基于zigbee的智能家居的設計與實現(xiàn)重點講義

1、基于ZigBee的智能家居的設計與實現(xiàn)目錄1摘要12概述22.1目的背景及意義23需求分析33.1物聯(lián)網(wǎng)智能家居現(xiàn)狀分析33.1.1國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀33.2物聯(lián)網(wǎng)智能家居產(chǎn)業(yè)特點44系統(tǒng)總體設計54.1智能家居的界面設計55系統(tǒng)的技術路線75.1標準化現(xiàn)狀76結論86.1總結86.1.1物聯(lián)網(wǎng)智能家居發(fā)展建議86.2結果及分析86.3心得體會97參考文獻10101摘要在科學技術飛速發(fā)展的現(xiàn)實生活中，智能化技術已普及應用到人們生活的方方面面。特別是近年來智能化電子產(chǎn)品更新越來越快，隨著人們受教育的意向以及能力越來越強，人們對生活質(zhì)量的要求也越來越高了。同時，經(jīng)濟發(fā)展帶來了生活的方便，人們思想的進步

2、，我們的生活節(jié)奏也是變得非常的緊張，在經(jīng)過了一天的努力工作、刻苦學習或嚴酷的鍛煉之后，身體肯定也會變的非常勞累，這時候我們最需要的就是一個可以去盡情的放松和休息的私人空間，像家這種私人場所當然也就成了我們放松和休息的最佳首選，所以智能家居的研究和開發(fā)是非常必要的。說到智能化肯定就會用到高科技，而智能家居就是把高科技運用到我們的現(xiàn)實生活中，用到我們的家庭中，來給我們的日常生活增添色彩和提供便利。智能家居是在家庭產(chǎn)品自動化，智能化的基礎上，通過網(wǎng)絡按擬人化的要求而實現(xiàn)的。智能家居可以定義一個過程或者一個系統(tǒng)，利用先進的計算機技術、網(wǎng)絡通信技術、綜合布線技術、將與家居生活相關的各種子系統(tǒng)有機的介合在

3、一起。與普通家居相比，由原來的被動靜止結構變?yōu)榫哂心軇有缘墓ぞ撸峁┤轿坏男畔⒔粨Q功能，幫助家庭與外部保持信息交流順暢。2概述2.1目的背景及意義智能家居概念的起源很早：20世紀80年代初，隨著大量采用電子技術的家用電器的出現(xiàn)，家庭住宅電子化開始慢慢實現(xiàn)，80年代中期，將家用電器、通信設備與安全防范設備各自獨立的功能綜合為一體，又形成了家庭住宅自動化概念，至80年代末，由于通信與信息技術的發(fā)展，出現(xiàn)了通過總線技術對住宅中各種通信、家電、安防設備進行監(jiān)控與管理的商用系統(tǒng)，這在美國被稱為Smart Home，也就是現(xiàn)在智能家居的原型。智能家居在維基百科中定義如下：以住宅為平臺，兼?zhèn)浣ㄖ?、網(wǎng)絡通信

4、、信息家電、設備自動化，集系統(tǒng)、結構、服務、管理為一體的高效、舒適、安全、便利、環(huán)保的居住環(huán)境。進入21世紀后，智能家居的發(fā)展更是多樣化，技術實現(xiàn)方式也更加豐富。總體而言，智能家居發(fā)展大致經(jīng)歷了4代。第一代主要是基于同軸線、兩芯線進行家庭組網(wǎng)，實現(xiàn)燈光、窗簾控制和少量安防等功能。第二代主要基于RS-485線、部分基于IP技術進行組網(wǎng)，實現(xiàn)可視對講、安防等功能。第三代實現(xiàn)了家庭智能控制的集中化，控制主機產(chǎn)生，業(yè)務包括安防、控制、計量等業(yè)務。第四代基于全IP技術，末端設備基于zigbee等技術，智能家居業(yè)務提供采用“云”技術，并可根據(jù)用戶需求實現(xiàn)定制化、個性化。目前智能家居大多屬于第三代產(chǎn)品，而美

5、國已經(jīng)對第四代智能家居進行了初步的探索，并已有相應產(chǎn)品。近年來，物聯(lián)網(wǎng)成為全球關注的熱點領域，被認為是繼互聯(lián)網(wǎng)之后最重大的科技創(chuàng)新。物聯(lián)網(wǎng)通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來進行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理。物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展也為智能家居引入了新的概念及發(fā)展空間，智能家居可以被看作是物聯(lián)網(wǎng)的一種重要應用?；谖锫?lián)網(wǎng)的智能家居，表現(xiàn)為利用信息傳感設備（同居住環(huán)境中的各種物品松耦合或緊耦合）將家居生活有關的各種子系統(tǒng)有機地結合在一起，并與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行監(jiān)控、管理信息交換和通訊，實現(xiàn)家居智能化

6、。其包括：智能家居（中央）控制管理系統(tǒng)、終端（家居傳感器終端、控制器）、家庭網(wǎng)絡、外聯(lián)網(wǎng)絡、信息中心等。3需求分析3.1物聯(lián)網(wǎng)智能家居現(xiàn)狀分析3.1.1國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀自1984年世界上第一幢智能家居建筑在美國建成以來，歐美和東南亞等經(jīng)濟比較發(fā)達的國家先后提出了各種智能家居的方案。智能家居在美國、日本、德國、法國、韓國的廣泛應用，為世界范圍內(nèi)智能家居產(chǎn)業(yè)標準制定和業(yè)務模型探索起到了至關重要的作用。自1998年微軟提出“維納斯計劃”之后，相關行業(yè)都在積極推動這個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。但是從嚴格意義上來說，目前仍處于初級啟動階段。圖13分別為20052009年國外智能家居產(chǎn)能產(chǎn)量統(tǒng)計、國外智能家居產(chǎn)品消費統(tǒng)計

7、以及國外智能家居主要消費領域統(tǒng)計。美國智能家居以數(shù)字家庭和數(shù)字技術改造為契機，偏重于豪華感，追求舒適和享受，但其能源消耗很大，不符合現(xiàn)階段世界范圍內(nèi)低碳、環(huán)保和開源節(jié)流的理念。日本的智能家居是開發(fā)、設計、施工規(guī)模化與集團化，以人為本，注重功能，兼顧未來發(fā)展與環(huán)境保護，大量采用新材料、新技術，充分利用信息、網(wǎng)絡、控制與人工智能技術，實現(xiàn)住宅技術現(xiàn)代化。德國的智能家居追求專項功能的開發(fā)，注重基本的功能性。韓國政府對智能小區(qū)和智能家居采取多項政策扶持，規(guī)定在漢城等大城市的新建小區(qū)必須具有智能家居系統(tǒng)，目前韓國全國80%以上的新建項目采用智能家居系統(tǒng)，產(chǎn)生了像三星、LG等知名的智能家居品牌。中國智能化

8、住宅的發(fā)展，在經(jīng)歷了近10年的探索階段之后，建筑面積目前已達到400億平方米，預計到2020年還將新增300億平方米。2010年中國的智能建筑將會達到9000幢。全國智能化住宅小區(qū)的建設數(shù)量，未來十年將達到上萬個。中國智能家居產(chǎn)業(yè)中北京、上海、深圳發(fā)展相對超前：深圳的智能家居在布線方面做得比較好，前瞻性較強，考慮電源、空調(diào)、電話、電視、網(wǎng)絡等方面較周全，預埋智能布線的觀念比較超前；北京的智能家居在考慮功能和地方風格方面做得比較好；上海浦東新城區(qū)的城區(qū)規(guī)劃和小區(qū)布置更符合上海這樣一個商業(yè)化大都市的需求。青島海爾和霍尼韋爾的示范應用值得借鑒。青島東城國際作為U-home智能家居示范項目，曾在200

9、8年底讓前1000戶業(yè)主享受到了U-home智能系統(tǒng)帶來的便利與舒適。3.2物聯(lián)網(wǎng)智能家居產(chǎn)業(yè)特點總的來說，我國物聯(lián)網(wǎng)智能家居產(chǎn)業(yè)有如下特點：（1）需求旺盛隨著國家經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，物聯(lián)網(wǎng)智能家居的應用需求日益增強。雖說智能家居在國內(nèi)已發(fā)展10年多，但仍然面臨著傳統(tǒng)解決方案性能單一、價格高、難以規(guī)模推廣的發(fā)展“瓶頸“。不過隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，智能家居行業(yè)將迎來新機遇。（2）產(chǎn)業(yè)鏈長智能家居涉及土建裝修、通信網(wǎng)絡、信息系統(tǒng)集成、傳感器件、家電、醫(yī)療、自動控制等多個領域。（3）滲透性廣由于智能家居涉及的業(yè)務滲透到生活的方方面面，因此其產(chǎn)業(yè)鏈長，導致行業(yè)的滲透性強。（4）帶動性強能夠帶動

10、建筑、制造業(yè)、信息技術的諸多領域發(fā)展。4系統(tǒng)總體設計4.1智能家居的界面設計基于網(wǎng)絡的管理平臺采用B/S（Browser/Server）結構，客戶端只需裝有Web瀏覽器即可，服務器端連接客戶端和數(shù)據(jù)服務器，負責處理來自瀏覽器用戶的請求。數(shù)據(jù)庫服務器保存系統(tǒng)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的定義、維護、訪問、更新及管理，并響應服務器的請求采用SQL SERVER 2005，利用ADO.NET技術將數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中。遠程WEB服務器使用微軟的ASP.NET技術開發(fā)了基于B/S架構的數(shù)據(jù)管理服務軟件。整個管理軟件分為前臺頁面和后臺管理兩大模塊，前臺頁面主要實現(xiàn)了用戶可視化管理，方便用戶隨時查看、統(tǒng)計數(shù)據(jù)。管理界面與

11、ZigBee網(wǎng)絡數(shù)據(jù)交互過程如圖4-1所示圖4-1管理界面與ZigBee網(wǎng)絡數(shù)據(jù)交互過程我們知道智能家居主要包括配置界面和控制界面這兩種管理界面，兩個界面結合就實現(xiàn)了調(diào)節(jié)控制作用，通過配置界面可以做到把所需要的各種各樣的設備進行合理的綁定，綁定之后則在通過控制界面進行一定的控制。5系統(tǒng)的技術路線5.1標準化現(xiàn)狀與智能家居關聯(lián)的技術、產(chǎn)業(yè)眾多，涉及的技術標準體系比較廣泛，如電子、通信、建筑業(yè)、家電等幾個領域。（1）電子信息領域工業(yè)與信息化部成立“家庭網(wǎng)絡標準工作組”、“資源共享、協(xié)同服務標準工作組（IGRS）”和“數(shù)字電視接收設備與家庭網(wǎng)絡平臺接口標準”工作組，提出國家標準立項計劃共19項。中國

12、電子技術標準化研究所組織相關國內(nèi)企業(yè)在IEC/TC100提交了家庭多媒體網(wǎng)關規(guī)范（現(xiàn)已進入CD階段），在ISO/IEC/JTC1/SC25提交了閃聯(lián)系列技術標準（現(xiàn)已進入FCD或CD階段）。（2）通信領域中國通信標準化協(xié)會組建了家庭網(wǎng)絡特別工作組，于2006年頒布了首批2個標準，在3GPP提出與輕量級IPv6相關的移動通信標準。（3）建筑與社區(qū)信息化領域國家標準化管理委員會于2006年頒布了由國家建設部制定的建筑及居住區(qū)數(shù)字化技術應用系列國家標準，包括四個子標準。2008年4月，全國智能建筑及居住區(qū)數(shù)字化標準化技術委員會（SAC/TC426）成立，負責智能建筑物數(shù)字化系統(tǒng)領域國家標準的制修訂工

13、作。（4）家電領域國家發(fā)展和改革委員會于2006年頒布了由中國家用電器研究院制定的QB/T2836-2006網(wǎng)絡家電通用要求。由于物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展給智能家居帶來新的內(nèi)容,因此近期基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居還需要進一步開展標準化工作，如2010年2月2日，中國通信標準化協(xié)會（CCSA）泛在網(wǎng)技術工作委員會（TC10）成立，其中智能家居相關標準也已立項，標志著我國開始在物聯(lián)網(wǎng)智能家居標準領域進行深入的研究。6結論6.1總結6.1.1物聯(lián)網(wǎng)智能家居發(fā)展建議政府推動示范項目，使擁有一定智能家居技術、行業(yè)用戶、相關產(chǎn)品、解決方案的廠商企業(yè)得到更多資金支持，使用戶得到消費補貼等實惠，從而帶動物聯(lián)網(wǎng)技術發(fā)展，推動智能

14、家居應用。物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)的可集成性是建立在系統(tǒng)的開放性基礎之上的，要求系統(tǒng)所采用的協(xié)議必須有廣泛的產(chǎn)品支持，并不斷加強建立統(tǒng)一的物聯(lián)網(wǎng)智能家居標準的步伐。要想在未來實現(xiàn)規(guī)?；l(fā)展，需要出現(xiàn)涉及整個業(yè)務鏈的智能家居業(yè)務運營商，提供整個業(yè)務鏈的解決方案、業(yè)務集成以及設備維護等，這樣才能使得業(yè)務鏈良性發(fā)展，進一步促進家庭保險業(yè)、服務業(yè)、金融業(yè)等其他行業(yè)以及三網(wǎng)融合的發(fā)展。智能家居核心位置企業(yè)應研發(fā)共用平臺，降低中小廠家研發(fā)成本和技術門檻；培養(yǎng)專業(yè)物聯(lián)網(wǎng)智能家居服務和技術人才，包括方案、開發(fā)、設計、業(yè)務支撐等。國家和相關部門和地方政府應大力支持，按“急用先行、采監(jiān)先行、城市先行和以點帶面”原則，有

15、規(guī)劃、有步驟地扎實、積極推進，形成23個重點發(fā)展區(qū)域，強調(diào)地域特色并進一步推廣；產(chǎn)業(yè)鏈各方應借鑒國際先進研究成果，針對國內(nèi)實際需求，共同為實現(xiàn)智能家居在國內(nèi)的跨越式發(fā)展而努力。6.2結果及分析隨著國內(nèi)寬帶業(yè)務的普及，使得家家戶戶都具備了部署智能化系統(tǒng)的基礎條件，為智能家居行業(yè)做了很好的鋪墊。而近年來智能手機的迅猛發(fā)展，使得人們對智能化應用的接受度也大大提高。整個智能家居產(chǎn)業(yè)正不斷成熟，市場正不斷擴大。同時，以系統(tǒng)設計、安裝、維護、個性化開發(fā)、系統(tǒng)升級等為主的智能家居服務業(yè)務需求正在不斷增大，逐步凸顯其市場價值。據(jù)有關數(shù)據(jù)顯示，2011年1月至7月，有關智能家居的關鍵詞搜索量與2010年同期相比

16、翻了5倍以上，且7月同期環(huán)比增長33.3%。在這些搜索中以智能照明、智能家居控制系統(tǒng)、智能家電等為主的關鍵詞逐步替代了智能安防、樓宇對講等傳統(tǒng)的智能家居關鍵詞。從中我們看到了智能家居市場在這兩年正迅猛發(fā)展，用戶認知度也正不斷提高。6.3心得體會智能家居作為家庭信息化的實現(xiàn)方式，已成為社會信息化發(fā)展的重要組成部分。從個人、公共服務以及政府需求來看，凸顯出發(fā)展智能家居產(chǎn)業(yè)的迫切性。在國家大力推動工業(yè)化與信息化兩化融合的大背景下，物聯(lián)網(wǎng)將是智能家居產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中一個比較現(xiàn)實的突破口，對智能家居產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重大意義。物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展與成熟，使得跨產(chǎn)業(yè)、跨領域技術和業(yè)務融合成為現(xiàn)實，并成為智能家居行業(yè)的產(chǎn)業(yè)化加速器。在物聯(lián)網(wǎng)給智能家居產(chǎn)業(yè)帶來機遇的同時，物聯(lián)網(wǎng)和智能家居所面臨的問題同樣是不可忽視的，挑戰(zhàn)與機遇并存。7參考文獻1 周怡. ZigBee 無線通信技術及其應用探討J自動化儀表，2005年，26卷6期。2 王權平. ZigBee技術及其應用J.現(xiàn)代電信科技，2004年，第一期：3