功能的同時，同樣可以使用家電原有的控制方式。

（4） 實時視頻，讓主人對家中的狀況一目了然。

（5） 當家中發生警情時，可以自動打電話或發短信通知，并同時通知小區的物業，保安可第一時間到達現場。

（6） 網關服務器的密碼以及網絡控制頁面的登錄密碼，可以隨時更改，保證系統安全性。

5 智能家居通信方式比較

智能家居不同廠商產品的區別主要體現在通信組網方式上。市場上所有的產品無外乎有兩種進行數據傳輸的方式，分別是有線方式和無線方式。

有線方式即總線控制方式，如EIB、C-Bus、H-Bus、LonWorks、SCS、RS-485等。有線方式因為需要進行布置復雜的線路，對原有建筑造成不同程度的破壞，而且維護、擴展也會帶來很多局限性，所以，采用有線通信方式的智能家居產品正在逐漸被淘汰。

無線方式包括射頻、載波、Wi-Fi、ZigBee、藍牙等。本文的智能家居產品采用ZigBee組網方式，而目前國內僅有個別廠家采用ZigBee組網方式。表1所列是對各種無線組網方式的智能家居系統進行的比較。

在表1中，ZigBee技術是一種近距離、低復雜度、低功耗、低數據速率、低成本的雙向無線通信技術，主要適合于自動控制和遠程控制領域，可以嵌入各種設備中，同時支持地理定位功能。相對于現有的各種無線通信技術，ZigBee技術是最低功耗和成本的技術，這些特點決定了在智能家居中采用ZigBee組網是非常合適的。

6 基于ZigBee和移動終端技術的智能家居系統

6.1 系統框圖和主要實現原理

基于ZigBee的智能家居系統是未來智能家居系統的主流，該系統包含終端節點、路由器節點、傳感器網絡用戶終端、遠程監控終端（如手機移動終端）等。圖3所示就是基于ZigBee和移動終端技術的智能家居系統圖。

圖3 基于ZigBee和移動終端技術的智能家居系統

在基于ZigBee和移動終端技術的智能家居系統中，終端節點是整個網絡的關鍵，它的作用是開啟并配置無線傳感器網絡。網絡啟動成功后，通過路由器節點、網絡用戶終端，無線傳感器網絡接收各節點的信息，并處理這些數據，將有用信息通過用戶交互程序顯示給用戶，然后接收用戶指令，再通過無線傳感器網絡將指令傳遞到相應的設備終端節點。如果要通過互聯網遠程控制，那么傳感器網絡用戶終端還要連接到互聯網，接收來自遠程智能終端的指令，起到無線傳感器網絡與遠程終端通信橋梁作用。

6.2 系統各部分的功能

6.2.1 終端節點

終端節點主要由傳感單元、處理單元、無線通信單元和電源單元四個基本單元組成，其結構如圖4所示。終端節點對于網絡的建立和維護沒有責任。其加入網絡后主要任務有兩個：一是通過傳感單元中的傳感器，采集物理信息并進行模擬量到數字量的轉換，處理單元負責信息存儲和處理，并送入無線通信單元，后者通過無線網絡上傳；二是接收用戶終端的指令，控制設備作出相應的動作。

圖4 終端節點結構圖

6.2.2 路由器節點

路由器節點的主要功能有兩個，一是為終端設備節點提供多跳路由，二是允許新啟動的節點加入網絡，其作用相當于互聯網中的路由器。

6.2.3 協調器網關

協調器網關是家庭控制網絡的主控設備，要求必須由至少一個ZigBee網絡的FFD設備組成。一方面，它主導家庭內部網絡建立的整個過程，主要包括系統初始化、網絡的建立、地址的分配和成員的加入、節點設備數據的更新、數據轉發表、設備關聯表等幾個方面；另一方面，作為家庭網關和設備節點之間的橋梁，完成家庭網關和家居設備節點的通信。家庭網關對外可以提供各種遠程智能控制接口，操作者可以通過手機移動終端連接到Internet訪問家庭網關的相關接口，對家中的家居設備節點進行數據訪問或者控制。

6.2.4 移動智能終端

移動智能終端可以是任意一臺接入互聯網的計算機設備，這時傳感器網絡用戶終端充當通信橋梁。遠程控制終端通過身份認證后，就可以C/S模式或者B/S模式與傳感器網絡用戶終端進行通信，遠程控制智能家庭網絡。比如，我們出差長時間不在家，可通過移動智能終端遠程監控家中的環境，定時打開通風設備改善房間空氣環境；或者我們下班前可通過移動智能終端遠程控制空調或地暖設備工作，回到家就可以享受到我們想要的舒適環境。

6.3 系統采用ZigBee技術的主要特點

（1） 功耗低。具備多種休眠模式，在待機模式下，普通電池即可支持長達數月甚至一到兩年的連續工作。

（2） 可靠性高。ZigBee采用CSMA-CA碰撞避免機制，避免了數據包發送時信道的競爭和沖突。其MAC層采用完全確認的數據傳輸機制，設備發送出去的每一個數據包，接收設備在接收之后都必須回傳一個確認信息，發送方才能開始新的傳輸。

（3） 網絡容量大。具有星型結構、樹狀結構、網狀結構等拓撲，一個全功能設備可以管理254個節點設備，全功能設備之間還能組成覆蓋范圍更大的網絡，網絡的最大容量可達2542個節點。

（4） 成本低。ZigBee網絡的重要特點就是數據傳輸速率低，通信協議簡單，極大地降低了組網的成本。大范圍組網時，每個節點的成本可以降到3美元以下。

（5） 數據安全。ZigBee提供了完整的安全機制，有效防止網絡被篡改，防止信息的截獲與竊聽，并提供了多種加密方法保證數據傳輸的安全性。

（6） 通用性。由ZigBee技術聯盟主導ZigBee標準的制定與修改，并保持了設備和協議通用性和完好的開放性。

6.4 系統采用移動終端技術的主要特點

移動終端應用移動互聯網，而移動互聯網是將移動通信和互聯網二者結合起來的、融為一體的移動通信網絡。在最近幾年里，移動通信和互聯網是當今世界發展最快、市場潛力最大、前景最誘人的兩大業務，具有廣闊的應用前景。

典型的移動終端平臺是Android 平臺。Android是Google公司針對智能終端開發的一個平臺，基于linux內核，是開放、開源的系統，其大部分應用主要是用java開發，具有很好的跨平臺性。實際上，移動終端就是一個可移動的計算機。

7 結 語

本文對基于物聯網技術的智能家居系統進行了研究與探討，分析了智能家居的架構和物聯網技術層次，提出了一套基于ZigBee和移動終端技術的智能家居系統。該系統采用ZigBee技術和移動終端技術，具有諸多顯著特點。本文通過對通信方式進行比較后，在家居系統中選擇ZigBee通信技術，通過分析說明了ZigBee技術在樓宇自動化領域具有廣闊的發展和應用前景。系統在應用中選擇移動終端技術，移動終端技術具有基于移動互聯網和可靠的嵌入式等特點，使智能家居控制系統具有智能化和可移動性。基于ZigBee和移動終端技術的智能家居系統能將家庭中的家居設備連接到網絡中，使傳統家居設備具有自動化、智能化等新特征，是未來智能家居的主流發展模式。

參 考 文 獻

[1] The EPCglobal Network?. Overview of Design Benefits and Security [EB/OL].[2004-09-24]. http：///documents/TheEPCglobalNetworkfromepcglobalinc_001.pdf.

[2] RUIZ L B， NOGUEIRA J M， LOUREIRO A A F. A management architecture for wireless sensor networks[J]. IEEE Communication Magazine， 2003， 41（2）： 116-125.

[3] 田森，李大和.用Android開發手機應用[J].程序員，2008（1）：25-27.

[4] 原羿，蘇鴻根.基于ZigBee技術的無線網絡應用研究[J].計算機應用與軟件，2004，21（6）：89-91.

[5] 金純，羅祖秋，羅風，等.ZigBee技術基礎及案例分析[M].北京：國防工業出版社，2008.

[6] 王權平，王莉.ZigBee技術及其應用[J].現代電信科技，2004（1）：33-37.

[7] 宋杰，黨李成，郭振朝，等.Android OS手機平臺的安全機制分析和應用研究[J].計算機技術與發展，2010（6）：152-155.

篇3

[中圖分類號]TP

[文獻標識碼]A

[文章編號]1671-5918（2015）13-0098-02

隨著人計算機網絡技術及通信技術的快速發展，人們對工作、生活的品質要求愈來愈高，其中對家居的智能控制成為人們的必然需求。智能家居系統的控制，就是按照我們的實際生活要求，結合個性化服務，通過無線網絡及傳感技術應用到與智能家居系統中，如安全防盜、音響控制、煤氣水電控制、空調控制等，通過物聯網技術進行管理，從而實現智能化的家居生活環境。

一、物聯網家居概念

物聯網家居又稱物聯網智能家居、智能家居物聯網，是一個居住環境，是以住宅為平臺安裝有智能家居系統的居住環境，實施智能家居系統的過程就稱為物聯網智能家居集成。

物聯網家居集成是利用綜合布線技術、網絡通信技術、安全防范技術、自動控制技術、音視頻技術將家居生活有關的設備集成。由于物聯網智能家居采用的技術標準與協議的不同，大多數物聯網智能家居系統都采用綜合布線方式，但少數系統可能并不采用綜合布線技術，如電力載波，不論哪一種情況，都一定有對應的網絡通信技術來完成所需的信號傳輸任務，因此網絡通信技術是物聯網家居集成中關鍵的技術之一。

安全防范技術是物聯網家居系統中必不可少的技術，在小區及戶內可視對講、家庭監控、家庭防盜報警、與家庭有關的小區一卡通等領域都有廣泛應用。自動控制技術是物聯網家居系統中必不可少的技術，廣泛應用在物聯網家居控制中心、物聯網家居設備自動控制模塊中，對于家庭能源的科學管理、家庭設備的日程管理都有十分重要的作用。音視頻技術是實現家庭環境舒適性、藝術性的重要技術，體現在音視頻集中分配、背景音樂、家庭影院等方面。

又稱智能住宅。通俗地說，它是融合了自動化控制系統、計算機網絡系統和網絡通訊技術于一體的網絡化智能化的家居控制系統。物聯網智能家居將讓用戶有更方便的手段來管理家庭設備，比如，通過家觸摸屏、無線遙控器、電話、互聯網或者語音識別控制家用設備，更可以執行場景操作，使多個設備形成聯動；另一方面，物聯網智能家居內的各種設備相互間可以通訊，不需要用戶指揮也能根據不同的狀態互動運行，從而給用戶帶來最大程度的高效、便利、舒適與安全。

二、物聯網家居與傳統智能家居的區別

提到傳統智能家居與物聯網家居的對比，大家第一個想到的便是是否采用了布線技術。當前，是否采用綜合布線已經成為區別物聯網智能家居與傳統智能家居的一個重要標準。

傳統的智能家居均采用有線的方式，不僅需要專業人員來施工、維護，而且施工周期長，費用也比較高，系統靈活性差、維護維修難、擴展能力低，很多項目建成后用戶根本無法更新升級，讓消費者苦不堪言，整個有線智能家居發展史甚至成了爛尾現象延續史。

而物聯網時代下的智能家居，則擺脫了這些束縛。物聯網的一個基本特征就是無處不在、無所不知。目標是發展綠色全無線技術，包括感知、通訊等等不僅要求極低功耗，而且要求全無線覆蓋、高可靠連接、強安全通訊、大組網規模、能自我修復。具體到家庭應用就是要求安裝非常簡單，使用非常方便，維護不用操心，擴展隨心所欲。簡單地說，就是一個普通消費者看著簡單的說明書就能夠自己迅速組裝完成整套智能家居系統，而且不需要專業人員的參與，這是物聯網型智能家居產品的一個重要特點。

三、家居控制系統的設計

由于技術及成本等條件限制，我國目前大多數生活小區中的安全監控、小區管理等系統大多是獨立的管理模式。這種環境下，會造成人員和設備的浪費，增加了維護、維修的成本。所以，本系統在設計中著重注意了以下四個原則。

第一，設計要考慮到兼容性及殘存性。即盡量利用現有的軟硬件資源，盡量少增加軟硬件設備投資。

第二，設計要考慮到可擴展性。這就是說要采用成熟的技術，防止重復建設，少走彎路。

第三，設計要充分考慮安全性。以便有效地監控人們生活安全，如住戶的水電氣及其它家用設施的安全，

（一）系統的整體設計

系統主要由三層網絡構成，在底層設計使用CAN現場總線，將電器設備連接到節點上；各節點通過以太網模塊或GPRS模塊連接到物聯網或移動網上。這樣就可以通過利用現有的電腦或手機控制的住戶的家電設備，如，空調開關及溫度的調節，調閱水電氣表的讀數等。

（二）各子系統設計

1.多媒體系統

考慮到用戶對多媒體的享受需求，我們可以對用戶配置一個多媒體接線箱，用于電話、有線電視及控制信息等信息插座鏈接。數量可以根據用戶個性化進行設計。

2.可視對講子系統設計

在每幢樓宇單元入口處門禁上設置編碼式的可視對講機系統，物業管理中心配置對講管理主機。系統具有感應卡開起電控鎖功能。

3.安全監控子系統

在生活住戶內安裝天然氣泄露、火災、非法入侵等報警功能設備。比如：可在廚房安裝天然氣報警裝置，在客廳安裝煙霧探測器及紅外探測器，窗戶及陽臺加裝紅外柵欄。監控系統可以通過多種方式報警。如，電話語音報警或向小區管理中心報警等

4.控制子系統設計

家電智能控制系統提供兩種控制方式：1）本地控制。通過智能鍵盤電話設備，對被控家電進行操作。2）電話控制。實現通過電話或手機撥打家里電話，控制系統能自動接聽或并通過語音提示用戶完成相關操作。

5.信息處理子系統的設計

此子系統可以將小區管理中心與用戶的信息進行互聯，系統可以向每個家庭的信息，如停水電通知等。住戶也可以向管理中心主機發送相關求助信息，如服務請求等。

6.表具數據抄送功能

本子系統設計實現將住戶的水、電、氣等表具數據抄送至管理中心，當然用戶可以隨時查看相關表具數據，及時了解相關設備息的使用狀況等。

四、系統實現方法

（一）硬件部分設計

主處理器采用ARM13，網絡科利用家里現有的WiFI設備。GRPS模塊采用SiRFStar ⅢGSC3F/LP.7979，捕獲時為144dBm.I/fVGA接口：集成256M內存，采用液晶顯示器，可播放高清視頻。4個USB接口，能夠實現平臺擴展的功能；支持全速12Mbps）傳輸。使用10/100M以太網網絡接口，底板上安裝500萬像素攝像機，CAN總線一個，支持CAN2.0A或CAN2.0B協議。

（二）軟件部分設計

操作系統可采用Windows CE版；考慮到使用成本，網口驅動為10M/100M自適應模式；Wi-FI設備驅動采用支持802.11b/g；GPS驅動支持全球定位；視頻驅動為支持JPEG CODEC等標準；TvOUT驅動為NTSC制式，3D驅動為Graphics；智能鍵盤驅動設計等，網絡協議設計支持多種應用，如HTTP等。

（三）系統流程設計

篇4

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）03-0286-02

隨著居民對于家居環境要求的提高，目前智能家居成為了重要的研究課題，智能家居指的是將居民住宅作為平臺，利用網絡技術、安全技術以及自動控制等技術，使多種家居設備之間形成一個系統整體，以便于人們實現對于家居物品的智能控制，更好的構建符合人們舒適度要求的住宅環境和管理系統，才能更好地達到居民對于家居要求的安全性和舒適性。當前隨著科學技術的快速發展，為智能家居效果的實現提供了可靠現實的依據，在本文中筆者結合網絡技術、數據管理等等方面的技術，分析面向智能家居的物聯網原型系統的設計和應用。

1 面向智能家居的物聯網原型系統的整體設計

根據物聯網構建理念和理念引導下的形成的三層技術構建的框架，在本文中筆者提出基于上述三層框架的適用于當前居民要求的新型智能家居系統的設計方案，在構建新型智能家居設計模型時，其整體框架系統結構可以分為下面三個層面：一是感控層；二是網絡層；三是應用層，這三個不同的層面可以分別負責三個不同的功能：感控層負責信息的采集和執行的功能；網絡層負責信息傳遞和信息管理的功能；應用層負責系統應用的功能。三個不同的層面主要負責以下具體功能的實現：其中感控層主要是對于基礎信號進行采集和處理，對于數據之間進行傳輸，同時控制命令的執行，其主要負責的單元有亮度監控單元、溫度監控單元、電器狀態監控單元、體感監控單元、濕度監控單元等等；網絡層主要針對不同的通訊方式所具有的協議轉換的功能，保證各項數據能夠順利地進行傳遞，其中數據主要包括WIFI、ZigBee、有線網絡以及串口信息等等；應用層主要負責對于數據的存儲功能，并且可以通過智能終端進行系統狀態的整體查看等多種功能，以上三個層技術構建的體系是智能家居設計和保障其功能實現的重要理論基礎[1]。

2 智能家居系統中對于感控層的設計

智能家居系統中感控層主要可以由數據采集和執行以及短距離的無線通信兩部分組成。其中數據采集功能主要是利用傳感器和身份識別等技術，對于家居系統中的溫度、亮度、火情狀態等設備的工作狀態進行數據信息的采集功能，執行功能主要負責對于上層服務器所發送的命令進行接收，并且根據命令執行動作，例如根據命令對于加濕器和燈具的工作狀態進行控制，在此基礎上為用戶提供更加舒適的生活環境；短距離無線通信設備的主要功能是對于較小范圍內的各個物品之間實現信息的傳輸等功能，它具有自身的靈活，因此其在智能系統中的應用范圍越來越廣泛。

2.1 感控層的整體設計

在智能家居系統中，其感控層主要是以家電設備、通信模塊等作為系統構成的獨立節點和基本單元，主要具有數據采集、傳輸和控制設備的功能，如在具體的工作過程中，感控層對于智能家居環境中的亮度、溫度等環境信息和其他各種家具的工作狀態進行信息數據的收集和處理，同時通過無線網絡對于收集的信息進行傳輸，最終實現系統整體中的信息交換功能。

2.2 ZigBee網絡傳感的構建

ZigBee網絡傳感的構建主要通過三個設備進行實現：一是網絡協調器；二是網絡路由器；三是網絡終端設備。這三個設備在ZigBee網絡傳感中具有不同的功能，其中網絡協調器和網絡路由器主要負責網絡協調的功能，它們可以和網絡中存在的任何設備之間進行信息的傳遞功能；網絡終端設備不具備網絡協調的功能，其只能藝考其他設備進行信息的轉換才能實現通信。在ZigBee網絡傳感的整體中，協調器是核心的存在，對于整個網絡的建立和維護都具有重要的意義；路由器主要是負責以下兩個功能的實現：一是對于節點內數據的發送和接收；二是為網絡中存在的不能夠進行直接通信的節點進行數據的轉發功能；終端設備負責網絡中數據的采集和處理功能[2]。

3 針對網絡層和應用層的設計

3.1 網絡層的主要功能和設計理念

在物聯網的構架系統中，網絡層對于整體系統的建設有著重要的作用，其關聯著應用層和感控層之間的信息傳輸的功能，對于整個系統的正常運作起著至關重要的作用，如果網絡層不能正常運作，則整個系統都無法實現信息之間的傳輸以及動作的執行功能。網絡層功能的實現主要是它可以進行不同信息之間的相互轉換，從而能夠使數據能夠進行不同協議的網絡之間的正常通信和傳遞，如WIFI、串口通信、藍牙等等不同類型的協議轉換和正常通訊，更為主要的是網絡層不僅可以實現不同協議之間的相互通信，而且能夠保證通信數據的完整性和準確性[3]。

在智能家居的系統中，網絡層的工作主要可以通過以下兩個方面進行體現：一個方面是將感控層中所接受的各種各樣的信息，如溫度值、亮度、煤氣濃度等等信息傳送到系統應用層中，在信息傳輸的過程中要保證快速、真實；另一個方面是把系統服務器所發送的命令傳遞到感應層中，在傳輸的過程中快速和安全是信息傳遞的基礎。

網絡層在設計的過程中通訊方面主要依靠互聯網，即Internet方式進行，其硬件主要利用智能家居網關系統。智能網關與遠程的智能家居之間的聯系是通過Internet進行網絡連接，因此在進行智能網關的設計時需要其軟件和硬件支持TCP/IP協議，并且在智能網關的設計過程中應該考慮到關于整個系統整體的可擴展性和適用性的原則。同時把握智能網關是否可以對于服務器所發生的數據進行及時準確接收的基礎是網關的IP和端口，因此這兩者的存在必須在智能家居的系統中具有其唯一性，也就是說只能對應唯一的用戶[4]。

3.2 應用層的主要功能和設計理念

在智能家居的系統整體中，應用層的功能主要是將感控層獲得的信息數據進行匯總和分析、決策等等，對于整個系統而言應用層是決策層。應用層主要是由兩部分組成，其中一個是負責系統中數據接受、儲存功能以及整個系統的控制決策和命令發送功能的系統服務器；另一個部分是電腦、手機等可以進行Web瀏覽器搭建的終端設備，此終端設備可以保證用戶對于智能家居系統的正常瀏覽和使用。在下文中，筆者主要針對智能家居系統的服務器開發和設計[5]。

智能家居系統服務器由主要以下三部分組成：一是Web服務器；二是業務處理中心；三是數據庫服務器，這三個不同的部分分別負責以下各個功能的實現：首先Web服務器，即WWW（WORLD WIDE WEB），其主要的功能是實現網上信息的瀏覽服務，在工作原理上是通過網頁的形式進行用戶使用界面的以及對于用戶的登錄信息進行驗證，在系統整體中其是用戶需求最直接和基本的功能體現；業務處理中心的主要功能是對于網關所傳送的數據和信息進行收集，之后進行數據解析的工作，并且通過業務邏輯處理進行解析后數據的二次處理，最后是通過上述處理的最終結果進行控制命令的發送，以及將處理的結果進行儲存，業務處理中心在系統整體中的主要作用是對于后臺的數據進行處理；數據庫服務器的主要功能是對于系統中的各種信息進行存儲和管理，其在系統中的主要作用是保證其他兩個部分能夠對于數據的存儲和查詢等工作可以正常順利的進行[6]。

4 結束語

綜上所述，在本文中筆者結合網絡技術、數據管理等等方面的技術，分析面向智能家居的物聯網原型系統的設計和應用。滿足隨著居民對于家居環境要求的提高的要求，最終實現智能家居的構建，即利用網絡技術、安全技術以及自動控制等技術，使多種家居設備之間形成一個系統整體，以便于人們實現對于家居物品的智能控制，更好的構建符合人們舒適度要求的住宅環境和管理系統，才能更好地達到居民對于家居要求的安全性和舒適性。

參考文獻：

[1] 程洋，王偉，謝廣明，等.面向物聯網的智能家居原型系統[J].兵工自動化 ，2013（11）：93-96.

[2] 趙偉棟.基于物聯網的智能家居控制系統的設計[D].西安科技大學，2012.

[3] 汪濤，謝志軍.基于WSN的智能家居控制系統設計與實現[J].無線電通信技術，2015，41（2）：71-75.

篇5

物聯網作為一項新興技術，它的發展和應用吸引了眾多學者的注意。在物聯網環境下人們的生活水平將得到大幅度提高，將物聯網技術應用到智能家居環境中能使人們的生活更舒適、高效，基于物聯網的智能家居研究具有重要意義。

一、物聯網和智能家居的概念

1.物聯網的概念

物聯網源于研究人員在多領域的研究成果的集成，由Kevin Ashton在研究供應鏈管理時提出，研究人員對于普適計算的研究是物聯網出現的重要原因。不同學者對物聯網的定義各有不同，歐洲項目組將物聯網定義為商業、信息交流的參與者，能推動社會發展，是一種能夠互動，并相互間、與外部環境能產生交換得到的信息和數據，不經人為干預，便可以自發做出相應行為和提供服務，能夠反映并影響真實生活的事件。而RFID項目組把物聯網視為在標準通信協議的基礎上，由擁有唯一地址的互聯網物體所構成的網絡。物聯網可以分為位于最底層的感知層、網絡層和應用層，物聯網的核心技術包括射頻識別技術、無線傳感器網絡技術、Internet技術、納米技術和信息安全技術等。[1]

2.基于物聯網的智能家居的概念

美國最早產生智能家居的概念，它是以住宅為基礎，建筑設備自動化、網絡通信、信息家電為具體表現，兼具系統性、結構性、服務功能和管理功能為一體的家居環境。智能家居可以通過計算機技術、網絡通信技術和綜合布線技術等將住宅環境中的各系統聯系在一起，幫助人們更合理有效地安排時間，使生活更高效、井然有序，并提高住宅環境的安全性，還能實現節能減排的功能。

二、國內外的研究現狀

美國的智能家居研究最為先進，已經出現了以ACHE系統為核心的智能房屋，通過神經網絡原理來控制溫度、照明等因素，并且不需要人為的事先編程。此系統可以通過連續監視環境，并記錄居民對于燈光、溫度等的使用情況，再對得出的數據進行匯總分析，從而推測居民的生活習慣，生成與居民行為習慣相對應的規劃策略，為居民安排舒適的居住環境并預測未來的行為。

中國的智能家居發展較晚，海爾推出的U-home智能家居產品將電信網、廣電網、電力網等通過有線和無線方式進行結合，實現消費者的居住環境如樓宇、室內、社區等的結合，使居住環境更加高效、舒適。

三、基于物聯網的智能家居設計與實現

基于物聯網的智能家居系統主要包括居住環境感知及互動、網絡數據傳輸和應用服務層。居住環境感知及互動是指將各種配備無線或有線功能的傳感器進行連接，使它們能夠提供獲取居住環境的物理信息、居民生活狀態和訪客信息的錄入等服務。網絡數據傳輸能夠保證居住環境信息和居民信息的傳輸。應用服務層能根據收集的相關數據最終實現支配家居設備工作的目的。[2]

（一）基于物聯網的智能家居總體設計與實現

1.家庭智能網關的設計

家庭智能網關是基于物聯網的智能家居系統中最重要的中心設計，能夠采集并匯總不同網段的信息數據。在內部的家居網絡中，它與ZigBee協調器相連，是住宅信息的唯一出口，在外部網絡中，家庭智能網關與Internet網連接，是遠程操作指令接入家庭內部網的最后一道工序。由于內部和外部信息都經過家庭智能網關的傳輸，所以這樣的總設計能保證智能家居的安全性。

2.感知層的設計與實現

由ZigBee節點組成的ZigBee網絡位于感知層，各種傳感器、音視頻采集設備和安防門禁系統執行器也位于感知層上。感知層上的各種傳感器能通過ZigBee節點將居住環境信息傳輸到家庭智能網關，并且應用層的指令信息也能通過ZigBee節點傳輸給執行設備以實現預定的用戶操作。通過這一系列傳輸，實現底層ZigBee節點的互相連通問題。

3.網絡層的設計

基于物聯網的智能家居中的網絡傳輸是用于管理各種住宅設備的網絡信息傳輸，已提供住戶遠程控制的平臺的系統。網絡層的設計包括家庭智能網關、控制中心、住宅設備等內容，傳輸的信息以控制信息和數據信息為主。包括有線傳輸和無線傳輸兩種形式。無線傳輸與有線傳輸相比更加便于管理和應用，所以在基于物聯網的智能家居的未來設計中更加廣泛。

4.應用層的設計

應用層的設計是基于物聯網的智能家居設計中最重要的部分，目前的智能家居中，家居安防監控、家庭信息管理、家庭環境監測是應用層設計的主要方向。

（二）基于物聯網的智能家居硬件設計方案與實現

如圖1所示，基于物聯網的智能家居硬件設計主要以節能為重點進行分析。局域網內部的微型處理元件與通信設備的選擇對于整個智能家居系統的功耗和網絡傳輸效率影響巨大，其中末端節點的穩定性和工作效率對于整個系統的可持續工作時間和穩定性起著重要作用。所以在基于物聯網的智能家居硬件設計中應特別注意對微小處理元件和通信方式的節能設計。[3]

四、結束語

中國的智能家居發展較晚，但是由于人們生活水平提高，對家居環境的要求隨之增加，在近幾年國家政策的扶持下，智能家居的研究也如火如荼地展開。如海爾、長城等大企業紛紛推出了智能家居產品，國內的通信商也將物聯網服務作為未來的發展方向之一，對于基于物聯網的智能家居的研究和實現提供了良好契機。

參考文獻

篇6

概 述

近幾年，物聯網被認為是繼計算機、互聯網之后，世界信息產業的第三次浪潮。圍繞物聯網的話題也是層出不窮。顧名思義，物聯網就是“物物相連的網絡”，即通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，把任何物體與互聯網相連接，進行信息交換和通信，以實現對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。[1]它比現行的互聯網更為龐大，其應用覆蓋電網、醫療、交通、RFID等多個領域。

智能家居行業是一種新興行業，也是高新技術產業。它是以住宅為平臺，利用綜合布線技術、網絡通信技術、安全防范技術、自動控制技術、音視頻技術將家居生活有關的設施集成，構建高效的住宅設施與家庭日程事務的管理系統，旨在實現人與人、人與家中物品、家中物品與物品間的智能關聯。這一特點與物聯網的特質不謀而合，并且3G技術的推廣、普及和三網融合的試點運行都為智能家居的發展奠定了良好的基礎，使得智能家居成為物聯網廣泛應用的突破口。

1、基于物聯網技術的智能家居發展現狀

智能家居的發展大致經歷了以下三個階段：電子化、自動化和網絡化。[2]自世界上第一幢智能建筑1984年在美國出現后，美國、加拿大、澳大利亞和東南亞等經濟比較發達的國家先后提出了各種智能家居的方案。在我國，自2000年提出智能家居的概念后，經過近15年的發展，我國智能化住宅的建筑面積目前已達到400億平方米，預計到2020年還將新增300億平方米。全國智能化住宅小區的建設數量，未來十年將達到上萬個。而且，智能化家居的概念也不僅僅局限于家電設備聯網、具備安防措施等初級智能化，隨著3G技術的推廣、和三網融合的試點運行，國內電信三大巨頭，國家電網和地方有線公司紛紛推出自己的基于物聯網技術的智能家居方案。如：國家電網公司在北京城區部分范圍內推出電力“智能家庭計劃”的試點。國家電網公司通過在電纜上鋪設信息傳送的光纜，再在試點家庭安裝一個可雙向互動的終端機，即可讓這些家庭達到節電，最終節省電費支出的目的；[3]中國移動的“宜居通”此前已經在重慶和廣東部分城市進行了試點，近期試點范圍將擴大到北京市朝陽區；中國電信的“5A數字家庭”在廣東東莞、江蘇等地規模試點之后，即將在北京開始試點；中國聯通的智能家居方案進入了江蘇南京、無錫等地的部分中高檔樓盤，并且得到了當地建設部門的支持；江蘇有線也和當地部分樓盤開發商達成了合作協議，將方案推廣到了部分小區；國家電網目前也在北京的蓮香園和廣華軒兩個小區進行了試點。

與物聯網智能家居相關的家電產品發展也較為迅猛。2010年1月，海爾了世界上首臺“物聯網冰箱”，讓消費者親眼感受到了物聯網技術在家電領域的應用；短短3個月后，海爾又研制出全球首臺無氟變頻物聯網空調，并通過報紙、雜志、電視、網絡等各種傳播渠道不斷強化海爾在家電物聯網領域的“橋頭堡”地位。而美的旗下品牌小天鵝生產的首臺物聯網洗衣機也于去年在美國上市。

2、物聯網技術在智能家居中的應用

以物聯網技術為核心的智能家居是利用網絡通訊、計算機、家電控制、綜合布線等技術將家電智能控制、信息交流、消費服務、小區安防等家居生活有效地結合起來。物聯網智能家居系統拓撲圖如圖1所示。

圖1.物聯網智能家居系統拓撲圖

在物聯網智能家居環境中，不論你是否在家都能夠通過遠程設備對家中的電器、燈光、以及門、窗進行控制。如果是出門在外，能夠通過電話、手機或者互聯網連線家中的智能終端，了解家中家電的使用情況，并隨時監控家中狀況。家中的電器可以識別電壓的波峰和波谷，自動避開用電高峰。各電器間也可以實現按預定模式協作運行。如果家中來了訪客，則可以通過可視對講系統留言留影，也可以通過遠程控制門打開。如果家中出現煤氣泄漏或者小偷潛入，安防設備會自動報警和抓拍小偷圖像信息，同時通知你和小區物業保安。當你在回家的途中，也可以通過手機提前開啟家中的空調和熱水系統，讓你一到家就能享受愜意、舒適的智能化生活。[4]

總之，智能家居是一個多功能、綜合性的系統，起支撐作用的物聯網技術包括：傳感器技術、RFID射頻技術、多維碼設別技術、GPS技術，互聯和組網技術、以及與之相適應的各種應用開發技術等。

2. 基于物聯網技術的智能家居發展所面臨的問題

作為物聯網重要的應用，智能家居涉及電子、計算機、通信、自動控制、建筑裝飾等多個領域，相對于其它的物聯網應用來說，擁有更廣大的用戶群和更大的市場空間。通過十幾年的探索和發展，智能家居在中國的應用雖然取得了一定的進展，但是離大規模普及還有一大段距離。從當前的情況和市場反應來看，智能家居在我國現階段的發展遇到了三大問題：系統復雜、價格昂貴、實用性差。[3]對于這三個問題，我們從技術和商業運作兩個方面加以分析。

從技術方面來講，首先，智能家居行業內缺乏統一的相關標準。目前有不少企業加入物聯網研究的陣營中，造成物聯網的相關產品較多，甚至是魚目混雜。然而，由于沒有統一的行業標準，大量的產品間互不兼容，這直接影響到產品間的相互識別和感應，給消費者造成較差的使用體驗。同時也給一些廠商在生產、推銷自己的產品時帶來了很大的障礙。

其次，智能家居技術中的信息安全技術還有待提高。目前，物聯網中非常重要的技術——RFID，其對數據保護能力比較脆弱。[4]如果攻擊者截獲標簽信息并且對信息進行破解，就可以通過偽造等方式對RFID 系統進行非授權使用，從而給使用者帶來安全威脅。

再者，智能家居產品雖然技術先進，但操作復雜，完全不像宣傳時所說的那樣“一鍵控制”，不符合廣大普通消費者的使用習慣，

從商業運作方面來講，由于智能家居的試點多是在經濟較為發達的地區、城區或較為高檔的小區，對廣大普通消費者而言成本昂貴，令人望而卻步。其次，智能化家居在中國現階段的人民生活中還屬于附加消費，如果產品價格、集成價格難以降低的話，規模化還需要時間。

3、物聯網智能家居發展建議

基于以上的分析，可見我國智能家居乃至物聯網要想實現規模化，產業化，還有很長的路要走。

首先，迫在眉睫的是解決技術問題。由政府牽頭，抓緊制定行業統一標準，加強不同產品間的互聯互通。尤其是要加快關鍵標準的制定、實施和應用。同時也積極參與國際標準制定，整合國內研究力量形成合力，推動國內自主創新研究成果走向國際市場，為大規模普及應用掃清障礙。另外，要加緊研究以物聯網信息安全為主的相關技術，以技術為消費者筑起安全屏障，確保消費者的使用安全。

其次，從商業角度考慮，參與物聯網、智能家居產品研發的各企業應積極尋找新的應用模式，改變單一的推廣模式。政府可以參與推廣物聯網應用試點，大力發展公共物聯網應用，為智能家居及物聯網的發展提供有力保障。各企業則應該以開放的姿態積極尋求合作，提高產品集成度、降低產品價格，真正實現物聯網的集成化、規模化、智能化和平民化。

4、結束語

科學技術的發展和生活水平的提升，使的越來越多的人堅定不移地追求更高品質的生活，智能家居作為高品質、信息化生活的代表得到越來越多的矚目。從2000年首屆峰會上提出智能家居的概念，到2011年第十二屆中國國際建筑智能化峰會上提出發展實用型的智能化建筑，雖然中國房產智能化道路幾經周折，但是建筑、家居智能化這一進程卻不可阻擋地前進著。目前，雖然在利用物聯網技術推進家居智能化的過程中面臨許多問題，要在設備兼容性以及降低成本和設備安全性等方面做很多工作。[5]但是物聯網技術的先天優勢還是很有利的，與以往的智能家居標準相比，具有無需布線、網絡容量大、能耗低等優點使得物聯網智能家居技術擁有光明的應用前景。■

參考文獻

[1]陳任、余征、梁金瑤.物聯網時代的智能家居發展機遇和挑戰[J].智能建筑與城市信息，2010，第5期：21-23；

[2]童曉渝、房秉毅、張云勇.物聯網智能家居發展分析[J].移動通信，2010，第9期：16-20；

篇7

1.前言

在當今如此快速發展的時代，人類對快節奏生活的要求極度迫切，對生活品質的要求顯著提高，計算機和手機的廣泛普及應用和物聯網技術的發現創造了新的市場和機遇，基于物聯網的智能家居體系，在即將到來的未來一定會成為當代人們生活中不可缺少的一部分。

2.智能家居體系結構

物聯網智能家居體系有多個組成部分，具體是中央控制器、信號接收器、遠程遙控控制器和模擬啟動器。信號接收器可以接受使用者發來的指令信息，然后轉化為可以識別的代碼再傳送到中央控制器里面，中央控制器進行處理和分析后，一方面將指令傳送到模擬啟動器中，另一方面將指令傳遞到實時顯示模塊進行顯示，模擬啟動器根據指令內容，各自啟動相關遠程控制器，從而實現對智能家居的控制，一切操作完成后，遠程控制端口就會回饋一條完成指令信息給中央控制器，然后通過信號接收器反饋給使用者，使用者就可以根據反饋得來的消息來判斷接下來的操作。

圖1 基于物聯網的智能家居體系

當處于用戶不操作的情況下，中央控制器會自動接收信息以及監控各類傳感器工作狀況，根據不同設置要求，實時監控各類環境數據，旦變化超出設定范圍，中央控制器$自，生增令， 模擬啟動器會控制相應的智能設備進行調節，從而營造安全舒適的家居條件，如圖1所示。

3.智能家居體系中的物聯網技術

3.1 無線傳感器技術

隨著計算機技術的發展，能夠將計算、通信、傳感等功能都集成于一個設備上變成可能，這些技術的緊密結合正是無線傳感器網絡。

無線傳感器在運行時是由電池或者發電機提供能源，形成無線傳感器網絡節點，由集成有傳感器、數據處理單元和通信模塊的各個微型節點，通過自由無組織方式構成網絡。無線傳感器網絡由傳感器節點構成的網絡，能夠實時地監測、感知和采集節點部署區的環境或觀察者感興趣的感知對象的各種信息，并對這些信息進行處理后以無線的方式發送出去，同時還可以實時傳輸采集的整個時間歷程信號。數據采集處理模塊將傳感器輸出的微弱信號經過放大，濾波等過程，再送到模數轉換器，轉變成為數字信號，最后送到主處理器進行數字信號處理，計算出傳感器各種參數。無線傳感器網絡使普通物體具有了感知能力和通信能力，在智能家居領域有著廣闊的應用前景。

3.2 （RFID）射頻識別技術

射頻識別技術在智能家居體系中扮有自動識別、門禁管理系統的強大功能。

無線電頻率識別的簡稱是射頻識別，可通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數據，而無需識別系統與特定目標之間建立機械或光學接觸新的模式。在RFID體系中，識別信息存放在電子數據載體中，電子數據載體叫做應答器。應答器中存放的信息由解讀器識別。閱讀器不僅可以讀出存放在里面的信息，并且可以對其進行寫入，讀寫操作過程，這些功能是通過雙方之間的無線通信來實現的。

3.3 通信與網絡技術

各種各樣的無線技術、感知技術、通信技術、網絡技術儀器組成了以物聯網為核心的充滿智慧的網絡，而通信與網絡技術是支撐物聯網運轉的核心部分，是物聯網應用發展的重中之重。通信與網絡技術包括通信網與IPV6技術、3G與4G技術、WIFI技術、無線寬帶接入技術、NFC近場通信技術和ZigBee技術等。

4.智能家居前景展望

根據物聯網技術研究的展開，智能家居成為其主要的展現平臺。物聯網技術在智能家居上的應用，為智能小區的物業管理部門提供了科學、高效的管理手段和方法，將無線傳感網、圖像識別、射頻識別、定位等主流技術結合現有的視頻監控體系，可以全方位地提升智能小區管理的自動化程度，提高效率，節省人力。

物聯網技術的應用為小區住戶提供了更宏全、舒適的現代化生活空間和環境，其優點和便捷不勝枚舉。如果能夠將這樣的智慧小區體系全部串接起來，共享更多的各種資源，互通互聯，就能為建立智能化城市體系創造良好的開端。

智能家居體系的家庭集成信息化實現方式已成為社會高度智慧化發展的重要構成因子，物聯網也因為它擁有的巨大的應用前景，對智能家居產業的發展產生深遠影響。

5.結束語

智能家居體系的發展道路上需要有一套高度整合的行業標準，隨著網絡科技和電子通信技術的發展，傳統行業里面的建筑產業與IT業會有更深度的融合與互惠，同時又推動了智能家居的高度發展。因此，智能家居行業的進步需要家電產業鏈、IT技術和各行各業體系集成商的共同合作，當然，這不僅需要國家的大力支持，也需要各個企業的積極融入，只有這樣我國的智能家居產業才能以迅雷不及掩耳之勢的好勢頭發展起來。

篇8

中圖分類號：TN92 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8228（2012）04-04-02

Design of an intelligent home gateway based on net of things

Wuyimin, Qian weixing

（Department of Communication and Electron, Hangzhou Vocational & Technical College, Hangzhou, Zhejiang 310018， China）

Abstract： The Internet of things is a web ecosystem combined by things and internet through RFID, senor, wireless data communication devices. This article aimed at realizing a smart-digital-home gateway system which is based on the technology of Internet of things. It has characteristics such as low cost, mutual connection, multi-platform, self-organizing and scalability.

Key words： Internet of things； RFID； intelligent home； security

0 引言

二十世紀80年代開始，能夠初步實現監管、控制功能的智能家居系統已經開始得到實際應用。目前，此項技術在韓國普及的程度排在全球前列，美國已經為智能家居系統制定了相應的技術標準，智能家居的基礎產品已通過美國FCC或歐盟等行業組織機構的質量安全認證，全球家居智能技術的發展已進入白熱化階段。

基于物聯網技術的社區數字智能網關系統，即基于小區的家庭智能家居解決方案，通過小區服務器和小區應用軟件把小區內的多個家庭智能網關結合起來，進行集中管理和資源共享，利用先進的計算機技術、嵌入式系統技術、網絡通訊技術、家電技術、無線控制技術[2]，將家居生活有關的子系統有機地結合，通過統籌管理，不僅可實現小區安防監控，更能將家庭智能控制、信息及消費服務等家居生活有效地結合在一起，讓家居生活更加舒適、安全、有效。

1 智能家居數字網關的功能需求

⑴室內主機軟件：實現可視門鈴、記錄查看、系統設置、呼叫管理中心機四個主功能的相關部分；能在小區內實現可視對講、電話/短信報警；實現視頻監控，并能將報警信息從小區的服務器上通過ECP以電話、短信、彩信的形式報警。

⑵單元門口機軟件：無GUI，實現可視門鈴、呼叫管理中心機、系統設置三個主要功能。

⑶小區管理中心機軟件：實現與單元門口機的音頻雙向、視頻單向對講；實現與業主室內機的雙向音頻對講；實現系統設置的相關功能；實現可視對講、業主報警記錄管理。

⑷小區服務器軟件：搭建SIP服務器；小區服務器軟件收到室內主機發過來的報警信息包后能通過串口電話撥號器/GPRS 模塊撥打主人電話、發送短信的管理軟件；采用ECP軟件，以使小區服務器軟件能夠在收到室內主機發過來的報警消息包后，通過電信的ECP服務平臺自動撥打主人電話，發送短信/彩信給主人手機。

2 智能家居數字網關設計

2.1 單元門口機設計

圖1 單元門口機硬件需求示意圖

單元門口機的硬件采用V512的主板，通過UART/SPI/IIC來連接RFID讀卡器，通過MX27的12個GPIO或者IIC擴展的12個GPIO來連接按鍵。CMOS 攝像頭要裝有LED燈或紅外燈，各單元樓安放以太網交換機，交換出口接入小區局域網，硬件設計框架如圖1所示。

2.2 單元門口機軟件系統設計

單元門口機的網絡設置、密碼更新、RFID[3]權限管理通過USB導入。單元門口機讀到合法的RFID卡/IC卡的ID或/和密碼后自動打開電動門（可用密碼/RFID/密碼+RFID）,響應“*”按鍵呼叫小區管理中心機；根據按鍵輸入的物業編號（1803）呼叫業主；接收本單元內室內機或小區中心機呼叫并自動接通，并通過室內機查看狀態。

2.3 室內主機/室內分機/管理中心機設計

室內主機硬件采用V509硬件和模具。通過室內主機可查看單元門口機；查看來訪紀錄，也可通過USB 接口導出。室內主機內置SD Socket和 CMOS Sensor，315/433M 內置無線模塊可連接到業主家庭內的315/433M無線網絡，實現室內主機與本小區業主的室內主機的可視對講，報警。室內主機內置一個USB的WiFi模塊，可加入家庭局域網，它能實現家庭局域網上的 IPCAM/室內分機和小區局域網相關設備之間的數據路由。硬件設計框架[4]如圖2所示。

圖2 室內主機/室內分機/管理中心機硬件設計框架

2.4 室內主機軟件系統設計

室內主機主界面（GUI）采用Android 實現（如圖3所示）。如果連續5分鐘沒有任何操作，系統會自動進入屏保模式。屏保模式下，觸摸屏或者按鍵有任何操作，則室內主機返回主界面。在主菜單下點擊呼叫按鈕圖標，系統進入呼叫小區管理中心機狀態，用戶可與小區管理中心機進行音頻對講或者可視對講（如圖4所示）。

圖3 室內機主界面

圖4 室內機呼叫界面

門鈴在查看狀態下，用戶可以查看、監聽單元門口機，但是單元門口機聽不到室內主機的聲音，直到按下室內主機對講按鈕，方可開始單向視頻、雙向音頻的對講；開門按鈕，僅在室內主機處于門鈴查看狀態下或者對講狀態才能被有效操作（打開電控門）；室內主機返回鍵被按下即從門鈴狀態下返回，如果此時室內主機處于門鈴查看、對講狀態，則自動掛斷； 室內主機在門鈴查看、對講狀態下，如果單元門口機對其他室內主機發起了新的呼叫請求，則單元門口機會自動掛斷與原來室內主機的連接，室內主機則會自動返回主界面；此外，室內主機在門鈴查看、對講狀態下，如果連續5分鐘無任何觸摸屏操作，則室內主機會先以OSD提示信息來告訴用戶需要點擊一個屏幕，如果用戶在10秒內還是沒有任何操作，室內主機即自動掛斷，返回到主界面的屏保模式。

在主界面下點擊室內主機記錄查看圖標，室內主機即進入記錄查看狀態。用戶可以按照時間逆訪紀錄和安防報警記錄（如圖5所示）。

圖5 視頻查看界面

2.5 室內分機系統設計

圖6 室內分機主界面

室內分機GUI的絕大部分和室內主機一樣，只是需要設置室內主機在家庭局域網中的IP地址，這樣，市內分機可以通過室內主機的路由功能來實現可視對講/門禁管理/安防報警/視頻監控的功能。室內分機在作為分機工作時，不需要在本機上安防報警的功能，視頻監控功能也僅僅限于查看IPCAM的實時視頻（如圖6所示）。

3 結束語

物聯網作為新一代信息技術的重要組成部分，具有廣闊的發展前景。本文針對目前國內小區管理的實際情況，設計并實現了一種基于物聯網技術的智能家居[5]數字網關系統，已在相關房地產和物業企業中推廣試用，并獲得了客戶的肯定。物聯網技術與實際生活相結合的產品具有強有力的生命力和市場發展潛力，將會有越來越多的小區在建設過程中采用智能家居系統，并實現整個小區的智能化。預計在未來幾年，智能家居的應用將越來越廣泛，并帶動智能化裝修、智能化小區服務、智能化家電等相關產業的發展。

參考文獻：

[1] 喬彥友,李廣文.基于GIS和物聯網技術的基礎設施管理信息系統[J].地理信息世界.2010.5:17

[2] 王永紅,肖碩.高密度物聯網標簽防止沖突的研究[J].安徽電子信息職業技術學院學報,2010.5:14

篇9

中圖分類號：TU855 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）11-0074-01

信息社會在改變人們的生活方式和工作習慣的同時，也對傳統的建筑住宅、社會、技術和經濟的進步提出了挑戰，使人們的觀念變了。人們對家的要求不僅僅是物理空間，更關心的是一個安全、方便、舒適的家居環境。智能家居技術起源于美國，它被設計成一個平臺，用于家庭。

智能家居控制系統由HFC、現場總線、以太網、公共電話網和無線網的傳輸網絡為物理平臺，計算機網絡技術作為技術平臺，作為應用現場總線的操作平臺，形成了一套完整的家庭通信和家庭設備自動控制以及提高控制系統的家庭安全防范功能。

1 系統需求分析

1.1 監控功能

（1）監控室內溫度；通過對室內溫度的溫度傳感器DS18B20采樣時間，如果室內溫度超過設定的溫度閾值，對室內溫度異常自動處理系統（報警蜂鳴器、LED燈閃爍）；（2）監測紅外傳感器；通過按鍵模擬紅外傳感器，阻止或異步通知的紅外線傳感器監測，如果紅外傳感器檢測到非法進入，系統自動處理異常（報警蜂鳴器，導致燈閃爍）；（3）監控室內煙霧濃度；通過測量電壓值來模擬煙霧傳感器，室內煙霧濃度的時間進行采樣，如果室內煙霧濃度超過設定的煙霧濃度閾值，該系統將自動對室內處理異常（報警蜂鳴器，導致燈閃爍）。

1.2 智能服務器

（1）獲取室內參數；通過獲取各個芯片的參數，來動態顯示室內相關信息，比如當前室內溫度，濕度，煙霧濃度，場景狀態等；（2）配置管理；通過智能服務器終端界面進行參數配置。

1.3 智能客戶端

（1）故障報警；由該系統內部產生各種故障可以上報至操作維護終端，軟件支持告警過濾、告警復位等功能，重要告警，存儲到FLASH，以備查閱；（2）性能管理；系統內部相關工作參數上報至操作維護終端；（3）配置管理；系統相關參數支持設置和查詢；（4）軟件版本管理；系統支持軟件版本的查詢和軟件的在線升級；（5）系統自檢；系統支持自檢，故障定位到模塊級。

1.4 軟件性能需求

（1）支持3G網；支持3G網絡之后，能通過3G網絡進行通信，使得通信變得更加快捷和方便；（2）支持視頻傳輸；支持視頻輸出之后，能用攝像頭，通過網絡來傳輸視頻信號，使得通信變成可視化。

2 硬件結構

2.1 系統硬框圖

智能家居系統是由TPad，3gmodem，ZigBee，電腦三臺，硬件框架如圖1所示，每一個單元中，除了3gmodem在運行相應的軟件。每個單元的電源電流板是一個獨立的電源，而不進行有效管理的PMIC的使用。TPAD是家居系統的控制中心和一個處理單元，主要對溫度、煙霧、紅外采集和分析，并通過視頻捕捉的CMOS或CCD攝像頭，可以和ZigBee，3gmodem 溝通。3gmodem主要是能夠語音通話、網絡傳輸；ZigBee無線通信模塊的控制命令的處理。

2.2 硬件接口描述

（1）運行維護計劃；包括系統信息監控、設備控制操作和維護，通過上位機軟件升級和其他配置和控制，硬件接口。在系統上電時，處理硬件的初始化工作，讀取相應的信息，并在LCD上顯示，通過上 啟動機器的配置、控制命令都有處理統一的分析和處理，然后通過處理來3gmodem，ZigBee配置。（2）控制平面；系統開機后，開始監控軟件，監控溫度傳感器、煙霧傳感器、紅外傳感器等信息，針對不同情況，進行相應的處理。同時，監控和處理主機的請求和服務器智能終端，并做出相應的處理。

3 系統實現

3.1 初始化流程

（1）系統加電；（2）啟動引導程序，實現硬件的初始化，加載標識，初始化組合鍵，通過啟動參數內核加載到內存中，啟動內核，內核參數和傳輸；（3）啟動內核，主要完成驅動初始化的根文件系統；（4）把根文件系統，進行相關的初始配置，創建設備節點鉸接文件系統（sysfs，TMPFS ramfs，等等），配置網絡環境；（5）鉸接用戶分區，智能終端服務器和主要初始化、打開設備，創造監控任務，等待數據交互。

3.2 業務流程

篇10

關鍵詞：智能家居；FPGA；ZigBee；無線傳感器節點

Key words： smart home；FPGA；ZigBee；wireless sensor node

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）18-0068-02

0 引言

智能家居系統的概念起源于上世紀70年代的美國，隨后，傳播到歐洲、日本等國并且得到了很好的發展。在我國，智能家居這一概念推廣較晚，約在90年代末家居智能化系統才得以進入國內，但發展速度驚人。隨著物聯網技術的不斷發展，根據人們需求而開發設計的智能家居系統擁有更加優越及復雜的配置，可以將家庭中各種通信設備、家用電器以及家庭保安裝置通過物聯網技術連接起來，實現環境控制、養魚養花、燒水煮飯、多媒體控制及安全報警等功能，并可以異地監控、管理、報警，為住戶提供安全舒適、高效便利的學習生活及工作環境。

由于智能家居系統還缺乏統一明確的國際標準，許多公司開發出的產品都是基于自己組網和信息交換協議，很多產品是針對特定的組網環境開發的，部分核心技術沒有對外公布，技術復雜，直接導致了使用范圍的局限性。再者，缺乏對應的第三方產品，各個接入設備之間不能兼容，互操作性差，不利于產品的擴充，因而進一步局限了產品的發展。再加上有的系統成本過高，嚴重影響了產品的普及。本文通過FPGA構建了一個嵌入式控制處理平臺，利用FPGA技術低功耗、定制性高、擴展性強、接口靈活等優點，實現了物聯網智能家居控制部分的設計，能夠滿足家居需要。

1 FPGA在物聯網智能家居中的應用

目前常見的智能家居系統大多基于ARM的嵌入式系統，這類系統并不能同時支持多種無線通信協議。通過整合多種無線通信控制方式，來實現基于FPGA的物聯網智能家居控制器，為智能家居的控制領域探索了一種新可行性的方法。利用FPGA芯片可自由定制以及接口靈活性的特點，設計智能家居控制器各個模塊，相比ARM單片機支持串口少的短板，可以使系統在同一時刻支持多種通信方式，從而使系統具有更高的適應性和可擴展性，能夠同時控制多達31個家用電器，基本滿足日常家居需要。基于FPGA的物聯網智能家居在設計實現的過程中，使用了Quartus II等集成開發環境，以及ModelSim專業仿真工具，利用Verilog HDL硬件描述語言，在Altera公司的DE2開發板上進行開發設計。

2 基于FPGA的物聯網智能家居設計

2.1 系統功能

基于FPGA的物聯網智能家居系統能夠最大限度地使家居更加智能化，其三大關鍵功能是通過網絡信息終端進行信息的獲取、處理以及，進行信息的及時反饋；對相應的單元以及一些機構進行控制，實現實時監測；兼容性一定要足夠強大。該系統特色功能具體如下：

①環境控制系統：對室內溫度、濕度、亮度進行實時測量，通過人設模式控制空調、加濕器、窗簾、燈光等設備達到宜居的室內環境；②智能養花系統：通過測量相關參數，提供澆水、施肥、遮蓋陽光等功能，可以遠程監控養花，或者自動養花；③智能養魚系統：通過測量相關參數，提供補氧、喂食、控溫、換水等功能，可以遠程監控養魚，或者自動養魚；④智能餐飲系統：通過控制燒水壺、微波爐、電飯鍋等設備電源及煤氣開關，完成燒水、蒸煮、烹飪等功能，可以遠程監控完成或自動完成；⑤多媒體系統：通過開關控制，可以遠程操控電視、音響、電腦等設備；⑥完全報警系統：通過測量相關水電氣參數或者紅外感知參數，對室內實時監控，如有危險提示則報警。

2.2 系統架構

該系統是以單個家庭為單位進行安裝，智能家居控制臺采用大唐移動公司研制的智能家居控制試驗箱，ZigBee中心節點采集環境信息。FPGA相當于智能家居系統中的管理中心，其核心是采用Altera公司推出的32位高性能軟處理器nios2與每個子節點連接。管理中心通過串口可根據接收到的ZigBee中心節點數據進行處理，并通過家庭總線系統與其他節點設備進行關聯操作，實現家庭環境的監測與管理，從而為用戶提供安全、舒適的生活或工作環境。智能家居控制器系統結構圖如圖1所示。

2.3 硬件結構

2.3.1 FPGA部分

系統的核心控制部分由FPGA實現，其設計思路是：采用Altera公司DE2-70開發平臺來完成系統設計，從ZigBee網絡傳輸過來的數據經過串口后存儲到DE2-70開發板上的SDRAM中，在FPGA控制平臺上，由Altera的IP核構成Nios II軟核，并植入FPGA芯片中，然后通過軟件編寫來實現FPGA控制平臺的功能，然后系統從SDRAM中讀取數據后將溫度、濕度等信息顯示在LCD液晶屏上。FPGA系統的Nios II軟核結構如圖2所示。

2.3.2 無線傳感器節點

無線傳感器模塊由ATMEGA128和CC2420組成，CC2420通過SPI總線連接到ATMEGA128。CC2420是Chipcon As公司推出的首款符合2.4GHz IEEE802.15.4標準的射頻收發器，該器件包括眾多額外功能，是第一款適用于ZigBee產品的RF器件。該模塊能夠在低電壓低頻率模式下開始工作，同時能夠進行低功耗操作，還能夠支持許多種不同的低功耗模式，例如睡眠模式以及深度睡眠模式等，都是可以實現的，從而達到系統更加智能化的目的。無線傳感器模塊如圖3所示。

2.3.3 ZigBee中心節點

ZigBee中心節點使用大唐移動公司研制的智能家居控制試驗箱配套產品，模塊內嵌工作頻率2.4GHz基于IEEE802.15.4標準的ZigBee通信協議，支持最新的RS232串行模式，在此標準通信協議下，經測試，ZigBee中心節點每次接力通信都能在75m范圍內提供250kbps的速率，能在網狀或多次跳接無線網絡內支持串行數據路由，速率最高可達38.4kbps，能夠達到目前國內產品的最好性能，完整體現了最新ZigBee網絡層的強大功能。

3 結論

本系統通過FPGA構建了一個嵌入式控制處理平臺， 利用FPGA技術低功耗、定制性高、擴展性強、接口靈活等優點，實現了物聯網智能家居控制部分的設計。最終通過Altera公司的DE2開發板驗證，本控制系統在板載50MHz的時鐘頻率下穩定運行，實驗結果達到了預期目標。該系統中的部分模塊已在我學院SMT實訓基地自主開發研制并生產。另外以該系統項目為例，通過翻轉課堂教學模式激發了學生的實踐操作能力、創新能力，對在研課題具有較好的理論價值和實際意義。

參考文獻：

[1]韓德強.嵌入式家庭控制器系統的設計與實現[J].電子技術應用，2008（3）：23-25.