隨著計算機、電子通信等技術的不斷發展。信息化、智能化、控制化已經深入到人們家居生活中。智能家居是指利用電子技術、通信技術、網絡技術、計算機應用技術等，使得家居環境中的各種設備能夠自動控制且能夠受上位機遠程控制等功能。智能家居的應用讓人們的生活舒適性提高、安全性提升等優點，大大提升了生活質量[1]。
當前我國智能家居的應用尚處在初步應用階段，國內頂尖的電子通信類公司已開始建立統一的智能家居應用規范和技術標準。為下一步大力推廣應用鋪墊了堅實的基礎。國外智能家居的應用比較普片，在物聯網技術發展的驅動下，可以較為方便的把物與物之間連接起來，通過無線或有線網絡使得家居信息可視化，進而達到閉環控制的效果[2]。目前家居系統應用成本還較高，隨著通信技術的發展、電力載波技術的成熟應用等，我國智能家居成品的應用市場巨大。
目前市場上大多智能家居產品是某個模塊的成品，如廚房信息檢測模塊，沒有集成整個家居環境中的所有信息；有些產品是靠電力載波信號線進行數據間的相互交換，造成了安裝、維修等較為困難，同時信號傳輸還受到電力信號的干擾。本文通過在每種受控終端安裝ZigBee節點，建立MESH網絡，使得整個系統組網方便、信號傳輸穩定、功耗低、數據流量小、節點加入離開網絡方便等特點，符合當前應用的前提，具有較高的開發價值[3]。
2.智能家居系統總體設計
目前市場上所銷售的智能家居系統中大多是針對某一個方面而開發的產品，如安防系統、燃氣報警系統等。本文通過對家居中的各種系統進行整合，使得家居中的多數受控信息集成在一起，利用遠程的上位機可以方便的控制家居中的設備，符合未來家庭的生活需求，具有較大的利用開發價值。系統具有的特點有：（1）采用ZigBee技術使得系統易于安裝，不需布線等工序，脫離了有線的限制，整體架構靈活性搞；（2）系統采用Android平板操作界面，用戶可以實時觀察所有設備工作情況，且能夠發送控制指令，具有良好的操作性能；（3）系統集成性能強，通過WIFI或移動通信網絡可與遠程上位機進行通信，即可實現遠程控制功能；（4）功能可擴展性，對ZigBee協議棧組網的程序改進可以方便定制系統實際應用功能，且家庭設備很容易加入該網絡。智能家居系統總體設計框圖如2-1所示。
系統總體結構分析如下：（1）家居環境信息檢測。主要是檢測環境信息量，包含有溫度、濕度、光照強度等。（2）廚房信息檢測模塊。主要檢測量含有火焰信息、可燃氣體含量等信息。（3）家用電器控制模塊。主要含有控制彩電、冰箱、空調、照明燈等控制模塊。（4）安防控制模塊。主要含有圖片信息獲取、門窗自動打開報警、紅外報警等模塊。（5）家庭內部總控制器。為家庭內部所有信息顯示上位機模塊，能夠接收每個ZigBee終端節點檢測的數據且送到顯示器上顯示相關數據，同時能夠控制各模塊的工作，且能夠通過移動通信或其他無線網絡和遠程的上位機通信，即上位機發送控制指令能夠控制家居系統的各模塊的工作情況。
3.智能家居系統硬件設計
在智能家居系統中，需要利用傳感器采集家居環境中較多的環境參數，傳感器采集的信息需送給單片機進行處理，處理的結果通過無線網絡傳送給家庭網絡總控制器。為實現系統采集數據的功能，本文家庭局域網內部采集信號節點采用基于CC2530芯片設計控制模塊終端，電路結構圖如圖3-1所示。TI公司的CC2530芯片，內部集成了8位單片機處理器，具有無線接收和發送數據等功能，應用廣泛�；贑C2530芯片的電路結構主要包含有電源電路、復位電路、按鍵及顯示電路、無線收發電路、各種傳感器接口電路。
終端節點硬件電路需留出傳感器接口電路，不同類型的傳感器均可與之連接，如家居環境信息中的溫濕度、光照強度傳感器等；廚房信息檢測模塊用到的可燃氣體傳感器等；安防控制模塊中的紅外傳感器等。
家用電器控制模塊硬件電路設計如圖3-2所示。該模塊的設計采用基于CC2530芯片設計。當無線模塊收到上位機發送的控制指令后，經CC2530內單片機的處理，解析出是否要驅動繼電器閉合或斷開，以此達到控制家用電器電源的通斷。這里的繼電器的選型要根據實際受控設備電壓的大小去選擇，同時配備合適的外圍電路，達到電路工作穩定的目的。
家庭內部總控制器平臺的設計采用可運行Android系統的芯片設計。內部總控制器平臺由觸摸屏顯示模塊、ZigBee節點模塊、WIFI收發模塊等組成。通過觸摸屏可以觀察到家庭的環境信息、廚房信息、安防信息等，且能夠與遠程的上位機（手機、遠程電腦等）進行通信，接收命令后把控制信息發送到對應的控制節點，使得系統運行智能化。
觸屏顯示模塊，可以顯示的信息如下：
4.智能家居系統軟件設計
本文中所設計的智能家居系統軟件設計流程圖如圖4-1所示。當系統工作時，家庭網絡中的所有ZigBee節點組建成MESH網絡，和家庭內部總控制器連接的ZigBee節點負責組建網絡，即該節點為網絡協調器，其他傳感器節點和網絡協調器節點相互通信，且協調器節點把接收的信息發送到顯示屏顯示相應數據信息。當有遠程設備發送控制命令給內部總控制器時，內部控制對該命令進行解析，解析的結果發送到指定的ZigBee終端節點去驅動相應設備工作。
當遠程上位機發送控制指令到家庭內部總控制器時，總控制器通過對接收指令的數據進行解析，然后通過ZigBee網絡發送到某個指定的受控類型。軟件控制流程圖如圖4-2所示。
ZigBee網絡在組建過程中需注意的關鍵點。（1）網絡中的所有節點頻道號、信道號等參數的一致性。為了實現通信，同一網絡中的頻道號需一致，且不同類型節點自身的地址也應定義。如傳感器節點地址可定義為：0X0123、0XABAC、0XFFAC等，每個節點又應該有對應地址編號，為了是的父節點能夠準確與之通信。（2）網絡中的設備類型編碼。本應用系統中節點較多，在軟件實現上，為了使得程序編寫方便，應該給每個每種設備類型定義相應字符代碼。如AABB代表傳感器節點、CCDD代表繼電器節點、AACC代表安防節點、BBDD代表廚房信息檢測節點。當接收信息時，就可以根據判斷頭字符，判斷出事哪中類型的節點，判斷后，再去做進一步處理。以此類推，傳感器節點有可以進行編碼。（3）數據安全性。為了使得數據傳輸過程中，數據的準確性不受外界干擾，可以在每組數據傳輸的結尾加上數據校驗位，校驗方式有奇偶校驗、CRC校驗等方式，這樣可以保證數據傳輸的正確性。
5.總結
本文簡要介紹了智能家居系統的研究現狀，結合當前智能家居產品的特點，提出了智能家居系統研究的意思。系統涉及的技術有基于ZigBee技術的無線組網技術、傳感器應用技術、控制算法等。通過對智能家居系統的研究，得到了如下結果：
（1）提出了完整的智能家居系統設計方案。方案中智能家居系統采用ZigBee技術組網，使得系統架構更為簡潔，無線終端設備可多可少，最多可達到65000多個，推廣應用方便。
（2）可視化效果好。利用android智能平板使得系統可視化效果好，且觸屏控制方便。
（3）系統功耗低。基于CC2530芯片的終端節點，系統功耗低，普通電池可以工作到大半年時間，降低了系統的使用成本。
（4）軟硬件電路穩定較高�；贑C2530芯片終端節點，電路開發較成熟。通過對ZigBee協議棧的優化，使得網絡穩定、功耗降低等優點。
當前我國智能家居的應用尚處在初步應用階段，國內頂尖的電子通信類公司已開始建立統一的智能家居應用規范和技術標準。為下一步大力推廣應用鋪墊了堅實的基礎。國外智能家居的應用比較普片，在物聯網技術發展的驅動下，可以較為方便的把物與物之間連接起來，通過無線或有線網絡使得家居信息可視化，進而達到閉環控制的效果[2]。目前家居系統應用成本還較高，隨著通信技術的發展、電力載波技術的成熟應用等，我國智能家居成品的應用市場巨大。
目前市場上大多智能家居產品是某個模塊的成品，如廚房信息檢測模塊，沒有集成整個家居環境中的所有信息；有些產品是靠電力載波信號線進行數據間的相互交換，造成了安裝、維修等較為困難，同時信號傳輸還受到電力信號的干擾。本文通過在每種受控終端安裝ZigBee節點，建立MESH網絡，使得整個系統組網方便、信號傳輸穩定、功耗低、數據流量小、節點加入離開網絡方便等特點，符合當前應用的前提，具有較高的開發價值[3]。
2.智能家居系統總體設計
目前市場上所銷售的智能家居系統中大多是針對某一個方面而開發的產品，如安防系統、燃氣報警系統等。本文通過對家居中的各種系統進行整合，使得家居中的多數受控信息集成在一起，利用遠程的上位機可以方便的控制家居中的設備，符合未來家庭的生活需求，具有較大的利用開發價值。系統具有的特點有：（1）采用ZigBee技術使得系統易于安裝，不需布線等工序，脫離了有線的限制，整體架構靈活性搞；（2）系統采用Android平板操作界面，用戶可以實時觀察所有設備工作情況，且能夠發送控制指令，具有良好的操作性能；（3）系統集成性能強，通過WIFI或移動通信網絡可與遠程上位機進行通信，即可實現遠程控制功能；（4）功能可擴展性，對ZigBee協議棧組網的程序改進可以方便定制系統實際應用功能，且家庭設備很容易加入該網絡。智能家居系統總體設計框圖如2-1所示。
系統總體結構分析如下：（1）家居環境信息檢測。主要是檢測環境信息量，包含有溫度、濕度、光照強度等。（2）廚房信息檢測模塊。主要檢測量含有火焰信息、可燃氣體含量等信息。（3）家用電器控制模塊。主要含有控制彩電、冰箱、空調、照明燈等控制模塊。（4）安防控制模塊。主要含有圖片信息獲取、門窗自動打開報警、紅外報警等模塊。（5）家庭內部總控制器。為家庭內部所有信息顯示上位機模塊，能夠接收每個ZigBee終端節點檢測的數據且送到顯示器上顯示相關數據，同時能夠控制各模塊的工作，且能夠通過移動通信或其他無線網絡和遠程的上位機通信，即上位機發送控制指令能夠控制家居系統的各模塊的工作情況。
3.智能家居系統硬件設計
在智能家居系統中，需要利用傳感器采集家居環境中較多的環境參數，傳感器采集的信息需送給單片機進行處理，處理的結果通過無線網絡傳送給家庭網絡總控制器。為實現系統采集數據的功能，本文家庭局域網內部采集信號節點采用基于CC2530芯片設計控制模塊終端，電路結構圖如圖3-1所示。TI公司的CC2530芯片，內部集成了8位單片機處理器，具有無線接收和發送數據等功能，應用廣泛�；贑C2530芯片的電路結構主要包含有電源電路、復位電路、按鍵及顯示電路、無線收發電路、各種傳感器接口電路。
終端節點硬件電路需留出傳感器接口電路，不同類型的傳感器均可與之連接，如家居環境信息中的溫濕度、光照強度傳感器等；廚房信息檢測模塊用到的可燃氣體傳感器等；安防控制模塊中的紅外傳感器等。
家用電器控制模塊硬件電路設計如圖3-2所示。該模塊的設計采用基于CC2530芯片設計。當無線模塊收到上位機發送的控制指令后，經CC2530內單片機的處理，解析出是否要驅動繼電器閉合或斷開，以此達到控制家用電器電源的通斷。這里的繼電器的選型要根據實際受控設備電壓的大小去選擇，同時配備合適的外圍電路，達到電路工作穩定的目的。
家庭內部總控制器平臺的設計采用可運行Android系統的芯片設計。內部總控制器平臺由觸摸屏顯示模塊、ZigBee節點模塊、WIFI收發模塊等組成。通過觸摸屏可以觀察到家庭的環境信息、廚房信息、安防信息等，且能夠與遠程的上位機（手機、遠程電腦等）進行通信，接收命令后把控制信息發送到對應的控制節點，使得系統運行智能化。
觸屏顯示模塊，可以顯示的信息如下：
4.智能家居系統軟件設計
本文中所設計的智能家居系統軟件設計流程圖如圖4-1所示。當系統工作時，家庭網絡中的所有ZigBee節點組建成MESH網絡，和家庭內部總控制器連接的ZigBee節點負責組建網絡，即該節點為網絡協調器，其他傳感器節點和網絡協調器節點相互通信，且協調器節點把接收的信息發送到顯示屏顯示相應數據信息。當有遠程設備發送控制命令給內部總控制器時，內部控制對該命令進行解析，解析的結果發送到指定的ZigBee終端節點去驅動相應設備工作。
當遠程上位機發送控制指令到家庭內部總控制器時，總控制器通過對接收指令的數據進行解析，然后通過ZigBee網絡發送到某個指定的受控類型。軟件控制流程圖如圖4-2所示。
ZigBee網絡在組建過程中需注意的關鍵點。（1）網絡中的所有節點頻道號、信道號等參數的一致性。為了實現通信，同一網絡中的頻道號需一致，且不同類型節點自身的地址也應定義。如傳感器節點地址可定義為：0X0123、0XABAC、0XFFAC等，每個節點又應該有對應地址編號，為了是的父節點能夠準確與之通信。（2）網絡中的設備類型編碼。本應用系統中節點較多，在軟件實現上，為了使得程序編寫方便，應該給每個每種設備類型定義相應字符代碼。如AABB代表傳感器節點、CCDD代表繼電器節點、AACC代表安防節點、BBDD代表廚房信息檢測節點。當接收信息時，就可以根據判斷頭字符，判斷出事哪中類型的節點，判斷后，再去做進一步處理。以此類推，傳感器節點有可以進行編碼。（3）數據安全性。為了使得數據傳輸過程中，數據的準確性不受外界干擾，可以在每組數據傳輸的結尾加上數據校驗位，校驗方式有奇偶校驗、CRC校驗等方式，這樣可以保證數據傳輸的正確性。
5.總結
本文簡要介紹了智能家居系統的研究現狀，結合當前智能家居產品的特點，提出了智能家居系統研究的意思。系統涉及的技術有基于ZigBee技術的無線組網技術、傳感器應用技術、控制算法等。通過對智能家居系統的研究，得到了如下結果：
（1）提出了完整的智能家居系統設計方案。方案中智能家居系統采用ZigBee技術組網，使得系統架構更為簡潔，無線終端設備可多可少，最多可達到65000多個，推廣應用方便。
（2）可視化效果好。利用android智能平板使得系統可視化效果好，且觸屏控制方便。
（3）系統功耗低。基于CC2530芯片的終端節點，系統功耗低，普通電池可以工作到大半年時間，降低了系統的使用成本。
（4）軟硬件電路穩定較高�；贑C2530芯片終端節點，電路開發較成熟。通過對ZigBee協議棧的優化，使得網絡穩定、功耗降低等優點。
