智能家居系统技术与应用研究

智能家居系统技术与应用研究

课

程

报

告

: 宋浩

学号：14110302056

专业班级：食品1402班

学院：农业工程与食品科学学院

目录：

摘要 (3)

关键词 (3)

引言 (3)

智能家居系统总体结构框架 (4)

智能家居感知层的设计 (4)

智能家居网络层的设计 (5)

智能家居应用层的设计 (6)

结束语 (6)

参考文献 (7)

摘要:

随着社会的发展，智能家居系统逐渐成为了物联网技术应用的一个重要分支。通过从感知层、网络层和应用层三个层面自下而上全面的对智能家居系统构成的阐述，给出了基于ZigBee技术、ARM内核和GPRS网络技术快速构建智能家居系统的方案，这将对智能家居系统的创建有着极大的指导意义。

关键词：智能家居；ARM；ZigBee；GPRS

引言：

随着社会科技的不断进步和网络技术及信息科学的高速发展，人们获取信息的方式也在不断更进，由于人们对物体与物体间状态信息的需求不断提高，物联网逐渐走入了我们的视野，成为了我们生活中不可缺少的重要工具。物联网是什么呢？相信还有很多人并没有对它有一个明确的定义。物联网就是指通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统（GPS）、传感器、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，实现任何时间、任何地点、任何物体的连接，从而进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的庞大网络系统。

渐渐地，物联网的应用已经深入到人们生活和工作的每一个角落，其应用领域大体可分为以下八种：城市智能管理、智能家居、定位导航、现代物流管理、食品安全控制、零售、数字医疗、防入侵系统。在这之中，智能家居方面

的应用与我们的日常生活联系最为密切。

智能家居系统总体结构框架：

根据了解，我们的智能家居系统一共有三个重要层次，它们分别是用来感知数据和设备控制的感知层，进行数据传输的网络层和接收、分析处理数据的应用层。

智能家居感知层的设计：

智能家居系统的感知层定义即通过湿度传感器、温度传感器、光照传感器、红外探测器等传感器元件进行信息采集，将采集到的信息通过传输网络和网络层进行信息交流，并执行网络层传输的控制命令。所以，智能家居系统的感知层由各类传感器元件、局域传输网络和主控制器模块三部分组成，每一部分都是不可或缺的角色。

在智能家居系统中需要感知的家电数量并不确定，位置也不固定，并且在大多数的时间里它都处于一个休眠的状态，既不需要数据的传输，并且信息交换量小，也不需要很高的数据传输功率。在智能家居系统这个特点的基础上，智能家居系统普遍采用由传感器元件和以ZigBee技术无线传输网络组成无线传感器为基础的网络，使得这个系统更加方便可靠。据调查，ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的局域网协议，它具有低成本、低功耗、低数据传输功率、大网络容量、工作频段灵活等特点。通过ZigBee技术这些优点。其建立起的无线局域网将大量静止或运动的传感器节点通过自组织的方式与主控制器模块连接起来，组成一个星形网络。

可以随意的添加或者去掉需要传输信息的节点，是以无线、星型的形式建立起的局域网。这个节点把采集到的信息用局域网传递给主控制处理器，然后主控制处理器再把收集到的信息进一步的进行计算和处理，最后再把其中有用的信息由网络层传递给应用层。通过这种程序，系统的使用者可以通过移动设备上的操作界面编写并发送控制命令，在这个过程中，主控制器也要把应用层传来的控制命令进行一次筛选，把需要执行的命令发送给节点。

智能家居的主控制器的特点就是兼容性比较好，处理能力更强。以ARM 为核心的处理器芯片具有体积小，功耗低的特点，同时，它支持16位的Thumb 和32位的ARM两种指令集，相较而言，兼容性更好，采用的RISC架构，指令执行时间短，采用多级流水线结构处理速度也很快。除此之外，通过SPI 串行接口相连的主控制器与液晶显示屏幕，实现了实时显示的人机交互功能，也体现了系统较强的现代能力。

智能家居网络层的设计：

智能家居网络层是把感知层感知的信息安全可靠地传送给应用层操作系统的通信系统，泛指互联网、2G/3G移动通信、卫星通信技术等长距离通信的广域网络。其中，GPRS网络是在现有的GSM网络基础上引入SGSN（GPRS 业务支撑节点）、GGSN（GPRS网关节点）、和PCU（分组控制单元）。具有传输速度块、实时在线、按量计费、登录快捷和数据传输与语音传输可同时进行等优点。因此，本系统通过主控制器的RS232串口扩展与GPRS模块相连，来实现控制系统与应用层操作系统的远程通信。

当GPRS模块接收到应用层发送的短信信息时，会触发ARM处理器的串

行中断，ARM处理器立即读取接收到的短信并进行解析处理，若解析后的数据包含相应的有效控制命令，则将其传送至主控制器节点的智能控制处理器，控制处理器发出的操作命令给相应的分节点的控制部分。

智能家居应用层的设计：

智能家居系统和用户的接口是系统的应用层，它通过使用较为人性化的操作界面来计算和处理感知层所采集的信息、同时进行知识挖掘，来控制家用电器、安防系统等设施。云计算是本系统应用层的操作界面所采用的构建理念，通过它来使其强大的操作处理功能得到尽然的发挥。这种商业构建模型将任务分派给由大量计算机构成的资源池上，使用各种应用系统能够根据需要获取计算能力，存储空间和信息服务，大大减少了用户建立应用层的花费，使成本大大降低。用户只需面对手机或是其他移动设备上的APP界面，并通过网络或者短消息向GPRS网络发送控制命令，来实现器远程操作，再也不需要考虑数据传输所进行的一系列处理等复杂的问题了。

结束语：

物联网将信息通信技术应用到对现实事物的感知上来，它极大的方便了人们的生产和生活活动，因此它将带来信息产业的高速发展。智能家居系统通过各种传感器来实现家用电器和房间内其他情况的信息采集，使用基于ARM的中心控制器，利用ZigBee建立无线传感器网络实现中心控制节点和家电控制子节点间的无线通信，利用GPRS模块建立远距离传输网络，实现智能家居的使用者通过手机对家电设备和安防系统的控制和对家中情况的了解。