基于WiFi的智能家居系統(tǒng)及管理軟件設(shè)計(jì)

1、基于WiFi的智能家居系統(tǒng)及管理軟件設(shè)計(jì) 課程期終論文 課程名稱： 基于WiFi的智能家居系統(tǒng)及管理軟件設(shè)計(jì) 任課教師： 論文題目： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 目錄摘 要3Abstract41背景描述與創(chuàng)意來(lái)源51.1應(yīng)用背景及需求分析51.2創(chuàng)意來(lái)源62方案原理與設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)72.1系統(tǒng)方案概述72.1.1智能家居系統(tǒng)功能概要72.1.2智能家居網(wǎng)絡(luò)概要92.1.3智能家居硬件設(shè)計(jì)102.1.4智能家居管理軟件設(shè)計(jì)102.2設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)112.2.1智能家居網(wǎng)絡(luò)組建112.2.2智能家居硬件設(shè)計(jì)132.2.3智能家居管理軟件設(shè)計(jì)153可能的運(yùn)營(yíng)模式與應(yīng)用前景分析173.1運(yùn)營(yíng)模式173.2業(yè)務(wù)分析與前景預(yù)

2、測(cè)174存在問(wèn)題與改進(jìn)方向194.1問(wèn)題分析194.2下一步改進(jìn)方向19參考文獻(xiàn)2020摘 要隨著科技的迅猛發(fā)展，人們的生活水平越來(lái)越高，擁有的各種電子產(chǎn)品和家電設(shè)備也越來(lái)越新穎，而人們居住的住宅環(huán)境卻并未發(fā)生太大的變化。智能家居的發(fā)展，是住宅現(xiàn)代化的主流和趨勢(shì)，智能家居的廣泛應(yīng)用將會(huì)掀起一場(chǎng)住宅革命，促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展。智能家居系統(tǒng)，包含了通信網(wǎng)絡(luò)，數(shù)字化家電，設(shè)備自動(dòng)化等技術(shù)，不僅保持家庭內(nèi)部各設(shè)備間的信息暢通，還保證家庭與外部信息的交流，將我們的住宅打造成一個(gè)環(huán)保節(jié)能，安全高效的舒適居住環(huán)境。本文提出了一種基于WiFi無(wú)線通信技術(shù)的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其相應(yīng)的兩款管理軟件的開(kāi)發(fā)：基于PC

3、端的家庭管理軟件和基于客戶端的移動(dòng)管理軟件。同時(shí)，還采用人工智能和數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)對(duì)用戶智能家居的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，找出數(shù)據(jù)間隱含的信息，優(yōu)化用戶家居設(shè)備的調(diào)度，提供更環(huán)保、更溫馨的服務(wù)。關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)通信，WiFi，管理軟件，數(shù)據(jù)挖掘AbstractWith the rapid development of science and technology, people's living standard is getting higher and higher, owned and appliances of various electronic products are more

4、and more novel, and people living in residential environment has not changed much. The development of intelligent Home Furnishing, is the mainstream and trend of modern residential, wide application of intelligent Home Furnishing will set off a residential revolution, promote the rapid development o

5、f the Internet of things.Intelligent Home Furnishing system, contains the communication network, the digital home appliances, equipment automation technology, not only to maintain the family within the device information flow, but also guarantee the family and external information exchange, will our

6、 house into a environmental protection and energy saving, safe and efficient and comfortable living environment.This paper presents the development of WiFi wireless communication technology in intelligent Home Furnishing system design and the corresponding two management software based on: Based on

7、PC side of the family management software and management software based on mobile client. At the same time, also using artificial intelligence and data mining technology to intelligent Home Furnishing user data analysis of the data, find out the implicit information between users Home Furnishing equ

8、ipment, optimization of scheduling, provide more environmental protection, more attentive service.Keywords: network, network communication, WiFi, management software, data mining1 背景描述與創(chuàng)意來(lái)源1.1 應(yīng)用背景及需求分析進(jìn)入二十一世紀(jì)以來(lái)，電子，通信，IT等行業(yè)發(fā)展極其迅速。電子產(chǎn)品不斷更新，功能越來(lái)越強(qiáng)大，例如手機(jī)從十年前打電話、發(fā)短信為主要業(yè)務(wù)發(fā)展到現(xiàn)在可以上網(wǎng)、打游戲、購(gòu)物等與電腦擁有相似的應(yīng)用；家電產(chǎn)品也

9、越來(lái)越智能，例如洗衣機(jī)從十年前主要以洗凈衣服為目的發(fā)展到現(xiàn)在以環(huán)保節(jié)能，高效人性為目的。這些功能豐富的產(chǎn)品，給我們的生活帶來(lái)了極大的便利。但是，我們的住宅卻未發(fā)生根本性的變化，家庭內(nèi)部的家電依舊以個(gè)體存在，家庭內(nèi)外除了傳統(tǒng)的上網(wǎng)之外沒(méi)有其他的信息交換平臺(tái)。因此，對(duì)于家居智能化的需求將會(huì)越來(lái)越高。智能家居系統(tǒng)以住宅平臺(tái)，結(jié)合綜合布線技術(shù)，安全防范技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，自動(dòng)化技術(shù)，視頻音頻技術(shù)集成家居生活相關(guān)設(shè)施，構(gòu)造高效靈活的住宅設(shè)施和事物管理系統(tǒng)，提高家居的安全性，并實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保，和諧的居住環(huán)境1。2009年8月，溫家寶“感知中國(guó)”的講話把我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用開(kāi)發(fā)推向了高潮，無(wú)錫市率先建立

10、了“感知中國(guó)”研究中心。自溫總理提出“感知中國(guó)”以來(lái)，物聯(lián)網(wǎng)被正式列為國(guó)家五大新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一，寫(xiě)入“政府工作報(bào)告”，物聯(lián)網(wǎng)在中國(guó)受到了全社會(huì)極大的關(guān)注。智能家居因?yàn)樵谝恍W美國(guó)家和日本等國(guó)發(fā)展較早，所以智能家居在這些國(guó)家已經(jīng)有一定的發(fā)展。如美國(guó)的X-10系統(tǒng)，德國(guó)的EBI系統(tǒng)，日本松下電器公司的“家庭信息基礎(chǔ)”實(shí)驗(yàn)。由于我國(guó)智能家居發(fā)展較晚，于二十一世紀(jì)之初智能家居才開(kāi)始在我國(guó)流行，經(jīng)過(guò)十多年的發(fā)展，雖然有一些智能家居公司和產(chǎn)品出現(xiàn)，但是與歐美同類公司和產(chǎn)品相比還有一定的距離。制約我國(guó)智能家居發(fā)展的原因可以歸納為以下幾方面2：1) .尚無(wú)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范；2) .智能家居使用成本高；3)

11、.產(chǎn)品市場(chǎng)定位不準(zhǔn)；4) .資金不足，研發(fā)能力有限；5) .專業(yè)從事智能家居研究的人員太少。本文從大眾消費(fèi)人群的角度出發(fā)，同時(shí)站在企業(yè)的角度思考，開(kāi)發(fā)一套對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)投入小、對(duì)開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)門(mén)檻不高、對(duì)大眾消費(fèi)者來(lái)說(shuō)負(fù)擔(dān)得起的智能家居系統(tǒng)。本文設(shè)計(jì)是基于WiFi的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其管理軟件開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，以住宅為載體，綜合通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字化家電、設(shè)備自動(dòng)化等技術(shù)，將管理、服務(wù)、各個(gè)子系統(tǒng)集成為一體的舒適、安全、環(huán)保、高效的居住環(huán)境3，真正實(shí)現(xiàn)住宅網(wǎng)絡(luò)化、信息化、智能化4。1.2 創(chuàng)意來(lái)源2012年11月，在深圳會(huì)展中心舉行第十四屆中國(guó)國(guó)際新技術(shù)成果交易會(huì)上，閃聯(lián)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟展示了以“閃聯(lián)精彩互聯(lián)技術(shù)”為主題

12、的“智能互聯(lián)、智能用電、智能家居、社交電視”四個(gè)不同場(chǎng)景，它將基于“閃聯(lián)”國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的互聯(lián)互通產(chǎn)品和多項(xiàng)解決方案全新呈現(xiàn)，閃聯(lián)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的會(huì)員之一的廣州市聚暉電子科技有限公司推出了一套對(duì)家居常用電氣設(shè)備、各類照明燈具以及電動(dòng)窗簾進(jìn)行集中控制的完美解決方案的KOTI智能家居綜合控制方案5。智能家居的發(fā)展，不僅會(huì)促進(jìn)住宅行業(yè)的革新，還會(huì)極大地促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。2 方案原理與設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)2.1 系統(tǒng)方案概述人們的生活水平越來(lái)越高，購(gòu)買的家電也越來(lái)越智能，但是由于各個(gè)電器之間缺少協(xié)調(diào)，以至于這些電器之間不能達(dá)到“1+1>2”的效果。傳統(tǒng)意義上一般都認(rèn)為智能家居是帶來(lái)生活品質(zhì)的提升，其實(shí)物聯(lián)網(wǎng)智慧家居正在

13、改變這些觀點(diǎn)，最顯著的變化就是實(shí)用、方便、易整合。每一個(gè)家庭中都存在的各種電器，不管是號(hào)稱智能的冰箱、空調(diào)還是傳統(tǒng)的電燈、電視一直以來(lái)由于標(biāo)準(zhǔn)不一都是獨(dú)立工作的，從系統(tǒng)的角度來(lái)看，他們都是零碎的、混亂的、無(wú)序的，并不是一個(gè)有機(jī)的、可組織的整體，作為家庭的主人面對(duì)這些雜亂無(wú)章的電器其消耗的時(shí)間成本、管理成本、控制成本通常都是很高的并且是非必要的?，F(xiàn)代社會(huì)，人們的生活步奏越來(lái)越快，我們出門(mén)的時(shí)候常常會(huì)忘記關(guān)一些電器，浪費(fèi)的電的同時(shí)，可能釀成可怕的災(zāi)難。有時(shí)，電器壞了，忙碌的生活、工作常常讓我們無(wú)暇顧及而導(dǎo)致這些電器長(zhǎng)時(shí)間損壞。炎炎夏日，下班之后我們總是極其希望一回到家，就有涼爽爽的溫度、熱騰騰的飯

14、。本系統(tǒng)的核心通過(guò)設(shè)計(jì)一套基于WiFi的智能家居系統(tǒng)，不僅提供安全防范功能，還提供按需式家電設(shè)備控制，和及時(shí)的提醒業(yè)務(wù)。本系統(tǒng)分為兩部分，其一是智能家居的硬件系統(tǒng)搭建，以實(shí)現(xiàn)電器及其設(shè)備間的信息交換；其二是智能家居的管理軟件開(kāi)發(fā)，包括PC端的室內(nèi)管理軟件和手機(jī)移動(dòng)客戶端管理軟件。2.1.1 智能家居系統(tǒng)功能概要智能家居系統(tǒng)中，各傳感器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集；WiFi模塊實(shí)現(xiàn)與中心控制中心的相互通信，將采集到的數(shù)據(jù)提供給中心控制器，同時(shí)接收來(lái)自控制器的指令；中心控制器負(fù)責(zé)統(tǒng)籌調(diào)度各個(gè)電器設(shè)備，實(shí)現(xiàn)住宅各服務(wù)、設(shè)備一體化；網(wǎng)關(guān)則負(fù)責(zé)家庭內(nèi)外的信息交互，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的更新。同時(shí)，用戶的手機(jī)客戶端會(huì)及時(shí)收到一些必要

15、的提醒，用戶也可以通過(guò)手機(jī)客戶端調(diào)控、設(shè)置家庭內(nèi)各個(gè)設(shè)備。主要的功能如下介紹：1) 提供安全防范功能本系統(tǒng)與周圍的閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)等安全系統(tǒng)相連，通過(guò)這些系統(tǒng)，將家庭內(nèi)及其周邊發(fā)生的警報(bào)或者偷盜行為記錄，并及時(shí)傳達(dá)到相應(yīng)場(chǎng)所，以便對(duì)應(yīng)人員做出相應(yīng)處理。保證家庭的安全，讓用戶更放心。2) 自主性本系統(tǒng)對(duì)家庭終端使用狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、記錄，如有特殊狀況，能自行處理。如某家電“失去聯(lián)系”，中心控制器能進(jìn)行主動(dòng)握手，重新連上設(shè)備。如果該設(shè)備依舊無(wú)法連上，則主動(dòng)向維修中心申報(bào)，并與戶主約定維修時(shí)間。3) 客戶端功能手機(jī)客戶端可以提供用戶遠(yuǎn)程家電、設(shè)備的控制，家電的實(shí)時(shí)狀態(tài)，家電的用電信息，

16、設(shè)備的異常事件，家電監(jiān)測(cè)及設(shè)備管理。用戶可以隨時(shí)隨地了解家庭內(nèi)部的狀況。4) 備忘功能在家門(mén)口，會(huì)有一個(gè)喇叭，它可以接收來(lái)自中心控制器的信息，在用戶離開(kāi)家的時(shí)候，提醒用戶他之前設(shè)置的一些備忘內(nèi)容。由于能進(jìn)行通信，它還能獲得當(dāng)天的天氣狀況，給用戶一些出行建議。5) 提供按需服務(wù)本系統(tǒng)可以根據(jù)用戶不同的活動(dòng)，如就餐、學(xué)校、工作、娛樂(lè)、休息等，配合不同的燈光效果、音樂(lè)模式，營(yíng)造不同氛圍；室內(nèi)燈光和溫度可以根據(jù)天氣不同、季節(jié)不同進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)；用戶不在家時(shí)可以通過(guò)終端控制空調(diào)溫度、準(zhǔn)備適當(dāng)溫度的洗浴水等。所有家電均為控制系統(tǒng)的控制對(duì)象，用戶在任何地點(diǎn)都可以隨時(shí)通過(guò)不同的終端對(duì)家電設(shè)備進(jìn)行有效控制6。6

17、) 定時(shí)服務(wù)用戶可以指定某些家電、設(shè)備在某些特定的時(shí)間開(kāi)始工作，為用戶提供人性化的服務(wù)。比如，用戶每天19點(diǎn)下班，那么用戶可以設(shè)定電飯煲自動(dòng)工作時(shí)間為18:30分，這樣用戶一回到家，就有美味的飯了。7) 提醒功能手機(jī)客戶端能讓用戶遠(yuǎn)在他處收到家庭內(nèi)部及時(shí)的信息，比如家電壞了，或者用戶在離家之后，某些設(shè)備仍在工作。8) 娛樂(lè)功能用戶可以直接從手機(jī)客戶端或者是PC端將要看的電影或者節(jié)目上傳自服務(wù)器，或者也可以直接通過(guò)電視查找所需的電影或節(jié)目。同時(shí)，系統(tǒng)會(huì)將用戶觀看的信息保存到數(shù)據(jù)庫(kù)，采用數(shù)據(jù)挖掘的技術(shù)，建立一個(gè)個(gè)性化的推薦系統(tǒng)，向用戶推薦其感興趣的電影、節(jié)目。9) 數(shù)據(jù)庫(kù)功能由于家電長(zhǎng)期運(yùn)行及家電

18、設(shè)備的增多，將會(huì)產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)。我們將這些數(shù)據(jù)寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)，上傳自服務(wù)器。10) 查詢功能用戶可以通過(guò)PC端或是手機(jī)客戶端管理軟件，登陸查看家電設(shè)備的用電情況、運(yùn)行狀況，讓用戶了解設(shè)備的相關(guān)情況。11) 繪圖系統(tǒng)當(dāng)用戶需要查看設(shè)備的用電情況時(shí)，管理軟件可以從數(shù)據(jù)庫(kù)中提取數(shù)據(jù)，繪畫(huà)出單個(gè)設(shè)備每個(gè)月的、每天的用電情況，也可以提供全部設(shè)備每個(gè)月、每天的用電情況，讓用戶直觀了解用電情況。2.1.2 智能家居網(wǎng)絡(luò)概要智能家居系統(tǒng)中互聯(lián)的設(shè)備眾多，有數(shù)碼影視等高速設(shè)備，及家電，還有廣播等中速設(shè)備，同時(shí)也包括三表抄送等低速設(shè)備。設(shè)備間通過(guò)控制器和控制中心進(jìn)行協(xié)調(diào)，網(wǎng)絡(luò)選擇尤為關(guān)鍵。組網(wǎng)模式可以采用兩種方式，一

19、種是有線模式，一種是無(wú)線模式。1) 有線模式有線模式可以采用電力載波通信技術(shù)。電力載波通訊即PLC，是英文Power line Communication的簡(jiǎn)稱。電力載波是電力系統(tǒng)特有的通信方式，電力載波通訊是指利用現(xiàn)有電力線，通過(guò)載波方式將模擬或數(shù)字信號(hào)進(jìn)行高速傳輸?shù)募夹g(shù)。最大特點(diǎn)是不需要重新架設(shè)網(wǎng)絡(luò)，只要有電線，就能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。PLC的最大特點(diǎn)：不需要重新架設(shè)網(wǎng)絡(luò)，只要有電線，就能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，無(wú)疑成為了解決這智能家居數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖罴逊桨钢?。同時(shí)因?yàn)閿?shù)據(jù)僅在家庭這個(gè)范圍中傳輸，束縛PLC應(yīng)用的5大困擾將在很大程度上減弱，遠(yuǎn)程對(duì)家電的控制我們也能通過(guò)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)先連接到PC然后再控制家電方式實(shí)

20、現(xiàn)，PLC調(diào)制解調(diào)模塊的成本也遠(yuǎn)低于無(wú)線模塊7。2) 無(wú)線模式無(wú)線模式主要適合家電、數(shù)碼電器等需要快速大型傳輸數(shù)據(jù)的設(shè)備。本設(shè)計(jì)采用WiFi組建家庭內(nèi)部的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。WiFi現(xiàn)在使用范圍很廣，開(kāi)發(fā)相對(duì)簡(jiǎn)單，用戶使用熟悉，數(shù)據(jù)傳輸量大，同時(shí)結(jié)合PC、手機(jī)等上網(wǎng)設(shè)備，用戶不需要其他轉(zhuǎn)換設(shè)備就能實(shí)現(xiàn)共享。Wi-Fi是一個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的品牌，由Wi-Fi聯(lián)盟(Wi-Fi Alliance)所持有。目的是改善基于IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品之間的互通性8。2.1.3 智能家居硬件設(shè)計(jì)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們充分考慮了產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性、各種器件應(yīng)用的可靠性和軟硬件開(kāi)發(fā)的兼容性及通用性，以便該系統(tǒng)盡可

21、能地縮短開(kāi)發(fā)周期和解決系統(tǒng)的升級(jí)等問(wèn)題。硬件設(shè)計(jì)如下：1) 控制中心筆記本電腦在本系統(tǒng)中，由個(gè)人電腦充當(dāng)整個(gè)智能家居的控制中心。不僅由于筆記本機(jī)的功耗不高，還因?yàn)槠渚哂袕?qiáng)大計(jì)算和的處理能力，能滿足智能家居內(nèi)各設(shè)備終端的數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)處理；PC機(jī)軟件開(kāi)發(fā)可以采用C+、C#等平臺(tái)實(shí)現(xiàn)，適合大部分開(kāi)發(fā)人員參與。2) 設(shè)備控制器MSP430系列的單片機(jī)家電或者大型設(shè)備，需要自己的處理器，不僅實(shí)現(xiàn)自身的智能化，還能更好實(shí)現(xiàn)與控制中心的信息交換。滿足對(duì)數(shù)據(jù)的處理速度及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量的要求。該系列單片機(jī)具有入門(mén)快，功能強(qiáng)大的優(yōu)點(diǎn)，很適合當(dāng)設(shè)備自身的處理器。是由于該單片機(jī)針對(duì)實(shí)際應(yīng)用需求，將多個(gè)不同功能的模擬電

22、路、數(shù)字電路模塊和微處理器集成在一個(gè)芯片上，以提供“單片”解決方案。該系列單片機(jī)多應(yīng)用于需要電池供電的便攜式儀器儀表中。3) 無(wú)線控制模塊WiFi模塊WiFi模塊為串口或TTL電平轉(zhuǎn)WIFI通信的一種傳輸轉(zhuǎn)換產(chǎn)品，Uart-Wifi模塊是基于Uart接口的符合WiFi無(wú)線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式模塊，內(nèi)置無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議IEEE802.11協(xié)議棧以及TCP/IP協(xié)議棧，能夠?qū)崿F(xiàn)用戶串口或TTL電平數(shù)據(jù)到無(wú)線網(wǎng)絡(luò)之間的轉(zhuǎn)換9。WiFi在掌上設(shè)備上應(yīng)用越來(lái)越廣泛，而智能手機(jī)就是其中一份子。與早前應(yīng)用于手機(jī)上的藍(lán)牙技術(shù)不同,WiFi具有更大的覆蓋范圍和更高的傳輸速率。WiFi模塊，可以通過(guò)控制器發(fā)送AT命令來(lái)達(dá)

23、到控制，從而實(shí)現(xiàn)各種功能。2.1.4 智能家居管理軟件設(shè)計(jì)1) PC室內(nèi)管理軟件設(shè)計(jì)PC是整個(gè)智能家居的控制中心，是整個(gè)智能家居的核心，其管理軟件尤為重要。該管理軟件，能實(shí)現(xiàn)設(shè)備的控制，家電的實(shí)時(shí)狀態(tài)，家電的用電信息，設(shè)備的異常事件，家電監(jiān)測(cè)及設(shè)備管理以及數(shù)據(jù)的分析。2) 手機(jī)客戶端管理軟件設(shè)計(jì)手機(jī)端管理軟件，遵循“奧康的剃刀”原則：如無(wú)必要，勿增實(shí)體。保證客戶端的必要功能，不讓其“太臃腫”，簡(jiǎn)單實(shí)用。該軟件讓用戶隨時(shí)隨地能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備的控制，家電的實(shí)時(shí)狀態(tài)，家電的用電信息，設(shè)備的異常事件，家電監(jiān)測(cè)及設(shè)備管理等必要事件。2.2 設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)2.2.1 智能家居網(wǎng)絡(luò)組建一、 組網(wǎng)方式本設(shè)計(jì)中，主要采用

24、四種網(wǎng)絡(luò)組建方式：電力載波通訊，串口通信，WiFi無(wú)線通信和Internet通信。這四種通信方式針對(duì)不同的情況設(shè)計(jì)。1) 電力載波通訊電力載波通訊主要針對(duì)控制器和簡(jiǎn)單設(shè)備之間的通信設(shè)計(jì)的。那些簡(jiǎn)單的設(shè)備，本身執(zhí)行簡(jiǎn)單的功能，不需要增加控制器和WiFi模塊。這樣不僅可以為用戶節(jié)約成本，還可以減少布線。比如，需要控制窗簾的閉合程度，我們可以通過(guò)控制器通過(guò)電力線發(fā)送信號(hào)來(lái)達(dá)到簡(jiǎn)單的控制就可以了。2) 串口通信串口通信主要針對(duì)大型、功能復(fù)雜的電器自身的控制器和其自身通訊而設(shè)計(jì)的。那些大型的電器，需要執(zhí)行的功能比較復(fù)雜，需要通過(guò)將自身的控制器通過(guò)串口通信來(lái)和系統(tǒng)本身達(dá)到通訊，如可以通過(guò)RS232或者RS

25、485來(lái)實(shí)現(xiàn)。3) WiFi無(wú)線通信WiFi無(wú)線通信主要針對(duì)需要進(jìn)行復(fù)雜操作的電氣設(shè)備與中心控制器的無(wú)線通信。在那些設(shè)備中，采取MSP430加WiFi模塊的嵌入式方式，讓那些設(shè)備接收來(lái)自控制器的指令，同時(shí)自身也需要將數(shù)據(jù)傳輸給控制器，以達(dá)到兩者信息的交流、數(shù)據(jù)的交換。表1 幾種常用無(wú)線技術(shù)對(duì)比技術(shù)名稱ZigBeeWiFi藍(lán)牙傳遞速度100kbps11-54Mbps1Mbps通信直徑10-100m20-200m20-200m頻段2.4GHz，915MHz，868Mhz2.4GHz2.4GHz安全性中低高成本5mA10-50mA20mA功耗$5$25$2-5從上表可以看出，WiFi具有比其他無(wú)線網(wǎng)

26、絡(luò)更快的速度，這就意味著可以添加更多的設(shè)備，比如說(shuō)電視機(jī)等流媒體設(shè)備。4) Internet網(wǎng)絡(luò)Internet網(wǎng)絡(luò)，主要針對(duì)智能家居的內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)之間的聯(lián)系。智能家居系統(tǒng)之所以稱為智能，不僅因?yàn)樵撓到y(tǒng)能自行處理、調(diào)度住宅內(nèi)的設(shè)備，還因?yàn)樗芘c外界互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)信息交互，獲取所需的信息。同時(shí)，正是由于與外網(wǎng)相連，我們才能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，擴(kuò)大系統(tǒng)的適用范圍。如智能家居系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)關(guān)從外網(wǎng)獲取當(dāng)天的天氣信息，將出行建議通過(guò)門(mén)口的喇叭或者通過(guò)客戶端告訴用戶，讓用戶能夠提前安排出行。系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)示意圖如圖1所示：圖1 智能家居網(wǎng)絡(luò)示意圖二、 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫怯删W(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)備和通信介質(zhì)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。在選擇拓

27、撲結(jié)構(gòu)時(shí)，主要考慮的因素有：安裝的相對(duì)難易程度、重新配置的難易程度、維護(hù)的相對(duì)難易程度、通信介質(zhì)發(fā)生故障時(shí)，受到影響的設(shè)備的情況。在本設(shè)計(jì)中，我們采用星型結(jié)構(gòu)。星型結(jié)構(gòu)是以一個(gè)節(jié)點(diǎn)為中心的處理系統(tǒng)，各種類型的入網(wǎng)機(jī)器均與該中心節(jié)點(diǎn)有物理鏈路直接相連。星型結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、建網(wǎng)容易、控制相對(duì)簡(jiǎn)單。一個(gè)星型拓?fù)淇梢噪[在另一個(gè)星型拓?fù)淅锒纬梢粋€(gè)樹(shù)型或?qū)哟涡途W(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。容易進(jìn)行重新配置，只需移去、增加或改變集線器某個(gè)端口的連接，就可進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)重新配置。由于星型網(wǎng)絡(luò)上的所有數(shù)據(jù)都要通過(guò)中心設(shè)備，并在中心設(shè)備匯集，星型拓?fù)渚S護(hù)起來(lái)比較容易。受故障影響的設(shè)備少，能夠較好地處理10。如圖2所示。圖2 網(wǎng)

28、絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖三、 網(wǎng)關(guān)網(wǎng)關(guān)的作用包括兩點(diǎn)11：l 在不同家居技術(shù)上搭起橋梁；l 提供室內(nèi)家居與外界網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)系；2.2.2 智能家居硬件設(shè)計(jì)1) 控制中心PC電腦每個(gè)家庭中，各種電器設(shè)備、電子設(shè)備不盡相同，對(duì)于家庭內(nèi)的網(wǎng)速要求也不一樣，控制器要充當(dāng)中介，必須要能承擔(dān)足夠的網(wǎng)絡(luò)傳輸；PC軟件的開(kāi)發(fā)，具有不少相當(dāng)優(yōu)秀的編程平臺(tái)，讓更多的開(kāi)發(fā)者加入該行業(yè)；同時(shí)，PC機(jī)具有很強(qiáng)的處理和計(jì)算能力，能對(duì)足夠多的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。筆記本充當(dāng)控制器有如下優(yōu)點(diǎn)：l 有多種標(biāo)準(zhǔn)通信接口：USB，串口等；l 有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和程度調(diào)度能力；l 可以充當(dāng)網(wǎng)關(guān)；l 有較大的存儲(chǔ)容量。該中心控制器，也可由用戶自己的PC

29、電腦搭建，給用戶節(jié)約成本。2) 設(shè)備控制器MSP430系列的單片機(jī)部分家用電器，可采用嵌入式技術(shù)，使這些家電實(shí)現(xiàn)智能化。單片機(jī)可以采用串口通信與WiFi模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，用AT命令控制WiFi模塊的各種工作。MSP430具有如下優(yōu)點(diǎn)：l 處理能力強(qiáng)l 運(yùn)算速度快l 功耗低l 片內(nèi)資源豐富l 方便高效的開(kāi)發(fā)環(huán)境3) 無(wú)線控制模塊WiFi模塊WiFi模塊為串口或TTL電平轉(zhuǎn)WIFI通信的一種傳輸轉(zhuǎn)換產(chǎn)品，Uart-Wifi模塊是基于Uart接口的符合WiFi無(wú)線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式模塊，內(nèi)置無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議IEEE802.11協(xié)議棧以及TCP/IP協(xié)議棧，能夠?qū)崿F(xiàn)用戶串口或TTL電平數(shù)據(jù)到無(wú)線網(wǎng)絡(luò)之間的轉(zhuǎn)

30、換。WiFi 模塊 包括兩種類型的拓?fù)湫问剑夯A(chǔ)網(wǎng)（Infra）和自組網(wǎng)（Adhoc）9。WiFi有如下一些優(yōu)質(zhì)的設(shè)置和優(yōu)點(diǎn)：l 基于AP組建的基礎(chǔ)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)（Infra）；l 基于自組網(wǎng)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)（Adhoc）；l 安全機(jī)制；l 快速聯(lián)網(wǎng)；l 地址綁定；l 無(wú)線漫游；l 靈活的參數(shù)配置。智能家居網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方式如圖3所示：圖3智能家居網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方式2.2.3 智能家居管理軟件設(shè)計(jì)智能家居的管理軟件包括兩部分，一部分是PC端中心控制器的管理軟件，該軟件負(fù)責(zé)調(diào)控家庭內(nèi)容的數(shù)據(jù)交互；另一個(gè)部分是手機(jī)客戶端的管理軟件設(shè)計(jì)，該軟件提供用戶家庭內(nèi)外的實(shí)時(shí)信息，給用戶一個(gè)安心、便捷的保證。1) PC端中心控制器管

31、理軟件PC是整個(gè)智能家居的核心，其管理軟件顯得尤為重要。好的管理軟件，不僅能很好地滿足用戶的需求，還能將家庭內(nèi)部的設(shè)備進(jìn)行合理的調(diào)度，讓用戶用得舒心。該管理軟件，能實(shí)現(xiàn)設(shè)備的控制，家電的實(shí)時(shí)狀態(tài)，家電的用電信息，設(shè)備的異常事件，家電監(jiān)測(cè)及設(shè)備管理以及數(shù)據(jù)的分析等功能。該管理軟件可以用C+，也可以用C#來(lái)編寫(xiě)。這兩個(gè)平臺(tái)，具有高運(yùn)行效率，以其強(qiáng)大的操作能力，同時(shí)相應(yīng)的開(kāi)發(fā)人員相對(duì)較多。2) 手機(jī)客戶端管理軟件隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的生活節(jié)奏也越來(lái)越快。人們需要更舒適、溫馨的家的同時(shí)，也希望能隨時(shí)了解住宅的情況。智能機(jī)的快速發(fā)展，為這個(gè)需求提供了可能。但是，我們不希望手機(jī)客戶端太“臃腫”，只需要滿足

32、用戶對(duì)于智能家居的必要需求。該軟件讓用戶隨時(shí)隨地能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備的控制，家電的實(shí)時(shí)狀態(tài)，家電的用電信息，設(shè)備的異常事件，家電監(jiān)測(cè)及設(shè)備管理等必要事件。3 可能的運(yùn)營(yíng)模式與應(yīng)用前景分析3.1 運(yùn)營(yíng)模式智能家居系統(tǒng)，是一整套硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。我們出售產(chǎn)品的同時(shí)，也提供優(yōu)秀的售后服務(wù)。下面詳細(xì)地?cái)⑹鲆幌挛覀兊倪\(yùn)營(yíng)模式：1) 出售產(chǎn)品智能家居系統(tǒng)，有控制系統(tǒng)、電器、傳感器等硬件。我們可以讓用戶挑選自己認(rèn)為必要的產(chǎn)品，我們可以提供免費(fèi)的安裝服務(wù)，也可以對(duì)用戶的部分設(shè)備進(jìn)行改裝以滿足該套系統(tǒng)。如果用戶有自己多余的PC機(jī)，我們也可將其配置為控制中心，總之我們盡可能地減低用戶的費(fèi)用，為用戶考慮。2) 提供優(yōu)質(zhì)的

33、服務(wù)高質(zhì)量和人性化的產(chǎn)品以及優(yōu)質(zhì)的售后服務(wù)是產(chǎn)品長(zhǎng)期占領(lǐng)市場(chǎng)的秘訣，我們?yōu)橘?gòu)買我們產(chǎn)品的用戶提供一定時(shí)間免費(fèi)的售后服務(wù)。這些服務(wù)包括：l 免費(fèi)的設(shè)備安裝和改裝，為用戶節(jié)約成本；l 使用過(guò)程中，設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)的問(wèn)題，我們會(huì)及時(shí)幫客戶解決；l 還可以應(yīng)客戶的需求，我們根據(jù)用戶的數(shù)據(jù)，采用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對(duì)用戶的智能家居系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，找出更優(yōu)的配置，讓用戶有更好的體驗(yàn)。l 不定時(shí)給用戶更新管理軟件，修改軟件Bug，給用戶更舒適的體驗(yàn)。3.2 業(yè)務(wù)分析與前景預(yù)測(cè)隨著社會(huì)的發(fā)展，人們經(jīng)濟(jì)水平的提高，人們不斷追求高品質(zhì)的生活，智能家居能滿足人們高效、穩(wěn)定、方便、安全、操作簡(jiǎn)單的生活目標(biāo)！由此可見(jiàn)，智能家居

34、具有廣闊的發(fā)展前景和巨大的潛在市場(chǎng)。智能家居的發(fā)展將有以下四種趨勢(shì)：1) 節(jié)能與智能將引領(lǐng)家居消費(fèi)新趨勢(shì)如今人們追求個(gè)性化和時(shí)尚潮流，在家庭生活也是如此。智能家居設(shè)計(jì)更人性化、智能化的家居環(huán)境，讓人們的生活環(huán)保且舒適。智能家居將會(huì)引領(lǐng)我們走向新潮流。2) 推進(jìn)智能家居產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程進(jìn)入二十一世紀(jì)以來(lái)，國(guó)內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展迅速，移動(dòng)和電信等通信運(yùn)營(yíng)商也在積極準(zhǔn)備參與智能家居的建設(shè)和發(fā)展。智能家居行業(yè)其發(fā)展勢(shì)頭不容小覷，物聯(lián)網(wǎng)的大力發(fā)展將會(huì)對(duì)智能家居產(chǎn)業(yè)化產(chǎn)生巨大的推動(dòng)力。3) 4G平臺(tái)推動(dòng)智能家居的快速發(fā)展在國(guó)內(nèi)即將普及的4G網(wǎng)絡(luò)和快速發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)的推動(dòng)下，智能家居產(chǎn)業(yè)將迎來(lái)一個(gè)發(fā)展黃金期12。4G網(wǎng)絡(luò)上

35、網(wǎng)速度更快，為視頻通話和更大的數(shù)據(jù)傳輸提供一個(gè)新的平臺(tái)。通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)的應(yīng)用，利用移動(dòng)終端對(duì)家電的遠(yuǎn)程控制、監(jiān)測(cè)將會(huì)更容易實(shí)現(xiàn)。4G平臺(tái)將會(huì)推動(dòng)智能家居行業(yè)的快速發(fā)展的一大助力13。4) 手機(jī)客戶端的快速發(fā)展為智能家居提供便利現(xiàn)在智能手機(jī)市場(chǎng)發(fā)展迅速，各大IT廠商紛紛推出自己的手機(jī)客戶端，便于用戶的同時(shí)，讓用戶可以隨時(shí)隨地開(kāi)啟服務(wù)增加收益?；谑謾C(jī)的便利，我們推出自己的客戶端，讓用戶及時(shí)了解家庭內(nèi)部的信息，讓用戶有更細(xì)膩的體驗(yàn)。4 存在問(wèn)題與改進(jìn)方向4.1 問(wèn)題分析智能家居雖然發(fā)展迅速，但是還是存在不少問(wèn)題，如果這些問(wèn)題不能及時(shí)解決，將會(huì)影響該行業(yè)的發(fā)展。主要問(wèn)題有如下幾個(gè)方面：1) 網(wǎng)絡(luò)接口和數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議不一致由于現(xiàn)在各個(gè)企業(yè)“各自為政”，都在尋找適合自己的網(wǎng)絡(luò)接口和數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，導(dǎo)致各個(gè)公司的智能家居設(shè)備間無(wú)法正常相互使用，給用戶造成極大的不便。2) 網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)安全現(xiàn)在