西安文理学院 张盼盼 马宗保 赵士俊 叶晨霏

本项目是利用物联网技术如何更好的服务于人们的家居生活，这是一个应用前景广泛，极具社会效益和经济效益的研究方向，本方案主要设计基于家居环境多检测点的规划，从而为家居生活提供从温度、湿度、净化、清洁、视听影音等的个人智慧管家服务的设计。为智慧家居提供一套解决方案，不断优化家居环境的舒适与服务，从而改善人们的家居生活。

1 项目背景

1.1 智慧家居

进入21世纪，随着物联网技术的飞速发展，也伴随着人类生活水平的提高，人们对生活环境的要求也成为一个重要领域，"智能"的概念也促使AT工作者将其引入智慧家居应用的各种生活环境中。随着计算机控制系统和物联网产业的快速发展，智慧家居的物联网协会得到了大力宣传。随着人工智能、大数据、云计算的兴起，众多智慧家居企业得到支持和优化，用户的个性化选择可以最大化。与此同时，技术要求也在不断提高。在各种大服务的多点陪衬下，全屋智能化必将成为当代潮流。

随着现代物联网的不断完善，智慧家居企业生产的各种智能产品也越来越多。智慧家居产业是近年来的一个朝阳产业，由于5G无线网络能够支持不同智能终端设备的互联互接，包含了大量的智能终端设备互联应用领域，这将极大地帮助推动5G网络智慧家居的快速发展。目前，行业产品整体应用市场销售规模继续呈上升增长趋势。预计5G商业化后，智慧家居将迎来更大的发展空间。

1.2 智慧家居的网络构成

智慧家居系统是我国智慧家居安全控制管理系统的技术核心，它对应着智慧家居的“心脏”。该监控系统用户可以通过手机短信实时控制发送家庭用户通信指令和系统操作，将通信控制器发送信息到家庭用户的智能手机上，家庭通信总线可以连接到各个家庭网络中的子系统，完成家庭智慧家居中各控制器子系统的网络连接及其组成。智慧家居中的网络总线通信系统有着许多种形式，可以通过使用不同的总线传输网络介质用来传输网络通信中的信号，如电话线、双绞线、电力线和无线模式。

2 系统需求分析及方案

智慧家居系统控制软件系统以各种智慧家居控制系统软件为主要控制平台，以各种智慧家居控制设备软件为主要控制系统对象。借助自动控制系统技术、通用有线电缆监控技术、网络自动通信监控技术、安防监控技术、自动控制系统技术、音视频监控技术，整合现代家庭管理设施，构建高效的现代家庭管理系统和计划生育家庭管理服务系统，提高现代家庭管理智能化、安全化，舒服又舒服。智慧家居安全控制管理系统安全是现代智慧家居的技术核心，是完全实现所有智慧家居安全控制系统功能的重要关键。

2.1 应用程序功能需求分析

整个系统由通信模块、视频采集模块和传感器模块组成。ZigBee技术对无线传感器模块传输的数据信息进行判断。当信息不正常时，通过蜂鸣器或LED灯进行告警，并通过GSM模块将告警信息发送给用户。同时，用户们还可以根据自己个人使用需要，也可以发送手机短信信息来直接控制系统相应的家用电器。

2.2 开发环境需求分析

2.2.1 软件开发需求

（1）智慧灯光控制系统（图1）

图1 智慧灯光控制系统

智慧家具软件的照明控制采用了大量的模块化结构设计，是目前家庭生活中提供的最完整、最全面的控制系统。简洁明了的触摸屏界面省去了安装在墙上的各类控制面板和暗场，使墙面干净简洁。同时，它可以让你避免在不同房间、区域甚至楼层的电灯开关之间奔跑。所有这些都可以通过在触摸屏面板上的一次点击来完成。

（2）智慧家电控制系统（图2）

图2 智慧家电控制系统

智慧家居控制系统是采用现代数字智能技术开发的家居应用控制产品。它可以通过智能开关和无线智能设备在家里的任何地方进行远程控制。通过总线式红外学习装置，可以学习家用电器的红外信号，将家用电器的功能集成到家用中央控制系统中，使其具有与其他系统连接的功能效果，控制模块控制家用电器的切换效果。

（3）智慧家庭安防系统（图3）

图3 智慧家庭安防系统

家庭安防系统是每个用户着重考虑的关键系统，所以有必要安心地解读安防在智慧家居日常生活中的体现。系统可以接收传感器产生的告警信号，触发记录事件，向其他I/O设备发送联动信号（触发告警等）。家庭安防系统提供以下工作方式：用户可以在本机设置/解除家庭报警系统，也可以通过电话设置家庭报警系统。防护模式分为家居设防模式和家居设防模式。

2.2.2 硬件开发需求

（1）硬件配置原则

在具有能够充分满足系统软件应用性能需求的技术基本前提下，不仅具有硬件性能的可靠性和可用性还具有安全性，并且同时具有完善的硬件应用技术支持，能够有效率地满足制造软件家居舒适的专业工作生活环境和满足专业软件设计师的技术需求。

（2）行本软件所需的硬件资源

CPU：800M及以上；内存容量：内存达256M以上。

本系统采用传感器模块、ZigBee模块以及GSM模块进行数据处理七合一集成气体质量检测仪传感器CJ-702-485、电动窗帘、智能空调、智能照明灯等智慧家居设备。

3 总体设计分析

物联网智慧家居中心为了建立协调各种子系统和非家电互联网的子系统的互联互通，必须配备有一个网络兼容性强的数据处理网络平台，能够实时接收和分析处理家电控制器进行传输的相关信息，然后将这些信号进行传输提供给家电或其他被系统控制的互联子系统。中央处理控制平台的核心功能主要是对基于智慧家居以及局域网的智能家庭和电子系统网络中的各种网络信号质量进行自动控制和管理规划。这可以使您完全能够通过一个手持带有无线电话或遥控器的设备与整个家庭的电子系统快速进行通信。主要有三个模块：传感器CJ-702-485模块、嵌入式服务器终端模块、无线网络模块等设备。

3.1 传感器CJ-702-485模块设计

传感器CJ-702-485是一款性价比高的数字串行输出传感器模块，同时采用串行TTL电平两种输出方式，集CO2、甲醛、OVC、激光PM2.5、PM10、温湿度于一体。它可以实时全面的检测环境，稳定性好，具有防止电源反向连接的功能，非常方便客户使用。

3.2 嵌入式服务器终端模块设计

嵌入式网络服务器应用终端网络模块的核心硬件主要由一个中央网络控制处理模块、gsm网络模块和zigbee三个网络处理模块部分组成，中央处理控制器为一个单片机，是系统的一个核心部件。除了最小系统的必要数据时间跨度外，串行数据端口还通过它的rs232电路与它的mc703模块进行通信。MCU的p0端口连接到监视器，P1端口连接到键盘。P2连接到不同的控制器和传感器。GSM模块接管华为mc703模块，串行构造线为115200bps。zigbee云网络安全模块可以允许网络用户轻松使用各种云的移动、智能终端设备，轻松安全控制基于云的zigbee网络协议和高速、安全、可靠的无线数据传输的每种产品。

3.3 无线网络模块

该控制系统主要采用了arm11s3c6410控制核心芯片模块作为数据核心处理控制器，完成室内所有的控制数据处理，包括自动数据采集和自动控制执行命令。它已经是目前全智能智慧家居自动控制的技术核心。家庭控制中心数据监控管理系统软件采用基于linux的嵌入式监控系统，数据中心可以自动独立运行和实时处理，任何家庭控制设备终端都同样可以通过控制进行串口数据管理和连接无线网络。

4 测试与结论

4.1 测试方案

该控制系统主要由传感器接口模块、zigbee模块和gsm模块三部分组成。当整个供电系统基本上不断电时，设置引导，启动系统。摄像头中所获取的图像和当前气体温度的数值将自动分别显示出来在一个液晶屏上。系统已自动设置上、下定时温度设定值。当一个用户以某种特定方式随意改变温度传感器测量值时，只要温度超过上、下限值，系统就会自动调整到合适的温度环境。

4.2 结论

经过检验，得出以下结论。借助GSM网络通信技术和ZigBee无线传感器，实现了对家电产品的远程监控，系统利用了GSM网络无缝灵活的功能、广覆盖和短信服务，让用户随时随地了解家居情况，实现远程控制。同时，GSM模块和中央控制单元可以集成，提高整个系统的稳定性，降低成本。为我们自己的“智慧家居"创造一个安全、舒适、节能、健康的环境。