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1 智能家居的國內外發展情況

智能家居是指通過利用電腦、網絡、綜合布線技術等，建立家庭信息管理平臺，將家居生活中的各種子系統（防盜報警系統、家電控制系統等）聯系成一個整體，通過一定的媒介平臺，如電腦網絡、有線電話、GSM網絡等，構成家庭信息與外界的溝通的通道，實現家居用品的遠程控制和監測，滿足人們對家居系統安全、舒適、方便方面越來越高的要求。隨著科技的進步和人們對居住環境要求的提高，只能家居系統擁有廣闊的發展前景。

智能家居系統概念最初是在1984年提出的，美國聯合科技公司（United Techno1ogies Building System）將建筑設備信息化、整合化概念用到CityPlace—Building，出現了“智能型建筑。到上世紀80年代，開始出現采用電子技術的家電，結合家用電器、通信設備和安全防范設備形成住宅自動化的概念。80年代末，隨著通信技術和信息技術的迅猛發展，在美國出現了Smarthouse，是通過總線技術對住宅中的童心、家電、安防設備進行監控與管理的系統。從此，智能家居的概念基本建立。上世紀末，新加坡推出了家庭智能化系統，在現場模擬中看到已有較為晚上的報警、監控、控制功能，同時還有一些使家居生活更加方便、舒適的功三表抄送、電話接入等功能。但由于家庭自動化設備的安裝費用較高，市場并未真正打開。

我國上世紀末引入了智能家居，智能家居在我國發展逐漸被人們熟悉，現在逐步進入快速發展的時期。2000年，我國召開了首屆國際建筑智能化峰會，智能化家居開始在國內推廣，到2005年，我國信息產業部批準《家庭網絡平臺》和《信息設備資源共享協同服務》兩個技術標準，只能家居在我國取得飛速的發展，到現在，我國已有10余家企業相繼加入這個行業，如居美宜家和天津瑞朗智能家居電子科技有限公司，中國的智能家居市場逐漸被打開。智能家居的概念被越來越多的人所熟悉，有不少人在裝修時會考慮智能家居的購買，智能家居系統逐漸進入了一些的大型社區，進入市民的生活。近年來我國房地產業的迅速發展也使智能家居受到更多的關注，智能家居成為房地產開發商的炒作的賣點，將智能家居引入新建樓盤中。隨著市場的擴大，很多廠家都將自己原來單一的產品進行技術整合，加入智能家居控制使其功能更加完善和人性化，從而取得更好的經濟效益，也使智能家居控制更加普及。隨著智能家居有其方便、安全、人性化的優點，很多消費者都在考慮選擇智能家居產品。

雖然我國智能家居的發展前景令人欣慰，但也存在很多阻礙因素。我國智能家居發展還不成熟，缺乏統一的設計和評價標準，市面上的產品穩定性和可靠性還不夠，安裝和吊飾成本高，一般公民承擔不起，不能大范圍普及，另外還缺乏各行業之間的良好的合作體系，這些問題都限制了智能家居的發展。

2 智能家居控制系統的構成

智能家居要實現的主要功能包括：遙控控制功能、高加密（電話識別）多功能語音電話遠程控制功能、定時控制功能、集中控控制功能、場景功能、網絡遠程控制功能、全球網絡視頻監控功能、安防報警功能、影音設備共享功能、數字家庭客廳娛樂系統、背景音樂系統、指紋鎖、新風空氣調節方案、寵物保姆，概括起來主要是家庭安全防范、家庭設備自動監控、設備遠程控制、家庭通信幾方面的功能。

智能家居系統主要的組成部分是：系統服務器、家庭控制器、路由器、電纜調制解調器頭端設備CMTS、交換機、通訊器、控制器、無線收發器、探測器、傳感器、執行機構、打印機等。其中系統服務器、家庭控制器、路由器、電纜調制解調器頭端設備CMTS將家電設備聯系在一個網絡中，構成家具設備之間、同外界的信息交流的通道，交換機、通訊器實現信息的交換，探測器、傳感器將設備相關的信息傳遞給控制器或者通訊器，控制器接受設備相關信息輸出控制信號實現家居設備的控制、調節，執行機構接受控制器的控制信號，實現家居設備的開關和調節，如繼電器等，打印機用于打印一段時間家居控制系統的工作情況。

3 智能家居系統的相關技術

智能家居系統綜合了多種先進的技術，包括計算機技術、數字技術、網絡通信技術和綜合布線技術等，都是較為先進的科學技術，計算機技術、數字技術、網絡通信技術是現在的熱門技術，還在迅猛的發展中，智能家居系統也會隨著這些先進技術的發展和更新換代而發展。

計算機技術是上世紀最偉大的科技發明之一，計算機已被人們大量使用，可完成算數、邏輯運算等，同時有大容量的存儲器，配件包括鼠標、鍵盤、顯示器、打印機等，功能強大。但是在智能家居控制系統中有時候會選擇功能沒有那么強大，體積小、價格便宜的微控制器，如單片機。數字技術是隨著計算機技術的發展而產生的技術，主要是將普通信號轉換為計算機可識別的二進制碼進行運算、存儲、傳送、還原的技術，在工作過程中還要完成信息的編碼、解碼和壓縮，也被稱為數字控制技術。網絡通信技術通過計算機和通信設備對圖形文字等信息進行采集、處理、存儲和傳輸，達到資源共享，是智能家具控制系統實現遠程控制的關鍵，近年來網絡通信技術發展得功能更加強大，形式更多樣化。綜合布線是建筑物內信息傳輸的網絡，使語音、數據通信設備、交換設備和其他信息管理系統相連，同時與外部網絡相連，是建筑物信息傳送的神經。

4 智能家居系統的發展預測

智能家居系統是因人們對家居生活的更高要求而產生的，它的發展也會因為人們的要求的變化而發展，把握住消費市場的方向，會跟著人們對家居系統的要求的提高而變得功能更多樣化，穩定性和可靠性都大大提高。智能家居是多種技術融合的產物，它的發展速度和發展的方向還會受到這些技術的發展的制約。下面本文從消費者和市場影響方面以及技術層面對智能家居控制系統的發展做出預測。

4.1 從消費者和市場影響看智能家居控制系統的發展

智能家居系統可以提供全方位的信息交換，優化人們的家居生活，提高家居生活的安全性、舒適度，做到能源的節約。因人們對家居生活要求的提高，智能智能家居要做到實用性、易用性和人性化，家居系統操作會越來越簡單，功能更加實用、更強大、更智能，擴展更多的生活服務和健康服務，功能會功能將會越來越精彩。

我國因為人口數量大，的城市住宅以密集型小區為主，因此家具的智能化要結合整個小區的智能化，將智能家居控制系統與小區的智能系統緊密聯系，而產生智能小區。智能家居控制系統多為小區配套系統是一段時間內智能家居的發展情況，但最終智能家居會獨立出來，可以根據用戶的喜好和需求自助選擇系統功能。

隨著智能家電的發展和成本的降低，智能家居控制系統必然會和家電行業結合，從而使智能家居系統配備家電產品。通過系統的整合，使整個系統的安裝和調試更加系統，減少重復投資，降低安裝和調試的費用，生產物美價廉的產品，使智能家居得到更好的普及，使智能家居走入一般人家，向“平民化”轉變。

“可持續發展”是現在的經濟和工業發展的主張，智能家居系統要通過智能化的手段達到節能減排，使用戶長期受益，智能家居才能在市場中有旺盛的生命力。

4.2 從相關技術的發展看智能家居控制系統的發展

智能家居控制系統涉及的技術領域都處在飛速的發展中，智能家居也會隨著這些技術的發展而發展和改變。

隨著數字技術的發展，智能家居控制系統在電路設計上會更多的采用集成電路，這樣可以使線路有很高的集成度，縮小體積，節約安裝成本，也有更高的可靠性。采用數字化的顯示方式，能提高顯示的效果。采用數字化的通信傳輸方式，例如家電遠程控制中就開始利用有線電話、有線網絡，結合我國的網絡普及程度還開始發展利用了GSM短信息數字通信平臺的遠程家電控制，具有較高的可靠性。

智能家居控制系統要通過網絡的連接實現各種家具設備之間的信息傳遞和家居系統和外界的信息傳遞。隨著網絡技術的不斷發展和普及，現有的有線組網技術（電話線、以太網、電力線）將逐漸被無線組網技術所取代，克服有線組網技術不限繁瑣、影響美觀、有剪線危險的缺點，無線組網技術無需布線，有安裝周期短、后期維護容易、容易遷移的優點，功能的實現也更容易。基于GSM、GPRS、藍牙技術、紅外技術、WiFi技術等的遠程控制較有線電話的遠程控制就有諸多優點，GSM在我國覆蓋面相當廣，易于實現，較有線網絡遠程控制（如利用英特網和計算機的遠程控制）功耗、成本低，安全性更高。今年還興起了ZigBee技術，有低成本、低功耗、高質量等優勢。

社會經濟的發展和信息化程度的提高要求只能家居有更強大的功能，功能需求的多樣化對智能家居的硬件平臺提出了更高的要求。傳統的單片機已不能滿足日益擴大的功能要求，嵌入式控制系統應用到智能家居控制系統中，采用多片單片機聯合控制或者是其他嵌入式系統平臺，采用一些運算速度快、穩定性高、便于升級、性價比較高的芯片，如PHILIPS公司生產的LPC2131芯片較傳統單片機就有很多優勢。

智能家居的操作界面也必將更方便簡潔，今年來的控制系統中已經開始采用彩色LED觸摸面板。控制顯示界面方面：加入3D立體成像動交界面的闡述；控制方面：加入聲控、動作控制等；遠程控制的方式也會更加多樣化，從以往的有線電話控制，發展更多的基于INTER網和GSM網絡的控制方式。今年興起的物聯網技術也將給智能家居的發展帶來新的契機。

5 總結

智能家居從上世界末進入中國以來已逐漸被人們所熟悉，它結合了計算機技術、數字技術、網絡通信技術和綜合布線技術，是多種先進技術融合的產物。到現在智能家居對人們來說已不是一個陌生的名詞，已經開始逐漸進入人們的生活，走進一些新興的大型小區，但是由于其安裝和調試成本較高，沒有確定的規范，沒有行業間的合作體系，智能家居在我國并沒有普及。隨著相關技術的發展和人們對家居系統不斷提出更高的要求，智能家居控制系統必將成為未來住宅的發展趨勢，走進普通居民的家居，進一步提高居民的家居生活品質與品味。

參考文獻：

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[2] 熊江.數字信息家電和智能家居系統的產業化研究[J].電腦知識與技術（學術交流），2007（1）：204—205.

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1 智能家居中PLC控制系統的總體設計

1.1 系統設計的總體框架

隨著現代科技的不斷進步和發展，智能時代已經到來。智能化已經運用到各行各業，而智能家居正在滿足這消費者的需求。消費者在家居中逐漸追求實用性、多功能性等等，這也是智能家居提高競爭力的關鍵。對于消費者的這些需求，作為智能家居中PLC控制系統正好能夠滿足這些需求。智能家居中PLC控制系統主要包括：智能家居設備控制、家居環境的實時檢測、安全防護等一些基本性的功能。智能家居中PLC控制系統也就是將用戶家中的電器、門窗、空調系統、供暖系統等等整合為一體，通過遠程遙控。當用戶開動遙控時，家用電器會自動打開、門窗會打開，室內溫度會自動調節，若發生危險時，報警系統會自動響應。

對于智能家居中PLC控制系統來說是為了滿足用戶的智能化需求，采用可編程控制器PLC技術和GSM短信息技術，在運用SMS進行信息的交互，主要包括自動控制、信息采集和遠程控制三個部分。

1.1.1 自動控制

這主要是將PLC作為主要的控制器，通過電器的開合控制交流電動機的正反轉來進行控制。比如以智能門為例，當用戶發出開門的信息時，這時PLC接收到信號，并給PLC一個輸入端，通過交流電機完成開門動作。

1.1.2 信息采集

也就是傳感器的信息采集，主要包括室內溫度濕度、煙霧、煤氣等，并將這些信息傳遞給PLC，PLC根據室內實際的情況，做出相應的指令，以保證室內的溫度、濕度的合理，安全性更加高。

1.1.3 遠程控制

用戶發出相應的指令傳感器傳給GSM信息模塊，以實現與PLC的信息交互，PLC通過用戶發出的指令，對家居狀態進行解讀，然后把信息傳遞給移動終端，如果檢測到危險信號，會立即把相關信息傳遞個PLC主控制器，主控制器接到信息，迅速與GSM進行串聯，再有GSM傳遞給用戶終端，發出報警信號，提高室內家居的安全系數。

1.2 系統中的硬件的設計

智能家居中PLC控制系統中的硬件設計主要是智能防盜門的硬件設計、傳感器系統的硬件設計和遠程監測系統的硬件設計。

1.2.1 智能防盜門的硬件設計

主要分為三個部分。第一，電源中硬件設計，主要采用單相橋式整流電路，增加兩個二極管連為一體的結構，實現交流電向中直流電的交換。第二，控制硬件系統，通過PLC控制電動機的運作，在輸出端需要小型的繼電器接入控制電路，使PLC控制正反向的輸出點，轉換并接觸到電機的控制。

1.2.2 傳感器系統的硬件設計

這一硬件設計中主要包括PLC、溫濕度傳感器、煙霧傳感器等構成。當室內的環境出現異常時，出現異常的端口會執行相應的信息做出相應的預警信號。

1.2.3 遠程監測系統的硬件設計

遠程監控系統是通過PLC串口通訊方式與GSM進行信息的交互，并擴展為一個通訊的板塊，安裝在選件的板槽位中，并將PLC與GSM信息板塊與串口線連接，以此能夠更加便捷的與相應的PC機、單片機以及其它的主控制器相連接。

1.3 系統中的軟件的設計

智能家居中PLC控制系統中的軟件設計主要是智能防盜門的軟件設計、傳感器系統的軟件設計和遠程監測系統的軟件設計三部分組成。

1.3.1 智能防盜門的軟件設計

智能防盜門中實現的軟件功能是：首先自動門受到用戶發出的相應信息是否開啟、關閉，在接受信息的過程中會遇到相應的阻礙，智能防盜門會根據相應的阻礙向相反的方向運作，如果遇到的障礙是比較危險的，那么智能防盜門會啟動強制停止的功能，避免危險的發生。

1.3.2 傳感器系統的軟件設計

傳感器系統中的軟件的設計主要是通過各種傳感器對家居環境進行相應的檢測，當檢測到的值超過限定值時，PLC就會做出相應的判斷，執行中斷的程序。同時，PLC也會檢測GSM的信息模塊是否接到了信息，如果接到了信息會將室內的環境信息傳遞給用戶終端。

1.3.3 遠程監測系統的軟件設計

遠程監測系統的軟件設計主要包括AT命令、PLC中斷程序的設計。AT命令是通過配置MODEM和相應的軟件共同工作以此來實現遠端系統完成相應的信息。在PLC串口中斷程序的設計中，通過相應的指令設計，然后通過指令給予相應的功能，這樣可以大大減輕PLC編程的影響。

2 結語

隨著現代科技的不斷發展，智能家居系統不斷豐富著人們的生活方式，越來越多的消費者享受智能家居帶來的便利，但對于智能家居的要求也越來越高，對于智能家居的穩定性和安全性成為主要的關注點，雖然在本文涉及到的PLC控制系統能夠提升智能家居的穩定性和安全性，但是內部也存在一些問題，這需要未來科技和更多的人才進行解決，以滿足更多消費者的需求。

參考文獻

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作者簡介

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電氣控制系統、消防報警系統、照明控制系統和安防門禁系統是完整智能家居網絡系統的重要構成部分，而網絡層、應用層和物理層是系統總體的機構，其中數據網絡、控制網絡和音頻視頻網絡是網絡層中所包括的，而應用層中則包括安全系統、家用電器和燈光系統等，物理層包括無線、電力線、電話線和雙絞線等傳輸媒介。系統總體包括的三個機構可以將信息的集中控制和輸入輸出等完美實現。

2智能家居網絡控制系統的解決方案

2.1基于單片機架構系統基于單片機架構系統是智能家居網絡控制系統三種解決方案中的一種，其處理單元是以單片機作為核心，并且共同組成控制系統的還要定制的硬件和軟件。基于單片機架構系統相較于普通系統有很大程度的提升，尤其是在易用性、專業性和適用性方面。不過，由于智能家居網絡控制系統在不斷地更新，其性能和功能都在增加，一片單片已經無法將其完全控制，所以在聯合控制的時候就會出現擴展能力不強、電路設計復雜和系統穩定性不高等問題，需要我們進一步解決。2.2基于PC機架構系統家居網絡的核心就是智能家居主控制器，并且家居網絡指的是將一定的傳輸介質和家庭內部聯系起來，實現資源共享。而PC機架構系統將家用電腦視為主控制器，將電腦作為處理器，通過太網和一些設備的連接，對家居設備進行規范和管理，這是一種十分先進的系統，將現代計算機的功能應用其中，并利用現代計算機的普及優勢將其不斷開發，但是PC機架構系統會使得智能家居控制系統的適用性有所下降，與此同時其成本也相對提高。并且PC機架構系統需要電腦24小時開機，對于電能損耗也是十分大的。2.3基于嵌入式架構系統所以嵌入式架構系統指的是以專門設計的嵌入式主控制器來作為智能家居網絡控制平臺，并且其核心是嵌入式系統，此系統可以將外部網絡和家居內部的連接實現，同時也可以將內部網絡中設備和信息家電的控制實現，其對比較復雜的應用十分適合，并且耗能也比較少，結構也相對簡單，這使得嵌入式架構系統成為家居控制器的首選。但是嵌入式架構系統也存在標準不統一、開發周期長等缺點，并且其應用面也相對來說窄一點，市場價格也偏高。嵌入式系統的智能家居網絡控制系統應該將其成本不斷降低，這樣才能在未來迎來更加廣闊的市場。

3智能家居網絡拓撲方案

3.1總線型結構智能家居網絡拓撲方案在拋開網絡物理連接的前提之下，對網絡系統的連接形式進行探討，也是網絡中各個站點連接的形式和方式。總線型結構是智能家居網絡中用的比較多的一種，其是指個節點傳感器和家電在一條總線上，沒有中心節點控制的時候，公用電線上的信息的傳遞方向是從發送信息的節點向兩端擴散的。并且，總線型結構中的每一個節點都會在接受到信息的時候，對地址進行檢查，并且總線型結構的擴充性較好，安裝也相對來說更容易，可靠性也很高。3.2星型結構智能家居網絡中應用比較多的另一個結構就是星型結構，其將傳感器和家中電氣以星型的方式連接起來，形成網，網絡的中央節點是主控制器，而家用電器和其他節點傳感器則是直接連接在主控制器上，這樣最大的優點就是便于建網，因為其結構十分簡單，并且這樣也可以將傳輸誤差、網絡延遲等現象大大減小。

4智能家居網絡組網方案

4.1有線傳輸方式有線傳輸方式是智能家居網絡控制系統內部傳輸接口的兩種傳輸途徑之一，并且有線傳輸方式主要包括電話線聯網、電力線聯網、以太網聯網和總線聯網。其中電話線聯網是通過電話線實現信息的傳遞，可以使家庭內部數據傳輸和電話業務互不干擾，并且其價格較低。而電力線聯網不光可以為家中所以電氣設備傳輸電能，另一方面還可以通過家庭內部電力線進行對外傳輸，在使用時不需要繁雜的布線。以太網聯網的優勢主要在于技術的成熟，并且其實現的成本比較小，不過家庭用戶不愿意使用以太網聯網，因為需要的費用太高。總線聯網的優點是技術較為成熟，并且其抗干擾能力也很強。4.2無線傳輸方式無線傳輸方式主要有藍牙技術聯網、IrDA紅外線技術聯網和ZigBee技術聯網。其中藍牙技術聯網可以組建相應的無線網絡，并且完全智能家居系統的需求，不過其通信距離比較短。而IrDA紅外線技術聯網是利用紅外線進行點對點通信，成本不高，設備也很簡單，傳輸速度也很高，不過其沒有標準的通信協議，對于家庭組網來說不太合適。ZigBee技術聯網是一種無線通信技術，并且適用于自動化系統。在近距離低速率無線通信協議方面較為完善，其主要優點在于成本較低，復雜度也不高，并且還可以雙向傳輸。4.3有線和無線方式組網比較有線方式組網在行業中已經有了一定的通用性，并且其技術也相較成熟。但是有線方式中的電話線、電力線等組網技術都存在一定問題，移動性比較低，在布線方面普遍都很麻煩，并且其擴展性也不高。而無線方式組網的移動性比較好，其擴展性也高，并且在安裝時還能省很多電纜連線，但是無線方式組網的質量不如有線方式組網，并且其傳輸信息也容易受到干擾。

5結束語

隨著我國綜合國力的不斷提升，國民生活水平不斷提高，其對于家庭網絡構建的安裝和使用有了更高的要求，但是我國如今還面臨著技術成熟度不夠、基礎設施不足等問題。智能家居網絡中最為領先的就是無線移動，其較強的移動性和擴展性受廣大群眾的喜愛，但是無線移動網絡依舊存在一些現實問題，需要我們不斷的優化。利用對幾種智能家居網絡控制系統的比較和分析，對其未來優化做出一定貢獻，為我國實現強國夢獻出一份力。

參考文獻

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[2]嚴建亮.基于嵌入式的智能家居網絡控制系統的研究與實現[D].南京郵電大學,2012.

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引言

智能家居系統是以住宅為平臺，通過計算機網絡把安防系統、家電、娛樂設施及照明設備實現現場或者遠程控制等現代智能化家居環境。針對現代家居中譬如家用電器種類繁多，操作繁瑣以及難以科學管理等問題，本文結合無線電通信技術和計算機控制等技術，探討一種無線智能家居控制系統的設計，使該系統實現對家用電器協調統一地控制。

一、概述

現代科技迅猛發展，隨之而來的智能家居日漸強勢，以其新穎優異的特性為當今社會的人們的家庭起居帶來了極大的方便和全新的理念，它注定代表著一種引領未來的趨勢。設計者開發的家庭總線技術將把家用電器、通訊設備以及家庭保安裝備等多種和信息相關聯的智能家居連接到一個智能系統上，然后對其采取集中的或多分散地監控與家務性質的管理，同時還要保證這些智能的家庭設施跟現實中的居住環境相協調。其實，這些功能的實現主要依賴于智能家居控制系統中的家庭網絡控制器，家庭總線系統屬于這種家庭網絡控制器，并通過它來為使用者提供各種優質服務，同時居住地之外的外部環境也與之相通連。換言之，智能住宅的核心就是智能家居系統，因此，智能家居系統在智能家庭中處于異常重要的地位。

有線方式和無線方式是智能家居系統控制的兩種解決方法。因為大多智能家居系統在工程布線方面十分麻煩，因此很多智能家居公司就著眼于解決這個問題來研發新的系統。伴隨著它的問題是較差的保密性、接入設備甚為昂貴、很難滿足音頻與視頻信號的傳輸等，雖然這些難題直到目前還沒有得到真正的、完美的解決，但是它終將伴隨著4G網絡技術的逐漸成熟而得到更好的改善和應用。即便價格稍微高一些，無線方式確實能很好地解決布線工程繁瑣的問題，并且隨著網絡技術的進步必能滿足音頻信號與視頻信號的基本傳輸。接下來將以2.4G射頻技術作為基礎，介紹一種性價比較高的、性能相對完善的智能家居控制系統。

二、設計方案探討

2.1 系統總體結構及工作原理

智能家居系統包含各家電設備和接口設備、主機和從機，主機和從機都具有一個無線收發芯片，主從機間通過收發無線數據來構建一種范圍較小的的無線智能網絡。網絡協議、系統軟件和系統硬件是無線智能家居控制系統總體設計的三個主要組成部分。

設計電路時的原則是要采用通用性、模塊化設備，關于網絡協議時參考OSI模型，同時結合nRF24L01芯片的特質。用一個系統主機來構建，本系統是以單片機為核心的，中心處理單元（CPU）的作用是處理系統的信號，選用集中控制技術作為控制方式，系統設備需要進行硬件功能的劃分，各硬件模塊都具有雙向交互通信的能力、互換性和互相操作性，統一設計、統一接口，它們的控制部件都可以進行編程，從而保證了模塊的實用性和通用性，有利于系統安全穩定。

nRF24L01（一種新型單片射頻收發器件），提供物理層數據服務和物理層管理服務，定義了物理無線信道和MAC子層之間的接口。nRF24L01是一種2.4GHz單片射頻收發芯片，包含頻率調制器、合成器、晶體振蕩器等功能，采用FSK調制，可實現點對點或是1對6無線通信。程序可以配置nRF24L01的輸出功率和通信頻道，有125個可選工作頻道，可用于跳頻，頻道切換時間短，通過跳頻可以減少干擾。對nRF24L01進行信道參數配置是通過MCU通過串口實現的，由nRF24L01來實施配置任務，然后發送大量數據包的指令由主機完成，最后從機接收數據信息，整個過程從機和主機是借用空中接口來發送與接收數據信息包的，執行MCU的指示任務，故才能完美地控制家電。圖l為系統總體框圖：

2.2 串口通信單元設計

STC12C5A60S2增強型51芯片有一組串行口接口，3根通信線連接便能實現較普通的串行通信，發送是TXD串行數據，接收是RXD串行數據，還有GND信號地線。

2.3 硬件電路設計

在2.4G網絡中控制中心節點如同協調器節點，擁有節點的管理，2.4G網絡的建立等任務的功能。在本系統中，控制中心節點對接受的數據進行處理，并通過RS-232串口與PC機連接通信以及通過，以及鍵盤輸入和液晶顯示。

2.4 無線收發模塊

結合硬件設計要求的多種因素，在智能家居設計中，采用的射頻片nRF2401是工作在2.4GHz頻段的。

把功率放大器，頻率合成器，調制器以及晶體振蕩器這些功能模塊放置在芯片內，使射頻片nRF2401在2.4～2.5GHzISM頻段內工作，通過程序配置通信頻道和輸出功率。工作電流在接收時才18mA，在以-5dBm的功率發射時也僅為10.5mA，芯片的能量損耗不高，多種低功率工作模式很大程度上方便了節能方面的設計。nRF2401可以在使用同一天線的情況下，能夠兩個不同頻道的數據都能被同時接收，這是因為DuoCeiverTM技術使它具有了這樣的優點。

2.5 傳感器電路設計

時鐘模塊、電源模塊、傳感器模塊、無線模塊構成了主要的傳感器節點硬件。各個傳感器節點所發送過來的信息是由控制中心節點通過nRF24L01無線模塊接收的，并通過串口模塊，把信息發送到上位機，使用的人直接從上位機的軟件界面上獲取所有數據。

三、結語

本文總體設計了一種無線智能家居控制系統，系統節點控制器選用硬件電路中簡單的增強型STC芯片，系統的安全性以及效率得到有效提高，數據傳輸是靠無線網路芯片nRF24L01來完成的。這個系統成本較低，使用方便，功耗超低，有良好的拓展性而且使用效率高、穩定可靠，集便于攜帶、更加開放、便于協作、交互性強等優秀特點于一身。

參考文獻

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家庭智能化的出現已經有了將近20年的歷史，最早從比爾·蓋茨的豪宅開始，如今，那個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經開始逐步走入了一些在觀念上同步于世界潮流，在生活上引領世界潮流的高品位時尚人士。

別墅通過智能化建設，以家庭綜合布線為基礎，以計算機網絡和無線通信網絡為橋梁，全面實現了家庭智能化生活。為了美化生活環境，同時為了清除消防隱患，保障家人的安全，有必要運用現代化的高科技手段，加強住宅區的基礎建設，實現住宅區的信息自動化。

家居智能設計長久以來一直堅持的原則：健康性、安全性、舒適性、時尚性！

2.別墅智能家居設計帶來的具體優勢

2.1安全：人身安全——安防系統；用電安全——強弱電分離。

智能化系統與安防實現聯動，給物業管理提供集中式管理的便利，提高緊急事故的快速處理能力，這將大大提高別墅的安防水平。（如，家里發生緊急安防事故時，能自動電話報警。）

2.2健康：飲水健康、自然清新空氣、用眼健康。

在我們的日常生活中，空調循環的基本上是室內空氣，晚上就寢臥室的空氣、車庫的空氣等密封空間的空氣，其實非常混濁。而且怎么才能讓衛生間在每次進入時均保持自然清新空氣？智能控制系統讓排風扇對室內的污濁空氣進行定時更新，時刻保持室內清新。

系統還可以對飲水機進行定時控制，避免水進行反復加熱，使得飲水更健康。

我們在看書時需要明亮照明，看電視電影時需要柔和的照明，讓燈光在需要的時候自動改變亮度，減少眼睛的疲勞，保護視力。這一切，在智能控制系統的控制下將不再是天方夜談。

2.3舒適：所有電器、照明，無論身處何處，均可一鍵控制。

進行智能化設計后，您可以采用遙控器、電話、手機、電腦等多種操作模式對家里的燈光、飲水機以及電飯煲等家用電器進行控制，這將為您的日常生活提供很大的方便。忘記帶鑰匙，也無須擔憂；老人小孩在家，盡可放心；客人來訪，也無須起身開門，充分享受到高科技帶給您的一份寧靜與舒心。

2.4節能：減少不必要的電能損耗。

智能燈光控制系統下，自然合理的分配燈光照明，減少不必要的照明電能損耗。還可以根據外界光的強度值設定時段，自動調節燈光亮度。它還能夠在我們不需要使用的時候自動切斷電器電源，減少電器不必要的靜態能耗。這樣既符合您舒適的感覺，又能起到節能的作用。

2.5先進的技術，未來三十年均不需要重新投資，一次投入，長久享用。

結合了EIB集中控制技術與傳統智能家居產品的智能控制技術。它是將兩種技術進行完美的結合，并針對兩者的優缺點進行技術突破和改造，達到和諧統一的集中控制系統。該系統上主要產品可根據不同需要，進行不同的組合和功能擴展槽的串接，不需經過重新布線便能通過簡單的多元化升級，以達到功能拓展的目的。與傳統的安裝方式相比，可達到一次安裝30年受益的效果。

3.別墅智能家居控制系統設計的具體解決方案

智能家居控制系統可提供智能家電控制、智能照明控制、環境控制以及安防控制等多種控制方式和手段。只需要經過簡單的設置，就可以實現遙控、場景控制、遠程控制、家居安防等各項功能。根據不同客戶的具體情況，設計不同的智能家居控制系統，為傾心打造一個安全舒適高檔的居住空間而努力。

3.1聰明聽話——智能家電控制系統

家電是我們日常生活中的重要組成部分，對這些家電設備進行智能控制后，將會為您帶來更加完美和諧的生活。比如：上班途中，突然想起忘了關家里的燈或電器，打個電話就可以把家里想要關的燈和電器全部關掉：冬天下班，打個電話把家里的熱水器先預熱，等回到家，馬上就可以洗個熱水澡，夏天下班，可以提前打開家中的中央空調，回到家里便能立刻享受清涼。也可以讓新風換氣系統、電飯煲、飲水機等等家電提前開始工作……，還可以在您跨入庭院的一剎那，您的庭院自動澆花系統、噴泉系統、庭院景觀燈光系統等自動打開……

3.2流光溢彩——智能照明控制系統

智能照明控制系統貫穿著別墅的每一個地方，房間、過道的燈光都可以通過智能開關與智能控制主機相連接。您可以在別墅內任一個房間內控制所有燈光開關，免除勞苦地來回走動。同時，可以通過設置場景記憶模式來控制燈光開關、亮度等，隨心所欲地控制客廳、餐廳、書房、過道的燈光照亮模式，同時燈光還可以與其它設備（如幕布、窗簾、電視／音響等）配合組合成復雜的場景。如　會客、讀書、聽音樂、晚餐模式、影院模式等等百變場景。

3.3健康環保——環境控制

（1）環保節能系統

在不需要使用電器的時候自動切斷電器電源，減少電器不必要的靜態能耗，并能減少人為遺忘切斷電器的電能損耗。還可以根據外界光的強度值設定時段，自動調節燈光亮度，自然合理的分配燈光照明，減少不必要的照明電能損耗。這樣既符合住戶舒適的感覺，又能起到節能的作用。

（2）窗簾控制系統

清晨，也許不再需要那片刻間令人煩躁的鬧鐘將你吵醒，而靠的窗外的鳥語花香和柔和的自然陽光讓您從睡夢中自然醒來。窗簾控制系統總是會最恰合時宜的開啟窗簾，讓室外清晨的花香飄入，讓您懶洋洋的沐浴陽光。

配合燈光的場景，窗簾的自動開合，有時也能釀造出另一份浪漫的氣氛。只需輕點遙控，它便能為您的隱私起到第一層保護。

（3）空氣調節系統

酷暑炙熱的夏天驅車回家，當您停車入庫后，車庫內換氣系統可以通過（遙控）手動或自動定時控制將汽車的尾氣和汽油的味道清除干凈。等到次日清晨，自動定時的換氣系統會將室外清晨空氣中花香的味道注入車庫，讓你在享受晨曦的味道的時候，絲毫感覺不到汽車尾氣的異味給您帶來的不悅。

（4）自動澆花、給排水系統

別墅的陽臺上種植了一些植物和花木，澆水也是可以進行智能化管理的，用遙控器就能直接啟動澆花的電磁閥門。自動澆花系統的定時功能，讓您完全不用擔心因為工作的忙碌而忘記了你的花草寶貝。同時，系統還可以對游泳池的給排水進行控制，定時自動的對游泳池內的水進行更換，時刻保持水質的優良。

3.4隱形衛士——安防系統

（1）指紋鎖

別墅門口裝設指紋門鎖，在您和家人非授權的前提下，任何人都無法隨意進出您的家庭。

（2）門磁、紅外探測器

事先設置好防區，即可把整個別墅的安全置于無線安防報警系統之中。如果門窗被非法打開，立即通過無線警號現場聲光報警并按預先設置好的報警電話號碼發送警訊給主人，并上傳警訊到報警中心。

（3）煙感探測器

該探頭為消防安防裝置，若房中因火災發生的煙霧濃度達到一定系數時，便立即報警，并通過智能控制主機發送警訊給管理處和主人，并立即啟動火災滅火系統來處置險情。

（4）燃氣探測器

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1 引言

當今社會科學技術的不斷進步不僅加速了社會生產力的發展，同時也提升了人類對于物質生活水平的大力需求[1]。一直以來，居住環境都是人們較為關注的領域，隨著網絡、微電子、光電、通信等高新技術飛速發展，家居環境的“智能化”這一概念也不斷促使科技工作者們將計算機控制系統引入民用小區、住宅以及小區建筑技術之中[2]。本文設計了一款集智能無線遙控、手機遠程控制、Internet遠程監控、智能系統警報等功能與一體的遠程智能家居控制系統，該系統具有強大的數據圖像處理能力及監控能力，可以廣泛應用于交通領域、金融系統、住宅設施、學校、醫療機構等安防領域。尤其是在基于網絡的遠程視頻監察、智能化預警及報警方式等方面有著廣泛的應用。

2 系統整體構造

本系統高效集成了綜合布線、網絡通信、 安全防范、自動控制和音視頻等技術。其中，網絡通信的傳送與交互方式采用無線網與移動通信網等網絡進行信息的傳遞，為了提高產品的監控能力，文中還通過智能計算技術對信息進行分析并處理。音視頻部分采用DSP與ARM相結合的技術提高數據圖像處理能力[3]。總體設計大致可概括為命令發射零碎和命令執行零碎等兩部分[4]。主要可完成自動照明、遙控窗戶窗簾、空調控制、花草自動灌溉、防盜監控報警等功能。

2.1 命令發射零碎

命令發射零碎主要工作過程如下：當設置在房間中各處的各類傳感設備接納各類傳感信號后，將觸發的控制命令發出，再進行人的主觀遙控采取手動觸發方式對相應的發射類智能儀器，從而實現收回控制命令的目的。其中手持命令終端可包括手機、平板電腦、觸摸屏等無線通信設備。

在本系統中，當溫濕度變化的相關數據被溫濕度傳感器搜集到以后，其中，溫濕度變化的觸發命令可根據當時具體情況進行人為設置。當溫度或濕度的相關數據滿足事先所設置的觸發條件時，就執行收回控制命令的措施。例如當外部天氣變冷時，室內溫度數據即可達到事先人為設定的觸發命令值，室內空調開始工作，進行室內加熱；當外部天氣變熱時，室內溫度數據即可達到事先人為設定的觸發命令值，室內空調開始工作，進行室內降溫，實現了遠程溫度控制部分。本系統同時包含了感光模塊，當室外天氣晴朗達到事先預設的觸發條件時，室內燈光主動關閉，實現節能的目的；當室外陰天或下雨達到事先預設的觸發條件時，室內燈光主動打開，從而實現了燈光自動控制功能。同時，為了達到防盜監控報警的目的，在室內安裝了人體感應器用以檢測室內無人狀態時的內部活動情況。當安防設備啟動時，若監測到室內有人即刻撥打電話報警。從而完成安全監控報警功能。

2.2 命令執行零碎

燈光、電器、窗簾等設備的控制命令的執行主要通過智能面板來完成，當各類控制命令被智能面板接收后，智能面板首先會對解碼進行分析，進而觸發相關的強電驅動電路。例如空調、電視機、DVD等紅外家電的控制主要經過裝置在棚頂的人體感應器來完成，當人所發出的控制信號被人體感應器接收到以后，該控制信號即刻轉發為對應的紅外指令從而達到對相應設備的運轉進行控制的目的。另外室內還具備安防報警功能，此功能主要由數字安防模塊完成，當報警模塊接收到控制命令后，相關的控制系統會將命令轉換成匹配的語音信號，并撥打給預設的電話號碼進行報警。

3 本系統優勢

（1）設計結構合理。整體框架上，該設計可以根據不同場合的需求增加或者刪減子系統以滿足對響應功能的需要。并且該智能家居的控制系統是由網絡通信系統將多個子系統連接起來形成的。（2）操作管理便捷。該系統具有易于操作、簡單方便等優勢。所有的設備都可以由人通過手機，平板電腦，觸摸屏的無線通信設備進行指令操作。（3）場景控制功能豐富。可以根據使用者的具體需求設置各種控制情景，如宴會情景，回家情景、節能情景、離家情景，下雨情景，生日情景等，可以極大的滿足人們對各類生活模式和生活品質的需求。（4）信息資源共享。可以將家里的溫濕度或干燥度等相關數據信息內容到網上以便在各個區域形成環境監測點，為環境的監測提供有效有價值的信息。

另外，該系統還配置了多款節能子系統，具有自動照明、遙控窗戶窗簾、太陽能電池板、花草自動灌溉系統以及風力發電設備等等，具有節能環保等特點。

4 結語

綜上所述，本系統是一款集智能無線遙控、手機遠程控制、Internet遠程監控、智能系統警報等功能與一體的遠程智能家居控制系統，由于采取了DSP與ARM相結合的技術使得該系統具有強大的數據圖像處理能力及監控能力，不僅可以應用于家具住所，同時也可以廣泛應用于交通領域、金融系統、住宅設施、學校、醫療機構、蔬菜大棚等安防領域，具有成本低、安全簡單、易操作等優點。是一款具有廣泛發展前景的遠程智能家具控制體統。

參考文獻

[1] 甘早斌，李開，魯宏偉.物聯網識別技術及應用[M].北京：清華大學出版社，2014

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隨著國民經濟和科學技術水平的提高，特別是計算機技術、通信技術、網絡技術、控制技術的迅猛發展與提高，促使了家庭實現了生活現代化，居住環境舒適化、安全化。這些高科技已經影響到人們生活的方方面面，改變了人們生活習慣，提高了人們生活質量，家居智能化也正是在這種形勢下應運而生的。

2智能家居控制系統概述

智能家庭控制系統是以HFC、以太網、現場總線、公共電話網、無線網的傳輸網絡為物理平臺，計算機網絡技術為技術平臺，現場總線為應用操作平臺，構成一個完整的集家庭通信、家庭設備自動控制、家庭安全防范等功能的控制系統。

智能家居控制系統的總體目標是通過采用計算機技術、網絡技術、控制技術和集成技術建立一個由家庭到小區乃至整個城市的綜合信息服務和管理系統，以此來提高住宅高新技術的含量和居民居住環境水平。

系統通常由系統服務器、家庭控制器(各種模塊)、各種路由器、電纜調制解調器頭端設備CMTS、交換機、通訊器、控制器、無線收發器、各種探測器、各種傳感器、各種執行機構、打印機等主要部分組成。

3智能家居控制系統功能

智能家庭控制系統的主要功能包括家庭通信、家庭設備自動控制、家庭安全防范三個方面。

3．1家庭通信

家庭通信可采用電話線路、計算機互聯網、CATV線路、無線局域網等方式。

(1)電話線路

通過電話線路實現雙向傳輸語音信號和數據信號。

(2)計算機互聯網

通過互聯網實現信息交互、綜合信息查詢、網上教育、醫療保健、電子郵件、電子購物等。

(3)CATV線路

通過CATV線路實現VOD點播和多媒體通信。

(4)無線局域網

通過無線收發器、天線、各種無線終端，實現雙向傳輸數據信號。

3．2家庭設備自動監控

家庭設備自動監控包括電器設備的集中、遙控、遠距離異地(通過電話或Internet)的監視、控制及數據采集。

(1)家用電器的監視和控制

按照預先所設定程序的要求對熱水器、微波爐、視像音響等家用電器進行監視和控制。

(2)熱能表、燃氣表、水表、電度表的數據采集、計量和傳送根據小區物業管理的要求所設置數據采集程序，通過傳感器對熱能表、燃氣表、水表、電度表的用量進行自動數據采集、計量，并將采集結果遠程傳送給小區物業管理系統。

(3)空調機的監視、調節和控制

按照預先所設定的程序，根據時間、溫度、濕度等參數對空調機進行監視、調節和控制。

(4)照明設備的監視、調節和控制按照預先設定的時間程序，分別對各個房間照明設備的開、關進行控制，并可自動調節各個房間的照度。

(5)窗簾的控制

按照預先設定的時間程序，對窗簾的開啟／關閉進行控制。

3．3家庭安全防范

家庭安全防范主要包括多火災報警、可燃氣體泄漏報警、防盜報警、緊急求救、多防區的設置、訪客對講等。家庭控制器內按等級預先設置若干個報警電話號碼(如家人單位電話號碼、手機電話號碼、尋呼機電話號碼和小區物業管理安全保衛部門電話號碼等)，在有報警發生時，按等級的次序依次不停地撥通上述電話進行報警(可報出家中是哪個系統報警了)。同時，各種報警信號通過控制網絡傳送至小區物業管理中心，并可與其它功能模塊實現可編程的聯動(如可燃氣體泄漏報警后，聯動關閉燃氣管道上的電磁閥)。

(1)防火災發生

通過設置在廚房的感溫探測器和設置在客廳、臥室等的感煙探測器，監視各個房間內有無火災的發生。如有火災發生家庭控制器發出聲光報警信號，通知家人及小區物業管理部門。家庭控制器還可以根據有人在家或無人在家的情況，自動調節感溫探測器和感煙探測器的靈敏度。

(2)防可燃氣體泄漏

通過設置在廚房的可燃氣體探測器，監視燃氣管道、灶具有無燃氣泄漏。如有燃氣泄漏家庭控制器發出聲光報警信號，并聯動關閉燃氣管道上的電磁閥，同時通知家人及小區物業管理部門。

(3)防盜報警

防盜報警的防護區域分成兩部分，即住宅周界防護和住宅內區域防護。住宅周界防護是指在住宅的門、窗上安裝門磁開關，在對外的玻璃窗、門附近安裝玻璃破碎探測器；住宅內區域防護是指在主要通道、重要的房間內安裝被動紅外探測器或被動紅外／微波雙技術探測器。當家中有人時，住宅周界防護的防盜報警設備(門磁開關、玻璃破碎探測器)設防，住宅內區域防護的防盜報警設備(紅外探測器或被動紅外／微波雙技術探測器)撤防。當家人出門后，住宅周界防護的防盜報警設備(門磁開關、玻璃破碎探測器)和住宅內區域防護的防盜報警設備(被動紅外探測器或被動紅外／微波雙技術探測器)均設防。當有非法侵入時，家庭控制器發出聲光報警信號，并通知家人及小區物業管理部門。另外，通過程序可設定報警裝置的等級和報警器的靈敏度。

(4)訪客對講

住宅的主人通過訪客對講設備與來訪者進行雙向通話或可視通話，確認是否允許來訪者進人。住宅的主人利用訪客對講設備，可以對大樓入口門或單元門的門鎖進行開啟和關閉控制。

(5)緊急求救

當遇到意外情況(如疾病或有人非法侵入)發生時，按動報警按鈕向小區物業管理部門進行緊急求救報警。緊急求救信號在網絡傳輸中具有最高的優先級別，由于是人在緊急情況下的求救信號，其誤報的可能性很小。

智能家居控制系統類型

4．1系統類型

智能家庭控制系統可分成采用公共電話網的智能家庭控制系統、HFC的智能家庭控制系統、以太網的智能家庭控制系統、LonWorks的智能家庭控制系統、KS485的智能家庭控制系統、無線網的智能家庭控制系統等類型。

4．2基本特點、功能、適用范圍

(1)采用公共電話網的智能家庭控制系統采用公共電話網的智能家庭控制系統圖參見國家建筑標準設計<智能家居控制系統設計施工圖集》03X602第14頁。

·基本特點：家庭智能控制器內配置了與電話線連接的收發器，利用電話網絡作為信息傳輸網。該系統不僅在功能上能完全滿足要求，而且大大地簡化了布線，可以節省布線的投資。

·系統組成：系統由系統服務器、家庭控制器(內置了與電話線連接的收發器)、路由器、收發器、各種探測器、各種傳感器、各種執行機構、打印機等組成。

·系統功能：實現家庭通信、家庭設備自動控制、家庭安全防范。

·適用范圍：該系統適用于新建、擴建的智能化住宅(小區)工程，且特別適用于改造的智能化住宅(小區)工程，利用原有的電話線就可實現數據信號的共網傳輸。

(2)采用HFC的智能家庭控制系統

采用HFC的智能家庭控制系統圖參見國家建筑標準設計<智能家居控制系統設計施工圖集》03X602第15頁。

·基本特點：家庭智能控制器內配置了CableModem，利用有線電視的HFC網絡作為信息傳輸網。該系統不僅在功能上能完全滿足要求，而且大大地簡化了布線，可以節省布線的投資。

HFC網絡采用共享方式，其共享帶寬為36Mbps。當上網人數較多時，上網的速度會變慢。由于CableModem設備費用較高，用戶網絡的開通費用高。

·系統組成：系統由系統服務器、家庭控制器(內置了CableModem)、路由器、電纜調制解調器頭端設備CMTS、有線電視傳輸網絡、各種探測器、各種傳感器、各種執行機構、打印機等組成o

·系統功能：實現家庭通信、家庭設備自動控制、家庭安全防范。

·適用范圍：該系統適用于新建、擴建的智能化住宅(小區)工程，且特別適用于改造的智能化住宅(小區)工程，僅將原有的有線電視HFC網絡進行雙向改造，就可實現數據和圖像信號的共網傳輸。

(3)采用以太網的智能家庭控制系統

采用以太網的智能家庭控制系統圖參見國家建筑標準設計<智能家居控制系統設計施工圖集》03X602第16、17頁。

·基本特點：家庭智能控制器內配置了以太網網卡，利用以太網作為信息傳輸網。以太網同時支持住戶計算機和智能家庭控制系統。該系統不僅在功能上能完全滿足要求，而且大大地簡化了布線，可以節省布線的投資。

以太網傳輸速率較高，傳輸速率有10Mbps、100Mbps等。根據傳輸距離的要求，由小區物業管理中心至各樓交換機采用5類以上4對對絞線、多模光纜或單模光纜，由交換機至家庭控制器采用超5類4對對絞電纜。

·系統組成：系統由系統服務器、家庭控制器、路由器、交換機、各種探測器、各種傳感器、各種執行機構、打印機等組成。

·系統功能：實現家庭通信、家庭設備自動控制、家庭安全防范。

·適用范圍：該系統適用于新建、擴建和改造的智能化住宅(小區)工程，用以太網實現數據和圖像信號的雙向傳輸。

(4)采用LonWorks的智能家庭控制系統采用LonWorks的智能家庭控制系統圖參見國家建筑標準設計《智能家居控制系統設計施工圖集如3X602第21、22、23頁。

·基本特點：采用一個覆蓋全部ISO／OSI標準七層通信協議、開放性的LonWork總線技術，一臺系統服務器最多可連接127臺LONWorks路由器，一臺LonWorks路由器最多可連接63臺家庭控制器。每臺家庭控制器為LonWork一個通道上的網絡節點，每個網絡節點包括有神經元(NEURON)芯片、振蕩器、電源、一個通過媒介通信的收發器和與監控設備接口的I／O設備(電路)、存儲器等。

LonWorks直接通信距離可達2700m(雙絞線、78Kbps)，其通信傳輸速度最大可達1．25Mbps(此時有效傳輸距離為130m)。LonWorks路由器至小區物業管理中心線路長度超過2700m時，需在總線上加裝中繼器。傳輸線通常采用雙絞線，根據需要也可采用同軸電纜或電力線。

·系統組成：由系統服務器、家庭控制器、路由器、LonWorks路由器、交換機、各種探測器、各種傳感器、各種執行機構、打印機等組成。

·系統功能：實現家庭通信、家庭設備自動控制、家庭安全防范。

·適用范圍：該系統特別適用于新建、擴建的智能化住宅(小區)工程。

(5)采用KS485的智能家庭控制系統

采用KS485的智能家庭控制系統圖參見國家建筑標準設計<智能家居控制系統設計施工圖集>03X602第18、19、20頁。

·基本特點：KS485串行接口總線為主從式網絡，它的通信為半雙工、采用雙向單信道連接方式。RS485串行接口總線的傳輸介質采用雙絞線，它可以高速地進行遠距離傳輸，傳輸速度與傳輸距離的技術指標如下：傳輸速率為10Mbit／s時，最大傳輸距離是12m；傳輸速率為1Mbit／s時，最大傳輸距離是120m；傳輸速率為100kbit／s時，最大傳輸距離是1200m。

·系統組成：由系統服務器、家庭控制器、路由器、通訊器、控制器、各種探測器、各種傳感器、各種執行機構、打印機等組成。

·系統功能：實現家庭通信、家庭設備自動控制、家庭安全防范。

·適用范圍：該系統特別適用于新建、擴建的智能化住宅(小區)工程。

(6)采用無線網的智能家庭控制系統

采用無線網的智能家庭控制系統圖參見國家建筑標準設計<智能家居控制系統設計施工圖集>03X602第24、25頁。

·基本特點：利用無線作為信息傳輸網，該系統不僅在功能上能完全滿足要求，而且從系統服務器至家庭控制器、家庭控制器至各種現場末端裝置均采用無線傳輸方式，小區、樓內、戶內無需布線，施工簡單，可以節省施工的投資。

無線網的工作頻率符合IEEE802．11b標準要求。

·系統組成：由系統服務器、家庭控制器、無線收發器、各種探測器、各種傳感器、各種執行機構、打印機等組成。

·系統功能：實現家庭通信、家庭設備自動控制、家庭安全防范。

·適用范圍：該系統適用于新建、擴建的智能化住宅(小區)工程，且特別適用于改造的智能化住宅(小區)工程，不用敷設線路就可實現數據信號的傳輸。

5系統設計及產品選用要點

5．1智能家庭控制系統類型的選用

新建、擴建的智能化住宅(小區)工程，宜采用LonWorks的智能家庭控制系統、以太網的智能家庭控制系統或采用RS485的智能家庭控制系統。改造的智能化住宅(小區)工程，宜采用公共電話網的智能家庭控制系統、HFC的智能家庭控制系統或無線網的智能家庭控制系統。

5．2家庭控制器的選用

家庭控制器的選用主要包括功能、總線技術及模塊化設計、擴展功能、可按用戶的基本要求進行配置等方面的選用要求。

(1)家庭控制器功能的選用

家庭控制器通常具有以下功能：

·家庭防盜報警；

·家庭火災報警；

·家庭燃氣泄露報警；

·家庭緊急求助；

·遠程設防與撤防；

·遠程報警；

·訪客對講；

·家用電器監控；

·家用表具數據采集及處理；

·空調機監控；

·接入網接口；

·小區電子公告；

·信息查詢；

·家用設備報修等。

(2)家庭控制器功能的選擇

在工程設計中，家庭控制器功能的選擇可參見下表所示。

5．3總線技術及模塊化設計

·家庭控制器要求采用總線技術，如LonWorks、R5485、BACnet、C^NBlls、CEBus、X一10；

·家庭控制器要求采用模塊化設計，以便用戶可以根據需求選擇不同的模塊完成不同的功能。

5．4擴展功能

家庭控制器要有一定的擴展功能，考慮能適應今后發展的需要。

5．5可按用戶的基本要求進行配置應能根據用戶提出有哪些被控設備及監視控制要求(功能要求)等因素，來對家庭控制器組成進行配置，包含模塊種類的選擇和各種模塊數量的選擇。設備的安裝

6．1交換機、路由器、控制器、放大箱、分配箱、電話分線箱

2．在住戶內安裝入侵報警探測器。

具有語音對講及控制開啟樓道人口處防盜門功能。

1~2點

熱能表、燃氣表、水表、電度表的自動抄收及遠傳、超限判斷、自動檢查、分時計費、實時計量、管理功能。

提高級(2A)

在室內安裝可燃氣體泄

漏自動報警裝置。且能就地

發出聲光報警信號。

1．在住戶內兩處安裝緊急按鈕開關。

2．在住戶內安裝入侵報警探測器，在戶門、及用臺、外窗安裝

人侵報警裝置。

具有語音對講及控鑭開啟樓道人口處防盜門功能。可實

現住戶與安防監控中心的直接聯系。

2點以上

熱能表、燃氣表、水表、電度表的自動抄

收及遠傳、超限爿斷、自動檢查、分時計費、實時計量、管理功能。

先進級(3A)

1．在室內安裝可燃氣體泄漏自動報警裝置，當燃氣體泄漏報警后能自動切斷氣源、打開捧氣裝置，且能就地發出聲光報警信號。

2．在住戶內設置火災自動報警裝置。

1．在住戶內不少于兩處安裝緊急按鈕開關。

2．在住戶內安裝入侵報警探測器，在戶門及陽臺門、外窗安裝入侵報警裝置。

具有語音、可視對講及控翻開啟樓道入口處防盜門功能，可實現住戶與安防監控中心的直接聯系。

2點以上

熱能表、燃氣表、水表、電度表的自動抄收及遠傳、超限判斷、自動檢查、分時計費、實時計量、管理功能。

這些設備均應安裝在電氣豎井內或公共走道的墻上(內)。

6．2家庭控制器

暗裝(或明裝)在墻內(上)，其底邊距地面1．4m左右。家庭控制器應設置在住戶大門附近(宜距戶門0．5m以內)，且容易操作(包括設防與撤防)的地方。

6．3可燃氣體探測器

安裝在廚房內的燃氣管道、灶具附近，當住戶使用的是天然氣，燃氣探測器吸頂棚安裝在距頂棚300ram以內的地方；當住戶使用的是液化石油氣，燃氣探測器安裝在距地面300mm以內地方。

6．4感溫探測器設置在廚房內，它吸頂棚安裝。

6．5感煙探測器設置在起居室、臥室等房間內，它吸頂棚安裝。

6．6緊急按鈕開關

設置在起居室沙發和主臥室床頭附近的墻上，及衛生間的墻上。緊急按鈕開關暗裝在墻內，其底邊距地面0．5m~1．2m。

6，門(窗)磁開關

安裝在門扇和門框內或窗扇和窗框內。

6．8玻璃破碎探測器

安裝在窗戶和玻璃門(陽臺)附近的墻上或吸頂棚安裝。

6．9被動紅外侵入探測器和被動紅外／微波雙技術探測器

安裝在住戶的主要通道、重要的房間內，它吸頂棚安裝或安裝在頂棚的墻角處。

6．10紅外遙控器

安裝在被控電器設備正面附近的墻上，距離不能超過紅外線工作范圍，且與電器設備之間沒有遮擋。

7工程設計實例

以二室戶型為例介紹戶內的智能家庭控制系統設計，設計標準采用康居住宅先進級(3A)。采用以太網的家居控制系統，家庭控制器與戶內各模塊之間采用R．$485總線，家庭控制器可通過電話線或計算機網絡接收控制指令、發出信息，所選用的家庭控制器具有可視訪客對講功能。家居控制系統圖參見國家建筑標準設計<智能家居控制系統設計施工圖集>03X602第17頁，二室戶型家居控制平面圖參見圖1、2所示，家庭控制器與室內設備的連接參見圖3所示。

在起居廳、臥室設置了感煙探測器，廚房設置了感溫探測器、可燃氣體探測器，各房間的窗戶、陽臺推拉門上及附近設置了門(窗)磁開關和玻璃破碎探測器，起居廳設置了被動紅外侵入探測器，起居廳、臥室、衛生間設置了緊急按鈕開關。對電、水、燃氣進行計量；可對餐廳、起居廳、臥室的燈進行控制；當可燃氣體探測器探測到有燃氣泄漏后，聯動控制關閉燃氣管道上電磁閥、開啟排煙風機；當有各種探測器報警后，聯動警報發聲器發出報警聲音。

家庭控制器共提供13路輸入：電度表(電度表安裝在照明配電箱內)、燃氣表、熱能表、可燃氣體探測器、感溫探測器、感煙探測器、緊急按鈕開關、被動紅外侵入探測器、玻璃破碎探測器各1路，水表、門(窗)磁開關各2路。

家庭控制器共提供7路輸出：警報發聲器控制1路、燃氣管道上電磁閥控制1路、排煙風機控制1路、照明控制4路。

篇8

智能家居也叫智能住宅，英文叫 Smart Home。也可以叫做網絡家庭、電子家庭、家庭自動化等等。智能家居首先由美國、歐洲等經濟比較發達的國家提出來的。其目標就是：“通過家庭內部的一個智能系統，將各種信息家電連接起來進行集中的或異地的監視控制”。

本文智能家居系統的設計，穩定可靠的硬件是基礎，也是系統的重要組成部分。我們做系統硬件設計的時候，要考慮到它實現我們需要的各項功能，還要考慮到系統升級所需要的多端口和空間；還有，在設計智能家居系統的時候，硬件設計還要兼顧到軟件設計的方便和易開發等條件。

本文設計的智能家居系統分為主機和分機兩個部分。主機采用ARM9芯片S3C2440作為CPU，分機采用ARM9芯片CC2430作為控制器。系統整體框圖如圖1所示。

主機MCU S3C2440采用了ARM920t 的內核，0.13 um的CMOS標準宏單元和存儲器單元。它低功耗，簡單，全靜態設計非常適合于對智能家居這樣低成本、低功率設計的應用。它采用了新的總線架構 （AMBA）。S3C2440的優點是核心處理器（CPU），是一個由Advanced RISC Machines 有限公司設計的16/32位ARM920T的RISC處理器。ARM920T實現了MMU，AMBA BUS和Harvard高速緩沖體系結構。這一結構具有獨立的16KB指令Cache和16KB 數據Cache。S3C2440為智能家居系統提供一套完整的通用系統外設，減少整體系統成本和盡可能少的配置額外的組件。

本智能家居系統主機MCU S3C2440的設備有人機接口LCD觸摸屏，用來發送指令或處理接受到的分機的指令；USB攝像頭是智能家居系統的監控單元，能實時的監控周圍的環境，由于USB攝像頭監控的視頻畫面所占存儲空間較大，所以我們還需外加存儲器來存儲視頻畫面。

本智能家居系統主機與分機間的聯系采用Zigbee無線通信。Zigbee是無線傳感器網絡的新技術。Zigbee是基于IEEE802.15.4標準的低功耗個域網協議。這個協議規定的都是短距離、低功耗的一種曲線通信技術。Zigbee具有距離近、復雜度低、自組織、功耗低、數據低、成本低的特點。一般會被自動控制和遠程控制等領域使用，可以嵌入各種設備。總之，ZigBee就是一種便宜的，低功耗的近距離無線組網通訊技術。

本系統采用的Zigbee技術有自動組網的功能，比如每人持有一個Zigbee網絡模塊終端，只要他們彼此間在網絡模塊的通信范圍內，通過彼此自動尋找，很快就可以形成一個互聯互通的Zigbee網絡，由于人員的移動，彼此間的聯絡還會發生變化，對原有網絡進行刷新，所以本系統的主機與分機在一定范圍內可完成實時通信；ZigBee網絡采用動態路由的方式，動態路由，就是指網絡中數據傳輸的路徑，并不是預先設定的，而是傳輸數據前，通過對網絡當時可利用的所有路徑進行搜索，并決定它們的遠近，然后選擇其中的一條路徑進行數據傳輸。在實際工業現場，往往預先確定的傳輸路徑，隨時都可能發生變化，或者因各種原因路徑被中斷了，或者過于繁忙不能進行及時傳送，動態路由結合網狀網拓撲結構，就可以很好解決這個問題，從而保證數據的可靠傳輸；Zigbee技術使用網狀網通信方式，網狀網通信實際上就是多通道通信，在實際工業現場，由于各種原因，往往并不能保證每一個無線通道都能夠始終暢通，就像城市的街道一樣，可能因為車禍，道路維修等，使得某條道路的交通出現暫時中斷，此時由于我們有多個通道，車輛（相當于我們的控制數據）仍然可以通過其他道路到達目的地，而這一點對智能家居系統非常重要。

CC2430是一個真正的系統芯片（SoC）CMOS解決方案。這種解決方案能夠提高性能并滿足以ZigBee為基礎的2.4 GHz ISM波段應用，及對低成本，低功耗的要求。它結合一個高性能2.4 GHz DSSS（直接序列擴頻）射頻收發器核心和一顆工業級小巧高效的8051控制器。CC2430在單個芯片上整合了ZigBee射頻（RF）前端、內存和微控制器。

CC2430使用的是基于低-中頻結構之上的接收器，經過低噪聲放大器將從天線接收的RF信號放大并且下變頻變為2 MHz的中頻信號。中頻信號通過濾波、放大，然后經過A/D轉換器轉變成數字信號。自動增加控制，信道過濾，在數字領域完成解調，這樣會獲得高精確度，增加空間利用率。工作在2.4 GHz ISM波段的不同系統可以在集成模擬通道濾波器下良好共存。

位映射和調制在發射模式下的完成是按照IEEE 802.15.4的規范進行的。利用數字方式完成調制（和擴頻）。進過D/A轉換器的被調制的近代信號再經過單邊帶調制器的低通濾波和直接上變頻，轉變為射頻信號。最后，片內功率放大器會把高頻信號發達到可以設計的水平。

參考文獻

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[2] 祝謹惠.淺談數字社區和家庭自動化[J].山東電大學報，2005（3）：47-48.

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1 系統總體設計

系統融合了ZigBee無線傳感器技術，wifi無線通信網絡，GPRS無線通信技術以及互聯網絡。實現了基于ZigBee技術的傳感器的無線組網及數據的傳輸，基于GPRS的手機短信報警和手機通訊控制，可以通過互聯網和移動通信實現家居環境監測，家電設備遠程控制等功能。

本系統的實現主要包括三個部分，數據采集部分，數據傳輸部分和網絡控制部分。其中數據采集部分由多種傳感器節點組成，這些傳感器用來采集室內環境的數據，監測房間環境的變化。例如使用溫濕度傳感器采集房間內的溫濕度數據，CO傳感器采集房間內的濃度，空氣質量傳感器采集房間內的空氣質量以及各個家電設備的狀態信息，并將采集到的數據通過ZigBee終端節點發送。ZigBee協調器將收集的各個ZigBee終端節點的信息，這些信息通過協調器的串口將數據發送到嵌入式網關或者家庭計算機。家庭計算機處理后發送給3G模塊，以短信的形式反饋給遠程智能移動設備。此外，一些家用電器設備也可以通過繼電器或者執行控制器，通過ZigBee終端節點獲取這些電器設備的運行狀態信息，遠程用戶就可以通過計算機網絡實現對各種家電設備的狀態查詢，控制家電設備。整個系統的總體結構如圖1。

2 系統硬件電路設計

2.1 無線通信模塊設計

家居環境監測主要使用了不同的傳感器，這些傳感器的連接采用ZigBee無線組網技術。ZigBee協議是一個無線通信協議標準，該標準定義了短距離，低速率無線數據傳輸通信所需要的一系列通信協議。ZigBee協議棧是協議的具體實現形式，通過ZigBee協議棧應用層的API調用可實現傳感器無線組網和數據傳輸。

為了實現較低功率的損耗和降低成本材料。無線傳感網絡中的主要設備是CC2530，CC2530 是用于2.4-GHz IEEE 802.15.4、ZigBee 和RF4CE 應用的一個真正的片上系統（SoC）解決方案。它能夠以非常低的總的材料成本建立強大的網絡節點。

CC2530 結合了RF 收發器的優良性能，業界標準的增強型8051 CPU，系統內可編程閃存等許多其它強大的功能。CC2530 有四種不同的閃存版本：CC2530F32/64/128/256，分別具32/64/128/256KB 的閃存。CC2530 具有不同的運行模式，使得它尤其適應超低功耗要求的系統。運行模式之間的轉換時間短進一步確保了低能源消耗。

CC2530F256 結合了德州儀器的ZigBee 協議棧（Z-Stack），提供了一個強大和完整的ZigBee 解決方案。

2.2 嵌入式網關

嵌入式網關是智能家居的控制中心，是整個系統的大腦，同時又充當網關和中間件的作用。嵌入式網關具有7寸液晶以及友好的操作界面，支持物聯網遠程訪問和控制，并且還可以無線接入手機網絡可進行遠程查詢和控制。嵌入式網關以ARM Cortex-A8 為核心芯片，具有ZigBee接口，wifi接口，GPRS模組接口等眾多接口，可以連接多種外部設備。

嵌入式網關通過串口與協調器通信可以控制控制器或者執行器，從而控制家電的運行，并且也可以讀取其他傳感器節點的狀態，將其顯示在液晶顯示器上。

2.3 無線手機通信模塊

GPRS是在現有GSM系統上發展出來的一種新的數據承載業務，支持TCP/IP協議，可以與分組數據報直接互通。GPRS服務支持節點和網關支持節點既能夠實現安全控制和接入控制，也支持與外部分組交換網的互通。

本GPRS模組采用SIM900M通信芯片，利用無線移動網絡實現語言傳輸和點對點數據傳輸，同時，模組內具備TCP/IP協議棧，可直接實現無線上網。該模組使用標準的UART串行通信接口與主芯片進行通信。如圖2所示。

3 系統軟件的設計

3.1 基于ZigBee技術的無線傳感網設計

家庭環境監測和家電狀態控制的終端節點主要通過ZigBee網絡完成數據傳輸，協調器是ZigBee網絡的核心。數據通信都是在ZigBee協議棧Z-stack下完成。

利用ZStack APP應用程序框架，通過添加各類傳感器驅動程序，使得終端節點可以周期性的發送傳感器的狀態數據給協調器。協調器檢測狀態數據的情況，將數據以及檢測結果通過串口輸出到控制計算機。如圖3所示。

3.2 基于GPRS的手機控制模塊

手機短信報警與手機控制節點設計：

GPRS模塊與A8核心板通過串口連接，當監測傳感器的ZigBee節點被觸發時，產生報警，ZigBee網絡將報警信號發給A8 核心板，A8將此報警信號編輯為短信，通過GPRS模塊發送給設定的手機用戶。

在嵌入式網關上運行著一個負責與GPRS模塊通信的后臺程序，它提供了相應的接口，允許用戶在收到短信時，立即獲得該短信的內容。利用這個接口，可以從短信里讀取相關繼電器或者控制器的狀態，通過短信向執行器節點發送信息從而設置ZigBee網絡的控制節點的開關。

GPRS模塊SIM900與控制器間通過AT指令進行串行通信，SIM900模塊根據受到的不同AT指令去 執行不同的任務。

手機短信報警的流程和手機控制的流程如圖4。

3.3 基于QT的嵌入式網關的設計

良好的人機交互界面在物聯網系統中是很重要的。QT技術在嵌入式linux的UI最常用到的。QT是跨平臺的C++應用程序和UI開發的框架。在本系統中的QT應用程序開發中，先將傳感器數據信息服務程序的API進行一定的封裝，以便于使用的相關接口函數，使其能夠在QT環境下彈出顯示各類傳感器信息的窗口。這些函數都被封裝在各自傳感器對應的Sensor類中，需要傳感器信息的時候，調用對應傳感器的showOut（）函數用來顯示傳感器采集到的數據。

4 系統實現

為了便于遠程訪問，系統將ZigBee技術和web技術結合起來，將傳感器采集到的數據保存在數據庫中，建立基于B/S模式的遠程數據訪問系統。

該系統的遠程監控網絡頁面通過瀏覽器來來訪問。系統頁面分為登陸界面和主界面，主界面可以實現房間內各項數據的監測，以及對警報的控制。這些監控包括房間的溫濕度，CO濃度，空氣質量監控等。

5 結論

本文研究了一種基于物聯網技術的智能家居遠程控制系統，可以實現家居環境的監測和報警，家電設備運行狀態的遠程查看和控制。該系統通過綜合利用ZigBee無線傳感器技術，GPRS手機通信技術以及互聯網技術實現。系統擴展性好，組網方便，操作簡便，運行穩定，應用成本和功耗都很低，具有很大的應用前景。本系統也為物聯網在未來生活中的應用提供參考。

參考文獻

[1]王小強等.ZigBee無線傳感器網絡設計與實現[M].化學工業出版社，2014（08）.

篇10

Android平臺以其開源的平臺特性，成為市場上最熱門的移動互聯網終端系統之一，Android系統的迅速發展和技術的進一步成熟，為智能家居控制終端的發展帶來新鮮的思路。本文從智能家居的系統結構及發展趨勢出發，研發了一種基于Android平臺的智能家居控制系統。

1.Android平臺特點以及智能家居控制系統組成

1.1Android平臺特征體現

Android，是基于Linux操作系統平臺的手機開源操作系統，是Google公司在2007年11月05日推出的，主要用于移動設備。2014年第四季度調查顯示，Android智能手機占據了市場的81.5%份額，遠超占據市場14.8%的IOS，排名領先。中國市場占有率高達90%。獲得這樣的高速發展，Android平臺有其無可替代的優勢[1]。Android是一個開放平臺。Android的開源特性使得它受到更多開發者的喜愛，擁有完全開放的源代碼，允許開發人員研究和修改，提高了開發人員的創新空間。

運營商大力支持。各廠商都研發推出了 Android系統手機。美國幾大手機制造商，T-Mobile、Sprint、AT&T和Verizon全都推出了Android手機。此外，日本的NTTDoCoMo、KDDI、意大利的TelecomItalia、德國的T-Mobile、西班牙的Telef6nica等眾多運營商都大力支持Android系統。入門容易。Android系統開發使用Java語言，入門容易，開發條件簡單，一臺電腦和一部Android系統手機即可滿足需求。硬件選擇種類多，兼容性強[2]。Android智能手機機型多樣，配置優秀，功能全面，兼容性強，很大程度上提高了用戶體驗和移動應用推廣。

1.2智能家居控制系統主要組成

（1）智能安防系統，為家居環境提供安全保障，是智能家居的基礎功能；

（2）智能照明系統，主要實現對整個居住空間的照明的智能控制管理，通過手機智能控制方式實現對居住環境照明燈的開和關；

（3）智能家電系統，主要實現對家庭內部家電設備的控制和管理；

（4）智能娛樂系統，是指對家居環境中的生活娛樂設備的控制和管理；

（5）節能控制系統，監控統計家居環境中能源的利用，有利于家電的節能使用；

（6）智能家居生態系統：這是智能家居系統的理想發展方向，致力于生態循環。

2.基于Android智能家居控制系統設計原則和系統設計

2.1基于Android智能家居控制系統設計原則

第一，可行性，保證技術實施上的可實現性和系統運行的可適應性；

第二，易用性，注重用戶體驗，設計易操作界面，保證界面的靈活性，同時保證用戶的個性化設置；

第三，完整性，充分利用軟硬件環境，不斷改進系統，使系統功能完善；

第四，可靠性，確保系統運作的穩定和可靠，確保所研發系統的使用壽命；

第五，安全性，設置系統的登錄界面，保證用戶數據的安全性，制定可靠的通訊協議，避免通訊數據的泄露；

第六，可擴展性，設計模塊化，各個模塊之間保留可擴展的接口，有利于系統的擴展。

2.2基于Android智能家居控制系統設計

Android客戶端控制軟件設計主要包括界面，通信功能，SQLite數據庫和操作日志模塊的設計。終端控制軟件作為用戶對產品最直接的體驗，用戶通過終端控制軟件的操作來進行與家具設備的交互，發送命令控制設備[3]。控制網關是整個智能家居控制系統中最重要的部分，負責數據的接收、發送和處理。Android智能手機或平板電腦都帶有WIFI模塊，使用無線傳輸的方式與智能控制終端相連并進行數據的交互通信。Android平臺終端軟件通過WIFI向控制網關發送控制命令。

首先用戶要通過軟件控制家居設備，用戶通過界面來實現對軟件的操作，所以良好的界面設計是十分必要的。當用戶在界面上進行按鈕操作時，軟件后臺將特定協議的數據發送出去，發送給控制網關，實現對家居設備的控制，這就需要實現網絡通信功能。用戶注冊時需要存儲用戶的賬號密碼等數據，并且用戶可以根據自己的喜好對界面和設備進行一些設置，也要用到數據庫來保存用戶的操作。同時設計操作日志功能，方便用戶查詢歷史操作記錄和家居設備使用情況，提高安全性，也方便用戶估算用電量，注意節能使用，是智能家居節能系統設計的體現。

基于Android平臺的智能家居控制軟件的設計主要有四大部分組成：用戶界面、網絡通信、數據庫和操作日志模塊。智能家居控制終端軟件構成如圖3.4所示。

用戶界面設計資源由android的View類實現。通信功能采用基于TCP傳輸協議的Socket通信來實現。智能家居控制系統數據量小，操作簡單，本文研究中使用SQLite數據庫來實現對數據的存儲。操作日志模塊使用文件存儲方式實現。

界面設計。軟件應用界面是人們對一個產品最直觀的體驗，良好的界面設計不僅能提高用戶的體驗效果，還能更好地推動產品的推廣。Android的用戶界面的設計一般通過三種設計方式來完成：其一，由XML配置界面布局構成。其二，用戶程序代碼實現，其三，調用用戶界面功能函數來實現。

SQLite數據庫設計。（1）文件存儲方式Android平臺下的文件存儲，是使用輸入輸出流，即I/O流。Android中的文件存儲方式常用于大量的數據的存儲。數據既可以放在手機本身內存中，也可以放在外部擴展的SD卡中。（2）SharedPreferences存儲方式一般用來存儲一些用戶的簡單配置信息，使用Map數據結構鍵值對的方式來存儲數據，采用了XML數據格式將數據存儲到設備中。比如在設計登錄界面時，用戶應當可以設置是否記住用戶名、密碼這一選項。其本身對存入的數據只能進行查詢和獲取，而不能進行修改，需要開發其他函數對象進行修改，常用于存儲一些固定的參數數據[4]。（3）SQLite數據庫存儲方式SQLite數據庫是嵌入在Android系統里的輕量級關系數據庫，占用資源少，目前已經使用在了很多嵌入式設備中，支持主流的操作系統，如Linux、Windows、Android等。它還能夠結合很多程序語言進行開發，比如C#、Java等，相比于其他數據庫管理系統，它的處理速度很快[43]，常用于數據量不大的應用程序中。

3.結語

C上，本文以家居智能化為研究背景，結合當前智能家居產業發展的實際情況，研發了一種基于Android平臺的智能家居控制系統，主要開發了Android平臺控制軟件，并成功實現了一種家庭控制網關的設計，這兩部分內容都是智能家居系統的重要支撐部分。

參考文獻：

[1] 陳莉，付蔚. 基于Android的遠程家電控制終端設計[J]. 山西電子技術. 2015（05）

篇11

Abstract： A new smart home control system is designed in this paper. In this system， CC2530 is used as the master control chip， and the communication between a master machine and a slave machine is realized through ZigBee wireless technology. The slave machine gathers indoor parameters on temperature， humidity and work condition of household appliances by various kinds of sensors， and sends them to the master machine. The master machine analyzes the data from slave machine and turns electrical appliances on or off by issuing a control signal to the relay control module. Furthermore， the data from slave machine can be transmitted through a serial port to PC for storage and display. The practical test indicates that the system can realize fast detection of temperature and humidity， as well as monitoring and control of household appliances. This system with low?cost and high?practicality has good promotional value.

Keywords： ZigBee； CC2530； smart home； wireless communication

0 ； 引 ； 言

智能家居控制系統就是在住宅中融合自動化控制系統、計算機網絡系統和網絡通信技術于一體的網絡化智能化的家居控制系統，能為用戶提供一個更簡單更便捷的接口來操控家庭電器。比如，通過PC、手機甚至是語音控制家中的電器設備，而且可以設置一些場景規則，使多個設備基于同一場景模式進行協同工作[1?2]。另一方面，智能家居系統中的各種設備都是聯網的，可以相互通信，利用多個設備協同工作，形成一個閉環的自動控制系統。用戶只需要對其簡單設置將其初始化，便可以自動運行，這給用戶帶來最大程度的高效、便利、舒適與安全[3?4]。

基于智能家居具有非常強的實用價值，本文設計了一套基于ZigBee無線通信技術的智能家居控制系統。該系統能收集家中溫度、濕度以及家用電器的工作狀態等參數，從而實現對家用電器的智能控制。系統用兩個CC2530無線單片機模塊組成上下位機。下位機連接各種傳感器，負責收集溫度、濕度和電器工作狀態等參數并發送給上位機；作為系統的控制中樞，上位機連接繼電器控制模塊，負責接收和處理下位機傳過來的數據，并把控制信號下達給繼電器控制模塊來控制電器通斷。另外，上位機還能將接收的數據通過串口傳輸到PC進行顯示和保存。

1 ； 系統設計和工作原理

本系統使用ZigBee無線傳輸技術，系統設計框圖如圖1所示，可分為傳感器信號發射端（即下位機）和信號處理端（即上位機）。下位機由傳感器和一個ZigBee無線單片機模塊組成，讀取傳感器的數據，然后將數據通過無線傳輸給上位機；上位機由一個ZigBee無線單片機模塊和繼電器控制模塊組成，處理和分析下位機發送來的數據，從而判斷打開或關閉自己所控制的工作電路，并且通過串口與PC進行通信。

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圖1 系統組成框圖

2 ； 硬件設計

2.1 ； ZigBee無線單片機模塊

CC2530是一款真正意義上的針對IEEE 802.15.4和ZigBee應用的片上系統解決方案，提供了一種可靠而又價格低廉的網絡節點構建方式。它集成了一種高性能的主流RF發射器、一款基于工業級的8051核心的微控制器、內置可編程閃存、8 KB RAM、不低于32 KB的ROM和許多其他強大的功能。CC2530有多種操作模式，以使系統更好地降低功耗，更好地滿足實際應用。操作模式間很短的切換時間也保證了非常低的能量消耗[5?6]。

2.2 ； 溫度測量模塊

目前常用的溫度傳感器主要有模擬式和數字式兩種。模擬式的溫度傳感器主要有PT100，它精度高，性能穩定[7]，工作溫度在-200～650 ℃之間。但是由PT100構成的溫度測量電路十分復雜，功耗和成本較大，而且普通測量對于溫度測量的精度要求并不是十分高，所以本設計選用電路較為簡單的數字式溫度傳感器DS18B20。該芯片是由美國Dallas半導體公司設計生產的一款數字式溫度傳感器[8]。溫度測量電路如圖2所示，采用DS18B20外部電源供電的方式，在DS18B20的數據總線上添加了一個4.7 kΩ的上拉電阻，這樣在這條數據線上接多個DS18B20時，也有足夠的電流驅動它們；而且其中一個DS18B20數據線短路時，該電阻也起到了限流保護電路的作用。

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圖2 溫度測量電路

2.3 ； 濕度測量模塊

濕度測量模塊感應部分為HS1101濕度傳感器。HS1101是一種基于獨特工藝的電容元件，濕度變化引起電容兩極板間介電常數發生變化，從而引起HS1101電容值的變化。濕度測量電路如圖3所示。555定時器構成的多諧振蕩器輸出信號的頻率，隨2端口與地之間的電容變化而變化。將HS1101接入555定時器的2端口與地之間，就將電容值轉換成了輸出信號的頻率值。利用單片機可以測出555多諧振蕩器輸出信號的頻率，根據頻率值，就可以反算出電容值以及相對濕度值。

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圖3 濕度測量電路

2.4 ； 電器工作狀態感應模塊

電壓感應器需要與家用電器串聯在220 V交流工作電路中，而家用電器的工作電流少則幾百毫安，大則幾安培，所以要先利用電流互感器將220 V家用電器電路的電流感應轉換為小電流。經過如圖4所示電路，輸入電流轉換為一個單片機可以測量的小電壓。設電流互感器比例系數為[m][∶][n，]二極管正向導通時兩端的壓降為[UD，]那么對于[R9]兩端電壓[U9]有以下關系：

[U9=Iin?mn?R7-2UD?R9R8+R9]

電路使用全橋整流將50 Hz交流電路轉化為直流電路，根據不同家用電器的工作電流，來調節電位器[R7]和[R9，]使得穩壓管D2處于擊穿狀態，從而獲得一個穩定的電壓[U9。]輸出端的電解電容進行了簡單的濾波，使輸出電壓更平穩。

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圖4 電器工作狀態感應模塊

2.5 ； 繼電器控制模塊

繼電器控制模塊電路設計如圖5所示。因為CC2530輸出電流很小，無法直接驅動電磁繼電器，因此在輸出端接了一個三極管，利用共射放大電路將電流放大后送給電磁繼電器。電磁繼電器后端做了一個簡易的工作電路，工作電路工作則LED亮起。

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圖5 繼電器控制模塊電路

2.6 ； 串口通信電路

串口通信模塊的電路圖如圖6所示。MAX232芯片的11腳和12腳分別接CC2530芯片的P0_3和P0_2端口，這兩個端口除了作為普通I/O端口，還是CC2530的USART0串口通信接口[9]。通過設置CC2530的USART0相關寄存器，即可與電腦進行通信。

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圖6 串口通信模塊電路

3 ； 軟件設計

本系統軟件也分上位機軟件和下位機軟件兩部分。

下位機主程序流程圖如圖7所示。與AT89S52單片機相比，CC2530 有多個晶振，啟動之初在CPU初始化中選擇適當的晶振，然后初始化射頻功能。CC2530可以在系統時鐘之外設置定時器時鐘，使之等于或小于系統時鐘，默認狀態為等于系統時鐘。由于濕度測量時要精確定時到1 s，必須通過很多次系統中斷來完成這個定時。如果減小定時器時鐘，減少1 s內所需中斷次數，能大大提高定時精度。

上位機初始化和下位機基本一致，只是多了一個串口初始化。上位機程序讀取繼電器控制的電器工作狀態，結合從下位機處收集的溫濕度數據對繼電器進行控制，比如溫度高時打開空調，濕度低時打開加濕器等，而后將控制動作發生前的所有數據以及采取的動作通過串口傳輸至PC顯示出來。如果在PC端編寫相應軟件則可通過PC做更加有效的報警。上位機流程圖如圖8所示。

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圖7 下位機主程序流程圖

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圖8 上位機程序流程圖

4 ； 實驗結果

經過軟、硬件調試，系統成功地實現了溫濕度的測量和家用電器的監視和控制。

用手按住DS18B20，PC端超級終端的溫度顯示情況如圖9所示，顯示的溫度值增加。由于DS18B20是數字式芯片且可靠性非常好，工作電壓為3～5.5 V，所以在正確驅動DS18B20之后，讀取溫度值一般即為比較準確的溫度值。

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圖9 PC端超級終端溫度顯示

將濕度傳感器接入電路，朝濕度傳感器哈一口氣改變環境濕度值，PC超級終端接收到的濕度值變化情況如圖10所示，哈氣之后濕度值變高。

<；E：＼2014年23期＼2014年23期＼Image＼40t10.tif>；

圖10 PC端超級終端濕度顯示

將圖4中[R7]設定為1 kΩ，[R9]設定為50 kΩ在Multisim軟件中進行仿真，仿真結果如圖11所示。正弦波為[R7]兩端電壓波形，另一個波形為[R9]兩端電壓也就是最終輸出CC2530的電壓，從仿真結果可以看出，電路輸入0.5 s后輸出端電壓穩定于3 V左右，可以被CC2530讀取。雖然輸出電壓0.5 s的上升時間有點長，但普通家用電器不需在短時間內反復開關，所以本電路基本能達到智能家居控制系統的要求。

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圖11 仿真結果

5 ； 結 ； 語

為了實現家居的智能管理，本文設計了一種監控家庭溫度、濕度以及家用電器工作情況等參數的系統。實驗證明，該系統能夠準確及時獲得溫度、濕度以及電器工作狀態各項參數，并且通過處理這些參數實現對部分家用電器的自動化控制。本系統基本完成了智能家居控制系統的設計要求，其他參數的傳感測量、控制和本系統中的溫度、濕度等有很大的相似之處，附加相應的傳感器即可。隨著物聯網技術的進一步發展，無線傳感芯片性價比進一步提高，智能家居必會帶動家用電器領域的革命，使得家居生活更加便捷、美好。

參考文獻

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[6] XIA Fei. Research of wireless sensor network node based on Z?Stack protocol [J]. Electronic Component &； Device Application [J]. 2009，11（12）： 74?76.

篇12

1　系統的總體結構及工作過程

智能家居系統由系統主機、系統分機、Internet服務器和網絡接口等部分組成。其中系統主機通過服務器（個人計算機）連入Internet，并通過自己的PSTN公用電話交換網　接口電路連入PSTN。其結構圖如圖1所示。主機與分機通過無線傳輸組成星形拓撲結構。系統主機通過本地無線傳輸網絡同系統分機進行通訊、傳輸控制命令和反饋信息。

該系統正常工作時，用戶可以通過Internet和PSTN兩種網絡進行訪問，當通過Internet訪問時，本系統可提供一個界面友好的終端軟件，用戶只需登陸到運行在家中的服務器即可對家中的設備進行遠程控制；當通過PSTN訪問時，本系統將為用戶提供語音操作界面。其工作流程如圖2所示。

2　系統的硬件構成

本系統的硬件主要有系統主機與系統分機兩大部分。系統主機由單片機AT89C52和各種接口電路組成，如圖3所示。系統分機由單片機AT89C52和各種接口電路、傳感器單元電路、固態繼電器控制電路組成，并由固態繼電器控制具體設備，具體硬件組成框圖如圖4所示。

通過系統主機的各種接口電路可將主機CPU從繁忙的計算中解脫出來，以便把主要精力運用在控制和信息傳遞上。系統主機主要依照各個功能電路的輸出結果進行邏輯判斷和控制命令的輸出。系統分機的各種接口電路和主機相似，只是根據設備的不同（傳感器單元）有著細節上的變化。下面主要介紹系統主機的各種接口電路。

2．1 nRF401 無線數據傳輸電路

無線數據傳輸電路由Nordic公司的單片UHF無線數據收發芯片nRF401及其外圍電路構成。nRF401采用FSK調制解調技術，其工作效率可達20kbit／s，且有兩個頻率通道供選擇，并且支持低功耗和待機模式。它不用對數據進行曼徹斯特編碼，其天線接口設計為差分天線，因而很容易用PCB來實現。

2．2 看門狗電路

看門狗電路由MAX813L及其外圍元件組成。通常，在單片機的工作現場，可能有各種干擾源。這些干擾源可能導致程序跑飛、造成死機或者程序不能正常運行。如果不及時恢復或使系統復位，就容易造成損失。看門狗電路的作用就是在程序跑飛或者死機時，能有效地使系統復位以使系統恢復正常運轉。因此，在程序中定期給P1．5送入看門狗信號，就可以保證在程序運行異常時，由MAX813L使單片機復位。

2．3 DS1307時鐘接口電路

DS1307時鐘芯片是美國DALLAS公司生產的I2C總線接口實時時鐘芯片。DS1307可以獨立于CPU工作，它不受晶振和電容等的影響，并且計時準確，月積累誤差一般小于10秒。此芯片還具有掉電時鐘保護功能，可自動切換到后備電源供電。同時還具有閏年自動調整功能，可以產生秒、分、時、日、月、年等數據，并將其保存在具有掉電保護功能的時間寄存器內，以便CPU根據需要對其進行讀出或寫入。由于單片機AT89C52沒有I2C總線接口，因此，要驅動DS1307，就必須采用單主機方式下的I2C總線虛擬技術。在此方式下，以單片機為主節點（主器件），主器件永遠占有總線而不出現總線競爭，且可以用兩根I／O口線來虛擬I2C總線接口。I2C總線上的主器件（單片機）可在時鐘線（SDL）上產生時鐘脈沖，在數據線（SDA）上產生尋址信號、開始條件、停止條件以及建立數據傳輸的器件。任何被選中的器件都將被主器件看成是從器件。在這里，DS1307作為I2C總線的從器件。I2C總線為同步串行數據傳輸總線，其內部為雙向傳輸電路，端口輸出為開漏結構，因此，需加上拉電阻。

2．4 MT8880C雙音頻編解碼電路

由于單片機是通過MT8880C芯片得到PSTN網絡的雙音頻信號解碼輸出，也就是說，單片機可以識別來自PSTN網絡的控制信號，用戶可以根據系統的語音提示進行按鍵選擇以實現用戶身份的識別與遠程控制。因此，利用MT8880C的雙音頻編碼功能，系統可以在緊急時刻將用戶預置的緊急電話打到PSTN網絡，從而把損失減少到最低。

2．5 ISD4004語音錄放電路

ISD4004是美國ISD公司生產的一種語音錄放芯片。它可錄制8～16分鐘的語音信號。該芯片可提供SPI標準接口和單片機進行接口，其語音的錄放控制均通過單片機來實現。該芯片的一個最大特點是可以按地址編程錄放，因而可由ISD4004和單片機編程控制來構成本系統與PSTN網絡用戶的語音平臺。由于ISD4004的INT和RAC腳輸出為開漏結構，因此需要加上拉電阻。

2．6 MAX202串行通訊電路

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1系統的總體結構及工作過程

智能家居系統由系統主機、系統分機、Internet服務器和網絡接口等部分組成。其中系統主機通過服務器（個人計算機）連入Internet，并通過自己的PSTN公用電話交換網接口電路連入PSTN。其結構圖如圖1所示。主機與分機通過無線傳輸組成星形拓撲結構。系統主機通過本地無線傳輸網絡同系統分機進行通訊、傳輸控制命令和反饋信息。

該系統正常工作時，用戶可以通過screen.width-400)this.style.width=screen.width-400;\>Internet和PSTN兩種網絡進行訪問，當通過Internet訪問時，本系統可提供一個界面友好的終端軟件，用戶只需登陸到運行在家中的服務器即可對家中的設備進行遠程控制；當通過PSTN訪問時，本系統將為用戶提供語音操作界面。其工作流程如圖2所示。

2系統的硬件構成

本系統的硬件主要有系統主機與系統分機兩大部分。系統主機由單片機AT89C52和各種接口電路組成，如圖3所示。系統分機由單片機AT89C52和各種接口電路、傳感器單元電路、固態繼電器控制電路組成，并由固態繼電器控制具體設備，具體硬件組成框圖如圖4所示。

通過系統主機的各種接口電路可將主機CPU從繁忙的計算中解脫出來，以便把主要精力運用在控制和信息傳遞上。系統主機主要依照各個功能電路的輸出結果進行邏輯判斷和控制命令的輸出。系統分機的各種接口電路和主機相似，只是根據設備的不同（傳感器單元）有著細節上的變化。下面主要介紹系統主機的各種接口電路。

2．1 nRF401 無線數據傳輸電路

無線數據傳輸電路由Nordic公司的單片UHF無線數據收發芯片nRF401及其外圍電路構成。nRF401采用FSK調制解調技術，其工作效率可達20kbit／s，且有兩個頻率通道供選擇，并且支持低功耗和待機模式。它不用對數據進行曼徹斯特編碼，其天線接口設計為差分天線，因而很容易用PCB來實現。screen.width-400)this.style.width=screen.width-400;\>

2．2 看門狗電路

看門狗電路由MAX813L及其外圍元件組成。通常，在單片機的工作現場，可能有各種干擾源。這些干擾源可能導致程序跑飛、造成死機或者程序不能正常運行。如果不及時恢復或使系統復位，就容易造成損失。看門狗電路的作用就是在程序跑飛或者死機時，能有效地使系統復位以使系統恢復正常運轉。因此，在程序中定期給P1．5送入看門狗信號，就可以保證在程序運行異常時，由MAX813L使單片機復位。

2．3 DS1307時鐘接口電路

DS1307時鐘芯片是美國DALLAS公司生產的I2C總線接口實時時鐘芯片。DS1307可以獨立于CPU工作，它不受晶振和電容等的影響，并且計時準確，月積累誤差一般小于10秒。此芯片還具有掉電時鐘保護功能，可自動切換到后備電源供電。同時還具有閏年自動調整功能，可以產生秒、分、時、日、月、年等數據，并將其保存在具有掉電保護功能的時間寄存器內，以便CPU根據需要對其進行讀出或寫入。由于單片機AT89C52沒有I2C總線接口，因此，要驅動DS1307，就必須采用單主機方式下的I2C總線虛擬技術。在此方式下，以單片機為主節點（主器件），主器件永遠占有總線而不出現總線競爭，且可以用兩根I／O口線來虛擬I2C總線接口。I2C總線上的主器件（單片機）可在時鐘線（SDL）上產生時鐘脈沖，在數據線（SDA）上產生尋址信號、開始條件、停止條件以及建立數據傳輸的器件。任何被選中的器件都將被主器件看成是從器件。在這里，DS1307作為I2C總線的從器件。I2C總線為同步串行數據傳輸總線，其內部為雙向傳輸電路，端口輸出為開漏結構，因此，需加上拉電阻。

2．4 MT8880C雙音頻編解碼電路

由于單片機是通過MT8880C芯片得到PSTN網絡的雙音頻信號解碼輸出，也就是說，單片機可以識別來自PSTN網絡的控制信號，用戶可以根據系統的語音提示進行按鍵選擇以實現用戶身份的識別與遠程控制。因此，利用MT8880C的雙音頻編碼功能，系統可以在緊急時刻將用戶預置的緊急電話打到PSTN網絡，從而把損失減少到最低。

2．5 ISD4004語音錄放電路

ISD4004是美國ISD公司生產的一種語音錄放芯片。它可錄制8～16分鐘的語音信號。該芯片可提供SPI標準接口和單片機進行接口，其語音的錄放控制均通過單片機來實現。該芯片的一個最大特點是可以按地址編程錄放，因而可由ISD4004和單片機編程控制來構成本系統與PSTN網絡用戶的語音平臺。由于ISD4004的INT和RAC腳輸出為開漏結構，因此需要加上拉電阻。screen.width-400)this.style.width=screen.width-400;\>

2．6 MAX202串行通訊電路

通訊電路可由串行通訊專用芯片MAX202組成，通過此電路可以方便地與PC機進行串行通訊。

2．7 鈴流檢測與摘掛機控制電路

當系統被呼叫時，電話交換機發出鈴流信號。振鈴為25±3V的正弦波，失真小于10％，電壓有效值為90±15V。振鈴信號以5秒為周期，即1秒送，4秒斷。由于振鈴信號電壓比較高，所以先要通過高壓穩壓二極管進行降壓，然后輸入至光耦。再經光耦隔離轉換后，從光耦輸出時通時斷的正弦波，最后經RC回路進行濾波以輸出標準的方波。該方波信號可以直接輸出至單片機的定時器1進行計數，以實現對鈴流的檢測。

由于程控電話交換機在電話摘機時電話線回路電流會突然變大（約30mA），因此，交換機檢測到回路電流變大就認為電話機已經摘機。自動摘掛機電路可以通過單片機的P1．7來控制一個固態繼電器，固態繼電器的控制端應連接一個大約300Ω的電阻后再接入電話線兩端，從而完成模擬摘掛機。

3系統軟件編制

本系統軟件主要由系統主機和系統分機的C51程序和系統與Internet網絡通訊程序組成。

3．1 系統主機程序的編制

系統主機程序主要用于實現系統的總體功能。包括無線數據傳輸程序、看門狗程序、時間戳程序、雙音頻編解碼程序、語音錄放程序、串行通訊程序、鈴流檢測與摘掛機控制程序、系統初始化程序、意外事件處理程序等。程序編制以消息驅動為主導思想。消息由計數器中斷1、外部中斷0和串行中斷產生，在中斷服務程序中，應將相應的狀態位置位，而在消息循環中則應按相應的狀態位調用功能函數，然后由功能函數將相應的狀態位清0并完成所需功能，并最后返回到消息循環中。其程序流程如圖5所示。該系統的分機程序和主機類似，故此不再詳述。screen.width-400)this.style.width=screen.width-400;\>

3．2 系統與Internet網絡通訊程序的編制

這部分通訊程序分為服務器和客戶端兩個程序，主要通過Internet網絡完成用戶的控制功能。

服務器程序主要完成客戶端與系統主機通訊的中轉，即將客戶端發來的控制或者查詢命令翻譯成系統主機能識別的格式，或者將系統主機收到的報警等信息上傳到客戶端。服務器程序使用Socket與客戶端進行Internet通訊。