一．智能家居背景簡介
智能家居概念的起源很早，但一直未有具體的建筑案例出現(xiàn)，直到1984年美國聯(lián)合科技公司（UnitedTechnologiesBuildingSystem）將建筑設(shè)備信息化、整合化概念應(yīng)用于美國康乃迪克州（Conneticut）哈特佛市（Hartford）的CityPlaceBuilding時(shí)，才出現(xiàn)了首棟的“智能型建筑”,從此也揭開了*爭相建造智能家居的序幕。
經(jīng)過多年的需求累積，目前通常把智能家居定義為利用計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和綜合布線技術(shù)，通過家庭信息管理平臺(tái)將與家居生活有關(guān)的各種子系統(tǒng)有機(jī)地組合成一個(gè)系統(tǒng)。具體來說，就是首先在一個(gè)家居中建立一個(gè)通訊網(wǎng)絡(luò)，為家庭信息提供必要的通路，在家庭網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的控制下，通過相應(yīng)的硬件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)所有家庭網(wǎng)絡(luò)上的家電和設(shè)備的控制和監(jiān)測。其次，它們都要通過一定的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，構(gòu)成與外界的通訊通道，以實(shí)現(xiàn)與家庭以外的世界溝通信息，滿足遠(yuǎn)程控制、監(jiān)測和交換信息的需求。zui終達(dá)到滿足人們對(duì)安全、舒適、方便和綠色環(huán)保的需求。
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、家庭人口結(jié)構(gòu)以及信息技術(shù)的的發(fā)展變化以及人類對(duì)家居環(huán)境的安全性、舒適性、效率性要求的提高，造成家居智能化的需求大大增加，同時(shí)越來越多的家庭要求智能家居產(chǎn)品不僅要滿足一些基本的需求，更要求智能家居系統(tǒng)在功能擴(kuò)展、外延甚至服務(wù)方面能夠做到簡單、方便、安全。
二．市場需求分析
隨著社會(huì)的進(jìn)步，科技的發(fā)展，人們對(duì)于自己生活質(zhì)量上的追求也在不斷進(jìn)步著，從20世紀(jì)中期人民期盼的“樓上樓下，電燈”到現(xiàn)在的“手機(jī)、空調(diào)、洗衣機(jī)”，人們對(duì)于自己的生活追求是逐步提升的，到了21世紀(jì)初，尤其是近幾年，一種新型的智能化家庭概念，*改變了人們對(duì)于家庭智能化的認(rèn)知，它就是智能家居。
智能家居是以住宅為平臺(tái)，利用綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、智能家居-系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案安全防范技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、音視頻技術(shù)將家居生活有關(guān)的設(shè)施集成，構(gòu)建的住宅設(shè)施與家庭日程事務(wù)的管理系統(tǒng)，提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術(shù)性，并實(shí)現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的居住環(huán)境。
三．ZigBee技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)背景下智能家居的理解
ZigBeezui初預(yù)計(jì)的應(yīng)用領(lǐng)域主要包括消費(fèi)電子、能源管理、衛(wèi)生保健、家庭自動(dòng)化、建筑自動(dòng)化和工業(yè)自動(dòng)化。隨著物聯(lián)網(wǎng)的興起，ZigBee又獲得了新的應(yīng)用機(jī)會(huì)。物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)邊緣應(yīng)用zui多的就是傳感器或控制單元，這些是構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)的zui基礎(chǔ)zui核心zui廣泛的單元細(xì)胞，而ZigBee能夠在數(shù)千個(gè)微小的傳感傳動(dòng)單元之間相互協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)通信，并且這些單元只需要很少的能量，以接力的方式通過無線電波將數(shù)據(jù)從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)，所以它的通信效率非常高。這種技術(shù)低功耗、抗干擾、高可靠、易組網(wǎng)、易擴(kuò)容，易使用，易維護(hù)、便于快速大規(guī)模部署等特點(diǎn)順應(yīng)了物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的要求和趨勢(shì)。目前來看，物聯(lián)網(wǎng)和ZigBee技術(shù)在智能家居、工業(yè)監(jiān)測和健康保健等方面的應(yīng)用有很大的融合性。
值得注意的是，物聯(lián)網(wǎng)的興起將給ZigBee帶來廣闊的市場空間。因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)的目的是要將各種信息傳感傳動(dòng)單元與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來從而形成一個(gè)巨大的網(wǎng)絡(luò)，在這個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)中，傳感傳動(dòng)單元與通信網(wǎng)絡(luò)之間需要數(shù)據(jù)的傳輸，而相對(duì)其他無線技術(shù)而言，ZigBee以其在投資、建設(shè)、維護(hù)等方面的優(yōu)勢(shì)，必將在物聯(lián)網(wǎng)型智能家居領(lǐng)域獲得更廣泛的應(yīng)用。
四．方案示意圖
作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的智能家居，需要覆蓋多方面的應(yīng)用。其簡單示意圖如下圖所示：
如上所示，一個(gè)典型的智能家居系統(tǒng)需要包含無線網(wǎng)關(guān)以及多種傳感器控制設(shè)備。
五．方案解決
為了解決上述典型的智能家居系統(tǒng)，我們將抽象出如下圖所示的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖：
多種傳感器或者控制設(shè)備，通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)與家庭無線網(wǎng)關(guān)交互通信。zui后通過無線網(wǎng)關(guān)將上述控制信息在互聯(lián)網(wǎng)上共享。
六．相關(guān)設(shè)備簡要說明
無線網(wǎng)關(guān)
是所有無線傳感器和無線聯(lián)動(dòng)控制設(shè)備的信息收集控制終端。所有傳感、探測器將收集到的信息通過無線網(wǎng)關(guān)傳到*手機(jī)、平板電腦、電腦等管理設(shè)備；另外某些控制命令由管理設(shè)備通過無線網(wǎng)關(guān)發(fā)送給聯(lián)動(dòng)設(shè)備。
比如家中無人時(shí)門被打開，門磁偵測到有人闖入，則將闖入報(bào)警通過無線網(wǎng)關(guān)發(fā)送給主人手機(jī)，手機(jī)收到信息發(fā)出震動(dòng)鈴聲提示，主人確認(rèn)后發(fā)出控制指令，電磁門鎖自動(dòng)落鎖并觸發(fā)無線聲光報(bào)警器發(fā)出報(bào)警。
無線智能調(diào)光開關(guān)
該開關(guān)可直接取代家中的墻壁開關(guān)面板，通過它不僅可以像正常開關(guān)一樣使用，更重要的是它已經(jīng)和家中的所有物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備自動(dòng)組成了一個(gè)無線傳感控制網(wǎng)絡(luò)，可以通過無線網(wǎng)關(guān)向其發(fā)出開關(guān)、調(diào)光等指令。其意義在于主人離家后無需擔(dān)心家中所有的電燈是否忘了關(guān)掉，只要主人離家，所有忘關(guān)的電燈會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。或者在你睡覺時(shí)你無需逐個(gè)房間去檢查燈是否開著，你需要做的只需按下裝在床頭的睡眠按鈕，所有燈光會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，同時(shí)你夜間起床時(shí)，燈光會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)至柔和，從而保證睡眠的質(zhì)量。
無線溫濕度傳感器
主要用于探測室內(nèi)、室外溫濕度。雖然絕大多數(shù)空調(diào)都有溫度探測功能，但由于空調(diào)的體積限制，它只能探測到出風(fēng)口空調(diào)附近的溫度，這也正是很多消費(fèi)者感覺感覺其溫度不準(zhǔn)的重要原因。有了無線溫濕度探測器，你就可以確切地知道室內(nèi)準(zhǔn)確的溫濕度。其現(xiàn)實(shí)意義在于當(dāng)室內(nèi)溫度過高或過低時(shí)能夠提前啟動(dòng)空調(diào)調(diào)節(jié)溫度。比如當(dāng)你在回家的路上，家中的無線溫濕度傳感器探測出房間溫度過高則會(huì)啟動(dòng)空調(diào)自動(dòng)降溫，等你回家時(shí)，家中已經(jīng)是一個(gè)宜人的溫度了。另外無線溫濕度傳感器對(duì)于你早晨出門也有著特別意義，當(dāng)你呆在空調(diào)房間時(shí)，你對(duì)戶外的溫度是沒有感覺的，這時(shí)候裝在墻壁外的溫濕度傳感器就可以發(fā)揮作用，它可以告訴你現(xiàn)在戶外的實(shí)時(shí)溫度，根據(jù)這個(gè)準(zhǔn)確溫度你就可以決定自己的穿著了，而不會(huì)出現(xiàn)出門后才穿多或者穿少的尷尬了。
無線智能插座
主要用于控制家電的開關(guān)，比如通過它可以自動(dòng)啟動(dòng)排氣扇排氣，這在炎熱的夏天對(duì)于密閉的車庫是一個(gè)有趣的應(yīng)用。當(dāng)然它還可以控制任何你想控制的家電，只要將家電的插頭插上無線智能插座即可，比如飲水機(jī)、電熱水器等等。
無線紅外轉(zhuǎn)發(fā)器
這個(gè)產(chǎn)品主要是用于家中可以被紅外遙控器控制的設(shè)備，比如空調(diào)、電動(dòng)窗簾、電視等等。通過無線紅外轉(zhuǎn)發(fā)器，你可以遠(yuǎn)程無線遙控空調(diào)，你也可以不用起床就關(guān)閉窗簾等。這是個(gè)很有意義的產(chǎn)品，它可以將傳統(tǒng)的家電立即轉(zhuǎn)換成智能家電。
無線紅外防闖入探測器
這個(gè)產(chǎn)品主要用于防非法入侵，比如當(dāng)你按下床頭的無線睡眠按鈕后，關(guān)閉的不僅是燈光，同時(shí)它也會(huì)啟動(dòng)無線紅外防闖入探測器自動(dòng)設(shè)防，此時(shí)一旦有人入侵就會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)并可按設(shè)定自動(dòng)開啟入侵區(qū)域的燈光嚇退入侵者。或者當(dāng)你離家后它會(huì)自動(dòng)設(shè)防，一旦有人闖入，會(huì)通過無線網(wǎng)關(guān)自動(dòng)提醒你的手機(jī)并接受你手機(jī)發(fā)出的警情處理指令。
無線空氣質(zhì)量傳感器
該傳感器主要探測臥室內(nèi)的空氣質(zhì)量是否混濁，這對(duì)于要回家休息的你很有意義，特別是有嬰幼兒的家庭尤其重要。它通過探測空氣質(zhì)量告訴你目前室內(nèi)空氣是否影響健康，并可通過無線網(wǎng)關(guān)啟動(dòng)相關(guān)設(shè)備優(yōu)化調(diào)節(jié)空氣質(zhì)量。
無線門鈴
這種門鈴對(duì)于大戶型或別墅很有價(jià)值。出于安全考慮，大多數(shù)人睡覺時(shí)會(huì)關(guān)閉房門，此時(shí)有人來訪按下門鈴，在房間內(nèi)很難聽到鈴聲。這種無線門鈴能夠?qū)粹徯盘?hào)傳遞給床頭開關(guān)提示你有人造訪。另外在家中無人時(shí)，按門鈴的動(dòng)作會(huì)通過網(wǎng)關(guān)傳遞給你的手機(jī)，而這對(duì)你了解家庭的安全現(xiàn)狀和來訪信息非常重要。
無線門磁、窗磁
主要用于防入侵。當(dāng)你在家時(shí)，門、窗磁會(huì)自動(dòng)處于撤防狀態(tài)，不會(huì)觸發(fā)報(bào)警，當(dāng)你離家后，門、窗磁會(huì)自動(dòng)進(jìn)入布防狀態(tài)，一旦有人開門或開窗就會(huì)通知你的手機(jī)并發(fā)出報(bào)警信息。與傳統(tǒng)的門窗磁相比，無線門窗磁無需布線，裝上電池即可工作，安裝非常方便，安裝過程一般不超過2分鐘。另外對(duì)于有保險(xiǎn)柜的家庭來說，這種傳感器還能夠偵測并記錄下保險(xiǎn)柜每次被打開或者關(guān)閉的時(shí)間并及時(shí)通知*手機(jī)。
太陽能無線智能閥門
這是通過太陽能供電的無線澆灌系統(tǒng)。一般工作流程是土壤濕度傳感器將土壤含水情況發(fā)送給無線網(wǎng)關(guān)，一旦土壤缺水，無線網(wǎng)關(guān)就會(huì)發(fā)出控制指令給無線智能閥門通知供水，同時(shí)將供水時(shí)間和供水量傳遞給網(wǎng)關(guān)，并通過網(wǎng)關(guān)保存在手機(jī)或其它設(shè)備上。
無線床頭睡眠按鈕
這是個(gè)可以固定或粘貼在床頭木板上的電池供電裝置，它的作用主要是幫助你在睡覺時(shí)關(guān)閉所有該關(guān)閉的電器同時(shí)啟動(dòng)安全系統(tǒng)進(jìn)入布防狀態(tài)。比如啟動(dòng)無線紅外防闖入探測器、窗磁、門磁等進(jìn)入預(yù)警布防狀態(tài)。另外它也能幫助你啟動(dòng)夜間的照明模式，比如當(dāng)你夜間起床時(shí)，打開的燈光就會(huì)很柔和，而不會(huì)像進(jìn)餐時(shí)那么明亮，即使這是同一盞燈。
無線燃?xì)庑孤﹤鞲衅?br />
該傳感器主要是探測家中的燃?xì)庑孤┣闆r，它無需布線，一旦有燃?xì)庑孤?huì)通過網(wǎng)關(guān)發(fā)出報(bào)警并通知*手機(jī)。
無線輻射傳感器、無線空氣污染傳感器
對(duì)于一些對(duì)太陽輻射敏感的人來說，這種傳感器具有特別的意義，通過它你可以準(zhǔn)確知道出門前是否需要采取防太陽輻射或者防污染防塵措施，而你*要做的就是看一下手機(jī)屏幕，因?yàn)閼敉獾妮椛洹⑽廴镜惹闆r已經(jīng)通過無線網(wǎng)關(guān)傳到了你手機(jī)上了。
七．解決方案總結(jié)
以上是一個(gè)典型的基于ZigBee物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)，用戶可采用以智鶴科技研發(fā)的ZH-IOT-S1為基礎(chǔ)進(jìn)行開發(fā)。
該開發(fā)系統(tǒng)以CortexM3處理器作為無線網(wǎng)關(guān)，通過嵌入lwIP輕型TCP/IP協(xié)議棧，實(shí)現(xiàn)多個(gè)傳感器與多個(gè)網(wǎng)絡(luò)的交互。用戶可在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)上述所分析的智能家居系統(tǒng)。
當(dāng)然物聯(lián)網(wǎng)帶來的神奇之處還在于用戶*可以將除上述之外的多種傳感器和控制器系統(tǒng)包含、集成進(jìn)來。
：薛慧
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