智能家居系統(tǒng)技術(shù)與應(yīng)用研究

1、SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY智能家居系統(tǒng)技術(shù)與應(yīng)用研究課 程 報(bào) 告姓名：宋浩學(xué)號(hào)專業(yè)班級(jí)：食品1402班學(xué)院：農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院目錄:摘要 3關(guān)鍵詞 3引言 3智能家居系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框架 4智能家居感知層的設(shè)計(jì) 4智能家居網(wǎng)絡(luò)層的設(shè)計(jì) 5智能家居應(yīng)用層的設(shè)計(jì) 6結(jié)束語(yǔ) 6參考文獻(xiàn) 7摘要 :隨著社會(huì)的發(fā)展，智能家居系統(tǒng)逐漸成為了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)重要分支。 通過(guò)從感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層三個(gè)層面自下而上全面的對(duì)智能家居系統(tǒng)構(gòu)成的闡述，給出了基于 ZigBee技術(shù)、ARMft核和GPR竄絡(luò)技術(shù)快速構(gòu)建 智能家居系統(tǒng)的方案，這將對(duì)

2、智能家居系統(tǒng)的創(chuàng)建有著極大的指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞：智能家居；ARM；ZigBee； GPRS引言：隨著社會(huì)科技的不斷進(jìn)步和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及信息科學(xué)的高速發(fā)展，人們獲取信息的方式也在不斷更進(jìn)，由于人們對(duì)物體與物體間狀態(tài)信息的需求不斷提高，物聯(lián)網(wǎng)逐漸走入了我們的視野，成為了我們生活中不可缺少的重要工具。物聯(lián)網(wǎng)是什么呢？相信還有很多人并沒(méi)有對(duì)它有一個(gè)明確的定義。物聯(lián)網(wǎng)就是指通過(guò)射頻識(shí)別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)（GPS、傳感器、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，實(shí)現(xiàn)任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、任何物體的連接，從而進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的龐大網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。漸漸地， 物

3、聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用已經(jīng)深入到人們生活和工作的每一個(gè)角落，其應(yīng)用領(lǐng)域大體可分為以下八種：城市智能管理、智能家居、定位導(dǎo)航、現(xiàn)代物流管理、食品安全控制、零售、數(shù)字醫(yī)療、防入侵系統(tǒng)。在這之中，智能家居方面的應(yīng)用與我們的日常生活聯(lián)系最為密切智能家居系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框架：根據(jù)了解，我們的智能家居系統(tǒng)一共有三個(gè)重要層次，它們分別是用來(lái)感知數(shù)據(jù)和設(shè)備控制的感知層，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)層和接收、分析處理數(shù)據(jù)的應(yīng)用層。智能家居感知層的設(shè)計(jì)：智能家居系統(tǒng)的感知層定義即通過(guò)濕度傳感器、溫度傳感器、光照傳感器、紅外探測(cè)器等傳感器元件進(jìn)行信息采集，將采集到的信息通過(guò)傳輸網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行信息交流，并執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)層傳輸?shù)目刂泼睢Ｋ裕?智

4、能家居系統(tǒng)的感知層由各類傳感器元件、局域傳輸網(wǎng)絡(luò)和主控制器模塊三部分組成，每一部分都是不可或缺的角色。在智能家居系統(tǒng)中需要感知的家電數(shù)量并不確定，位置也不固定，并且在大多數(shù)的時(shí)間里它都處于一個(gè)休眠的狀態(tài)，既不需要數(shù)據(jù)的傳輸，并且信息交換量小，也不需要很高的數(shù)據(jù)傳輸功率。在智能家居系統(tǒng)這個(gè)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，智能家居系統(tǒng)普遍采用由傳感器元件和以ZigBee 技術(shù)無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)組成無(wú)線傳感器為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)，使得這個(gè)系統(tǒng)更加方便可靠。據(jù)調(diào)查，ZigBee 是基于IEEE802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)的局域網(wǎng)協(xié)議，它具有低成本、低功耗、低數(shù)據(jù)傳輸功率、大網(wǎng)絡(luò)容量、工作頻段靈活等特點(diǎn)。通過(guò)ZigBee 技術(shù)這些優(yōu)點(diǎn)。其建

5、立起的無(wú)線局域網(wǎng)將大量靜止或運(yùn)動(dòng)的傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)自組織的方式與主控制器模塊連接起來(lái)，組成一個(gè)星形網(wǎng)絡(luò)?？梢噪S意的添加或者去掉需要傳輸信息的節(jié)點(diǎn)，是以無(wú)線、星型的形式建立起的局域網(wǎng)。這個(gè)節(jié)點(diǎn)把采集到的信息用局域網(wǎng)傳遞給主控制處理器，然后主控制處理器再把收集到的信息進(jìn)一步的進(jìn)行計(jì)算和處理，最后再把其中有用的信息由網(wǎng)絡(luò)層傳遞給應(yīng)用層。通過(guò)這種程序，系統(tǒng)的使用者可以通過(guò)移動(dòng)設(shè)備上的操作界面編寫并發(fā)送控制命令，在這個(gè)過(guò)程中，主控制器也要把應(yīng)用層傳來(lái)的控制命令進(jìn)行一次篩選，把需要執(zhí)行的命令發(fā)送給節(jié)點(diǎn)。智能家居的主控制器的特點(diǎn)就是兼容性比較好，處理能力更強(qiáng)。以ARM為核心的處理器芯片具有體積小，功耗低的特點(diǎn)

6、，同時(shí)， 它支持 16 位的 Thumb和32位的ARMS種指令集，相較而言，兼容性更好，采用的 RISC架構(gòu)，指令執(zhí)行時(shí)間短，采用多級(jí)流水線結(jié)構(gòu)處理速度也很快。除此之外，通過(guò)SPI串行接口相連的主控制器與液晶顯示屏幕，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)顯示的人機(jī)交互功能，也體現(xiàn)了系統(tǒng)較強(qiáng)的現(xiàn)代能力。智能家居網(wǎng)絡(luò)層的設(shè)計(jì)：智能家居網(wǎng)絡(luò)層是把感知層感知的信息安全可靠地傳送給應(yīng)用層操作系統(tǒng)的通信系統(tǒng)，泛指互聯(lián)網(wǎng)、2G/3G移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信技術(shù)等長(zhǎng)距離通信的 廣域網(wǎng)絡(luò)。其中，GPR郵絡(luò)是在現(xiàn)有的GSMRJ絡(luò)基礎(chǔ)上引入SGSNGPRSlk務(wù) 支撐節(jié)點(diǎn)）、GGSNGPR竄關(guān)節(jié)點(diǎn)）、和PCU（分組控制單元）。具有傳輸速 度塊、

7、 實(shí)時(shí)在線、按量計(jì)費(fèi)、登錄快捷和數(shù)據(jù)傳輸與語(yǔ)音傳輸可同時(shí)進(jìn)行等優(yōu)點(diǎn)。因此，本系統(tǒng)通過(guò)主控制器的 RS232串口擴(kuò)展與GPRSII塊相連，來(lái)實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)與應(yīng)用層操作系統(tǒng)的遠(yuǎn)程通信。當(dāng)GPRSII塊接收到應(yīng)用層發(fā)送的短信信息時(shí)，會(huì)觸發(fā) ARMfc理器的串行中斷，ARMt理器立即讀取接收到的短信并進(jìn)行解析處理，若解析后的數(shù)據(jù)包含相應(yīng)的有效控制命令，則將其傳送至主控制器節(jié)點(diǎn)的智能控制處理器，控制處理器發(fā)出的操作命令給相應(yīng)的分節(jié)點(diǎn)的控制部分。智能家居應(yīng)用層的設(shè)計(jì)：智能家居系統(tǒng)和用戶的接口是系統(tǒng)的應(yīng)用層，它通過(guò)使用較為人性化的操作界面來(lái)計(jì)算和處理感知層所采集的信息、同時(shí)進(jìn)行知識(shí)挖掘，來(lái)控制家用電器、安防系

8、統(tǒng)等設(shè)施。云計(jì)算是本系統(tǒng)應(yīng)用層的操作界面所采用的構(gòu)建理念，通過(guò)它來(lái)使其強(qiáng)大的操作處理功能得到盡然的發(fā)揮。這種商業(yè)構(gòu)建模型將任務(wù)分派給由大量計(jì)算機(jī)構(gòu)成的資源池上，使用各種應(yīng)用系統(tǒng)能夠根據(jù)需要獲取計(jì)算能力， 存儲(chǔ)空間和信息服務(wù)，大大減少了用戶建立應(yīng)用層的花費(fèi)，使成本大大降低。用戶只需面對(duì)手機(jī)或是其他移動(dòng)設(shè)備上的 APP界面，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)或者短消息向GPRSJ絡(luò)發(fā)送控制命令，來(lái)實(shí)現(xiàn)器遠(yuǎn)程操作，再也不需要考慮數(shù)據(jù)傳輸所進(jìn)行的一系列處理等復(fù)雜的問(wèn)題了。結(jié)束語(yǔ)：物聯(lián)網(wǎng)將信息通信技術(shù)應(yīng)用到對(duì)現(xiàn)實(shí)事物的感知上來(lái)，它極大的方便了人們的生產(chǎn)和生活活動(dòng)，因此它將帶來(lái)信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展。智能家居系統(tǒng)通過(guò)各種傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)家用電器和房間內(nèi)其他情況的信息采集，使用基于ARM勺中心控制器，利用ZigBee 建立無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)中心控制節(jié)點(diǎn)和家電控制子節(jié)點(diǎn)間的無(wú)線通信，利用 GPRSI塊建立遠(yuǎn)距離傳輸網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)智能家居的使用者通過(guò)手機(jī)對(duì)家電設(shè)備和安防系統(tǒng)的控制和對(duì)家中情況的了解。我國(guó)智能家居產(chǎn)業(yè)的發(fā)展尚處于起步階段，為了能夠適應(yīng)這種奇妙的社會(huì)變化， 我們的國(guó)家還需要多多培養(yǎng)在此方面了解較多，能力較強(qiáng)的學(xué)者。我們有理由相信，我們國(guó)家的智能家居產(chǎn)業(yè)的發(fā)展必定會(huì)大有收獲，相信它會(huì)給我 們的生活帶來(lái)更多方便。參考文獻(xiàn)：1 周珊，蔡長(zhǎng)青，舒英