智能家居系统设计方案 智能家居的设计方案优推5篇

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智能家居方案范文【第一篇】

玛歌庄园地处风光秀丽的黄柏河畔，依山傍水，林木葱郁。它不仅具有最佳自然生态环境，而且区域位置优越，交通条件便利。无论是到商业繁华的城区，还是到自然、人文景观荟萃的风景区都十分方便快捷。在这里，既能享受到城市生活的繁荣，又能享有优美的景色，清新的空气，是一块极其适合居住的风水宝地。88栋北美风格的单体别墅随地形顺坡就势自然分布，正看“六”为顺，倒看“九”为尊。作为宜昌市目前唯一在建可售的单体独栋别墅群，庄园的珍稀与纯正，是其价值的自然诠释，是一笔可传承的财富宝藏。

系统简介

中讯威易智能家居系统集系统、结构、服务、管理控制于一体，利用先进的Zigbee无线技术，将居家生活有关的各设备有机地结合起来，通过Zigbee无线技术、计算机网络及移动通讯综合管理家中设备，来创造一个优质、舒适、安全、便利、节能、环保的居住生活空间。

中讯威易智能家居系统在保持了传统居住功能的基础上，优化了人们的生活方式和居住环境，帮助人们有效地安排时间，节约能源，实现了家电(如DVD、空调、热水器)控制、照明控制、室内遥控、窗帘遥控、防盗报警、背景音乐等，提供了全方位的信息交换功能。

技术特点

1.高度可靠，万无一失

Zigbee是一种高可靠的无线数传网络，类似于CDMA和GSM网络。Zigbee数传模块类似于移动网络基站。通讯距离从标准的75米到几百米、几公里，并且支持无限扩展。

与移动通信的CDMA网或GSM网不同的是，Zigbee网络主要是为工业现场自动化控制数据传输而建立，因而，它必须具有简单，使用方便，工作可靠，价格低的特点。

2.无需布线，即插即用

Zigbee是一个由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台，在整个网络范围内，每一个Zigbee网络数传模块之间可以相互通信，每个网络节点间的距离可以从标准的75米无限扩展。Zigbee采用无线传输，不需要布线，对原来家居装修不会产生破坏。

3.超级速度，即控即现

Zigbee 的响应速度较快，一般从睡眠转入工作状态只需15ms,节点连接进入网络只需30ms,进一步节省了电能。相比较，蓝牙需要3～10s、WiFi需要3s。

4.高容量，低功耗

Zigbee 可采用星状、片状和网状网络结构，由一个主节点管理若干子节点，最多一个主节点可管理254个子节点；同时主节点还可由上一层网络节点管理，最多可组成65000个节点的大网。在低耗电待机模式下，2节5号干电池可支持1个节点工作6～24个月，甚至更长。这是Zigbee的突出优势。

5.高安全，低速率

Zigbee 提供了三级安全模式，包括无安全设定、使用接入控制清单(ACL) 防止非法获取数据以及采用高级加密标准(AES 128)的对称密码，以灵活确定其安全属性。Zigbee工作在20～250kbps的较低速率，分别提供250kbps()、40kbps(915MHz)和20kbps(868 Mhz)的原始数据吞吐率，满足低速率传输数据的应用需求。

6. 前景广阔

Zigbee 并不是用来与蓝牙或者其他已经存在的标准竞争，它的目标定位于现存的系统还不能满足其需求的特定的市场，它有着广阔的应用前景。Zigbee 联盟预言在未来的四到五年，每个家庭将拥有50 个Zigbee 器件，最后将达到每个家庭150 个。其应用领域主要包括：

家庭和楼宇网络：空调系统的温度控制、照明的自动控制、窗帘的自动控制、煤气计量控制、家用电器的远程控制等；

工业控制：各种监控器、传感器的自动化控制；

商业：智慧型标签等；

公共场所：烟雾探测器等；

农业控制：收集各种土壤信息和气候信息；

医疗：老人与行动不便者的紧急呼叫器和医疗传感器等。

方案说明

玛歌庄园的总体设计分类置之，各功能各司其职，又通过智能网关联合为一个统一的整体。

1.智能灯光

智能灯光营造了一个光影的世界，每个房间都是一个小的单元，在替换旧有的机械开关之后，智能开关把灯光组成一个完美的系统。

2.智能安防

智能安防系统是家最忠诚的守卫，当你离开家时，当你在夜晚安然入睡之后，安防系统启动，默默地守护着你。

3.可视对讲系统

不再需要旧式的可视对讲主机，智能网关洞察一切。

4.电动窗帘系统

电动窗帘与智能灯光的组合，为生活增添了更多的情趣。

5. 背景音乐系统

音乐就是一种生活。繁忙了一天，让我们忘掉城市的喧嚣，去体会一下心灵的安宁。

智能家居的设计方案范文【第二篇】

关键词：智能家居 家庭自动化 设计方案 01背包算法

中图分类号：TP273+14 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）10-0182-02

智能家具的概念最早诞生于美国，最早被运用于实践的是一幢1984年美国联合科技公司的旧式大楼。它是以住宅为平台，兼具建筑设备、通信网络、信息家电和设备自动化，集系统、结构、服务、管理为一体的高效、安全、便利、环保的居住环境。随后，人们对智能家居的定义进行了一定的归纳和总结――利用电脑、网络和综合布线技术，通过家庭信息管理平台将与家居生活相关的各种子系统有机地结合为一个共同的系统。

1 智能家居技术初探

ZigBee技术

ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术，对于在一定空间范围中的智能家居有突出的优点与贡献。ZigBee模块是一种物联网无线数据终端，利用ZigBee网络为用户提供无线数据传输功能。该产品采用高性能的工业级ZigBee方案，提供多种实用接口，实现数据透明传输功能；ZigBee的使用功耗十分低，最低功耗小于1mA；可实现数字量输入输出、脉冲输出。ZigBee技术在智能家居的掌控性与使用性方面起到了莫大的作用。

电力载波技术

电力载波通讯即PLC，是英文Power line Communication的简称。电力载波通讯是指利用现有电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术。其最大特点为：不需要重新架设网络，只要有电线，就能进行数据传递。这无疑使电力载波技术成为了解决智能家居数据传输的最佳方案之一。同时因为数据仅在家庭这个范围中传输，远程对家电的控制我们也能通过传统网络先连接到PC然后再控制家电方式实现。电力载波相对于ZigBee来说传输速率还要快，但它的缺点是现有配电变压器对其信号有阻隔作用，这局限了它的传送范围；其次三相电力线间有很大的信号损失，导致设备运行的不稳定性，这也是为什么电力载波技术有诸多优点，在智能家居的应用方面却不能取代ZigBee的原因。

智能家居在中国

20世纪90年代末，智能家居才逐步走进国人的视线。我国智能家居的建设最初始于广州、上海、深圳等沿海一线城市，之后渐渐向内陆地区发展。人们起初对智能小区这一新兴事物的热情空前高涨，但由于（1）智能化小区缺乏统一的技术标准；（2）智能化相关产品不成熟；（3）房地产开发商盲目追求；（4）智能化专业知识欠缺导致的鉴别能力不足等原因，造成部分建成的小区智能化系统运行不正常、使用频率不高、系统维护无法跟进，没有达到预期的效果。

为此，建设部住宅产业化促进中心颁布了《全国住宅小区智能化系统示范工程建设要点与技术导则》等系列文件对智能小区的建设加以指导。智能家居发展水平较高的上海市也成立了智能建筑试点工作领导小组，并适时颁发了《上海市智能住宅小区功能配置大纲》。近年来，随着科技的发展和普及，人们对智能家居有了理性的认识，智能家居也在不断地在中国得到完善与进步。

2 我们身边的智能家居

智能家居的基础设施

路由器

路由器是连接因特网中各局域网、广域网的设备，被称为互联网络的枢纽。不少家庭现在已经使用路由器实现了无线网络覆盖，在家中使用手机、平板电脑等智能设备方便地连接到网络。现今，路由器正朝着更加智能的方向发展。

智能开关

智能开关是指利用控制板和电子元器件的组合及编程，以实现电路智能开关控制的单元。它和机械式墙壁开关相比，功能特色多、使用安全，而且式样美观。打破了传统墙壁开关的开与关的单一作用，除了在功能上的创新还赋予了开关装饰点缀的效果。

智能开关被广泛应用于家居智能化改造、办公室智能化改造、工业智能化改造、农林渔牧智能化改造等多个领域，极大节约了能源，提高了生成效率和降低了运营成本，真正的做到了智能行天下。

智能安防

智能化安防技术的主要内涵是其相关内容和服务的信息化、图像的传输和存储、数据的存储和处理等等。一个完整的智能化安防系统主要包括门禁、报警和监控三大部分。一些新建的小区多半会采用门禁的方式来保证业主的安全，一般采用智能家居的用户则会采用装有自动报警的防盗门，少部分设有摄像装备，以防自己不在家也能通过手机等设备，观察家里的动向。

一个比较常见的智能安防实例便是智能指纹锁。指纹锁依赖的重要载体便是指纹，指纹是手指末端正面皮肤上凹凸不平的纹路。尽管这只是人类皮肤的一小部分，但它所蕴含的信息量却十分巨大――这是因为这些纹路在图案、断点和交点上各不相同，在信息处理中这些被称作特征。智能指纹锁正是运用了指纹的独特性而创造出的智能安防产品。

智能电器

智能电器，在现代家居中应用广泛，如智能灯具、电冰箱、空调等。

3 智能家居设计方案

针对目前智能家居发展迅猛的趋势，笔者在此尝试为家庭实例设计智能家居方案。本设计方案从现有的一些设计思路出发，分析了现在市场上较为热门的一些智能家居产品，并采用了算法设计中经典的01背包算法计算解决出一定预算下的最优方案。

智能家居设计的普遍思路

D1为一般家庭的智能家居设备连接图。若对于自己家的户型不想大的改动或修正，即可采用上述图的简便方式来达到使家居智能的目的，通过家居的更换与开关的代替。若是像新房子或偏大的户型，则可采用铺设网线，使整个家居一体化的方式，来完全达到智能家居的目的。

算法应用与采购方案

在01背包算法中，采用一维数组c来存放物品体积，一维数组w来存放物品价值。除此之外，采用二维数组f存储计算结果――其中f[i][v]来表示前i件物品，（选择其中一部分）放入一个容量为v的背包后可以获得的最大价值。程序使用递推公式f[i][j]=max（f[i-1][j]，f[i-1][j-c[i]]+w[i]）来完成计算。

针对本课题的现实意义，笔者对01背包算法进行了修改。采用一维数组c来存放商品价格，一维数组w来存放物品所带来的幸福感，二维数组中的f[i][v]则表示前i件物品，（选择其中一部分）购买，所花价格上限为v后所能获得的最大幸福感。递推公式与经典01背包相同。

4 结语

结论与收获

通过本课题的研究，我有如下体会和收获。

一是通过对智能家居幸福感算法的设计，对01背包算法有了更多的了解和认识，并学习了C++语言的基础知识。

二是对智能家居市场的调查，给我自身的数据提取能力和分析能力有了一定的提升，对目前的智能家居有了一个大致的了解。除此之外，本课题的设计到研究，使我了解并掌握了论文提纲设计等相关知识和文献阅读等研究方法。

三是明白了科学来源于生活，而应用于生活，通过一系列的调查与分析、计算与总结，灵活运用01背包算法，将其运用于实践上，虽然有不足，但可以解决一些资金不足问题，在一定范围内，使你的资金发挥最大价值，让你物有所值，只有在生活中合理恰当的运用一些我们学到的科学知识，才会提高我们生活水平与效率。

不足与展望

虽然本文所提出的方法具有较为广泛的应用价值，但该方法进行了一系列简化。在实际情况中，购置智能产品并设计智能家居还可能出现更为复杂的情况。

一些产品之间可能存在依赖性。例如智能插座依赖于Wi-Fi网络连接，那么必须在购买智能插座的同时购置路由器。仅购买智能插座，则它无法发挥任何效用。本文所提出的方法未将这种情况纳入考虑。一些产品的功能可能互斥。例如购置了智能路由器之后，便不再需要普通路由器，它们的功能有所重复，但本文所提出的方法并没有排除两者同时购置的方案。一些产品组合购置，可能会产生更大的幸福感……

这些在实际情况中可能出现的复杂情况，还有待通过算法的修改和优化来解决。背包算法是算法设计中的一个经典模型，目前对于背包算法已有不少研究。这些研究成果，对于本文尚未解决的种种情况有很大借鉴价值。

参考文献

[1]高小平。中国智能家居的现状及发展趋势[J].低压电器，2005（4）：18-21.

[2]张桂青，鹿曼，汪明，等。智能家居的“春天”来了[J].计算机科学，2013，40（06A）：398-402.

智能家居方案范文【第三篇】

关键词：建筑智能化、智能家居

随着住宅品味的日益提高，住户对房屋功能的要求越来越高，所谓智能化建筑或智能化住宅成为当今先进建筑的必然。传统的电气安装技术已难以满足现代化建筑的需要。在此背景下，EIB智能安装系统应运而生，发源于欧洲的EIB（Electrical Installation Bus，电气安装总线）是将目前计算机控制技术领域最新的现场总线技术应用于传统的电气安装领域的新技术，它将传统的面板开关、窗帘、插座等电器智能化，有效地实现了对照明、调光、百叶窗、场景控制、用电负荷控制、安保、供热系统的智能控制，达到安全、节能、人性化的效果，并能在今后的使用中方便地根据用户的需求进行变更，成为真正灵活智能的电气安装系统。它的优势是传统电气安装所无法比拟的。

EIB系统现已成为一个世界性的现场总线标准，总线协议完全开放，采用ISO国际标准组织的OSI模型，并使用其中的5层协议，目前世界各地有近200家电器制造商在围绕EIB产品进行研制、开发，不同厂家的EIB产品完全无缝兼容。

EIB系统主张建筑电气设计和建筑外观设计的统一与协调，努力为用户提供舒适、方便并且具有生命力的EIB智能控制总线系统。

在现代化的建筑物中，EIB智能总线控制系统，可以将灯光、空调、窗帘、电气设备等，通过一个开关集中控制或遥控；可以通过亮度感应器，自动调节室内灯光，保持最佳照度状态；通过场景设置，可以将多个单独功能通过一个按键实现，同时调节灯光的照度值、窗帘的位置、空调的开关等，按需要组成多种场景；在楼梯、走廊等公共部位，可以使用移动感应器控制灯光，同时在非工作时间作为报警装置，防止非法闯入。

家居智能控制系统，包括灯光控制，窗帘/百叶帘控制，场景设置，电源总开总关功能，红外遥控，电话远程控制等在其电气设计中预留足够的扩展回路，如果需要扩展功能或控制回路只需要添加模块即可。

方案选用INSTABUS EIB系列产品，充分发挥该产品在功能、性能和外观设计中的优势，满足家庭智能控制的各种需求，配合家庭装饰，力求尽善尽美。

根据不同的功能区域，选用不同的EIB设备。

一、控制模块主要安装在配电柜中，根据每户的控制回路不同选用相应的控制模块，尽量满足控制需要又充分利用各产品的资源和特点。

二、EIB控制面板的选用主要根据不同的功能区域，选用最合适的设备，达到最佳的效果。例如：

1．玄关门厅

在玄关门厅的PLANTEC/LCD多功能控制面板能让你在进/出门的时候方便的控制整个房间，它在控制临近范围的灯光的同时，配置了全开与全关，以及当客人来到时的一个WELCOME场景，灯光将整个客厅照亮。在玄关配置的多功能控制面板，其强大的功能显得尤为重要。

2．餐厅

在餐厅配置全玻璃触摸式的智能控制面板，在感受世界上第一款全玻璃控制面板晶莹透明的质地，高贵典雅的设计同时，只需轻轻触摸一下，灯光场景随之转变。可实现灯光控制，窗帘自动控制，各种场景设置，如会客场景、用餐场景、休息场景等。

3.客厅

客厅作为一个与众不同的亮点，应该显示出主人的品位和个性。配上一个PLANTEC系列带红外接收口的多功能控制面板，它金属的外壳也恰当的维持了客厅的氛围。配以红外遥控器，使你坐在沙发上就能随心所欲地改变灯光场景。使用EIB红外遥控器的AV控制设备自动学习各种电器设备的控制，可以实现电视机，DVD，功放，音响等控制，继而实现家庭影院中的一体化和联动控制。

4.主卧、起居室

在公寓的主卧、起居室等处，安装智能温控面板，特有LCD显示功能，可以显示温度、状态。各个区域的空调和地热可以通过结合在温控面板上的温度感应器自动调节，也可以人工手动调节，并能根据业主的具体要求和使用习惯、个性化需求进行温度值的设定，可以直接在温控面板上进行参数的设置。

5.过道、楼梯、卫生间

过道、楼梯、卫生间等处配置了移动感应器，人到哪里，灯亮到哪里；人走灯灭。同时过道、楼梯的灯光还可以用多个房间里的智能开关进行控制，设置一定的延时关闭功能。

6.书房

带红外接收的多功能控制面板，无需另外配置场景模块，与双值输出模块和窗帘控制模块配合，最多可设置8个场景。该设备在书房、活动室等处，实现各种场景和灯光、窗帘控制。比如：休息场景，卧室灯光自动调暗，窗帘自动关闭等。

7.主卧

在主卧床头设置LCD显示控制面板，它不仅能显示整个房间每一个接入EIB总线设备的当前运行状况，还能手动选取用电设备进行开关操作，快速、便捷。使业主再也不用在临睡前一一检查住宅的每一个角落，察看是否有用电设备遗忘关闭，一切都将反应在LCD面板上，人性化的设计让业主能真正享受到智能家居带来的便捷生活。

8．卧室

各卧室的多功能控制面板都可以控制公共区域的灯光，比如客厅、餐厅等，便于主人晚上起来或工作得太晚。设定起夜场景按健，轻轻按下，从卧室到卫生间的灯光依次点亮，柔和的灯光照亮整个走道。

9．电话远程控制

可以用EIB的电话控制模块实现远程控制，通过电话或手机远程开启灯光、窗帘、空调等设备。使业主不进家门都能轻松地控制家中的家电设备。

10．INTERNET远程控制

选用IC1 EIB 互联网控制模块可与带有TCP/IP协议的无线触摸屏进行连接。同过对IC1 互联网控制模块局域网IP地址的访问，可以使用可视化得网页界面控制相对应的EIB设备，最多可支持256个接入EIB总线的设备，其中可包括灯光、窗帘、报警器、接入的家电设备等等。

11．室外光感

使用室外光感探测器，通过模拟两输入模块将光感信号接入EIB系统，通过编程实现灯光、窗帘对应于室外光线的自动控制：天黑时光感自动打开庭院、路灯，天亮时光感自动关闭室外灯光。

12．定时控制

使用季节定时器，进行定时控制，可编制多个时间段运行模式，并且设定冬/夏令时的不同操作模式，区分工作日与周末的定时操作。每当晚上12点时，可以自动关闭庭院灯光，并定时打开卧室窗帘。在主人外出旅游离开时，定时器仍然能按设计的时间进行定时控制，造成有人在家的假象，起到良好的防范效果。

13．安防联动

使用窗磁，门磁等安防设备，通过连接模块或者双值输入模块将信号接入EIB系统。同时也可以设定红外移动感应器的安防功能，从而构成最安全的安防布局。一旦触发安防设备，信号通过EIB系统将开始一系列的联动措施：打开室内全部灯光，鸣响接入EIB的蜂鸣报警器，并且电话模块与互联网模块同时开始工作，向外界拨打报警电话和向设定的邮箱发送警报E-MAIL。

14．自由的面板选型

智能家居方案范文【第四篇】

关键词：物联网；智能家居；安全性；认证

中图分类号：TQ174 文献标识码：A

1.概述

作为新兴技术的物联网，在电子消费商品方面具有很大的市场潜力。而物联网发展过程中智能家居是一个很重要的环节。对于普通家庭用户来说，是否愿意去购买这类产品，取决于便捷性和安全性两个方面。本文提出了一个智能家居安全性系统的方案，它使用网关来确保物联网设备之间的安全通信，同时允许用户通过智能设备进行使用和控制，兼具便捷性。

2.系统总体设计

智能家居发展初期，无线连接多采用蓝牙和Zigbee。但Wi-Fi的认证范围普适性强，现已成为主流，故系统选择Wi-Fi作为运行环境。而安全性方面，主要关注点对点通信的安全性认证。系统结构如图1所示，家庭内部由网关和连接网络的物联网设备组成。移动设备只要访问网关，用户即可控制系统。网关融合物联网设备和安全机制帮助设备之间进行认证，每个设备都只能与网关连接。用户控制系统时，设备的信号可通过网关发送给另一个设备。

3.认证过程

物联网中认证很重要，智能家居也是如此。本系统采用双向认证协议，网关和新设备之间产生预共享密钥，如图2所示。此协议使用椭圆曲线密码，密钥安全级别高，预共享密钥的时候它会在产生额外的系统公用密钥以保证系统安全。

4.系统运行过程

系统运行初始，物联网设备未连接网关，用户可通过Wi-Fi连接网关，之后是认证过程，与图2一致。认证包括两部分，一是在移动设备和物联网设备之间，二是在物联网设备和网关之间。前者是为了设备共享网络认证凭证，后者是为后续通信做准备。

移动设备与物联网设备之间认证过程如下：首先用户将物联网设备的ID和密钥存储到移动设备，之后用户打开物联网设备，连接Wi-Fi并与移动设备开始认证；待到所有设备完成认证，移动设备发送给物联网设备的网络通行证。而物联网设备与网关认证过程初始则是将物联网设备信息存储到网关，并且网关认证条件是ID和密钥都具备才会进入认证过程。完成认证后，双方产生的密钥可为之后通信做准备。每个设备只需要存储一个密钥就可以和网关通信，减少了物联网设备的存储负担。在系统进行认证的同时，家庭网络中的设备可以将设备可控的动作发送给网关，形成事件列表。用户使用移动设备访问网关时可见到所有设备控制选项，并设定不同设备的操作。

本系统中，家庭网关可用带有Wi-Fi收发模块的树莓派或者带有ESP8266芯片的Arduino Due单片机来实现。而系统中的智能设备如安卓手机需要安装应用，以便用户输入设备ID和预共享密钥来添加新设备。AllJoyn框架是实现此系统的基础，它是AllSeen联盟开发的开源物联网框架，可以支持多种设备和不同的操作系统，并且不同的平台有不同的软件组件，开发方便。

结语

智能家居领域，安全和便捷是用户最主要的两个需求。本文智能家居安全性系统方案以AllJoyn框架为基础，使用网关来进行安全认证，用户使用智能手机即可便捷操作。而在认证时，可以将认证信息转换为二维码，使用户认证更为方便。

参考文献

[1]孙威。物联网产品特性对消费者购买意愿的影响机制研究[D].华中科技大学，2011.

[2]沈玉龙，裴庆祺，马建峰，等。无线传感器网络安全技术概论[M].北京：人民邮电出版社，2010.

智能家居的设计方案【第五篇】

关键词 树莓派 ZigBee 智能家居

中图分类号：TN873 文献标识码：A

智能家居作为一个新兴产业，正于一个成长发展期，技术的发展更新正是物联网智能家居发展方向。当前，智能家居系统尚未有统一的行业标准，其控制方式也形式多样，但有线连接控制的方式居多，与无线相比，安装工作和使用维护的方便性都要逊一筹。随着近两年Wi-Fi、蓝牙和ZigBee等技术突飞猛进地发展和广泛应用，无线技术和设备已带给人们诸多便利，悄然改变着人们传统的生活习惯。本方案在现有智能家居技术的背景下，研究无线智能家居的控制。

1 主要开发设备及环境

系统控制设备

本方案以当前迅速兴起的树莓派（Raspberry Pi）作为系统控制设备。它是一款基于Linux系统的、只有一张信用卡大小的卡片式计算机，内存为256M、CPU为ARM1176JZF-S，具有多媒体处理能力，具有体积小、价格低廉、功能强大的特点。通过通用端口（GPIO）来控制外连设备，简单的说就是给其26个针脚赋值高低电平，以达到对外部设备的控制。

无线通信设备

随着物联网的发展，衍生出来的无线连接方式多种多样，红外、蓝牙、Wi-Fi和ZigBee等都已成为开发人员研究方向。与蓝牙等相比，ZigBee在家庭自动化控制中，在功耗、距离和组网容量、时延短等方面稍有优势，而Wi-Fi则在连接互联网、智能手机和个人电脑方面表现更好，因此本方案设计使用了两种无线通信技术：Wi-Fi和ZigBee。

2 系统设计

总体设计目标

图1：系统架构图

本方案的目标是通过树莓派作为服务控制器，与ZigBee（协调器）通过串行端口直连通信。树莓派通过端口通信控制ZigBee协调器向ZigBee路由器发送控制命令，然后由与设备直连的ZigBee路由器控制设备的关断与开启。另一端，由树莓派通过Wi-Fi网卡与家庭路由器进行无线连接，从而使树莓派前端可以接入网络。一旦设备接入网络，手机客户端可以通过APP联网接入树莓派控制系统，普通PC电脑也可以凭身份信息通过登录客户端页面进行控制。其系统架构如图1所示。

子模块设计

本设计方案以智能家居系统的常用功能的子模块――智能灯光控制、智能门禁、智能窗帘控制进行设计验证，下面以窗帘控制子模块为例进行详细的设计介绍。

窗帘控制子模块的硬件设计

窗帘采用两个减速马达作为动力装置，两条传动线作为传动装置，两个带轴承的支柱作为转子固定。马达型号为N20减速长轴电机马达，轴长26毫米，轴径为3毫米，减速比为1：298，转速为100RPM，工作电压为12V，第三方供电，引入继电器。但为了实现电平控制正反转，采用两个继电器。

首先将N20马达的异侧端分别相连，然后将继电器1和继电器2的其余两个端口按图3与第三方电源（9V/1A）电源相连。VCC接5V控制电压，GND接地，IN1、IN2为控制端口。两个继电器的常闭端口分别为J1和GND、J2和GND，当控制端口IN1、IN2为低电平时，J1、J2和GND相连，减速电机不转动。当IN1为高电平IN2为低电平时，继电器1接通VCC和J1，左侧减速电机顺时针转，右侧减速电机逆时针转，窗帘呈开启状态；当IN2为高电平IN1为低电平时，继电器2接通VCC和J2，左侧减速电机逆时针转，右侧减速电机顺时针转，窗帘呈关闭状态。

窗帘控制子模块的驱动设计

窗帘设计的目标是要实现开闭实时控制。控制开关设计为三种状态：开、关、停。当按 “开”时即接通电源，左电机顺时针转动，右侧电机逆时针转动，从而窗帘内传动带拖着窗帘滑轮打开窗帘；反之，当按“关”键时，两电机转向相反，关闭窗帘；按“停”键，则供电终止，窗帘停在当前位置。

同时，为了避免窗帘全开或全闭时电机继续转动，系统还设计自保护功能，即根据电机角速度 、半径R、窗帘最大开合距离S、窗帘当前开合距离S′（0≤ S′≤S），可以计算最大转动时间T和已经转动t，T为门限值，当t=T时则自动停止。其计算公式和系统工作流程图如公式（1）和图2所示。

最大转动时间： （下转第163页）（上接第160页）

（1）

图2：窗帘控制流程图

系统总体设计

总体接线示意图如图3所示。其中包括了树莓派、ZigBee协调器、ZigBee路由器、继电器模块、调光模块等。树莓派RX端和ZigBee CC2530芯片的TX端相连，TX端和ZigBee的RX端相连。树莓派通过串口通信方式控制作为协调器的ZigBee（C）向作为路由器的ZigBee（R）发送控制命令，从而ZigBee（R）可以通过它的P00、P04、P05、P06、P07口分别控制电灯、电磁锁、窗帘的继电器工作，进而控制各种设备的状态。

3 实验情况及结论

实验测试时，先通过树莓派终端将系统初始化，建立好服务器控制端，通过ZigBee组网连接好子模块设备，通过Wi-Fi连接家庭局域网，然后分别通过PC机和手机APP访问控制，实验验证，本设计方案可以顺畅运行。

本方案集智能家居控制、安全环境监测于一身，是一个方便、舒适、安全的无线智能系统。此外，当下智能家居系统的设计成品还相对较少，成本高，普及率还比较低，本方案设计采用树莓派作为控制服务器，附加一些继电器控制设备开断，也很好地降低了成本预算，而且系统设计了电脑端上位机和手机端软件，更加贴合当下的时尚控制理念。

图3：系统总体接线示意图