序論：寫作是一種深度的自我表達。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內心深處的真相，好投稿為您帶來了七篇智能家居論文范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創作。

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基于ZigBee的智能家居控制系統的設計

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基于Cortex—A9的智能家居控制系統的硬件設計與實現

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智能家居實訓室在高校的建設與實踐

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基于Cortex—M3的智能家居監控系統的設計

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關鍵詞：智能家居；設計；多功能；人性化

智能家居系統別稱智能家庭局域網，其基本功能包括防盜報警系統、網絡接入系統、消防報警系統、電視對講門禁系統、煤氣泄露探測系統等眾多功能系統。我國的智能家居設計起步較晚，與西方國家存在較大差異。

一、智能家居的概念

智能家居別稱智能住宅，英文名稱為“Smart Home”。其是一個以住宅為平臺，兼備建筑、自動化，智能化于一體的高效、舒適、安全、便利，安裝有智能家居系統的居住環境。智能家居集成是利用網絡通信技術、綜合布線技術、安全防范技術、音視頻技術、自動控制技術將家居生活有關的設備產品集成。它的目標是通過互聯網等信息通信技術手段，通過遠程控制終端來實現對家居電器等的智能控制，使其能夠按照人們的意愿設定工作運行，而不論距離的存在。智能化是智能家居的兩大特點之一，其另一大特點就是遠程控制。隨著互聯網技術的快速發展，特別是無線網絡技術的發展，互聯網智能家居系統可提供遙控、家電控制、防盜報警、電話遠程控制、計算機控制等多種功能和手段，讓生活變得更加舒適、簡單和安全。

智能家居因為受產品生產商的限制。使其短時間內無法實現統一的標準協議，所以一般都是一個商家單獨做系統研發方案的。其中比較具有影響力的一次是2007年微軟推出的“未來之屋”的一個方案，是物聯網技術應用于日常家居生活的一個典型案例。當人們進人房屋時，安全系統會對進入者的面部進行掃描，確認身份后才會打開房門。冰箱的液晶顯示器能夠智能的列出保存的食物清單，廚房水槽可以能夠根據使用者身高不同而調節高度，而排風機可以檢測油煙濃度，已作出是否需要開啟的決定。除了這些，每個房間的裝修風格墻、壁顏色和溫度，都可以根據使用者的喜好自由更換。

二、國內外智能家居發展狀況

智能家居起源于20世紀80年代初，隨著大量電子家用電器的面市，家居生活電子化開始實現；80年代中期，通過把家用電器、安全防范設備與通信設備各部分獨立的功能用途整合成一體，形成了家居生活自動化的概念；到80年代末，隨著通信信息技術的快速發展，出現了利用總線技術把家居生活中各種家電、通信、安防設備進行管理與監控的商用系統，其在當時被美國稱為Smart Home，也就是現在智能家居的雛形。智能家居進入21世紀后，其發展是多樣化的，技術實現的方式也更加豐富了。總的來講，智能家居發展過程大概包括四個階段。第一階段主要是利用兩芯線、同軸線進行家庭組網，實現了窗簾、燈光控制等功能。第二階段主要利用RS-485線、部分利用IP技術進行組網，實現安防、可視對講等功能。第三階段實現了家庭智能控制的系統化，控制主機產生，功能包括控制、安防等業務。第四階段全部利用IP技術，末端設備利用zigbee等技術，智能家居功能提供采用“云”技術，達到了可以根據用戶需求實現個性化，以及定制。近年來，物聯網成為了全世界關注的熱點話題，全球公認為其是繼互聯網之后最有價值的科技創新。物聯網通過射頻識別（RFID）、全球定位系統、紅外感應器等信息傳感設備，按制定的協議把所有物品與互聯網連接起來進行信息通訊以及交換，來實現智能化跟蹤、管理、識別、監控和定位。物聯網的科技創新也為智能家居引入了新的定義，也擴大了其展領域。

在國內開發智能家居的公司中，其家庭內部組網中多采用有線方武（如X-10），但是利用無線通信的。 大多是自己制定簡單的協議，并沒有使用比較成熟的比較適用于智能家居的協議。國內早期典型的智能家具系統有：海信的智能家居控制系統、科龍集團研制的智能網絡家居系統等。他們的產品因為帶有不同的標準，為產品的相互兼容帶來無法避免問題。2005年6月，以海爾為首的 “e家佳”和聯想牽頭的“閃聯”同時被信息產業部確定為推薦性標準，從而拉開了數字家庭競爭的序幕。到目前為止，智能家居系統的發展有了很大的進展，其功能也越來越多樣化，其產品的兼容性問題也得到了很大的改善。

三、智能家居的特點

1、節約能源：在不需要時，能源系統可以自動關閉，這樣可以減少能源的浪費，減低使用能源的費用。

2、操作方便：智能家居系統提供遠程遙控接口。智能家居系統還可以把重復的工智能化。在您外出時，還可以控制家電。

3、安全性高：智能家居系統在緊急情況下可以防御壞人或報警。您可以在任何地方可以監控家里的安全狀態，這樣可以保證您住宅的安全。

4、改變生活方式：您可以在家辦公，進行遠程會議，孩子在家里上課，主婦在網上逛街等。生活中的大部分都可以利用互聯網在家進行，不受時間地域的限制。智能化的生活工作方式與以往的生活工作方式有了很大區別。智能家居可以給人們帶來更為簡單快捷的生活，在現在這個生活、工作節奏越來越快的社會，智能家居也可以為人們減少繁瑣家務、節約時間，讓人們有時間去休息，去教育子女，去鍛煉身體和進修，使人們的生活工作質量有了很大的提高。

四、智能家居的控制

智能家居應該不需要依賴復雜的集成和布線，而是能夠感知環境、感知人，并且隨著互聯網和物聯網的發展，人與物、物與物的溝通將變得不再困難。手機不應該是控制器，而應該只是這些“管家們”和人溝通的一個管道。智能家居控制系統是由各個子系統通過網絡通信系統組合而成的，要根據需要，減少或者增加子系統，以滿足需求。另外，可以設置各種控制模式，如離家模式，回家模式，下雨模式，生日模式，宴會模式，節能模式等，極大滿足生活品質需求，即插即用，特別用無線的方式，可以快速部署系統。

通過上述內容簡要介紹了智能家居設計的內容，分析了其在國內外發展的現狀，詳細指出了其特點與有效控制形式，希望通過本論文能推動智能家居的發展。

參考文獻：

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關鍵詞：物聯網；智能家居；課程建設；項目式教學

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。

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[關鍵詞]智能家居；安防；體系；通信協議

1前言

智能家居，英文常用Smart Home表示，是以家為平臺，兼備建筑、信息、家電自動化與智能化，集系統、管理、控制、服務于一體的便捷、舒適、安全、健康的家居環境。

當人們在追求更舒適、更高品質的生活時，家居安全正成為人們日益重視的一個領域。據有關統計數據表明，90%的家庭在烹飪時，會發生人中途走開；70%的家庭沒有安裝煙霧報警器，30%的家庭廚房大功率電器被直接連在接線板上。除此之外，當前國內的大部分老舊社區安防設備老舊或損壞，外來人員可隨意出入小區，這導致了偷盜事件時有發生，嚴重危害居民的人身與財產安全。這些我們日常生活中司空見慣的現象，往往就是導致我們人身與財產遭受嚴重損害的源頭。因此，購買家居安防產品正逐漸成為人們日常生活中司空見慣的現象。

同時，越來越多的科技企業已嗅到了家居安防潛在而巨大的市場需求，紛紛涌入智能家居安防產業，并研發出品種繁多、功能強大的智能家居安防產品。但是目前國內還沒有成熟的智能家居安防標準體系來引領、規范行業有序競爭與發展。這導致了如下問題：對眾多產商而言，無法明確自身生產的產品是否完全符合國家相關的產品安全標準；消費者的合法權益缺少相關標準的切實保障；監管者無法依照既定標準來對市場上的產品進行有效抽檢。因此，構建智能家居安防標準體系將是解決上述行業問題的關鍵舉措。

2智能家居安防標準體系

2.1研究現狀

通過檢索萬方、維普、中國知網三大數據庫，未檢索到關于智能家居安防標準體系框架的相關論文。因此，本研究是國內首個探索性建立智能家居安防標準體系的前瞻性研究。

2.2構建依據

本文研究的智能家居安防標準體系目前還沒有成熟的標準體系，本研究作為探索性研究，主要依據產業鏈的關鍵要素與GB/T 13016-2009《標準體系編制原則與要求》來構建標準體系。

2.3體系框架圖

整個標準體系采用分層模型，其中第一層包括：基礎標準、產品標準、檢測試驗標準、安裝施工標準、能源標準、信息技術標準、服務標準等7個子標準模塊；第二層則是對第一層做進一步的細分。具體如圖1所示。

3智能家居安防標準體系分析

3.1體系統計表

依據國家標準信息網的數據，查詢與收集智能家居安防產業相關標準，并對標準數據進行分類統計，統計結果如表1所示。其中標準總數目只有84個，而按照標準的適用范圍來看，國家標準38個，占比45%；行業標準44個，占比52%；地方標準2個，占比2%。從統計表中，可以得到如下結論：一是標準數目不多，覆蓋范圍不全，還有待制定新標準以填補空白；二是地方標準數目太少，而地方標準往往是國家與行業標準的前期技術儲備與試點，因此，各省市標準化研究院加大智能家居安防產業地方標準的制修訂力度，是非常有

必要的。

3.2標準分布情況

依據標準在產業鏈中發揮的作用進行統計，得出圖2標準分布圖。從圖中可知，產品標準與信息技術標準占比分別達到39%與25%，是整個俗繼逑檔暮誦淖槌傘R虼耍完善標準體系的重點要放在產品標準與信息技術標準上。

3.3標準時效性

依據智能家居安防標準體系明細表中標準實施的時間點，經過統計分析，得到標準實施時間分布圖，如圖3所示。此圖也印證了智能家居安防產業在中國的發展歷程。2004年前智能家居安防產業剛剛在我國興起，因此相關的標準數目比較少；2005年后，隨著智能家居安防產業進一步發展壯大，新制定的標準數目呈現明顯的上升趨勢。但是，在進入2015年后，新制定的標準又出現了大幅度回落，這說明了經過近10年的快速發展，智能家居安防產業又迎來了新的發展瓶頸。其中，在信息技術標準中，實現設備互聯互通的技術領域一直沒有統一、全面的國家標準誕生，這嚴重影響了整個產業的發展勢頭。例如在視頻監控設備中，消費者購買了不同產家的監控設備，在搭配使用中，經常出現兼容性問題。因此，本文將在下一章中分析視頻監控設備互聯互通的問題。

4視頻監控設備互聯互通分析

4.1抽樣數據

本文選擇星網銳捷、大華股份、海康威視、蘇州科達、中興力維五家國內知名企業的IPC、NVR兩款主流產品，進行視頻監控設備互聯互通問題的研究。

4.2主流接人協議簡介

4.2.1GB/T 28181簡介

作為公安部所頒布實施的第一個國家標準，GB/T 28181較好地解決了不同系統間的互聯互通難題，受到了各大視頻產商的積極響應與接納，并在平安城市項目中被普遍推廣應用。其主要致力于解決系統層級的交互通信與資源管理，憑借開放、清晰的接口設計，可將整個城市的安防報警系統級聯成一個大系統，從而實現自頂向下的管理。

4.2.2 ONVIF簡介

該標準致力打造不同企業的產品，可以通過一個“統一的語言”來進行溝通，確保用戶端設備不被固有解決方案所束縛，而這個“統一的語言”即該協議所描述的關于網絡視頻的數據模型、交互接口、通信模式等。同時，ONVIF協議所提供的接口是對全球廠商免費開放使用的，這使得諸多不同廠商所生產的網絡視頻產品具備互通性。

4.3統計表

經過統計分析，選取的五家企業生產的IPC產品對GB/T 28181與ONVIF協議支持率達到100%，而NVR產品對GB/T 28181與ONVIF協議的支持率分別達到25%與100%。因此，GB/T 28181與ONVIF協議已被大多數生產企業所采納使用，這有助于消費者以家庭為單位，使用不同企業生產的視頻監控產品，成功搭建安防監控網絡。

4.4建議措施

GB/T 28181與ONVIF在應用范圍上存在差異，但在協議內容上并沒有存在明顯的沖突。GB/T 28181更多的應用于系統層面，以構建市級、省級、國家級的多層級視頻監控網絡，主要實現的是城市安防系統間的互聯互通。而ONVIF主要解決了設備與設備之間指令交互、數據傳輸等問題。因此，從應用范圍上看，GB/T 28181與ONVIF可以起到互補的作用，而且兩個協議可以運行于同一個設備，而不互相干擾。

基于上述分析，當前，國家應該大力提倡、推廣視頻監控設備同時支持GB/T 28181與ONVIF兩種通信標準，這是解決視頻監控設備互聯互通行之有效的措施。而從長遠角度講，國家應設立專項研究，積極研究推動ONVIF與GB/T28181合二為一，取長補短，搶先制定出一個更全面、更通用的視頻監控通信協議。這也許是中國安防企業彎道超車的一次歷史性機會。

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關鍵詞：智能家居；Zigbee；3G網絡；安全監控

引言

隨著現代科技的發展及人們生活水品的提高，越來越多的人不再滿足于傳統的家居生活方式，開始期望出現一種依托現代科技的全新的家居體驗，智能家居技術應運而生[1]，無論在傳統家居還是智能家居中，安全問題一直是人們關注的焦點問題之一。而一般的家居控制僅擁有家庭局域網絡，只能在家庭內部進行監控[2]。本文在此基礎之上研究并設計了一種基于Zigbee及3G網絡的智能家居監控系統，實現了對家居系統的遠程監控，并且能夠通過移動終端實時的了解家庭內的環境數據，提高家居生活的安全系數。

1系統架構

本文研究設計的智能家居監控系統采用Zigbee無線傳感網絡加3G網絡架構，家居內部的各種環境數據例如溫度，濕度等以及各家用電器的節點數據通過Zigbee無線傳感網絡傳送至嵌入式主控芯片，由嵌入式系統進行綜合分析處理，在此基礎之上，添加視頻監控系統，通過在大門，陽臺等存在安全隱患的地方安裝攝像頭，進行視頻監控，進一步提高家居安全系數。視頻數據也一并送至嵌入式主控系統，進行壓縮、編碼等處理。為了方便人們在外出的時候可以實時的了解家庭情況，本文將嵌入式系統收集并處理之后的各家居數據通過3G網絡接入Internet，用戶可以通過聯網的手機、平板電腦等隨身攜帶的移動終端實時的了解家庭內部環境，實現對家居系統的遠程控制。系統框圖如圖1所示。

圖1 智能家居監控系統

2硬件設計

2.1 Zigbee無線局域網設計

Zigbee又被稱為紫峰技術，是基于IEEE802.15.4標準的低功耗局域網協議。一般這個協議規定的通信技術是一種傳輸距離較短且功耗較低的無線通信技術。其主要特點是低復雜度、低功耗、近距離、低成本、自組織、低數據傳輸速率。主要適合應用于各類自動控制和遠程控制系統，可以嵌入到各種設備中。簡而言之，ZigBee技術就是一種便宜的，低功耗的近距離無線組網通訊技術。

本文采用的Zigbee技術為CC2530片上系統解決方案，CC2530是由德州儀器開發的一種典型的Zigbee技術解決方案，眾所周知，Zigbee無線網絡傳輸技術需要一系列的網絡節點作為支撐，本文采用的CC2530能夠建立起一個強大的網絡節點，但是所需要的成本相對于其他解決方案來說有很大優勢，同時CC2530具有一些不同的運行模式，切換不同的運行模式可以有效地降低系統功耗，對整個系統工作的穩定性有著重要意義。

2.1.1Zigbee網絡拓撲

采用何種網絡拓撲結構將決定局域網內各節點之間消息的傳遞方式。常見的Zigbee網絡拓撲結構有三種：星型網絡拓撲、樹型網絡拓撲、網狀網絡拓撲。星型網絡拓撲選定一個中心節點作為協調器，其周圍的相鄰終端節點均只與中心節點相互通信，中心節點作為整個網絡的核心，需要分析處理所有的數據，必須連續不間斷供電。樹型網絡拓撲是利用路由器對星型網絡拓撲做的一些補充即底層的若干個終端節點連接至路由器，各路由器再連接至協調器。通信時各終端的數據首先匯集到路由器，再由路由器傳送至協調器。網狀拓撲即樹型拓撲中的路由節點可以與其附近的其他路由節點相互通信，信息傳輸方式更加復雜多變。三種網絡拓撲結構如圖2所示。

圖2 三種網絡拓撲結構

通過對上述各拓撲結構的分析，結合本文設計需求可知本文更加適合采用星型網絡拓撲結構。

2.1.2無線傳感網絡終端節點設計

終端節點是整個智能家居系統最基礎的部分，由傳感器采集模塊和Zigbee精簡功能設備集成而成。終端節點接收到協調器節點發送來的數據采集命令之后，將傳感器采集到的家居環境數據經無線傳感網絡發送至協調器節點，再由具有全設備功能的協調器節點傳送至嵌入式系統。

常規的家居環境數據采集傳感器如溫度傳感器，濕度傳感器，煤氣濃度檢測傳感器等都有成熟的電路，本文設計中只需將傳感器模塊與Zigbee模塊結合即可組成無線傳感器。無線傳感器結構如圖2所示。在本文的星型Zigbee網絡拓撲中，無線傳感器作為終端節點只需與協調器節點之間相互通信，接收協調器節點發送的命令，并將傳感器采集的數據傳送至協調器節點。無線傳感器結構如圖3所示。

圖3無線傳感器結構

2.2 監控視頻采集處理

在大門、陽臺、客廳等室內一些必要的地方安裝基于USB接口的數字攝像頭，將采集到的視頻數據通過USB接口直接送到嵌入式系統中進行壓縮及編碼處理。數字攝像頭可以直接將采集的模擬視頻信息轉化成數字信號。數字視頻信號與模擬視頻信號相比具有抗干擾能力強，頻譜效率高，圖像失真少等優點。目前市場上的攝像頭基本以數字攝像頭為主，購買及安裝使用非常方便。嵌入式主控系統在接收到攝像頭發送的數字信號并進行壓縮處理之后將視頻數據通過3G網絡發送至用戶的移動終端，方便用戶隨時通過視頻圖像了解家居內的安全狀況。

3監控系統功能實現

本文系統平臺采用ARM-Linux系統，其內核功能與Linux操作系統非常相似，并沒有本質區別，驅動程序需要實現的功能也一樣。只是在內核編譯時，需要移植到ARM上的Linux系統所采用的編譯器以及一些頭文件和部分庫文件會依賴于具體的ARM處理器結構。解決這一問題只需在Makefile文件中制定即可。

3.1視頻采集壓縮功能實現

本文視頻采集功能的實現依靠USB攝像頭，其正常工作需要在ARM-Linux中配置相關的驅動程序。Linux中關于視頻設備的驅動程序常用的是Video4Linux。它提供了一系列的接口函數供視頻設備編程時調用。

首先將驅動程序模塊編譯成.O目標文件，放在內核的/lib/modules/目錄下，使用depmod a命令將此模塊變成可加載模塊。在調用攝像頭功能時，使用insmod命令調用驅動程序中int init-module（void），設備驅動程序開始初始化，初始化結束，攝像頭便能正常工作。攝像頭被正常驅動之后，便是對視頻數據的采集工作。圖4為視頻采集工作流程圖。

圖4 視頻采集流程

完成對視頻的采集之后，為了便于視頻數據在3G網絡中傳輸，還需要對視頻數據進行壓縮，以適應3G無線網絡帶寬。H.264視頻壓縮標準是JVT（Joint Video Team 視頻聯合工作組）提出來的一種新的視頻壓縮標準，在圖像質量相同的前提下，H.264數據壓縮比與MPEG-2相比高出2-3倍，比MPEG-4相比高出1.5倍到2倍。因此，經過H.264標準壓縮后的視頻數據對網絡帶寬的要求更低，更適于帶寬非常緊張的無線網絡。

3.2 3G網絡傳輸功能實現

本文設計的3G網絡部分的主要功能是將嵌入式主控系統收集并處理之后的監控視頻數據及各類家居安全數據以無線的方式接入互聯網，并發送至用戶的手機等移動終端。3G模塊接入方式采用WCDMA制式，選用能夠滿足監控視頻傳輸帶寬需求的華為E1750無線上網卡它支持上行最高速率HSUPA 5.76Mbps；支持下行最高速率HSDPA 7.2Mbps，數據傳輸非常快。

為使3G網卡在ARM-Linux下能夠正常工作，必須配置驅動信息。

首先在/driver/usb/serial/p12303.c

中加入3G無線網卡的ID信息：

{USB-DEVICE（HUAWEI_VENDORID），HUAWEI_PRODUCT_ID））

在/driver/usb/serial/p12303.h中加入：

#define HUAWEI_VENDOR_ID 0xl2dl

#define HUAWEI_PRODUCT_ID 0xl001

然后，將Linux內核重新編譯。

在內核/dev目錄下建立新的字符節點

Mknod/dev/ttyUSB0 c 188 0

Mknod/dev/ttyUSB1 c 188 1

Mknod/dev/ttyUSB2 c 1 88 2

接下來交叉編譯3G虛線網卡驅動的移植工具usb-modeswich，它是一種轉換USB設備工作模式的工具。usb-modeswich.setup文件中加入以下程序：

#Huawei E1750

#Contributor：Anders Blomdell，Ahmed Soliman

DefaultVendor=0x12dl

DefaultProduct=0x1446

TargetVendor=0xl2dl

TargetProduct=0x1001

#only for reference and0.x versions

MessageEndpoint=0x0l

MessageContent=”55534243123456780000000000000011060000000000000000000000000000”

HuaweiMode=0

運./usb_modeswitch即可切換3G網卡的工作模式，進行3G撥號上網。

實驗室條件下，在基于Linux操作系統的嵌入式平臺基礎之上連接USB攝像頭，網絡環境為實驗室的WCDMA3G網絡，終端為一個普通的安卓系統智能手機。測試了包括燈光控制、溫濕度采集等10個節點，最遠距離協調器13米，結果表明，在Zigbee無線傳感網絡內系統能夠穩定運行，沒有出現掉線的情況，能夠有效的采集并傳輸測試的數據。3G通信網中也能夠高效的傳輸視頻等信息數據。圖5為實驗室條件下手機終端接收到的監控畫面。

圖5 移動終端監控畫面

4 總結

本文研究設計了一個基于Zigbee及3G無線網絡的智能家居監控系統，實現了Zigbee網絡采集的各種室內安全數據和攝像頭采集的視頻監控畫面一并通過3G無線網絡傳輸至用戶移動終端。為用戶提供了一個家居安全監控平臺。3G網絡的應用也契合了當下高速發展的移動互聯網時代，具有很高的實際應用價值。

參考文獻

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篇(6)

【關鍵詞】 智能家居 電氣安全 綜合測試

一、引言

隨著我國改革步驟的加快，經濟迅速發展，智能制造技術也為工業革命帶來了契機。家用電器行業得到了較快的發展，人們逐漸開始購買空調、冰箱、洗衣機、電視等電器設備，極大地提高了生活質量和水平。但是，在快速發展和使用過程中，許多家用電器的質量問題也逐漸暴露出來，問題層出不窮，嚴重影響了人們的生活和生命健康安全。構建完善的電氣綜合測試技術，可以及時發現家用電器的問題，確保家用電氣的質量合格[1]。

二、智能家居時代電氣設備應用分析

為了能夠提高家用電器的使用壽命，確保家用電器無故障運行，智能家居采用了嚴格測試工作，以便能夠及時地發現用電器存在的問題，但是經過多年的實踐發現，家用電器應用及測試工作依然存在較多的問題：

（1）許多家用電器安全標準不規范。家電行業發展迅速，不同功能的家用電氣安全標準更新較慢，導致家用電器安全問題頻發，影響人們使用[2]。

（2）家用電器漏電現象較為嚴重。漏電可能導致家庭人員生命健康受到威脅，一般漏電發生的原因是絕緣工作沒做好，家用電器內部導電部件之間的絕緣不完善。

（3）大功率家用電器安全問題頻繁發生。大功率家用電器瓦數較大，家用電器內部導線質量不合格，容易導致設備工作短路，嚴重時可能引發火災，比如電磁爐、高壓鍋和電熱設備等，瓦數都高達兩三千瓦，如果使用不當，極有可能引發火災。

（4）不法商家偷工減料。許多家用電器對制造材料的要求較高，而許多制造商為了追求利潤最大化，制造家用電器時容易偷工減料，或者使用較次的材料進行加工生產，為用電器的安全使用埋下了隱患，非常容易產生安全事故。

三、智能家居時代電氣設備安全測試技術

隨著智能家居時代的快速發展和普及，電氣設備安全測試技術也在迅速發展，我國開始逐漸引入國外先進的電氣設備測試技術，家用電器測試技術主要包括以下幾個方面。

（1）泄露電流測試技術。泄露電流是指在不存在電器運行故障和電壓的情況下，電器中存在電流泄露。根據電氣設備測試經驗可以獲知，電流泄露的情況包括以下幾個方面：電器中相互絕緣的金屬零件之間泄露電流；帶電零件與接地零件之間泄露電流；周圍介質與絕緣表面形成的電流；人體觸及家用電器設備時，設備經人體流入大地的電流或由設備經人體又回到設備的電流。因此，泄露電流測試時主要針對這些部位進行測試，可以快速準確地發現泄露電流的部位[3]。

家用電器設備通電以后，可以在正常工作狀態下檢查電流。對地漏電流就是指流過保護接地導線的電流，也是測量家用電器設備通過電源線地線流回到地的電流，大多數家用電氣設備都采用具有三芯插頭電源，具體的測試流程如圖1所示。Sl左S2合電源反接的狀態下；S1右，S2合的正常狀態下；S2斷開中線，S1左的單一故障反向供電的狀態下；S2斷開中線，S1右的單一故障正向供電下；進行漏電流測試，對地漏電流在通常狀態下需要小于5mA，SFC（單一故障狀態下）必須小于 10mA。

家用電器外殼電流是指人接觸到設備上的接地保護外漏部分，部分電流將會從用戶身上流過，測試流程如圖2所示。S1用于反轉電源線，S3用于打開或閉合接地連接，S2用于斷開中線，外殼漏電流在正常使用狀態下需要小于100μA，單一故障狀態下小于500μA。

（2）耐壓測試技術。家用電器工作時，電壓的高低和動態變化較為頻繁，因此家用電器的耐壓測試就顯得非常重要。一般地，耐壓測試是指將一個高于正常工作的電壓接入到一個家用電器設備上，按照耐壓測試標準規定的時間，如果設備的絕緣性合格，則加在上面的電壓僅僅產生一些微小的漏電流或不產生漏電流[4]。對一般的被測設備來講，耐壓測試技術的關鍵是測量火線與機殼之間的漏電流值，相關規定如下：標準測試電壓是兩倍被測量電氣設備的工作電壓加1000V，部分電氣設備的測試電壓也可以高于這個規定值，測試電壓必須在5S內逐漸上升，達到測試電壓值，保證測試電壓值穩定加壓時長不少于5s，此時被測量的家用電器回路泄露的電流值等于額定電流的1.5倍。

（3）接地電阻測試。隨著家用智能大功率電氣的增多，接地電阻測試就顯得非常重要。接地電阻測試可以使用自動化的測試系統，包括程控電源模塊測試、信號采集調理模塊設計、計算機控制系統設計。程控電源模塊可以輸出0v-140v的程控電源或升流器，并且在DSP控制系可以輸出相關的電壓測試結果，經流器升流之后可以設定一個輸出電流值，并且將電流值輸出到調理電路，實現數據分析和結果展示功能。

家用電器接地電阻測試時可以將設備電源線斷開，被測設備不需要家電，使用10A的恒流源提供一個交流電信號，獲取通過電阻造成的電壓降，計算接地電阻值，如圖3所示。

家用電器的外殼為了防止短路造成瞬間電壓過高，通常都需要設置一些絕緣電阻，絕緣電阻通常達到兆歐級別，具體的絕緣電阻測試流程如圖4所示。

四、 結束語

隨著智能家用電器的普遍使用和發展，家用電器的安全使用已經引起了人們的關注。做好家用電器安全測試工作，有助于及時地發現家用電器存在的問題，保證家用電器的質量和合格率，進一步保障使用人員的生命健康安全。

參 考 文 獻

[1] 邵奇峰， 吳必瑞. 智能家居電話網遠程監控系統設計與實現[J]. 電氣應用， 2009， 28（3）：42-44.

[2]聶石宗. 家用電器電氣安全綜合測試技術探討[J]. 科學中國人， 2015， 21（13）：114-116.

篇(7)

關鍵詞：物聯網；智能門禁；智能環境監測；智能安防；智能家電

中圖分類號：TP273.5 文獻標識碼：A 論文編號：1674-2117（2016）01-0076-03

引言

物聯網是一個涵蓋和跨越大量現有的專業門類和技術體系的國家戰略性新興技術，是當前世界新一輪經濟和科技發展的戰略制高點之一。[1-3]如何與時俱進地培養物聯網專業人才成了高校教育的首要任務。從2010年以來，全國200多所本科院校、100多所專科院校相繼開設了物聯網工程專業。物聯網技術是下一代信息技術的代表[4]，物聯網是典型的交叉學科，如何利用3～4年時間讓學生熟悉和掌握物聯網技術，培養滿足社會需求的物聯網專業人才，各高校和社會各界人士都在積極探討。高校教師團隊身處一線教育崗位，結合學生學習的實際需求與教學需求，設計一套適合培養優秀的物聯網專業人才的教學設備，有著重大的社會意義。[5-7]

在物聯網的眾多典型應用中，智能家居和我們的生活關系最密切，其市場正日漸興起。伴隨著巨大的產業需求，我國智能家居產業的人才需求量也一路高漲。智能家居的目的是創造一個優質高效、舒適安全、便利節能、健康環保的居住環境，優化人們的生活方式和居住環境，幫助人們有效地安排時間、節約各種能源。[8-10]智能家居平臺也是一個涵蓋多種交叉學科的綜合平臺，是將理論知識靈活應用到實際生活的經典之作。[11]因此，研究和學習智能家居的開發過程成為許多高校培養物聯網應用人才的一個有效途徑。

學生在物聯網實訓平臺的實踐中不僅能接觸到硬件設計、軟件代碼編寫，還能體會實際產品開發過程中各相關專業知識的交叉引用，積累開發經驗。有了物聯網實訓平臺，學生不用走出校門、不用找企業實習，在實驗室里就能積累項目經驗、培養團體精神、提高技術技能，為就業創造更好、更多的機會。

實訓平臺整體設計

面向應用型本科的物聯網實訓平臺，以物聯網技術在智能家居領域的綜合應用為切入點，將與居家生活有關的各種設備有機地結合起來，通過網絡遠程綜合管理設備。筆者主要采取點面結合的研究方法，吸收了嵌入式處理器、ZigBee無線模塊、RFID模塊的最新研究成果，并注重對各大高校需求進行調研，以期找到符合大多數普通高校所要求的物聯網實訓平臺的設計方案，構建求大同存小異的物聯網實訓平臺。本文按功能將物聯網實訓平臺劃分為4個子系統，下頁圖1是系統的整體結構框架圖。

各模塊的主要功能包括：

①中央控制器：中央控制器是物聯網綜合集成創新實踐平臺的核心，中央控制器采用S3C6410+Linux操作系統，通過QT界面功能菜單、來自互聯網負責的命令、手機短信控制和遙控器控制信息等多種控制手段，控制實訓平臺的各個終端節點。

②智能門禁子系統：門禁模塊主要實現指紋識別、ID卡識別、密碼識別、可視對講、文本留言、語音留言和圖像留言等功能。門禁控制器采用S3C6410+Linux操作系統，通過QT界面功能菜單以及模塊連接中央控制器共同實現門禁的各項功能。

③智能環境監測子系統：室內信息包括室內溫度、室內濕度及室內光照度等信息；傳感器采集到相應信息后，通過ZigBee網絡傳輸給中央控制器，中央控制器通過友好的人機交互界面實時顯示室內環境信息，同時以折線圖的方式，清楚地展現出環境變化情況，環境監測信息同時會作為其他子系統控制判斷的依據。

④智能安防子系統：安防模塊由火焰、煙霧、燃氣及人體紅外4種傳感器及終端檢測控制器組成，負責防火、防爆及防盜探測報警。在正常布防狀態下，安防模塊節點將采集到的實時數據通過ZigBee網絡將報警信息發送給中央控制器，中央控制器根據設定的閾值和預設的報警方案啟動報警，預警方式有短信、聲光、語音和文字等。

⑤智能家電控制子系統：家電控制包括燈光控制、窗簾控制、風扇控制。控制家電時，中央控制器接收互聯網、手機客戶端或中央控制器QT界面功能菜單控制命令，通過ZigBee網絡將控制命令發送給由目標家電連接的終端節點，控制相應的家電。控制燈光的亮/滅和窗簾的開/合；在自動情境模式中，通過檢測室內光照度等信息，完成燈光及窗簾的自動控制。

各子系統設計

1.智能門禁子系統設計

主控制器由嵌入式網關、7寸顯示觸摸屏、室內攝像頭、3G模塊等組成。嵌入式網關采用ARM1176JZF-S3C6410 + Linux 2.6操作系統。網關的輸入方式采用電阻式觸摸屏輸入，用戶可在觸摸屏上通過點觸來實現對智能終端的控制，也可以通過觸摸屏來輸入信息。主控制器按照使用功能又分為室內中央控制器和室外門禁控制器。室外門禁控制器通過以太網路由器組成局域網，其結構框架圖如圖2所示。

2.智能環境監測子系統設計

室內環境監測模塊主要由ZigBee節點、溫濕度檢測傳感器、光照度檢測傳感器和二氧化碳檢測傳感器組成。ZigBee節點將采集到的室內環境信息，通過無線方式傳遞給協調器；協調器模塊通過串口1與室內中央控制器連接；中央控制器通過讀取串口數據獲得數據幀，再根據通信協議解析協議內容提取溫濕度和光照度的具體數據值。圖3所示的是ZigBee網絡下的環境監測子系統。

3.智能安防子系統設計

安防模塊主要由ZigBee節點、火焰傳感器、煙霧傳感器、燃氣傳感器和人體紅外傳感器組成。ZigBee節點將采集到的安防信息，通過無線方式傳遞給協調器；協調器模塊通過串口1與室內中央控制器連接；中央控制器通過讀取串口數據獲得數據幀，再根據通信協議解析協議內容提取各安防監測數據。在布防時，中央控制器通過串口發送指令給協調器，協調器再根據節點編號發送給目標節點。圖4所示的是ZigBee網絡下的安防子系統。

4.智能家電控制子系統設計

家電控制模塊主要由ZigBee節點、LED呼吸燈、電動窗簾和PWM風扇組成，室內中央空調接收來自QT界面、Web網頁、手機客戶端或短信發來的控制指令，將指令轉化為控制命令幀，發送給協調器。協調器再通過ZigBee網絡將指令發送給要控制的家電模塊。ZigBee節點模塊在接收到控制命令幀后，通過協議解析命令幀，控制家電模塊做出相應動作。圖5所示的是ZigBee網絡下的家電控制子系統。

結語

筆者將物聯網實訓平臺分成4個部分，分別設計了各部分的個子系統，此實訓平臺具有以下一些特點：①多學科集成創新技術。諸多技術的融合可加深物聯網工程及相關專業的學生對一些關鍵物聯網技術的理解，方便他們靈活學習和應用各科知識，提高實踐和創新能力。②嵌入式可視對講技術。門禁模塊與中央控制器組成局域網，以S3C6410+QT的開發模式，在Linux操作系統中移植Qt4.7.0，通過TCP/IP協議進行音視頻的實時交互，實現模擬門禁監控與對講功能。③多傳感器網絡的數據識別與采集。能同時采集多種類的終端傳感器，在ZigBee節點上完成數據的識別、傳送和采集。相信隨著科技的發展，實訓平臺將會越來越完善。

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