基于物联网技术的智能家居系统设计

基于物联网技术的智能家居系统设计

摘要：随着社会的发展，科技的进步，人们的生活水平不断提高。智能化的产品极大的改变着人们的生活品质和方式。物联网技术作为一门新兴的技术学科，正被更多的应用于各个生产和生活领域。本文针对目前国内智能家居系统设计的局限性，在家庭内部引入传输距离远、成本低廉的zigbee技术，实现网络传输从有线到无线转变，便于家居系统的施工。在家居内部的中央控制器实现了对传感器模块的信息采集和控制。各个模块通过zigbee技术可以与中央控制器紧密的联系在一起组成了一套完整的系统。

关键词：zigbee；嵌入式；物联网

中图分类号：tn92-34

进入21世纪后，数字化技术发展迅猛并渗透到各个领域，将安防设备、家用电器与通讯设备等各自独立的设备功能综合为一体，而形成了住宅自动化概念简称智能家居。普通的家居系统由于当前技术的限制，管理缺乏智能化，家庭布线复杂，后期的改装和安装成本都偏高，系统的升级麻烦，系统的工作效率低下。而智能家居系统合理设计可以克服传统的家居系统的系统缺陷。通过无线组网的方式，将家庭内部设备与中央控制器智能结合，无须考虑繁琐的布线约束，降低安装成本的同时也提高了家庭内部网络的扩展性。

1 智能家居系统总体方案设计

1.1 智能家居的系统需求分析

目前我国的智能家居行业发展还处于兴起阶段，国内还没有统一的

行业设计标准可以参照。智能家居的系统设计一般要依据用户的需求和家居环境进行差别式设计，满足不同用户的需求。智能家居系统需要满足以下基本要求：1、数据传输的可靠性。无线数据的信息传输必须保证安全可靠，才能使中央控制中心对内完成对其它家居模块的信息处理，对外向用户端传输数据或接受指令。2、无线的信息传输。智能家居系统的安装，考虑到不影响整体家居的美观，施工便捷，需采用无线数据传输技术。3、成本低廉。智能家居系统要推广普及，就要考虑普通消费者的实际消费能力。所以系统选择的技术和硬件选型，应在消费者的承受范围之内。4、整体功能系统集成。整体功能系统的集成，是将上述的功能都集中在系统的中央控制平台上管理，包括家中状态的查询，设备的管理。通过中央控制平台完成对各个分散功能的集中管理。

1.2 智能家居功能结构

在智能家居系统中，中央平台控制器是整个系统的核心。智能家居系统可以理解为以家庭中央控制器为基础，通过其对各种网络数据进行分析、转换、转发和管理的过程，实现智能家居系统的人性化及智能化功能。智能家居系统的网络组织结构模型如图1所示：

图1 智能家居网络组织结构模型

在智能家居的网络组织结构中，中央控制器通过无线的zigbee、wifi网络或者其它的通信方式，完成对灯光，安防和家居环境监控系统的交互信息连接。用户可以通过中央控制器，完成对各个子系统的统一管理和数据采集。控制中心还需要有统一的家电联网接

口，完成家电设备的组网，这样用户可以通过智能手机、电脑，完成对家中电饭煲、空调、加湿器等电器的状态查询和控制。

2 智能家居系统子网设计

2.1 基于zigbee技术的智能家居网络组建

在zigbee技术组建的网络中，每个节点上的设备都有个64位的ieee长地址和一个16位的网络短地址。长地址是由设备生产厂商，在设备出厂前就设定好的，是其在全球设备识别的唯一地址。而在一般的个域网组建中，为了使用方便，是以短地址作为其网络标识。zigbee网络建立过程如图2所示。

2.2 zigbee网络组建

zigbee网络协调器主要负责网络的组建和维护，也对网络中的数据接受和转发。协调器上电工作后回自动扫描default_chanlist

指定的通道，在其上建立起网络。若zdapp_config_pan_id被定义为0xffff，则协调器将会依据自身的ieee地址建立一个随机的panid；否则协调器建立的网络的panid将由zdapp_config_pan_id 来指定。网络建立成功后，协调器查询周围是否有其他节点申请加入，若有其他节点加入网络，则由协调器为该设备分配网络地址等信息。当zigbee网络建立成功后，网络中的各个设备之间就可以实时的进行数据的传输和信息的共享了。

3 智能家居系统部分模块的设计与实现

3.1 中央控制器人机交互界面的实现

在arm-linux系统下，利用qt图形用户开发工具，实现对外围硬

件模块的控制和传感器数据采集的人机交互界面程序设计。

（1）人机交互界面的软件设计

通过测试，用户可以通过触摸屏控制各个传感器的开关，并可以查看其状态。

中央控制器主要可以实现以下功能：（1）在本设计系统中，中央控制器主要通过各个zigbee模块，实现对家居内部网络节点设备的控制和信息采集。（2）通过qt强大的跨平台图形界面开发框架，在中央控制器上实现图形界面的触摸操作，便于用户体验。

4 结论

本文的研究是以嵌入式系统和zigbee技术为基础，用基于arm芯片的嵌入式硬件开发平台，完成了智能家居系统的中央控制器人机交互界面的软件设计实现。通过zigbee技术完成了家居内部的网络组网和测试。

作者单位：四川工程职业技术学院，四川德阳 618000