發布日期：2022-05-25 點擊率：54
一、概述
1、智能家居背景簡介
智能家居概念的起源很早，但一直未有具體的建筑案例出現，直到1984年美國聯合科技公司（United Technologies Building System）將建筑設備信息化、整合化概念應用于美國康乃迪克州（Conneticut）哈特佛市（Hartford）的CityPlaceBuilding時，才出現了首棟的“智能型建筑”，從此也揭開了全世界爭相建造智能家居的序幕。
經過多年的需求累積，目前通常把智能家居定義為利用計算機、網絡和綜合布線技術，通過家庭信息管理平臺將與家居生活有關的各種子系統有機地組合成一個系統。具體來說，就是首先在一個家居中建立一個通訊網絡，為家庭信息提供必要的通路，在家庭網絡操作系統的控制下，通過相應的硬件和執行機構，實現對所有家庭網絡上的家電和設備的控制和監測。其次，它們都要通過一定的網絡平臺，構成與外界的通訊通道，以實現與家庭以外的世界溝通信息，滿足遠程控制、監測和交換信息的需求。最終達到滿足人們對安全、舒適、方便和綠色環保的需求。
隨著社會經濟結構、家庭人口結構以及信息技術的的發展變化以及人類對家居環境的安全性、舒適性、效率性要求的提高，造成家居智能化的需求大大增加，同時越來越多的家庭要求智能家居產品不僅要滿足一些基本的需求，更要求智能家居系統在功能擴展、外延甚至服務方面能夠做到簡單、方便、安全。
2、市場需求分析
隨著社會的進步，科技的發展，人們對于自己生活質量上的追求也在不斷進步著，從20世紀中期人民期盼的“樓上樓下，電燈電話”到現在的“手機、空調、洗衣機”，人們對于自己的生活追求是逐步提升的，到了21世紀初，尤其是近幾年，一種新型的智能化家庭概念，徹底改變了人們對于家庭智能化的認知，它就是智能家居。
智能家居是以住宅為平臺，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，提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術性，并實現環保節能的居住環境。
3、ZigBee技術物聯網背景下智能家居的理解
ZigBee最初預計的應用領域主要包括消費電子、能源管理、衛生保健、家庭自動化、建筑自動化和工業自動化。隨著物聯網的興起，ZigBee又獲得了新的應用機會。物聯網的網絡邊緣應用最多的就是傳感器或控制單元，這些是構成物聯網的最基礎最核心最廣泛的單元細胞，而ZigBee能夠在數千個微小的傳感傳動單元之間相互協調實現通信，并且這些單元只需要很少的能量，以接力的方式通過無線電波將數據從一個網絡節點傳到另一個節點，所以它的通信效率非常高。這種技術低功耗、抗干擾、高可靠、易組網、易擴容，易使用，易維護、便于快速大規模部署等特點順應了物聯網發展的要求和趨勢。目前來看，物聯網和ZigBee技術在智能家居、工業監測和健康保健等方面的應用有很大的融合性。
值得注意的是，物聯網的興起將給ZigBee帶來廣闊的市場空間。因為物聯網的目的是要將各種信息傳感傳動單元與互聯網結合起來從而形成一個巨大的網絡，在這個巨大網絡中，傳感傳動單元與通信網絡之間需要數據的傳輸，而相對其他無線技術而言，ZigBee以其在投資、建設、維護等方面的優勢，必將在物聯網型智能家居領域獲得更廣泛的應用。
二、方案示意圖
作為一個標準的智能家居，需要覆蓋多方面的應用。其簡單示意圖如下圖所示：
方案示意圖
如上所示，一個典型的智能家居系統需要包含無線網關以及多種傳感器控制設備。
三、方案架構
網絡架構圖
多種傳感器或者控制設備，通過ZigBee網絡與家庭無線網關交互通信。最后通過無線網關將上述控制信息在互聯網上共享。
四、相關設備簡要說明
1、無線網關
是所有無線傳感器和無線聯動控制設備的信息收集控制終端。所有傳感、探測器將收集到的信息通過無線網關傳到授權手機、平板電腦、電腦等管理設備；另外某些控制命令由管理設備通過無線網關發送給聯動設備。
比如家中無人時門被打開，門磁偵測到有人闖入，則將闖入報警通過無線網關發送給主人手機，手機收到信息發出震動鈴聲提示，主人確認后發出控制指令，電磁門鎖自動落鎖并觸發無線聲光報警器發出報警。
2、無線智能調光開關
該開關可直接取代家中的墻壁開關面板，通過它不僅可以像正常開關一樣使用，更重要的是它已經和家中的所有物聯網設備自動組成了一個無線傳感控制網絡，可以通過無線網關向其發出開關、調光等指令。其意義在于主人離家后無需擔心家中所有的電燈是否忘了關掉，只要主人離家，所有忘關的電燈會自動關閉。或者在你睡覺時你無需逐個房間去檢查燈是否開著，你需要做的只需按下裝在床頭的睡眠按鈕，所有燈光會自動關閉，同時你夜間起床時，燈光會自動調節至柔和，從而保證睡眠的質量。
3、無線溫濕度傳感器
主要用于探測室內、室外溫濕度。雖然絕大多數空調都有溫度探測功能，但由于空調的體積限制，它只能探測到出風口空調附近的溫度，這也正是很多消費者感覺感覺其溫度不準的重要原因。有了無線溫濕度探測器，你就可以確切地知道室內準確的溫濕度。其現實意義在于當室內溫度過高或過低時能夠提前啟動空調調節溫度。比如當你在回家的路上，家中的無線溫濕度傳感器探測出房間溫度過高則會啟動空調自動降溫，等你回家時，家中已經是一個宜人的溫度了。另外無線溫濕度傳感器對于你早晨出門也有著特別意義，當你呆在空調房間時，你對戶外的溫度是沒有感覺的，這時候裝在墻壁外的溫濕度傳感器就可以發揮作用，它可以告訴你現在戶外的實時溫度，根據這個準確溫度你就可以決定自己的穿著了，而不會出現出門后才穿多或者穿少的尷尬了。
4、無線智能插座
主要用于控制家電的開關，比如通過它可以自動啟動排氣扇排氣，這在炎熱的夏天對于密閉的車庫是一個有趣的應用。當然它還可以控制任何你想控制的家電，只要將家電的插頭插上無線智能插座即可，比如飲水機、電熱水器等等。
5、無線紅外轉發器
這個產品主要是用于家中可以被紅外遙控器控制的設備，比如空調、電動窗簾、電視等等。通過無線紅外轉發器，你可以遠程無線遙控空調，你也可以不用起床就關閉窗簾等。這是個很有意義的產品，它可以將傳統的家電立即轉換成智能家電。
6、無線紅外防闖入探測器
這個產品主要用于防非法入侵，比如當你按下床頭的無線睡眠按鈕后，關閉的不僅是燈光，同時它也會啟動無線紅外防闖入探測器自動設防，此時一旦有人入侵就會發出報警信號并可按設定自動開啟入侵區域的燈光嚇退入侵者。或者當你離家后它會自動設防，一旦有人闖入，會通過無線網關自動提醒你的手機并接受你手機發出的警情處理指令。
7、無線空氣質量傳感器
該傳感器主要探測臥室內的空氣質量是否混濁，這對于要回家休息的你很有意義，特別是有嬰幼兒的家庭尤其重要。它通過探測空氣質量告訴你目前室內空氣是否影響健康，并可通過無線網關啟動相關設備優化調節空氣質量。
8、無線門鈴
這種門鈴對于大戶型或別墅很有價值。出于安全考慮，大多數人睡覺時會關閉房門，此時有人來訪按下門鈴，在房間內很難聽到鈴聲。這種無線門鈴能夠將按鈴信號傳遞給床頭開關提示你有人造訪。另外在家中無人時，按門鈴的動作會通過網關傳遞給你的手機，而這對你了解家庭的安全現狀和來訪信息非常重要。
9、無線門磁、窗磁
主要用于防入侵。當你在家時，門、窗磁會自動處于撤防狀態，不會觸發報警，當你離家后，門、窗磁會自動進入布防狀態，一旦有人開門或開窗就會通知你的手機并發出報警信息。與傳統的門窗磁相比，無線門窗磁無需布線，裝上電池即可工作，安裝非常方便，安裝過程一般不超過2分鐘。另外對于有保險柜的家庭來說，這種傳感器還能夠偵測并記錄下保險柜每次被打開或者關閉的時間并及時通知授權手機。
10、太陽能無線智能閥門
這是通過太陽能供電的無線澆灌系統。一般工作流程是土壤濕度傳感器將土壤含水情況發送給無線網關，一旦土壤缺水，無線網關就會發出控制指令給無線智能閥門通知供水，同時將供水時間和供水量傳遞給網關，并通過網關保存在手機或其它設備上。
11、無線床頭睡眠按鈕
這是個可以固定或粘貼在床頭木板上的電池供電裝置，它的作用主要是幫助你在睡覺時關閉所有該關閉的電器同時啟動安全系統進入布防狀態。比如啟動無線紅外防闖入探測器、窗磁、門磁等進入預警布防狀態。另外它也能幫助你啟動夜間的照明模式，比如當你夜間起床時，打開的燈光就會很柔和，而不會像進餐時那么明亮，即使這是同一盞燈。
12、無線燃氣泄漏傳感器
該傳感器主要是探測家中的燃氣泄漏情況，它無需布線，一旦有燃氣泄漏會通過網關發出報警并通知授權手機。
13、無線輻射傳感器、無線空氣污染傳感器
對于一些對太陽輻射敏感的人來說，這種傳感器具有特別的意義，通過它你可以準確知道出門前是否需要采取防太陽輻射或者防污染防塵措施，而你唯一要做的就是看一下手機屏幕，因為戶外的輻射、污染等情況已經通過無線網關傳到了你手機上了。
五、解決方案總結
以上是一個典型的基于ZigBee物聯網智能家居系統，用戶可采用以智鶴科技研發的ZH-IOT-S1為基礎進行開發。
該開發系統以Cortex M3處理器作為無線網關，通過嵌入lwIP輕型TCP/IP協議棧，實現多個傳感器與多個網絡的交互。用戶可在此基礎上實現上述所分析的智能家居系統。
當然物聯網帶來的神奇之處還在于用戶完全可以將除上述之外的多種傳感器和控制器系統包含、集成進來。
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