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(xiàn)，直到1984年美國聯(lián)合科技公司（United Technologies Building System）將建筑設(shè)備信息化、整合化概念應(yīng)用于美國康乃迪克州（Conneticut）哈特佛市（Hartford）的CityPlaceBuilding時，才出現(xiàn)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(jīng)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(wǎng)絡(luò)和綜合布線技術(shù)，通過家庭信息管理平臺將與家居生活有關(guān)的各種子系統(tǒng)有機地組合成一個系統(tǒng)。具體來說，就是首先在一個家居中建立一個通訊網(wǎng)絡(luò)，為家庭信息提供必要的通路，在家庭網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的控制下，通過相應(yīng)的硬件和執(zhí)行機構(gòu)，實現(xiàn)對所有家庭網(wǎng)絡(luò)上的家電和設(shè)備的控制和監(jiān)測。其次，它們都要通過一定的網(wǎng)絡(luò)平臺，構(gòu)成與外界的通訊通道，以實現(xiàn)與家庭以外的世界溝通信息，滿足遠(yuǎn)程控制、監(jiān)測和交換信息的需求。最終達(dá)到滿足人們對安全、舒適、方便和綠色環(huán)保的需求。
隨著社會經(jīng)濟結(jié)構(gòu)、家庭人口結(jié)構(gòu)以及信息技術(shù)的的發(fā)展變化以及人類對家居環(huán)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(chǎn)品不僅要滿足一些基本的需求，更要求智能家居系統(tǒng)在功能擴展、外延甚至服務(wù)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(fā)展，人們對于自己生活質(zhì)量上的追求也在不斷進步著，從20世紀(jì)中期人民期盼的“樓上樓下，電燈電話”到現(xiàn)在的“手機、空調(diào)、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(jì)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(rèn)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(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、智能家居-系統(tǒng)設(shè)計方案安全防范技術(shù)、自動控制技術(shù)、音視頻技術(shù)將家居生活有關(guān)的設(shè)施集成，構(gòu)建高效的住宅設(shè)施與家庭日程事務(wù)的管理系統(tǒng)，提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術(shù)性，并實現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的居住環(huán)境。
3、ZigBee技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)背景下智能家居的理解
ZigBee最初預(yù)計的應(yīng)用領(lǐng)域主要包括消費電子、能源管理、衛(wèi)生保健、家庭自動化、建筑自動化和工業(yè)自動化。隨著物聯(lián)網(wǎng)的興起，ZigBee又獲得了新的應(yīng)用機會。物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)邊緣應(yīng)用最多的就是傳感器或控制單元，這些是構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)的最基礎(chǔ)最核心最廣泛的單元細(xì)胞，而ZigBee能夠在數(shù)千個微小的傳感傳動單元之間相互協(xié)調(diào)實現(xiàn)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(shù)據(jù)從一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點傳到另一個節(jié)點，所以它的通信效率非常高。這種技術(shù)低功耗、抗干擾、高可靠、易組網(wǎng)、易擴容，易使用，易維護、便于快速大規(guī)模部署等特點順應(yīng)了物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的要求和趨勢。目前來看，物聯(lián)網(wǎng)和ZigBee技術(shù)在智能家居、工業(yè)監(jiān)測和健康保健等方面的應(yīng)用有很大的融合性。
值得注意的是，物聯(lián)網(wǎng)的興起將給ZigBee帶來廣闊的市場空間。因為物聯(lián)網(wǎng)的目的是要將各種信息傳感傳動單元與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來從而形成一個巨大的網(wǎng)絡(luò)，在這個巨大網(wǎng)絡(luò)中，傳感傳動單元與通信網(wǎng)絡(luò)之間需要數(shù)據(jù)的傳輸，而相對其他無線技術(shù)而言，ZigBee以其在投資、建設(shè)、維護等方面的優(yōu)勢，必將在物聯(lián)網(wǎng)型智能家居領(lǐng)域獲得更廣泛的應(yīng)用。
二、方案示意圖
作為一個標(biāo)準(zhǔn)的智能家居，需要覆蓋多方面的應(yīng)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(tǒng)需要包含無線網(wǎng)關(guān)以及多種傳感器控制設(shè)備。
三、方案架構(gòu)
網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖
多種傳感器或者控制設(shè)備，通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)與家庭無線網(wǎng)關(guān)交互通信。最后通過無線網(wǎng)關(guān)將上述控制信息在互聯(lián)網(wǎng)上共享。
四、相關(guān)設(shè)備簡要說明
1、無線網(wǎng)關(guān)
是所有無線傳感器和無線聯(lián)動控制設(shè)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(wǎng)關(guān)傳到授權(quán)手機、平板電腦、電腦等管理設(shè)備；另外某些控制命令由管理設(shè)備通過無線網(wǎng)關(guān)發(fā)送給聯(lián)動設(shè)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(wǎng)關(guān)發(fā)送給主人手機，手機收到信息發(fā)出震動鈴聲提示，主人確認(rèn)后發(fā)出控制指令，電磁門鎖自動落鎖并觸發(fā)無線聲光報警器發(fā)出報警。
2、無線智能調(diào)光開關(guān)
該開關(guān)可直接取代家中的墻壁開關(guān)面板，通過它不僅可以像正常開關(guān)一樣使用，更重要的是它已經(jīng)和家中的所有物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備自動組成了一個無線傳感控制網(wǎng)絡(luò)，可以通過無線網(wǎng)關(guān)向其發(fā)出開關(guān)、調(diào)光等指令。其意義在于主人離家后無需擔(dān)心家中所有的電燈是否忘了關(guān)掉，只要主人離家，所有忘關(guān)的電燈會自動關(guān)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(guān)閉，同時你夜間起床時，燈光會自動調(diào)節(jié)至柔和，從而保證睡眠的質(zhì)量。
3、無線溫濕度傳感器
主要用于探測室內(nèi)、室外溫濕度。雖然絕大多數(shù)空調(diào)都有溫度探測功能，但由于空調(diào)的體積限制，它只能探測到出風(fēng)口空調(diào)附近的溫度，這也正是很多消費者感覺感覺其溫度不準(zhǔn)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(nèi)準(zhǔn)確的溫濕度。其現(xiàn)實意義在于當(dāng)室內(nèi)溫度過高或過低時能夠提前啟動空調(diào)調(diào)節(jié)溫度。比如當(dāng)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(diào)自動降溫，等你回家時，家中已經(jīng)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(dāng)你呆在空調(diào)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(fā)揮作用，它可以告訴你現(xiàn)在戶外的實時溫度，根據(jù)這個準(zhǔn)確溫度你就可以決定自己的穿著了，而不會出現(xiàn)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(guān)，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(yīng)用。當(dāng)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(zhuǎn)發(fā)器
這個產(chǎn)品主要是用于家中可以被紅外遙控器控制的設(shè)備，比如空調(diào)、電動窗簾、電視等等。通過無線紅外轉(zhuǎn)發(fā)器，你可以遠(yuǎn)程無線遙控空調(diào)，你也可以不用起床就關(guān)閉窗簾等。這是個很有意義的產(chǎn)品，它可以將傳統(tǒng)的家電立即轉(zhuǎn)換成智能家電。
6、無線紅外防闖入探測器
這個產(chǎn)品主要用于防非法入侵，比如當(dāng)你按下床頭的無線睡眠按鈕后，關(guān)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(shè)防，此時一旦有人入侵就會發(fā)出報警信號并可按設(shè)定自動開啟入侵區(qū)域的燈光嚇退入侵者。或者當(dāng)你離家后它會自動設(shè)防，一旦有人闖入，會通過無線網(wǎng)關(guān)自動提醒你的手機并接受你手機發(fā)出的警情處理指令。
7、無線空氣質(zhì)量傳感器
該傳感器主要探測臥室內(nèi)的空氣質(zhì)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(zhì)量告訴你目前室內(nèi)空氣是否影響健康，并可通過無線網(wǎng)關(guān)啟動相關(guān)設(shè)備優(yōu)化調(diào)節(jié)空氣質(zhì)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(shù)人睡覺時會關(guān)閉房門，此時有人來訪按下門鈴，在房間內(nèi)很難聽到鈴聲。這種無線門鈴能夠?qū)粹徯盘杺鬟f給床頭開關(guān)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(wǎng)關(guān)傳遞給你的手機，而這對你了解家庭的安全現(xiàn)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(dāng)你在家時，門、窗磁會自動處于撤防狀態(tài)，不會觸發(fā)報警，當(dāng)你離家后，門、窗磁會自動進入布防狀態(tài)，一旦有人開門或開窗就會通知你的手機并發(fā)出報警信息。與傳統(tǒng)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(guān)閉的時間并及時通知授權(quán)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(tǒng)。一般工作流程是土壤濕度傳感器將土壤含水情況發(fā)送給無線網(wǎng)關(guān)，一旦土壤缺水，無線網(wǎng)關(guān)就會發(fā)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(wǎng)關(guān)，并通過網(wǎng)關(guān)保存在手機或其它設(shè)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(guān)閉所有該關(guān)閉的電器同時啟動安全系統(tǒng)進入布防狀態(tài)。比如啟動無線紅外防闖入探測器、窗磁、門磁等進入預(yù)警布防狀態(tài)。另外它也能幫助你啟動夜間的照明模式，比如當(dāng)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?xì)庑孤﹤鞲衅?br/>
該傳感器主要是探測家中的燃?xì)庑孤┣闆r，它無需布線，一旦有燃?xì)庑孤ㄟ^網(wǎng)關(guān)發(fā)出報警并通知授權(quán)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(zhǔn)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(jīng)通過無線網(wǎng)關(guān)傳到了你手機上了。
五、解決方案總結(jié)
以上是一個典型的基于ZigBee物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)，用戶可采用以智鶴科技研發(fā)的ZH-IOT-S1為基礎(chǔ)進行開發(fā)。
該開發(fā)系統(tǒng)以Cortex M3處理器作為無線網(wǎng)關(guān)，通過嵌入lwIP輕型TCP/IP協(xié)議棧，實現(xiàn)多個傳感器與多個網(wǎng)絡(luò)的交互。用戶可在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)上述所分析的智能家居系統(tǒng)。
當(dāng)然物聯(lián)網(wǎng)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(tǒng)包含、集成進來。
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