智能家居分析

智能家居分析第1頁/共61頁技術概況展望何為互聯網？何為智能家居？智能家居的分類有哪些？智能家居的現狀如何？目前有哪些存在的問題？要發(fā)展又有哪些必須？在長沙有哪些公司在做？...家居組網技術、家居網關技術、家居定位技術。以及智能家居系統(tǒng)完整的設計流程是怎樣？......智能家居與我們專業(yè)有哪些聯系？如果要做智能家居該如何入手？應該如何在這個行業(yè)有所建樹？......第2頁/共61頁何為物聯網？物聯網就是“物物相連的互聯網”，英文名：InternetofThings（IOT）。簡單概念：物聯網在國際上又稱為傳感網，這是繼計算機、互聯網與移動通信網之后的又一次信息產業(yè)浪潮。世界上的萬事萬物，小到手表、鑰匙，大到汽車、樓房，只要嵌入一個微型感應芯片，把它變得智能化，這個物體就可以“自動開口說話”。再借助無線網絡技術，人們就可以和物體“對話”，物體和物體之間也能“交流”，這就是物聯網。第3頁/共61頁插播一副比較有意思的帖子：這兩年都在說時代即將來臨，或者已經來臨，各大相關公司都爭相布局物聯網，例如騰訊的QQ物聯、百度云平臺、阿里物聯、谷歌智能硬件、小米智能路由、智能家居等等都在進行物聯網的地盤搶奪。各大傳統(tǒng)智能家電企業(yè)，安防企業(yè)更是不用說，海爾，海信等鬧得熱火朝天。為還在迷茫中的物聯網專業(yè)大學生一些學習經驗：第4頁/共61頁何為智能家居？智能家居是物聯網的一個分支，是以住宅為平臺，利用綜合布線技術、網絡通信技術、

智能家居-系統(tǒng)設計方案安全防范技術、自動控制技術、音視頻技術將家居生活有關的設施集成，構建高效的住宅設施與家庭日程事務的管理系統(tǒng)，提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術性，并實現環(huán)保節(jié)能的居住環(huán)境。第5頁/共61頁根據2012年4月5日中國室內裝飾協(xié)會智能化委員會《智能家居系統(tǒng)產品分類指導手冊》的分類依據，智能家居系統(tǒng)產品共分為二十個分類：控制主機（集中控制器）：SmarthomeControlCenter。智能照明系統(tǒng)。IntelligentLightingSystem（ILS）。電器控制系統(tǒng)。ElectricalApparatusControlSystem（EACS）。家庭背景音樂。WholeHomeAudio（WHA）。家庭影院系統(tǒng)。Speakers,A/V&HomeTheater。對講系統(tǒng)。VideoDoorPhone（VDP）。視頻監(jiān)控。CamerasandSurveillance。防盜報警。HomeAlarmSystem。電鎖門禁。DoorLocks&AccessControl。智能遮陽（電動窗簾）。IntelligentSunshadingSystem/ElectricCurtain。暖通空調系統(tǒng)。Thermostats&HVACControls。太陽能與節(jié)能設備。Solar&EnergySavers。自動抄表。AutomaticMeterReadingSystem（AMR）。智能家居軟件。SmarthomeSoftware。家居布線系統(tǒng)。Cable&StructuredWiring。家庭網絡。HomeNetworking。廚衛(wèi)電視系統(tǒng)。KitchenTV&BathroomBuilt-InTVSystem。運動與健康監(jiān)測。ExerciseandHealthMonitoring。花草自動澆灌。AutomaticWateringCircuit。寵物照看與動物管制。PetCare&PestControl。第6頁/共61頁智能家居的主要應用：一、情景模式，場景模式：比如家庭背景音樂，在公共背景音樂的基本原理基礎上結合家庭生活的特點發(fā)展而來的新型背景音樂系統(tǒng)。簡單地說，就是在家庭任何一間房子里，包括客廳、臥室、廚房或衛(wèi)生間，均可布上背景音樂線，通過一個或多個音源，讓每個房間都能聽到美妙的背景音樂。家庭背景音樂系統(tǒng)一般都有多種音源可以選擇，以滿足家人對不同音樂的需求，家庭背景音樂的智能化及人性化設計程度高。第7頁/共61頁二、燈光控制，窗簾控制：通過對住宅照明的智能化控制，通過不同居室不同燈光回路的亮暗搭配；形成不同的燈光場景，營造舒適優(yōu)雅的環(huán)境氣氛，豐富人們不同的居住需要；同時，通過營造不同的燈光環(huán)境，襯托出居住者的高雅的藝術修養(yǎng)，氣度不凡的性格品質?？梢噪S時用手持式遙控器對燈光場景進行變換，使人們在休閑區(qū)域中放松身心，隨心所欲地按人們的需求隨時變換，營造出溫馨、浪漫、高雅的光環(huán)境。當夜幕漸漸降臨時，裝在飯廳窗戶旁邊的照度傳感器會感應外界的亮度自動啟動住宅外圍的照明燈及住宅內設定的燈光場景。利用時鐘（事件）定時器還可輸入該地的天文資料、各種節(jié)假日，根據該地區(qū)太陽不同的升降時間，實現春、夏、秋、冬每天按照天亮的變化情況實現室內外燈光的開關情況。深夜時，住宅外圍的燈可根據實地情況，間隔點亮，在提供基本照明的同時使照明方面的能耗降到最低。第8頁/共61頁將系統(tǒng)中的防盜裝置裝在門窗上，當盜賊靠近門窗時，傳感器檢測到人體信號,門窗(窗簾)控制器發(fā)出指令,門窗自動關閉，如果盜賊滯留不走或強行突入，智能主控器會發(fā)出報警聲阻嚇盜賊并自動循環(huán)撥打15組報警電話，通知您和報警中心有盜賊入侵，以便及時采取相應措施。三、家居安防，室內監(jiān)控：第9頁/共61頁四、遠程遙控當你工作一天拖著疲倦的身子回到家里時，電飯煲已經煮好熱騰騰的飯菜,音響自動傳出您喜歡的旋律，當您進完餐后，浴室的水溫已經剛剛好,而空調也為你調好了室溫,這一切看起來似乎匪夷所思，然而豪威智能總是超乎人的想象，為您營造舒適與愜意的生活環(huán)境！第10頁/共61頁海爾的智能家居系統(tǒng)作為國內智能家居行業(yè)的領軍品牌，海爾U-home憑借雄厚的研發(fā)實力和資源優(yōu)勢，在物聯網和三網融合方面推出了一系列解決方案，并在北京安博會上進行重點展示。海爾U-home展示內容：1、別墅高端社區(qū)智能化解決方案2、模數混合智能化解決方案3、單戶家庭智能化解決方案4、海爾U-home物聯之家5、社區(qū)中網服務解決方案6、家庭能源管理解決方案7、安防視頻智能識別解決方案8、健康護理智能化解決方案有哪些較為有名的公司在做智能家居呢？第11頁/共61頁其中的家庭智能終端的功能如下：（1）家庭安防：安全是居民對智能家居的首要要求，家庭安處于布防狀態(tài)時，紅外探頭探測到家中有人走動，就會自動報警，通過蜂鳴器和語音實現本地報警；同時，報警信息報到物業(yè)管理中心，還可以自動撥號到主人的手機或電話上。（2）可視對講：通過集成與顯示技術，家庭智能終端上集成了可視對講功能，無需另外設置室內分機即可實現可視對講的功能。（3）遠程抄表：水、電、氣表的遠程自動抄收計費是物業(yè)管理的一個重要部分，它的實現解決了入戶抄表的低效率、干擾性和不安全因素。（4）網絡家電：網絡家電是智能家居集成系統(tǒng)的重要組成和支持部分，代表著家庭智能化的發(fā)展方向。通過統(tǒng)一的家電聯網接口，將網絡家電與家庭智能終端相連，組成網絡家電系統(tǒng)，實現家用電器的遠程監(jiān)控、故障遠程診斷等功能。（5）家庭短信：物業(yè)管理中心與家庭智能終端聯網，對住戶發(fā)布信息，住戶可通過家庭智能終端的交互界面選擇物業(yè)管理公司提供的各種服務。（6）物業(yè)報修：通過家庭智能終端可以向物業(yè)管理部門申請維修、預訂等指定社區(qū)服務。第12頁/共61頁南京的物聯系統(tǒng)(1)即插即用，傻瓜式操作，支持用戶DIY，無需專業(yè)人員參與，具備初中以上學歷的個人就可以完成安裝，調整及應用。簡單實用，適合全民參與才能規(guī)?；?，普及化。(2)全無線通訊（無線安裝，無線控制）：不受施工影響，不用布線隨時可以購買使用，沒有銷售時間的局限性。支持手機，電腦，控制屏多種控制方式，隨時隨地遠程智能家居生活陪伴在你的左右。（3)低功耗：ZigBee+策略節(jié)能技術，使無線傳感器的普通電池供電時間基本都在兩年以上，真正低功耗，才適合全無線。(4)雙向通信：采用ZigBee通信技術，具備雙向通信，狀態(tài)實時可見，使得智能化更徹底，解決了傳統(tǒng)智能家居遠程控制抓瞎，遠程控制非智能的弊端，目前只有ZigBee的產品能實現這一功能。(5)大面積普及：物聯網是互聯網+局域網的組合方式進行運作的，物聯傳感的物聯網智能家居系統(tǒng)采用ZigBee局域網，傳感器和網關都有獨立的全球唯一ID號，綁定式工作，杜絕了傳統(tǒng)無線智能家居大規(guī)模應用出現竄網，互相干擾的頑癥。星形組網+自由組網，從而使用戶越廣泛穩(wěn)定性能越好，適合于大面積布網。(6)強大的組網能力：更大的擴容空間，理論上可以外接6萬5千多個節(jié)點，我們測試掛2千5百個延時僅1.2秒。第13頁/共61頁(7)自由組網：顧客可以隨時添加，升級傳感設備，做到即插即用，傻瓜式操作。業(yè)主DIY無需專業(yè)人員指導，方便快捷，簡單實用，適合全民參與的產品才能成為流行時尚。（在歐美市場現在就放在超市任憑顧客自主選購）。(8)ZigBee局域網具有自動組網功能，主動搜索，主動組網能做到永不掉線，有別于傳統(tǒng)智能家居掉線后需要人工激活的麻煩，解決了智能家居代理商這么多年來做不大，做的越好，死的越快的尷尬。(9)安全性：安全性更強128k加密技術，抗干擾能力極強，目前在全球還沒有攻破的先例，相比傳統(tǒng)的智能家居降低了安全隱患，也是目前所有無線技術中抗干擾能力最強的產品。(10)標準化：全球第一個智能家居行業(yè)標準ZigBee-ha的誕生，互聯互通，從而使智能家居消費告別了綁架式消費，使消費者可以放心的使用，讓智能家居的推廣變的更加容易接受。專家預測在未來五年之內ZigBee將取代目前國內大行其道的315M/433M通信標準，成為繼美國，英國之后又一家政府指定最后100米只用ZigBee的國家。

(11)成熟的軟件控制方式，每個指令僅需3kb的流量，整個系統(tǒng)的運作對網絡帶寬沒有要求，適用于2G、3G、GPRS、WIFI等互聯網的訪問控制，過程流暢，方便消費者隨時隨地的查詢，控制。真正實現“無論您身在何地，家就在您的身邊！”(12)自主研發(fā)，自主生產，擁有完善的自主知識產權，市場規(guī)范，為合作伙伴取得長效穩(wěn)定的受益提供了可靠的保障。(13)強大的研發(fā)團隊，確保每月不低于4款新品投放市場，用戶端軟件平均兩周更新一次?？偨Y：我們是目前我國唯一一家擁有ZigBee-ha全套成品的公司（軟硬件齊全，傳感器種類達到80種之多，可以控制家庭90%以上需要實現智能化功能的需求），技術上已經領先了同行5年，這讓我們占盡先機。第14頁/共61頁風向標的Vane智能生活系統(tǒng)據悉，風向標科技有限公司近期共發(fā)布了三款新品：VANE風機、智能感應器和智能轉換器。1）風機是主機系統(tǒng)，整合了互聯網、物聯網和云技術等高新科技，將分散在用戶家中的智能感應器組成完整的無線智能生活系統(tǒng)，用戶只要連上網絡，一部手機即可隨時隨地控制各種家電，掌握家庭生活;2）智能感應器是主機的延伸，幫助用戶更大范圍地與更多家電進行“對話”，并具有實時家居監(jiān)測等實用功能;3）智能轉換器適用于任意上電設備，即使是不支持WIFI和ZIGBEE的舊式家電，只要接上它，也能實現智能化。第15頁/共61頁三星的智能系統(tǒng)2月5日消息，之前搭載三星自家Tizen系統(tǒng)的移動設備一直不斷推遲，直到三星Z1正式推出。除了用于移動設備外，三星自家智能電視也用上了該系統(tǒng)。據韓媒AP報道，三星Tizen智能電視已在韓國開賣，這個系列的電視共有四個尺寸可供選擇，最小的為55英寸，最大的則為88英寸，55英寸售價549萬韓元（約合31534元人民幣）。三星此前曾在CES2015上宣布今年推出的智能電視將會全部搭載Tizen系統(tǒng)。使用該系統(tǒng)后，用戶只需點一下便可將移動終端的內容切換到電視端上觀看。除了搭載Tizen，三星該系列智能電視還使用了量子點技術，這款電視在今年CES2015上榮獲創(chuàng)新獎。三星還表示Tizen系統(tǒng)將會用于自己冰箱、洗衣機、空調和吸塵器等設備中。三星希望借助Tizen平臺打造自家的物聯網系統(tǒng)。第16頁/共61頁廣東安居寶數碼科技股份有限公司1基本簡介安居寶智能家居是由廣東安居寶數碼科技股份有限公司利用家庭無線射頻技術，以住宅為平臺，利用先進的計算機技術、網絡通訊技術及現代控制技術，將與家居生活相關的燈光、電器、窗簾等設備有機結合起來，并對其進行單獨或者集中控制和管理而研發(fā)的，從而創(chuàng)造出高效、舒適、安全、環(huán)保的居住環(huán)境，為人們提供一個現代化、智能化的生活空間。2技術組成安居寶智能家居采用的主流技術是家庭無線射頻（HomeRF）技術。家庭無線射頻技術是一種家庭網絡無線互聯技術，采用無線電波（433MHZ）傳輸信號，由美國的微軟、英特爾、惠普、摩托羅拉和康柏等公司共同研發(fā)的。是在家庭范圍內的任何地方，在電腦和用戶電子設備之間實現無線數字通訊的開放性工業(yè)標準。如筆記本電腦和Internet應用提供了漫游功能。安居寶智能家居無需重新布線，利用無線射頻技術，實現對家電和燈光的控制，安裝設置都特別方便，系統(tǒng)功能強大，控制方式靈活且技術比較成熟，不易受周圍無線設備環(huán)境及阻礙物干擾；對新裝修戶和已裝修戶都可以安裝。第17頁/共61頁3系統(tǒng)原理安居寶智能家居性能穩(wěn)定是經過實踐檢驗的，該系統(tǒng)在浙江的某個項目中已經穩(wěn)定運行超過一年。安居寶數字智能家居采用的是一種混合傳模式，小區(qū)與外界是通過光纖聯網采用數字傳輸的方式，而小區(qū)內部的戶與戶之間的聯網則采用總線傳輸的方式，這就在最大程度上降低了成本。安居寶智能家居的性能穩(wěn)定還在于他們在架構的設計上采用了嵌入式，并且安居寶智能家居的經驗、技術也是非常豐富、深厚的。早在2003年他們就已經解決了數字化傳輸的問題，2004年將其移植到了可視對講數字社區(qū)，并在之后的幾年時間里進行了長的時間實踐檢驗。安居寶智能家居終端既是可視對講的一個分機，又是智能家居控制器和網關，它不僅具備智能家居的智能控制功能，而且還是與可視對講相關聯的。并且它最大的特點是通過網絡化傳輸可以將住戶與物業(yè)管理中心（保安中心）聯系起來，使家中的監(jiān)控、報警等需求有了聯動效應。當家中出現情況時，物管中心可以直接接收到信號，及時派人前去處理。4前景分析目前市場呈現出兩大特點：一是國內興建的小區(qū)規(guī)模越來越大，幾千戶、甚至上萬戶的大型小區(qū)越來越多。而隨著小區(qū)面積的增大，小區(qū)的聯網問題也顯現出來，原有的總線傳輸方式（即模擬傳輸）已經不能滿足傳輸技術上的需要；二是應用的需求多了。開發(fā)商想要提供給住戶更安全、更舒適的享受，如通過網絡進行圖像、聲音，甚至短信、小區(qū)信息等的傳輸。因此原有的總線傳輸方式也不再能夠滿足現在的市場需求。因此安居寶現在提出了產品的數字化、網絡化。通過光纖傳輸，不但解決了傳輸距離問題，而且大大降低了生產成本。為用戶帶來了真正的實惠。第18頁/共61頁長沙有哪些公司在生產智能家居？一、長沙三峰信息科技有限公司（3D家庭影院）：長沙三峰信息科技有限公司是一家以智能化弱電工程為主的民營企業(yè)，公司自創(chuàng)立以來一直致力于智能化弱電工程；始終堅持"誠信、創(chuàng)新、進取"為企業(yè)宗旨，以"產品、技術、服務"為立業(yè)之本，并形成一套設計、安裝、調試、培訓、維護等完整的一站式服務體系，其服務內容：綜合布線系統(tǒng)工程、安防監(jiān)控系統(tǒng)工程、背景音樂及公共廣播、會議系統(tǒng)工程、KTV娛樂系統(tǒng)工程、3D家庭影院及智能家居自動化系統(tǒng)工程、計算機網絡系統(tǒng)工程、防盜報警系統(tǒng)工程、智能化小區(qū)綜合物業(yè)管理系統(tǒng)工程、弱電外包維護及升級改造等。同時，公司為所有承建項目建立維護檔案，推行快速響應機制，確保在第一時間解決客戶的后顧之憂......第19頁/共61頁地址：湖南省長沙市芙蓉區(qū)解放東路38號華瑞商務大廈A座9010電話址:手機經理手機經理傳真Q一線:123530402QQ二線:766350300第20頁/共61頁二、長沙云庭裝飾設計（規(guī)模大、可免費體驗）：智能燈光系統(tǒng)HVAC空調系統(tǒng)背景音樂系統(tǒng)音視頻分配系統(tǒng)安防攝像及監(jiān)控系統(tǒng)家庭影院系統(tǒng)窗簾遮陽蓬系統(tǒng)電話控制系統(tǒng)遠程網絡搖控系統(tǒng)第21頁/共61頁網址：/電話：0731—85651117SOSO街景地圖上的云庭裝飾：萬家麗中路318號西子一間A座806-807第22頁/共61頁三、湖南御智家智能：簡介：湖南御智家智能影音是一家專業(yè)從事家庭安全防范、智能住宅、智能化別墅、智能影音、豪宅配套產品等應用系統(tǒng)推廣和工程實施，業(yè)務涉及安全防范系統(tǒng)智能化、整房智能家居控制、綜合布線、智能燈光、娛樂系統(tǒng)集散控制、豪宅配套產品等多個方面。從系統(tǒng)的研究開發(fā)、規(guī)劃設計、組織施工到售后服務，公司都擁有專業(yè)的技術隊伍和規(guī)范的實施流程。湖南御智家智能影音攜手國內外多家知名安防、智能、影音、豪宅配套產品廠家在長沙萬家麗商圈建有目前省內最大的智能舒適生活體驗會所，讓顧客親身體驗智能舒適生活帶來的科技感、神奇感、舒適感，為您量身打造真正屬于您個人尊享的安全、智能、舒適家居的環(huán)境。分類：智能家居智能安防私家影院背景音樂音視頻共享全宅WIFI覆蓋智能會議室第23頁/共61頁公司地址：湖南省長沙市遠大一路402號銀力家園1棟601房郵箱:hnyzj777@163.com電話真能影音體驗會所：長沙市芙蓉區(qū)萬家麗北路476號古漢名居105號電話24頁/共61頁智能家居的現狀如何？第25頁/共61頁目前智能家居有哪些存在的問題？第26頁/共61頁智能家居發(fā)展的兩大必須？50%50%具有統(tǒng)一標準的平臺大量充滿想象力的智能家電單品出現。第27頁/共61頁關鍵技術1、家居組網技術

2、家居網關技術

3、家居定位技術智能家居所包含的技術有很多。例如網路組網技術、網絡同步、網關協(xié)議、數據安全、融合技術、定位技術、網絡管理、無線通信技術、微電子系統(tǒng)、應用層技術。其中以下幾方面分備受關注：第28頁/共61頁

有線組網：應用于早期的智能家居系統(tǒng)，布線較為復雜。家居對象的變化很容易引起干擾。但業(yè)界人士表示，在中國還是占主導地位。

無線組網：能夠適應各種復雜環(huán)境，具有獨一無二的特性，比傳統(tǒng)的普通有線網絡有很大優(yōu)勢，具有易拓性、自行組織、多路拓撲、多路拓撲、規(guī)?？蓴U展、信號密度高?，F主要有：藍牙，HomeRF,ZigBee,Wifi.其中ZigBee具有自組網通信的特點，特別是網絡層（NWK）使用的128位AES算法安全機制，能夠有效的保證智能家居信息的安全。此種通信標準種的數據鏈路層是以IEEE802。.15.4協(xié)議實現的。其協(xié)議工作在家居組網技術第29頁/共61頁2.4GHZ頻率，是一種免費、高效、而且傳輸速率低的無線通信技術，該技術支持無線傳感器，遠程控制和各種自動化方面的應用，此技術是如今最流行的。Wifi由于功耗較大，所以現在不適合控制。但其許多優(yōu)點是其他技術所沒有的，若等研制出低功耗WIFI控制，那么很快就會取代其他技術。所以說是最有發(fā)展?jié)摿Φ?。?0頁/共61頁

如今的定位研究不單純再是協(xié)議、算法的改進和標準化，而是注重軟件硬件的結合、定位系統(tǒng)的產品化、商業(yè)化。目前GPS是最成功的定位系統(tǒng)，但并不適合家居環(huán)境。將智能優(yōu)化算法與定位技術結合起來是一個全新的研究熱點。其基本思想是通過模型和轉換和先驗、后驗等只是建立模型，對定位數據進行優(yōu)化、迭代和求精處理，以期獲得更好的定位效果；此外將距離相關定位算法和距離無關的定位算法結合，有效地對數據進行優(yōu)化，進而得到更好地定位效果。在數據定位方面，卡爾曼濾波、粒子濾波、蒙特卡羅法是最常用的幾個方法。家居定位技術第31頁/共61頁將家庭網絡接入外部網絡，是智能家居的出口部分。例如以32位高性能單片機STM32為核心控制器，通過以太網控制器支持TCP、UDP、DHCPPPPOE協(xié)議。智能家居網關通過以太網接受各智能節(jié)電所采集的環(huán)境數據（溫度、濕度、氣體濃度等）并對數據進行相應處理，同時用自選的方案顯示各處的信息。家居網關技術第32頁/共61頁如何設計智能家居控制系統(tǒng)？方案設計系統(tǒng)硬件設計系統(tǒng)軟件設計系統(tǒng)測試下面我們來看寧波大學汪濤、謝志軍的設計：第33頁/共61頁基于ＷＳＮ的智能家居控制系統(tǒng)設計與實現第34頁/共61頁方案設計整個智能家居控制系統(tǒng)總體結構如圖１所示，它主要由家庭網關、區(qū)域控制器、家電控制模塊、溫濕度監(jiān)測模塊和視頻監(jiān)控模塊幾個部分組成。家庭網關采用基于微型LINUX操作系統(tǒng)OPENWRT的路由器，區(qū)域控制器由Atme1128單片機、射頻芯片CC1000和單板計算機BeagleBoneBlack組成，同時利用Atme1128單片機、CC1000射頻芯片和繼電器模塊組成控制終端，其中Atme1128和CC1000射頻芯片構成無線傳感模塊，模塊采用Tinyos操作系統(tǒng)以433MHz將各個終端與區(qū)域控制器進行無線短距通信。第35頁/共61頁第36頁/共61頁用戶可以使用PC、手機和平板電腦通過瀏覽器訪問家庭網關Web服務器，通過網頁對家居設備進行遠程監(jiān)控。家庭網關將用戶的操作通過CGI傳送到相應區(qū)域控制器，區(qū)域控制器解析控制指令通過無線射頻模塊發(fā)送到制定終端設備，終端收到指令后根據指令執(zhí)行相應開關動作，并將操作后狀態(tài)反饋到家庭網關，網關通過Web向用戶實時展示終端設備的最新狀態(tài)，從而實現對家居設備的遠程智能化控制第37頁/共61頁系統(tǒng)硬件設計前面分析確定了整個智能家居控制系統(tǒng)的總體設計方案；這里在總體設計框架的基礎上實現系統(tǒng)的硬件電路。系統(tǒng)主要由６個模塊組成：基于OPENWRT系統(tǒng)的無線路由，RG100A家庭網關、單片機Atmel128和無線射頻芯片CC1000的三線串行接口（PDATA、PCLK和PALE）構成的無線傳感網絡數據傳輸控制模塊。單板計算機BeagleboneBlack和無線傳感網絡數據傳輸控制模塊通過串口通信構成的區(qū)域控制器、單片機和繼電器模塊、射頻芯片構成的家電設備控制電路、溫濕度傳感器與單片機Atmel128的模擬ＩIC接口構成的環(huán)境監(jiān)測電路以及UVC攝像頭與第38頁/共61頁BeagleboneBlackk的USB接口構成的視頻監(jiān)控電路。①家庭網關：網關是用戶與家庭內部網絡信息交互的橋梁，這里使用RGA100a作為家庭網關，它具有豐富的外部接口，FLASH容量為16mb，內存容量為32MBDDR，包括４個LAN口,JTAG接口以及１個USB和串口，同時支持WIFI連接。②無線傳感網絡模塊：該模塊是本系統(tǒng)內部短距無線通信核心部件，通過TinyOS實現433MHZ家庭內部設備無線組網以及通信，它主要由ATMEL128單片機和射頻芯片CC1000構成，ATmel128是ATMEL公司的８位系列單片機的最高配置的一款單片機，具有穩(wěn)定性極高、資源豐富和應用極其廣泛的特點。微控制器通過CC1000的串行接口（PDATA、PALE和PCLK）對CC1000進行設置，通過CC1000的DIO完成數據的接收和發(fā)送。構成基于433MHZ的無線傳感網絡模塊，其基本框圖如圖２所示。第39頁/共61頁③區(qū)域控制器：區(qū)域控制器采用TI聯合英蓓特科技推出的單板計算機BB-Black以作為核心部件，然后通過串口與無線傳感模塊連接。BB-Black是一款基于AM3359處理器的開發(fā)套件，處理器集成了高達1GHz的ARMCortex-A8內核，并提供了豐富的外設接口。BB-Black的擴展接口包括網口、USBHOST、USBOTG、TF卡接口、串口、JTAG接口（默認不焊）、HDMIDTYPE接口、eMMC、ADC、I2C、SPI、PWM和LCD接口，如圖３所示。第40頁/共61頁第41頁/共61頁④溫濕度傳感器：本系統(tǒng)采用的SHT11數字溫濕度傳感器包括一個已校準的電容性聚合體濕度敏感元件和一個用能隙材料制成的溫度敏感元件，這２個敏感元件分別將濕度和溫度轉換成電信號，該電信號首先進入微弱信號放大器進行放大；然后進一個14位的Ａ／Ｄ轉換器；最后經過二線串行數字接口輸出數字信號。在測量過程中，校準系數會自動校準來自傳感器的信號。此外，SHT11內部還集成了一個加熱元件，加熱元件接通后可以將SHT11的溫度升高５℃左右，同時功耗也會有所增加。此功能主要為了比較加熱前后的溫度和濕度值，可以綜合驗證，２個傳感器元件的性能。在高濕（＞９５％ＲＨ）環(huán)境中，加熱傳感器可預防傳感器結露，同時縮短響應時間，提高精度。⑤視頻監(jiān)控模塊：視頻監(jiān)控只需要使用一個UVC攝像頭，通過USB線連接到BB-Black即可。然后通過mjpg-streamer即可實現遠程視頻監(jiān)控，方便高效。

第42頁/共61頁系統(tǒng)軟件設計軟件設計是整個系統(tǒng)的核心部分。軟件系統(tǒng)在硬件系統(tǒng)的基礎上對各個模塊進行驅動控制。智能家居控制系統(tǒng)的軟件設計主要有３部分構成：①家庭網關上微型Linux操作系OpenWrt；②嵌入式Web服務器：基于區(qū)域控制器Linux操作系統(tǒng)上的TCP轉串口服務器；③開源視頻監(jiān)控服務器mjpg-streamer：運行在終端節(jié)點上的基于傳感網絡操作系統(tǒng)TinyOS的程序設計。第43頁/共61頁1.家庭網關的設計

家庭網關在系統(tǒng)中擔任網絡數據傳輸的重要任務，是用戶與內部設備信息交互的橋梁，為用戶提供可視化Web操作界面，這里采用無線路由器RG100Ａ作為家庭網關，但由于自帶原唱固件無法滿足系統(tǒng)設計的功能需求，移植第三方微型Linux操作系統(tǒng)OpenWrt固件，同時安裝嵌入式服務器uht-tpd，并實現基于HTML5的WebSocketServer，后臺WebSocketServer啟動并初始化，建立２個服務端口，一個端口負責與用戶進行WebSocket連接和數據傳輸，另一個端口則是監(jiān)聽來自區(qū)域控制器的上行數據。軟件系統(tǒng)的工作流程圖如圖４所示。第44頁/共61頁第45頁/共61頁2.區(qū)域控制器的設計

區(qū)域控制器通過以太網或WIFI與家庭網關連接，通過socket實現與網關進行數據交互，同時利用串口與無線傳感網絡模塊通信，實現與內部家居設備通信。首先按照官方步驟下載編譯Linux操作系統(tǒng)，并編譯安裝相關模塊，燒入SD卡，然后將其插入單板計算機SD卡插槽并啟動，就可以在上面進行相應軟件開發(fā)，這里需要實現TCP轉串口服務程序以及編譯安裝視頻監(jiān)控服務器mjpg-st-reamer和相關驅動。區(qū)域控制器軟件流程圖如圖５所示。第46頁/共61頁第47頁/共61頁3.無線傳感網絡系統(tǒng)程序設計傳感網絡節(jié)點采用TinyOS操作系統(tǒng)。TinyOS是一個開源的嵌入式操作系統(tǒng)，它是由加州大學的伯利克分校開發(fā)出來的，主要應用于無線傳感器網絡方面。它是基于一種組件（Component-Based）的架構方式，使得能夠快速實現各種應用。TinyOS的程序采用的是模塊化設計，所以它的程序核心往往都很小，能夠突破傳感器存儲資源少的限制，這能夠讓TinyOS很有效地運行在無線傳感器網絡上并去執(zhí)行相應的管理工作等。TinyOS在構建無線傳感器網絡時，它會有一個基地控制臺，主要是用來控制各個傳感器子節(jié)點，并聚集和處理它們所采集到的信息。TinyOS只要在控制臺發(fā)出管理信息，然后由各個節(jié)點通過無線網絡互相傳遞，最后達到協(xié)同一致的目的。TinyOS模型如圖６所示。第48頁/共61頁TCP轉串口服務程序工作主要分為３個步驟：socket服務器監(jiān)聽、客戶端連接和數據轉發(fā)，即建立socket服務器監(jiān)聽，當用戶執(zhí)行監(jiān)控操作時，網關后臺socket客戶端與服務器建立連接，下發(fā)控制指令；socket服務器接受TCP消息然后通過串口傳至傳感模塊；同時也將串口上傳的消息通過socket上傳至家庭網關。視頻監(jiān)控采用mjpg-streamer開源項目，直接在單板計算機上進行編譯安裝，會生成２個文件i-npt_uvc.so和output_http.so，插入uvc免驅動攝像頭，會生成相應的/dev/video0文件，然后指定端口并運行mjpg-streamer，可將其設置開機啟動，用戶便可以進行遠程監(jiān)控。第49頁/共61頁TinyOS提供一系列可重用的組件，一個應用程序可以通過連接配置文件（AWiringSpecification）將各種組件連接起來，以完成它所需要的功能。程序主要包括３個組件：分別是無線收發(fā)組件、串口收發(fā)組件以及控制組件。無線傳感基控制臺通過串口組件與區(qū)域控制器進行數據傳輸，然后對數據進行解析處理，再通過射頻組件發(fā)送到指定無線傳感終端節(jié)點，終端節(jié)點射頻組件接受消息，根據接收到的消息，利用控制組件進行相應動作，同時將目前狀態(tài)反饋到區(qū)域控制器，其流程圖如圖７所示。第50頁/共61頁第51頁/共61頁我們有哪些東西值得去學習？智能家居設計的知識面太廣，對如今的我們來是說，有哪些東西是值得去學習的呢？通過和我們所學習的課程做對比，我們發(fā)現有以下幾下技術值得學習：1.嵌入式技術2.傳感器技術3.無線通信技術第52頁/共61頁據我理解物聯網技術主要有這幾項技術：傳感器技術、射頻技術、網絡通信技術、嵌入式系統(tǒng)技術。如果掌握好上面任何一門技術，大家對工作都不是問題，下面根據在大學的一些經驗和學習時間過程介紹如何在大學四年后掌握好一門關鍵技術。接下來說說大學中各年級學的課程，估計每個學習稍微有些不同，可是總體學的都差不多：大一的時候記得都是基礎課程，高數，英語，C語言，一些專業(yè)概論等。學習建議：這些基礎課程不要小看，好好掌握好，不要著急，好好理解好，對后來的專業(yè)學習都有很大幫助，尤其是高數、英語、C語言。智能家居和我們課程的相關性：第53頁/共61頁大二開始接觸基本的專業(yè)課程：硬件的涉及數字電路、模擬電路、信號處理、網絡通信等。軟件的涉及數據結構、匯編、JAVA或者MATLAB等，各個學校可能不一樣，但大體就是這些。學習建議：這些課程都是專業(yè)的基礎課程，對未來的關鍵技術的掌握當然很重要了，要是想做硬件的同學，就必須掌握好上面硬件部分的課程，要是想以后做軟件開發(fā)的軟件部分就一定要學好了。都很重要，考研也會用得到。第54頁/共61頁大三是主要的就是專業(yè)課程的學習了，單片機、微機原理、傳感器、通信原理、EDA技術等。這里對這些課程做重點學習經驗介紹；學習建議：1、單片機是一種MCU或稱CPU，單片機是嵌入式系統(tǒng)學習的基礎，一般開始都是51系列的8位單片機學習，不要覺得它簡單，但是很實用。對以后ARMDSP等嵌入式學習，思想都是可以借鑒的。其實也可以這么說：DSP也是單片機的一種，一般16為的居多；ARM也是單片機，只是他們功能強大，現在一般都是32位的。2，學習單片機就是首先把教程過一遍，理解基本原理，然后做練習，有條件的可以搞開發(fā)板做點小課題，很快就可以掌握了。這里面就要用到匯編和C語言了，匯編其實現在項目中應用的很少了，一些BOOTLOADER可能需要，硬件初始化程序需要；主體都是C語言在寫，單片機的C語言一般叫C51，他98%跟C語言一樣的，只是針對單片機硬件做了更合適的改造，主要是可以位操作，針對接口控制用的。所以前面講的C語言是基礎，在這里就體現出來了。微機原理，微機原理跟單片機一樣，只是另一種CPU，所以學習起來跟上面一樣的建議。不多說了。第55頁/共61頁傳感器，這是物聯網感知部分非常重要的，這部分主要就是根據應用環(huán)境不一樣分為很多種傳感器