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智能家居的物联网技术及其应用综述
摘
要
在经济发展的大背景之下
，
我国的智能家居
也出现了蓬勃的发展局面
，
智能家居
本身具有高效能，
便利，
智能化以及安全性能较佳的特性，
可以为人们
的生活营造出安全，
舒适的氛围
。
因此其发展对于社会发展具有重要意义。
就目
前的形势来看，
智能家居在我国的发展趋势十分乐观。
本文通过分析国内近期的
智能家居论文，
解读了我国智能家居的
发展现状，
物联网在家居方面的应用技术，
对智能家居的概念进
行概述，阐述了我国智能家居的发展趋势。
关键词
智能家居
物联网
应用
综述
1
引
言
<
/p>
智能家居是以住宅为平台
,
利用综合布线
技术、网络通信技术、智能家居
-
系统设计方案安全防范技
术、
自动控制技术、
音视频技术将家居生活有关的设施
集成
,
构建高效的住宅设施与家庭日程事物的
管理系统
,
提升家居安全性、便利
性、
舒适性、艺术性
,
并实现环保节能的居住环境。随着人们生活水
平的提高以
及计算机技术、通信技术和网络技术的发展
,
智能家居逐渐成为未来家居生活的
发展方向。智能家居不仅能给用户提
供安全、健康和舒适的生活环境
,
而且用户
能够远程监控自己的家居状态和控制家庭电器设备。在智能家居控制系统中
,
采
用无线网络技术可以解决有线网络布线麻
烦
,
网络节点多
,
使用电缆数量庞大等
问题
,
更符合
家庭网络简洁性、灵活性、模块化、扩展性及独立性的通信特点
,
将无线网络技术应用于家庭网络已经成为主流趋势
本文分析了当前比较流行的几种的智能家居控制方案，和相应控制系统硬
[1]
件、
通信协议及软件流程。
综
合分析了当下国内的智能家居物联网技术，
对当下
的技术做了一
个综述。
2.
系统总体设计
物联网的体系架构通常分为感知层，网络层和应用层，如图<
/p>
1
。感知层由各
种传感器构成，是物联网
识别物体，采集信息的来源。网络层由各种网络，包括
互联网，广电网，网络管理系统和
云计算平台等组成，是整个物联网的中枢，负
责传递和处理感知层获取的信息。
应用层是物联网和用户的接口，
它与行业需求
结
合，
实现物联网的智能应用。
目前，
我
国智能家居系统内部以房地产开发商为
主建设，
构建家庭网络及
家居控制系统；
延伸至智能家居的小区通信网络以通信
运营商为
主建设，
并与公共通信网络互联。
综合我国智能家居领域的应用
，
可将
物联网智能家居系统分为智能家居感知层，
公共通信网络层，
智能家居应用层
[2]
。
文结合技术体系架构，分析其各层次的技术应用与趋势。
图
1
无线智能家居网络示意图
2.1
智能家居感知层
智能家居感知层由各
种终端设备传感器及智能家居网关组成。
包括了各种与
家电、家
居相关的传感器、控制器、执行器及识别装置等，以及有线网络结合无
线泛在网络的物理
连接。
这一层还包括不同接入方式的
MAC
子层和链路控制子
层，
对上层网络层提供统一的接口，
屏蔽异构网络之间的差异；
进行不同形式家
庭通信网络间的
MAC
协议数据单元
(
PDU)
映射，以支持不同网络间进行方便互
通；支持动态智能
的有线及多种无线网络的接入及选择
智能家居网关支持家庭内的通过有线
O
无线方式构成的网络，
包括各类现场
总线，以太网，
G
.hn
，
WAPI
，
ZigBee
，
RFID
，
Bluetooth
等
;
支持公共通信网络
接入家庭，其中
，有线接入方式可支持
FTTH<
/p>
，
xDSL
，
x
PON
等，无线接入方
式可支持
2.5
G
，
3G
，
4
G
等。
2.2
智能家居网络层
主要包括家庭内部网络和骨干网络接入两个部分。
家庭内部组网支持的有线<
/p>
方式包括：
电子载波
X-10
和
CEBUS
、
电话线<
/p>
HomePNA
、
以太网
IEEE802.3
和
802.3u
< br>、
串行总线
USB1.1
、
USB2.0
和
IEEE1394
等；无线方式包括：无线局域网、家庭射
频技术、蓝牙、
红外、
Zigbee
等。网
络接入层通过家庭网关与业务网关，实现
不同应用协议规范的互联互通互操作，并与骨干
网络实现无缝连接。
2.3
智能家居应用层
家庭终端是各类家庭控制设备的控制与管理平台，
实现家居传感器信号的采
集，
控制与传输。
家庭终端应具备各类家庭情景控制模式，
具备移动控制终端
(
如
平板电脑，手机等功能，且平板电脑，手机
还可作为智能家居的远程控制终端。
此外，家庭终端还应具备泛在物联服务延伸至智能家
居的管理平台功能。
3.
系统硬件设计
3.1
主控模块
主控模块是智能家居的大脑，子系统是智能家居的四肢。主控模块，负责子
系统的信息集
中、存储、分析和决策。嵌入式芯片发展使主控模块越来越精巧，
功能日益丰富。
嵌入式技术的发展，特别是嵌入式控制芯
片在功耗、速度、集成度方面的持
续发展，
使用单片控制芯片完
成整个系统的控制成为可能。
主控模块从图
2
< br>中可
以看出要完成以下工作：和子系统的联网、
GPRS
通信功能、以太网通信功能、
显示功能、监控软件等。
图
2
主控模块框图
3.2 GPRS
模块
GPRS
模块主要实现在智能家居中的远程信息采集及控制，因此
GPRS
模块应
能够接受请求信息（接收短信）及
返回信息给客户端（发送短信）
，另外该模块
还应具有联系人管
理功能。
GPRS
模块选用西门子公司的
MC35i
模块
,
可以快速可靠的实现系统中的数
据传输、语音传输、短消息传输。
MC35i
模块主要由
GSM
基带处理器、
GSM
射频
模块、
供电模块、
闪存
、
ZIF
连接器、
天线接口组成。<
/p>
模块的工作电压为
3.3-4.8V,
可以工作在
900MHz
和
1800MHz
两个频段。
3.3
ZigBee
通信射频模块
ZigBee
是
IEEE
802.15.4
协议的代名词。
根据这个协议规
定的技术是一种短
距离、低功耗的无线通信技术。其特点是近距离、低复杂度、自组织、
低功耗、
低数据速率。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。
相比其它几种无线通信技术，它具有：更高的安全性（拥有
128K
的高级加密技
术在全球目前还没有攻
破的先例）
；更可靠的稳定性（拥有跳频，直续扩频和网
络自愈
功能，蜂窝型结构，使用越广泛稳定性能越好，适合于大面积布网。
）
< br>；更
强大的组网能力（拥有星型网，树状网，网状网的多种组网方式，组网能力强
大
到理论上能达到
65000
多个设备
，
我们的网关测试外挂
2500
个传感
器延时仅
1.2
秒）
。所以是作为智能
家居应用技术的首选技术。
Z i g B e e
通信射频模块选用
CC2420,
该模块是
Chipcon
公司推出的首款
符合
2.4GHz
IEEE802.15.4
标准的射频收发器
,
它基于
Chipcon
公司的
SmartRF
03
技术
,
以
0.18um
CMOS
工艺制成
,
只需极少外部元器件
,
性能稳定且功耗极低。
CC2420
有
33
个
16
位配置寄存器、
15
个命令选通寄存器、一个
128
字节的
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