时间：2023-02-27 11:09:04
绪论：在寻找写作灵感吗？爱发表网为您精选了8篇智能家居控制系统，愿这些内容能够启迪您的思维，激发您的创作热情，欢迎您的阅读与分享！
随着智能化时代的到来，对于人们的生活方式来说发生了许多改变。而智能家居系统更是丰富着大众的生活，使大众的生活方式朝着舒适、安全、多样化不断发展。本文主要是对基于PLC技术和GSM技术的智能家居PLC控制系统，以此来实现PLC对智能家居设备控制、家居环境的实时检测、安全防护等一些基本性的功能的智能化，以更好的提升家居的稳定性和便捷性。
【关键词】智能家居 PLC控制系统 硬件 软件
1 智能家居中PLC控制系统的总体设计
1.1 系统设计的总体框架
随着现代科技的不断进步和发展，智能时代已经到来。智能化已经运用到各行各业，而智能家居正在满足这消费者的需求。消费者在家居中逐渐追求实用性、多功能性等等，这也是智能家居提高竞争力的关键。对于消费者的这些需求，作为智能家居中PLC控制系统正好能够满足这些需求。智能家居中PLC控制系统主要包括：智能家居设备控制、家居环境的实时检测、安全防护等一些基本性的功能。智能家居中PLC控制系统也就是将用户家中的电器、门窗、空调系统、供暖系统等等整合为一体，通过远程遥控。当用户开动遥控时，家用电器会自动打开、门窗会打开，室内温度会自动调节，若发生危险时，报警系统会自动响应。
对于智能家居中PLC控制系统来说是为了满足用户的智能化需求，采用可编程控制器PLC技术和GSM短信息技术，在运用SMS进行信息的交互，主要包括自动控制、信息采集和远程控制三个部分。
1.1.1 自动控制
这主要是将PLC作为主要的控制器，通过电器的开合控制交流电动机的正反转来进行控制。比如以智能门为例，当用户发出开门的信息时，这时PLC接收到信号，并给PLC一个输入端，通过交流电机完成开门动作。
1.1.2 信息采集
也就是传感器的信息采集，主要包括室内温度湿度、烟雾、煤气等，并将这些信息传递给PLC，PLC根据室内实际的情况，做出相应的指令，以保证室内的温度、湿度的合理，安全性更加高。
1.1.3 远程控制
用户发出相应的指令传感器传给GSM信息模块，以实现与PLC的信息交互，PLC通过用户发出的指令，对家居状态进行解读，然后把信息传递给移动终端，如果检测到危险信号，会立即把相关信息传递个PLC主控制器，主控制器接到信息，迅速与GSM进行串联，再有GSM传递给用户终端，发出报警信号，提高室内家居的安全系数。
1.2 系统中的硬件的设计
智能家居中PLC控制系统中的硬件设计主要是智能防盗门的硬件设计、传感器系统的硬件设计和远程监测系统的硬件设计。
1.2.1 智能防盗门的硬件设计
主要分为三个部分。第一，电源中硬件设计，主要采用单相桥式整流电路，增加两个二极管连为一体的结构，实现交流电向中直流电的交换。第二，控制硬件系统，通过PLC控制电动机的运作，在输出端需要小型的继电器接入控制电路，使PLC控制正反向的输出点，转换并接触到电机的控制。
1.2.2 传感器系统的硬件设计
这一硬件设计中主要包括PLC、温湿度传感器、烟雾传感器等构成。当室内的环境出现异常时，出现异常的端口会执行相应的信息做出相应的预警信号。
1.2.3 远程监测系统的硬件设计
远程监控系统是通过PLC串口通讯方式与GSM进行信息的交互，并扩展为一个通讯的板块，安装在选件的板槽位中，并将PLC与GSM信息板块与串口线连接，以此能够更加便捷的与相应的PC机、单片机以及其它的主控制器相连接。
1.3 系统中的软件的设计
智能家居中PLC控制系统中的软件设计主要是智能防盗门的软件设计、传感器系统的软件设计和远程监测系统的软件设计三部分组成。
1.3.1 智能防盗门的软件设计
智能防盗门中实现的软件功能是：首先自动门受到用户发出的相应信息是否开启、关闭，在接受信息的过程中会遇到相应的阻碍，智能防盗门会根据相应的阻碍向相反的方向运作，如果遇到的障碍是比较危险的，那么智能防盗门会启动强制停止的功能，避免危险的发生。
1.3.2 传感器系统的软件设计
传感器系统中的软件的设计主要是通过各种传感器对家居环境进行相应的检测，当检测到的值超过限定值时，PLC就会做出相应的判断，执行中断的程序。同时，PLC也会检测GSM的信息模块是否接到了信息，如果接到了信息会将室内的环境信息传递给用户终端。
1.3.3 远程监测系统的软件设计
远程监测系统的软件设计主要包括AT命令、PLC中断程序的设计。AT命令是通过配置MODEM和相应的软件共同工作以此来实现远端系统完成相应的信息。在PLC串口中断程序的设计中，通过相应的指令设计，然后通过指令给予相应的功能，这样可以大大减轻PLC编程的影响。
2 结语
随着现代科技的不断发展，智能家居系统不断丰富着人们的生活方式，越来越多的消费者享受智能家居带来的便利，但对于智能家居的要求也越来越高，对于智能家居的稳定性和安全性成为主要的关注点，虽然在本文涉及到的PLC控制系统能够提升智能家居的稳定性和安全性，但是内部也存在一些问题，这需要未来科技和更多的人才进行解决，以满足更多消费者的需求。
参考文献
[1]李昊.智能家居PLC控制系统实现研究[J].科技创新与应用，2015（23）.
[2]唐义权.基于PLC的智能家居网络研究[D].宁波大学，2012.
[3]林承华，覃青生.基于GSM的远程控制系统[J].电气自动化，2012（01）.
[4]陈龙.智能家居自动控制与监测系统的设计与实现[D].内蒙古大学，2015.
作者简介
郭建英，男，山西省沁县人。大学本科学历，现为攀钢集团有限公司技改与设备部助理工程师。主要研究方向为设备管理与维护，PLC控制，电气（作者所学的专业是机械设计制造及其自动化）。
一、智能家居系统设计的流程
单片机系统是微机应用产品化的最佳机种之一，其系统本身具备很多优点。例如，较其他系统，单片系统的体积更小，成本更低，功能性更加强大，单片机所带来的系统已经在智能化产品工业制作中被广泛应用。并且随着技术水平的不断进步，逐渐完善的单片机系统能够满足设计过程中的各种要求。
在总体设计的流程中，外界信息经过感应器传导，其信号内容进行放大与整形，进一步传导单片机信号分析处理，再由单片机系统与外部信息结构进行指导交换，引导红外与光电装置，将信息内容传递于执行器件。在控制系统中，系统控制器会接收到远端传递过来的信号，并且对其解码，再传递给中央处理系统。在控制系统的设计中，我们要充分考虑用户使用的便捷性，在控制系统中添加语音提示操作系统，使用户能够在无人值守系统的情况下，更好地进行系统操作。
二、智能家居系统的应用设计
(一)传感器应用设计
传感器的应用设计，是家庭智能设计过程中的信号来源。在传感器设计上，应根据产品本身的特点添加各种感应装置。在智能家居系统中，火灾警报传感器是设计的第一项，火灾烟雾传感器的体积小、可靠性高，能够及时将烟雾信号转换为电信号，在智能家居的设计中，烟雾传感器可以固定在每个房间的天花板或者墙壁上，将家居系统与小区或消防警报系统相链接，充分利用智能家居系统的安全性。
其次，我们要设立可燃气体传感器，将感应器放置于厨房等气体容易泄露的地方，监视气体疏通管道的安全性，如果发生天然气泄露等情况，感应器会自动关闭天然气输送管道阀门，并且向外界发出信号，及时通知家庭以及小区物业，降低财产损失。在可燃气体感应器设置上，利用气体浓度来对天然气等装置进行监控。在智能家居生活中，防盗报警系统可以分为两部分，一部分是对家庭周围环境的防护，例如周围环境的监视控制，门窗系统中的开关以及玻璃周围的感应系统等;另一部分是针对
家庭无人的情况，对于室内的感应防盗系统，利用红外感应装置，在他人进入房间且未关闭监控系统的情况下发出警报。在房间有人活动的时候，关闭室内防盗系统，开启室外防盗系统，在无人活动的情况下，室外系统与室内系统均开启，并且防盗系统的灵敏程度可以根据房屋周围环境而设定。
(二)通讯接口应用设计
智能家居的生活控制系统中，数据通信电路需要完成信息的接受与发送、与计算机的沟通、与软件的控制等几个方面。分析模块组成部分可以发现，GSM基带处理器相较于供电模块、闪存、天线接口等几个部分而言是TC35的核心，GSM主要负责处理终点内的语音与数据信号，并且在不需要额外增加电路支持的情况下，可以完成FR和EFR的编码工作。
在连接方式上，TC35与单片机需要采用串行异步通信接口，使用红外和通信电缆两种传输方式进行传输。在整体的传输设计过程中，红外接口的特点在于信号稳定，接口之间相互独立，使用方面抗干扰性强，不会对手机的通讯产生影响，缺点是传输的距离有限，传播的方向受到接口的限制。而电缆连接的通讯装置传输距离远，可靠性高，不过缺点在于传输接口的电气参数不兼容，设计过程中容易对手机的通讯产生影响。在接口的设计中，要分析家庭周围的环境，考虑接口信号对于家庭通讯设备的影响，选择合适的接口，应力求将红外接口与电缆接口进行结合，提高智能家居系统工作的效率。
(三)红外线应用设计
在系统设计的控制方面，可以加入更多的红外设计理念，在智能家居设计中，红外遥控器是被广泛应用的，但是在实际操作过程中，一个红外遥控器所针对的只是特定的品牌产品，遥控器之间的兼容性很差，在新型智能家居设计中，可以利用红外插座、红外开关等产品，将电器的操作信号与电信号进行混合，利用红外系统中的学习与记忆功能，使红外插座成为信号传递的枢纽，同时利用单片机对遥控器发射出信号的波形进行测量，然后对测量数据进行反馈，从而提高遥控器的效率，实现家庭智能控制系统的优化。
总之，在智能家居系统的设计中，首先要明确选择系统的性质，其次建立合理的设计流程。设计过程要符合信息技术的要求，并且最大化地提高用户的使用效率。在应用设计方面，分析传感器的种类并选择合适的连接端口，提高控制系统的灵敏度，并结合红外线感应技术，增强智能家居控制系统的完整性，使其能更好地提高人们生活质量。
[关键词]智能家居控制系统 研究 设计
中图分类号：TU855 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）24-0098-01
目前，我国的智能家居控制系统已经得到了一些有益的发展，智能家居市场也相继出现，不断的有相关智能家居产品问世，但是我国的智能家居产业发展前景并不乐观。这种问题聚焦为我国的智能家居产品的生产没有一个全国通用的统一标准，每个智能家居生产厂家都根据自己公司的相关技术能力开发符合本公司特点的智能家居产品，这种产品生产的无规则性严重制约了智能家居的生产和开发。
一、智能家居控制系统的基本概述
（一）优势分析
与普通家居相比，智能家居不但保持了传统家居的居住功能，而且还新增了建筑网络通信，配备了信息化家电，实现了家居设备自动化。智能家居系统成为将系统、结构、服务、管理融合为一体的高效率、高舒适度、高安全感、高方便性和具有环保性的新型居住环境。
（二） 需求分析
智能家居指的是利用嵌入式技术、网络技术与通信技术，将智能家居的各子系统有机地与人们的日常家庭生活联系在一起，通过综合管理，增加人们生活和家居的舒适感与安全度。第一章论述了国内智能家居系统的发展状态。目前，智能家居系统通常是在高端酒店和住宅布局和安装。智能家居系统在普通人家里的大规模推广困难有两个主要原因：布线复杂不利于完成住宅建设布局和安装;系统单调，缺乏可以定制和个性化的服务。
二、智能家居控制系统技术
（一）无线组网技术
常见的构建“无线家居”的无线通信组网技术如下：蓝牙是一种支持设备短距离通信的无线电技术，是由东芝、爱立信、IBM、Intel、和诺基亚于1998年5月共同提出的近距离无线数据通讯技术标准。HomeRF是由HomeRF工作组开发的，适合家庭区域范围内，在PC和用户电子设备之间实现无线数字通信的开放性工业标准[1]。Zigbee是ZigBee联盟建立的技术标准，基于IEEE802.15.4标准，主要适用于自动控制和远程控制领域。
（二）WIFI组网技术
WIFI无线网络的拓扑结构主要有两种：分别是Ad-Hoc结构模式和Infrastructure结构模式。Ad-Hoc结构是一种省去了无线AP（Accesspoint）而搭建起的对等网络结构。Infrastructure结构是WIFI网络应用最为广泛的结构，它是STA（工作站）和无线AP共同搭建起来的网络结构，整个网络成星状，中间的无线AP起桥接作用，这样所有的STA就可以通过无线AP与其它有线或无线网络进行信息交互。本次设计采用的主要也是该模式[2]。
（三）WIFI无线传感器网络的结构
WIFI无线传感器网络由采集系统、WIFI无线网卡、ARM嵌入式系统、无线AP等四部分组成。所有测试节点通过控制WIFI无线网卡将测试数据传输到无线接入点，再由无线接入点桥接转发到远端的控制台。每个测试节点以ARM嵌入式系统作为控制中枢，嵌入式系统通过总线接口控制采集系统的数据采集，同时通过RS232接口控制WIFI无线网卡的数据收发。
三、智能家居控制系统方案设计
（一）智能家居控制系统结构设计
本论文设计主要将智能家居控制系统主要分五个部分组成：电源部分、控制器模块、各个功能子模块、智能家居控制系统内部通信以及智能家居控制系统外部通信。电源部分：电源部分是为整个智能家居控制系统供电，因此是硬件设计的重点，在控制设备设计中是用直流开关电源接220V电压来接入设备为系统供电，现在的ARM处理器为了减少系统的功耗、便于电源管理，采取多组电源供电的方式来工作。控制器核心板：中央控制器是整个智能家居控制系统的核心，本设计采用嵌入式ARM-STM32F103芯片，通过一些预留I/O接口来连接其它功能子模块，并可以在客户需要其他功能时做出设备的扩展。功能子模块：功能子模块以控制器为核心，实现系统所需的特定功能，比如：智能灯光的控制、家庭电器设备的控制、室内温度及气体的采集、远程控制等。每个模块的实现功能都是由控制器来发送指令。智能家居控制系统内部通信：其主要实现的功能是完成中央控制器与功能子模块之间的信息传递。经过前面对有线与无线通信方式的分析与研究，本次设计采用无线通信方式做为智能家居控制系统的内部通信方式，并结合无线通信特点，本设计采用WIFI以及串口通信做为内部通信方式。智能家居控制系统外部通信：主要功能是实现用户通过Internet远程操作与控制家居设备，随着我国目前宽带网络的发展日趋完善，技术的不断成熟，现阶段我国常用的宽带接入方式有两种：ADSL、无线上网及常说的WIFI，因此在控制系统中采用这两种方式，添加W5300网关模块，并将WIFI作为其外部通信，以此来降低系统成本及复杂度。
（二）智能家居控制系统方案框图
经过对智能家居控制系统方案的选择及技术手段的选定，下图给出本次控制系统方案框图。由图可见，本次论文设计旨在实现的功能有：通过温湿度传感器采集房间的温湿度、通过气体传感器采集空气有害气体浓度、通过光照传感器测量房间光照度，通过无线网络实现智能家居统控制系统同Internet网络连接，并通过Yeelink网络实现实时检测与开关控制。
四、结语
总而言之，随着社会的发展，人们的生活环境在受到越来越大的威胁，集中体现为人们的生活环境在不断恶化，如果不对人们的生活环境进行高度重视，人类的可持续发展将受到严重威胁。所以世界各国纷纷采取了节能减排和低碳经济发展的策略。然而建筑作为人们日常生活中的最重要载体，其内的能源消耗和碳排放是低碳经济发展的一个重要方面，所以应该大力发展智能家居，在人们的居住环境方面对生活质量进行改进。人们越来越追求生活质量，所以用家庭智能化系统，具有重要的意义，也符合大众的心声。因此，智能家居控制系统有一个非常光明的前景，这也是本课题研究的意义。
参考文献
[关键词]智能化；控制系统；智能家居
1.别墅智能化的发展现状和必要性
家庭智能化的出现已经有了将近20年的历史，最早从比尔·盖茨的豪宅开始，如今，那个高度科技化就如幻想故事片般，神奇的令人向往的智能生活已经开始逐步走入了一些在观念上同步于世界潮流，在生活上引领世界潮流的高品位时尚人士。
别墅通过智能化建设，以家庭综合布线为基础，以计算机网络和无线通信网络为桥梁，全面实现了家庭智能化生活。为了美化生活环境，同时为了清除消防隐患，保障家人的安全，有必要运用现代化的高科技手段，加强住宅区的基础建设，实现住宅区的信息自动化。
家居智能设计长久以来一直坚持的原则：健康性、安全性、舒适性、时尚性！
2.别墅智能家居设计带来的具体优势
2.1安全：人身安全——安防系统；用电安全——强弱电分离。
智能化系统与安防实现联动，给物业管理提供集中式管理的便利，提高紧急事故的快速处理能力，这将大大提高别墅的安防水平。（如，家里发生紧急安防事故时，能自动电话报警。）
2.2健康：饮水健康、自然清新空气、用眼健康。
在我们的日常生活中，空调循环的基本上是室内空气，晚上就寝卧室的空气、车库的空气等密封空间的空气，其实非常混浊。而且怎么才能让卫生间在每次进入时均保持自然清新空气？智能控制系统让排风扇对室内的污浊空气进行定时更新，时刻保持室内清新。
系统还可以对饮水机进行定时控制，避免水进行反复加热，使得饮水更健康。
我们在看书时需要明亮照明，看电视电影时需要柔和的照明，让灯光在需要的时候自动改变亮度，减少眼睛的疲劳，保护视力。这一切，在智能控制系统的控制下将不再是天方夜谈。
2.3舒适：所有电器、照明，无论身处何处，均可一键控制。
进行智能化设计后，您可以采用遥控器、电话、手机、电脑等多种操作模式对家里的灯光、饮水机以及电饭煲等家用电器进行控制，这将为您的日常生活提供很大的方便。忘记带钥匙，也无须担忧；老人小孩在家，尽可放心；客人来访，也无须起身开门，充分享受到高科技带给您的一份宁静与舒心。
2.4节能：减少不必要的电能损耗。
智能灯光控制系统下，自然合理的分配灯光照明，减少不必要的照明电能损耗。还可以根据外界光的强度值设定时段，自动调节灯光亮度。它还能够在我们不需要使用的时候自动切断电器电源，减少电器不必要的静态能耗。这样既符合您舒适的感觉，又能起到节能的作用。
2.5先进的技术，未来三十年均不需要重新投资，一次投入，长久享用。
结合了EIB集中控制技术与传统智能家居产品的智能控制技术。它是将两种技术进行完美的结合，并针对两者的优缺点进行技术突破和改造，达到和谐统一的集中控制系统。该系统上主要产品可根据不同需要，进行不同的组合和功能扩展槽的串接，不需经过重新布线便能通过简单的多元化升级，以达到功能拓展的目的。与传统的安装方式相比，可达到一次安装30年受益的效果。
3.别墅智能家居控制系统设计的具体解决方案
智能家居控制系统可提供智能家电控制、智能照明控制、环境控制以及安防控制等多种控制方式和手段。只需要经过简单的设置，就可以实现遥控、场景控制、远程控制、家居安防等各项功能。根据不同客户的具体情况，设计不同的智能家居控制系统，为倾心打造一个安全舒适高档的居住空间而努力。
3.1聪明听话——智能家电控制系统
家电是我们日常生活中的重要组成部分，对这些家电设备进行智能控制后，将会为您带来更加完美和谐的生活。比如：上班途中，突然想起忘了关家里的灯或电器，打个电话就可以把家里想要关的灯和电器全部关掉：冬天下班，打个电话把家里的热水器先预热，等回到家，马上就可以洗个热水澡，夏天下班，可以提前打开家中的中央空调，回到家里便能立刻享受清凉。也可以让新风换气系统、电饭煲、饮水机等等家电提前开始工作……，还可以在您跨入庭院的一刹那，您的庭院自动浇花系统、喷泉系统、庭院景观灯光系统等自动打开……
3.2流光溢彩——智能照明控制系统
智能照明控制系统贯穿着别墅的每一个地方，房间、过道的灯光都可以通过智能开关与智能控制主机相连接。您可以在别墅内任一个房间内控制所有灯光开关，免除劳苦地来回走动。同时，可以通过设置场景记忆模式来控制灯光开关、亮度等，随心所欲地控制客厅、餐厅、书房、过道的灯光照亮模式，同时灯光还可以与其它设备（如幕布、窗帘、电视／音响等）配合组合成复杂的场景。如 会客、读书、听音乐、晚餐模式、影院模式等等百变场景。
3.3健康环保——环境控制
（1）环保节能系统
在不需要使用电器的时候自动切断电器电源，减少电器不必要的静态能耗，并能减少人为遗忘切断电器的电能损耗。还可以根据外界光的强度值设定时段，自动调节灯光亮度，自然合理的分配灯光照明，减少不必要的照明电能损耗。这样既符合住户舒适的感觉，又能起到节能的作用。
（2）窗帘控制系统
清晨，也许不再需要那片刻间令人烦躁的闹钟将你吵醒，而靠的窗外的鸟语花香和柔和的自然阳光让您从睡梦中自然醒来。窗帘控制系统总是会最恰合时宜的开启窗帘，让室外清晨的花香飘入，让您懒洋洋的沐浴阳光。
配合灯光的场景，窗帘的自动开合，有时也能酿造出另一份浪漫的气氛。只需轻点遥控，它便能为您的隐私起到第一层保护。
（3）空气调节系统
酷暑炙热的夏天驱车回家，当您停车入库后，车库内换气系统可以通过（遥控）手动或自动定时控制将汽车的尾气和汽油的味道清除干净。等到次日清晨，自动定时的换气系统会将室外清晨空气中花香的味道注入车库，让你在享受晨曦的味道的时候，丝毫感觉不到汽车尾气的异味给您带来的不悦。
（4）自动浇花、给排水系统
别墅的阳台上种植了一些植物和花木，浇水也是可以进行智能化管理的，用遥控器就能直接启动浇花的电磁阀门。自动浇花系统的定时功能，让您完全不用担心因为工作的忙碌而忘记了你的花草宝贝。同时，系统还可以对游泳池的给排水进行控制，定时自动的对游泳池内的水进行更换，时刻保持水质的优良。
3.4隐形卫士——安防系统
（1）指纹锁
别墅门口装设指纹门锁，在您和家人非授权的前提下，任何人都无法随意进出您的家庭。
（2）门磁、红外探测器
事先设置好防区，即可把整个别墅的安全置于无线安防报警系统之中。如果门窗被非法打开，立即通过无线警号现场声光报警并按预先设置好的报警电话号码发送警讯给主人，并上传警讯到报警中心。
（3）烟感探测器
该探头为消防安防装置，若房中因火灾发生的烟雾浓度达到一定系数时，便立即报警，并通过智能控制主机发送警讯给管理处和主人，并立即启动火灾灭火系统来处置险情。
（4）燃气探测器
若室内燃气发生泄露，并达到一定浓度时，主机接收到讯号后可自动切断住户家中的电源，并报警至消防监控中心，立即通过发送警讯给管理处和主人，并立即启动排气扇通风。
智能建筑在我国经过十多年的发展，正面临着前所未有的大好形势。目前，绝大多数的智能家居产品尚处在发展初级阶段，系统集成程度低、动作联动性差、智能化水平差，甚至由于其功能的不完备，系统操作反而成为一种负担。为了解决这些问题，本文详细阐述了笔者亲身设计并实现的智能家居系统――分布式智能家居系统。
一、分布式智能家居系统构建背景
分布式控制系统DCS（Distributed Control System）采用多台控制分机分别承担不同的控制功能和处理范围，不仅其处理能力大大提高，而且将危害及系统安全的因素降低。由于智能家居系统具有监控点多、控制动作简单、设备分布散、系统逻辑关系复杂等特点，系统运行需要协调大量被监控对象之间的关系，这就需要应用一种适合该系统特点要求的控制理论。于是，本设计采用工业上广为使用的分布式控制系统来构建智能家居系统。系统采用分级模块的方式，可以使处理工作分散、协调工作统一、控制功能灵活机动、可靠性高、安装灵活方便。采用分布式控制技术，系统分类分区的监控可以分散系统处理器运算处理工作，减小误报、误控的发生。同时，分散的子系统各自独立工作，可以避免系统一处故障全体瘫痪的情形出现。
1. 分布式控制系统在智能建筑中的应用现状
DCS在智能建筑中的应用早已提出，所构建系统控制分机采用可靠性较高的PC机作为控制分机及主机，系统功能强大、可靠性高。但是，智能家居系统不可能采用多台PC机来构建分布式控制系统，这就要求必须有分散的控制处理单元。加之其处理工作繁琐但不复杂，故本文采用了处理能力简单的AVR单片机为模块处理器。所构建的系统功能适用、性价比高、功能稳定，完全可以达到要求。
2. 分布式智能家居的构建思路
智能家居系统的设备量大、分布散、需要监控的数量多，以及网络经济的逐步发展，必将改变目前这种家用电器单机运作的模式。同时又考虑到家用电器的摆放及使用的灵活性，我们研究并提出了采用分布式控制技术解决方案。根据DCS的特点与智能家居系统的功能需要，选用了ATMEL公司生产的8位AVR单片机――ATmega8。
考虑到同类分机模块的功能基本相同，我们设计了环境监测分机模块、监控分机模块、控制主机模块。最后，据各子系统不同的功能要求分别编制对应程序进行现场录制，从而使各模块真正具有功能齐全、经济合理、维护升级方便的特点。家庭内各个被控单元与控制功能模块连接，实现智能监控，并且各模块间建立联系，最终通过控制主机模块与PC机及电话等连接。主人可以通过遥控器、网络、电话等监控家庭安全及住宅环境状况，遥控家用电器的运行。
二、分布式智能家居控制系统的构建
为了综合利用资源，模块的设计采用了统分结合的指导思想，实现家居智能监控可以简化为监测处理信息和实现控制功能。为了满足家庭内所有监控功能，根据需要将所需监控对象根据位置划分，安装相应的分机模块。
1. 系统构建总体框架
系统功能根据监控任务的不同分为三类：环境状况监测功能；设备开关监控功能；信息处理及对外通信功能。据此，将家庭内各处设备分类分区控制，并且模块间均具有独立的通信及控制功能，可以相互协作（如图1所示）。例如，监测模块把所监测到的信息发送到总线上，控制模块接收并判断实现控制功能。控制主机模块与家用PC及电话互通信息，实现远程监控。
2. 系统构建模块
1）环境监测分机模块
设计环境监测模块，主要是因为环境参数受周围电器工作和安装位置的影响较大。为了防止检测误差，单独安装减小干扰作用。该模块负责监测住宅内外的所有环境信息，包括温度、湿度、亮度、烟雾、燃气、噪音、风速、空气质量、有人活动、玻璃破碎等参数。它还可以将所有的信息进行综合分析，最后将结果总结，决定该采取何种控制动作并发送到总线上，比如环境监测模块检测房间内的温度，同时与总线上传来的室外温度及天气情况进行逻辑分析。如果室外温度舒适而且空气质量好，未有刮风下雨等，则该模块就会发送打开该房间窗户的命令。相反，如果天气突然恶劣时，会发出关闭窗户的命令。
2）设备监控分机模块
该模块负责所分配区域所有设备的开关控制，并且进行设备控制效果监控。将房间内各个电器根据需要划分为若干个区域，使用一台分机控制。控制的内容主要为照明、空调、窗户、窗帘、电视、背景音乐及总电源开关等。分机接到命令或条件成立时，模块实施控制动作，并且检查控制效果。在正常运行期间，定时进行设备故障监测，并且随时汇报故障结果，同时进行故障记录。比如上述情况中环境监测模块发送打开窗户的命令时，相应模块便会打开窗户，同时检查是否成功打开，并且将结果发送到控制主机；如果有故障发生，则将故障结果发送到总线上等待处理，在未处理之前会隔一定时段再次汇报。
3）控制主机模块
控制主机模块为该系统的下位机的处理中心，它负责接收处理所有分机发送的信息，与上位机或电话联系，实现报警或远程监控功能。当控制主机配装液晶显示器时，主人可以方便查看各设备的工作状况、故障情况。并且，系统在没有上位机的情况下仍能独立的完成各项控制工作，从而保证了系统的可靠性及对环境的适应性。当发生紧急情况时，该模块要进行电话自动拨号报警。如果PC机打开的情况下还可以通过互联网报警、监视或监听等。
3. 系统通信方式
1）有线通信方式
该系统通信采用了RS-485总线。由于RS-485总线的可扩展性及工程安装的简单性、廉价性等特点，使得系统可以方便的实现各并联连接功能模块之间的通信，易于扩展、维护升级方便。保证了分机模块间的顺利通信协调工作之后，总线可以通过一个RS-485转RS-232器件与计算机通信，实现系统与局域网、互联网的互联。
2）无线通信方式
该系统还采用了无线通信方式。无线数据传输电路由Nordic公司的单片UHF无线数据收发芯片NRF401及其电路构成。NRF401采用FSK调制解调技术，其工作效率可达20kbit/s，且有两个频率通道供选择，并且支持低功耗和待机模式。它不用对数据进行曼彻斯特编码，其天线接口设计为差分天线，因而很容易用PCB来实现。采用该无线通信方式可以实现模块间通信，还可灵活布置无线探测器及控制器。完全采用无线通信方式可以方便进行旧住宅房改造安装，不会影响装修并且省去布线的工作和费用。
三、系统软件设计
本系统软件主要由系统主机和系统分机的AVR程序及系统上位机控制系统与Internet网络通讯程序组成。该系统正常工作时，用户可以完全不必干预，也可通过分机操作接口、上位机操作系统接口界面控制，或通过Internet及电话方式进行远程访问监控。
1. 下位机程序的编制
系统主机程序主要用于实现系统的总体通信调节控制功能，包括无线数据传输程序、分机采集汇报数据的收集处理转发、紧急电话拨号报警、双音频编解码程序、语音录放程序、串行通讯程序、铃流检测与摘挂机控制程序、系统初始化程序、意外事件处理程序及接收上位机控制命令及汇报数据等。程序编制以消息驱动为主导思想。消息由计数器中断1、外部中断0和串行中断产生，在中断服务程序中应按相应的状态位置位，而在消息循环中则应按相应的状态位调用功能函数，然后由功能函数将相应的状态位清0并完成所需功能，并最后返回到消息循环中。其程序流程如图5所示。该系统的分机程序和主机类似，故此不再详述。
2. 上位机操作系统及其与Internet网络远程访问程序的编制
上位机操作系统程序用C++语言在C++ Builder编译环境中编制，系统带有友好操作界面，可以通过鼠标方便的控制及查询任何家居设备的工作状态等。通过Internet访问部分通讯程序分为服务器和客户端两个程序。服务器程序主要完成客户端与系统主机通讯的中转，即将客户端发来的控制或者查询命令翻译成系统主机能识别的格式；或者将系统主机收到的报警等信息上传到客户端，主要通过Internet网络完成用户的控制功能。客户端程序是运行在远端用户的控制界面，主要用于完成家居内状态的显示以及对家居内电器的远程控制，同时使客户端直接连接到服务器。
四、结论
主要对基于物联网的新型智能家居控制系统的设计展开了研究，从系统整体设计、系统硬件设计、嵌入式网关设计和系统监控页面设计四方面对基于物联网的新型智能家居控制系统的设计进行了详细的介绍，以期能为相关设计提供参考和借鉴。
关键词：
物联网；智能家居控制系统；嵌入式网关；监控页面
随着科技的不断进步和社会信息化脚步的不断加快，物联网技术逐渐得到了迅速的发展，融合了信息采集、数据通信、数据存储、数据分析、节能环保等一系列物联网技术的智能家居控制系统也逐渐走进了人们的生活。智能家居控制系统是以信息传输网络为硬件平台，各种网络技术为软件支撑平台，通过现场总线将家庭生活中所用的通信设备、家居设备和家庭安全防范设备连接起来的一种智能控制系统。该系统能满足人们对家居环境安全性、方便性、舒适性和可控制性的需求，具有良好的市场前景。鉴于此，笔者将对智能家居控制系统的设计进行详细的介绍。
1系统总体设计
根据智能家居控制系统的功能需求，将其分为四个子系统：①环境监控子系统，主要作用是将室内的温湿度、光照度等环境因素控制在适宜的范围内。②安防监控子系统，主要作用是监控室内的防盗、火灾、燃气泄漏等安全状况。一旦出现紧急情况，系统将自动报警，且使执行机构产生相应的动作。③远程抄表子系统，主要作用是采集并显示室内的水、电、煤气数据，月底发送数据报表。④供电控制子系统，主要作用是确保机电设备正常用电，并以室内的温湿度、光照度、安防等为对象进行优化控制。在设计时，应兼顾各个系统之间的交互联动控制，在组态软件Kingview的基础上开发具有开放性的智能家居综合管理系统。
2系统硬件设计
为实现上述智能家居的总体设计，采用无线传感网络通信技术ZigBee和嵌入式ARM技术构建家庭WEB网关平台，通过红外传感器、气敏传感器、湿敏传感器、温度传感器和无线智能插座等设备实现相应的功能。本文仅选择其中两个具有代表性的子系统来介绍具体的设计情况。
2.1环境监控子系统的设计环境监控子系统主要包括温湿度和光照的检测两部分。温湿度检测是非常重要的一环，本设计选用数字式集成温湿度传感器SHT11来实现该功能。SHT11的检测精度能够满足家庭使用需求，其检测信号通过无线传感网络传送到家庭WEB网关平台，并通过家庭网关进行后续信号的处理。无线传感网络采用ZigBee技术。ZigBee这种新型的无线网络具有抗干扰、低功耗、易组网等特点，能够满足物联网行业的需求。本设计选用的ZigBee芯片为CC2430芯片。该芯片是世界上首款符合ZigBee标准的射频单芯片，其频率为2.4GHz，由CHIPCON公司设计，适用于多种ZigBee标准的无线网络节点以及与之相关的路由器、协调器和终端设备等。CC2430芯片集成度很高，只需较少的器件就可以组建一个完整的系统进行信号的接收和发送。在硬件电路的基础上，配合相应软件就可以实现温湿度信号的采集和报警。为了实现对温湿度的检测和控制，除了由上述温湿度检测电路向家庭网关传送数据外，还需要设计一个接收控制命令的执行机构。本文选用以标准CC2430模块为核心的智能插座，并在扩展继电器控制电路，根据开关命令实现继电器的通电和断电。继电器的通电和断电由CC2430的一个输出引脚控制。智能插座硬件节点电路如图1所示。当三极管由导通变为截止时，继电器线圈会出现较大的感应电势，为了保护三极管，在继电器两端反向串联一个续流二极管4418，以吸收该电势。
2.2安防监控子系统的设计安防监控子系统的硬件电路结构如图2所示。其中，气敏传感器负责检测燃气的泄漏情况。本设计选择QM-N5型气敏传感器，当其检测到燃气泄漏时，电导率迅速升高，将此信号放大后通过CC2430模块传送给主控器。热释电红外传感器是基于热电效应的红外传感器，其热电系数高于热电偶，由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成，通过配套的菲尼尔透镜，能够检测到一定范围内的人体辐射，并进行防盗报警。火灾报警选用烟雾传感器，当检测到烟雾时，传感器的电阻值发生变化，并输出相应的信号进行报警。
3嵌入式网关设计
物联网网关在智能家居控制系统中占据非常重要的地位，它起着承上启下的作用，是连接服务器与终端设备的枢纽，且负责运营商网络和家庭内部网络的交互访问。此外，用户对家居设备的远程控制和管理也需要通过物联网网关完成。本设计的物联网网关采用S3C2440芯片作为主控制器。S3C2440是以ARM920T为核心的RISC微处理器。该芯片具有低功耗和高性能的特点，能够满足设计需求。家庭网关系统结构如图3所示。主控制器S3C2440和ZigBee模块、3G模块的连接通过USB接口实现。
4监控界面设计
利用北京亚控科技发展有限公司开发的组态软件Kingview6.53来设计监控界面。Kingview软件是用于过程控制和数据采集的专用软件，提供资源管理模式的操作界面，使用灵活，支持多种主流硬件设备，包括艾默生、欧姆龙、西门子等各厂家的PLC系列、智能仪表系列、智能模块系列、板卡系列等。Kingview软件具有较强的通信功能，并提供OPC接口、网络等功能，在国内市场占有很大的比例。
4.1基于Kingview的设备驱动设计Kingview软件将与其通信的设备都看作是外部设备。为实现与外部设备的通信，Kingview软件内置了大量设备的驱动程序，以此作为通讯接口。在运行期间，Kingview软件通过驱动程序和外部设备收发数据。每一个驱动程序都是Kingview软件的一个COM对象。这种通信方式使驱动程序和Kingview软件组成一个完整的系统。Kingview软件驱动程序是其与硬件设备连接的枢纽，本设计中的通信协议采用小端模式，即默认数据格式为低字节数据在前。该协议定义了光强感测设备、灯光控制设备、温湿度检测设备、电能检测设备、人体检测设备、燃气泄漏检测设备、智能插座、幕布控制设备共八类设备。利用驱动加载工具将驱动加载到Kingview软件中需要以下三步：①给该驱动配置一个描述文件（扩展名为.des）。该描述文件不能单独使用和操作，只能配合驱动文件一起安装使用。②在建好.des文件后，利用驱动开发包工具加载安装驱动。③打开Kingview软件的工程管理器，点击“设备”，然后再点“新建”，出现“设备配置向导”，在“设备驱动”一栏即可看到新加载的驱动。
4.2基于Kingview的监控界面设计监控界面是使用者操控底层设备的界面，通过监控界面可以实现对家居设备的全面检测和实时控制。利用Kingview软件开发工程的一般步骤如下：设计图形界面，即定义画面；定义设备；构造数据库，即定义变量；建立动画连接；运行和调试。
5结束语
综上所述，智能家居控制系统的应用使得家庭生活更安全、方便，提高了人们的生活质量，具有良好的应用前景。本文设计的基于物联网的智能家居控制系统不仅能够将整个家居中可连接到网络的所有电气设备有机整合到一起，并对这些设备进行有效控制，还能够实现对整个系统的实时监控和管理，具有实现简单、性能稳定、适用范围广、安全、可靠等优点，值得被广泛推广和应用。
参考文献
［1］姜宇航.基于物联网的智能家居控制系统设计［D］.长春：吉林大学，2014.
关键词：智能家居 控制系统 嵌入式
中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）02（b）-0032-01
智能家居也叫智能住宅，英文叫 Smart Home。也可以叫做网络家庭、电子家庭、家庭自动化等等。智能家居首先由美国、欧洲等经济比较发达的国家提出来的。其目标就是：“通过家庭内部的一个智能系统，将各种信息家电连接起来进行集中的或异地的监视控制”。
本文智能家居系统的设计，稳定可靠的硬件是基础，也是系统的重要组成部分。我们做系统硬件设计的时候，要考虑到它实现我们需要的各项功能，还要考虑到系统升级所需要的多端口和空间；还有，在设计智能家居系统的时候，硬件设计还要兼顾到软件设计的方便和易开发等条件。
本文设计的智能家居系统分为主机和分机两个部分。主机采用ARM9芯片S3C2440作为CPU，分机采用ARM9芯片CC2430作为控制器。系统整体框图如图1所示。
主机MCU S3C2440采用了ARM920t 的内核，0.13 um的CMOS标准宏单元和存储器单元。它低功耗，简单，全静态设计非常适合于对智能家居这样低成本、低功率设计的应用。它采用了新的总线架构 （AMBA）。S3C2440的优点是核心处理器（CPU），是一个由Advanced RISC Machines 有限公司设计的16/32位ARM920T的RISC处理器。ARM920T实现了MMU，AMBA BUS和Harvard高速缓冲体系结构。这一结构具有独立的16KB指令Cache和16KB 数据Cache。S3C2440为智能家居系统提供一套完整的通用系统外设，减少整体系统成本和尽可能少的配置额外的组件。
本智能家居系统主机MCU S3C2440的设备有人机接口LCD触摸屏，用来发送指令或处理接受到的分机的指令；USB摄像头是智能家居系统的监控单元，能实时的监控周围的环境，由于USB摄像头监控的视频画面所占存储空间较大，所以我们还需外加存储器来存储视频画面。
本智能家居系统主机与分机间的联系采用Zigbee无线通信。Zigbee是无线传感器网络的新技术。Zigbee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议。这个协议规定的都是短距离、低功耗的一种曲线通信技术。Zigbee具有距离近、复杂度低、自组织、功耗低、数据低、成本低的特点。一般会被自动控制和远程控制等领域使用，可以嵌入各种设备。总之，ZigBee就是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。
本系统采用的Zigbee技术有自动组网的功能，比如每人持有一个Zigbee网络模块终端，只要他们彼此间在网络模块的通信范围内，通过彼此自动寻找，很快就可以形成一个互联互通的Zigbee网络，由于人员的移动，彼此间的联络还会发生变化，对原有网络进行刷新，所以本系统的主机与分机在一定范围内可完成实时通信；ZigBee网络采用动态路由的方式，动态路由，就是指网络中数据传输的路径，并不是预先设定的，而是传输数据前，通过对网络当时可利用的所有路径进行搜索，并决定它们的远近，然后选择其中的一条路径进行数据传输。在实际工业现场，往往预先确定的传输路径，随时都可能发生变化，或者因各种原因路径被中断了，或者过于繁忙不能进行及时传送，动态路由结合网状网拓扑结构，就可以很好解决这个问题，从而保证数据的可靠传输；Zigbee技术使用网状网通信方式，网状网通信实际上就是多通道通信，在实际工业现场，由于各种原因，往往并不能保证每一个无线通道都能够始终畅通，就像城市的街道一样，可能因为车祸，道路维修等，使得某条道路的交通出现暂时中断，此时由于我们有多个通道，车辆（相当于我们的控制数据）仍然可以通过其他道路到达目的地，而这一点对智能家居系统非常重要。
CC2430是一个真正的系统芯片（SoC）CMOS解决方案。这种解决方案能够提高性能并满足以ZigBee为基础的2.4 GHz ISM波段应用，及对低成本，低功耗的要求。它结合一个高性能2.4 GHz DSSS（直接序列扩频）射频收发器核心和一颗工业级小巧高效的8051控制器。CC2430在单个芯片上整合了ZigBee射频（RF）前端、内存和微控制器。
CC2430使用的是基于低-中频结构之上的接收器，经过低噪声放大器将从天线接收的RF信号放大并且下变频变为2 MHz的中频信号。中频信号通过滤波、放大，然后经过A/D转换器转变成数字信号。自动增加控制，信道过滤，在数字领域完成解调，这样会获得高精确度，增加空间利用率。工作在2.4 GHz ISM波段的不同系统可以在集成模拟通道滤波器下良好共存。
位映射和调制在发射模式下的完成是按照IEEE 802.15.4的规范进行的。利用数字方式完成调制（和扩频）。进过D/A转换器的被调制的近代信号再经过单边带调制器的低通滤波和直接上变频，转变为射频信号。最后，片内功率放大器会把高频信号发达到可以设计的水平。
参考文献
[1] 孙廷才.嵌入式系统与信息化[J].自动化博览，2005，12：6-8.
[2] 祝谨惠.浅谈数字社区和家庭自动化[J].山东电大学报，2005（3）：47-48.
[3] 杨晓林.现代住宅综合小区智能化电气设计[J].建筑管理现代化，2005（4）：22-24.
智能家居系统产品取代了传统的灯光及家电控制模式，在为您提供安全保障的同时，让您轻松享受生活。在外您可通过电话、电脑来远程遥控您的家居，例如在回家的路上提前打开家中的空调和热水器；到家开门时，借助门磁或红外传感器，系统会自动为您拉上窗帘、打开过道灯，让家处于最佳的状态迎接您的归来；回到家里，通过遥控器您可以方便地控制房间内的各种电器设备，设置所需的预置场景，让懂得生活的您有更充裕的时间来享受更舒适的生活。
二、系统功能介绍
家庭远程自动化控制和监控功能
现代家庭拥有越来越多的家用电器设备，家庭智能化系统可以对这些家电设备进行远程控制和监控功能。业主可以根据需要以及光线的变化来控制电器设备和照明灯光的开或关，使用者还可以控制家中空调设备的启停以及温度的高低。纵使控制主机故障，只要系统电源不中断，亦不影响其它家电设备及灯光的控制。避免因系统故障而对家居生活产生的影响。
多种控制方式
家庭智能化系统对家庭中的任何一件电器产品都可有五种控制方式来选择，即：
1）直接操作智能模块上的按键进行控制和调节；
2）在智能控制主机的键盘上输入操作码控制；
3）在户内通过射频（RF）遥控器进行控制和调节；
4）在异地通过电话进行远程控制；
5）在异地通过INTERNET网络控制。
系统状态监测
家庭智能化系统可以通过系统的控制状态反馈检测，以语音方式通知业主目前家中每个模块的运行状态，有效防止误操作，这一点是家庭智能化系统所特有的功能。当业主一旦进行误操作时，系统不但不会执行指令，同时还会通过语音方式提示操作者：“电源关或闭”。通过这一点就可以说明家庭智能化系统的卓越功能和智能水平。
联动联控
家庭智能化系统由于采用了控制网络技术，从而彻底改变了传统的控制方式。家庭智能控制系统可以实现的联动控制方式主要有以下几种：
1）场景控制：在很多情况下，我们希望能够通过灯光来营造美好的家庭气氛，使生活更加丰富多彩。然而好的灯光效果往往需要多个灯具共同作用才能实现。家庭智能化系统的场景控制功能可以将常用的各种场景模式保存起来，并把控制指令定义给任意一个开关模块的任意一个按键上，需要时只要按一下对应的按键，室内所有的灯具就会按照预先的定义产生动作，营造出主人希望的灯光效果和气氛。比如，当主人离开厨房前按下厨房灯光控制模块上的某一按键时，系统会将厨房、书房、客厅的灯光调暗，打开餐厅的灯光、关掉各个卧室的灯光，从而营造出就餐气氛。与此相类似，我们还可以定义会客场景、休闲场景、庆祝节日等场景的灯光照明模式；
2）报警联动控制：当室内发生报警时，系统可以在向外发出报警信息的同时打开室内的照明灯光、启动警号等；
3）设/撤防联动控制：当主人外出前启动安全防范系统的同时，系统可以联动切断某些家用电器的电源，比如关掉所有的灯光，切断电熨斗、电水壶、电视机等家用电器的插座电源等；
4）定时控制：家庭智能控制系统提供一个定时控制器。通过对定时控制器的设置，可以实现对系统各个模块的定时控制。比如根据定义，家庭饮水机可以在早餐前10分钟开启，并在早餐结束或上班前关掉饮水机，以此来延长饮水机的使用寿命、节能节源。
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