随着科技的进步,智能家居逐渐成为人们研究的热点。家庭网关作为智能家居系统的核心,主要负责智能家居系统网络的搭建与维护、数据的传输与处理、电器设备的集中管控等。本文从智能家居、短距离无线通信等技术的发展特点出发,针对当前家庭网关的缺陷以及家庭内部网络的特点,研发了一款ZigBee与WiFi短距离无线通信技术融合且通用性强的智能家居网关,本文主要内容如下:首先,对嵌入式Linux、ZigBee组网、WiFi组网技术进行介绍,在需求分析的基础上确定基于ARM-Linux开发平台将ZigBee与WiFi组网技术结合的网关总体方案。进一步,对智能家居网关硬件部分进行整体设计,确定ARM9主控制器S3C2440A与ZigBee协调器CC2530组合的网关硬件主体结构,对智能家居系统下的温湿度、气体、新风机、照明、窗帘等无线终端节点进行硬件设计。同时,对网关整体软件进行设计,包括创建交叉编译链、Linux系统内核剪裁与移植、建立SQLite3数据库、搭建Qt交叉开发环境等,基于ARM-Linux平台进行多进程程序框架、共享内存与SQLite3数据库组合存储的软件设计,以及对ZigBee协调器与WiFi模块的软件设计、TCP服务器与客户端的应用层通信协议设计,并结合总体需求自主开发匹配的ARM-Linux端上位管理软件与PC-Windows端上位管理软件。另外,从机器学习与智能家居相结合的研究出发,基于本文搭建的实验平台提出基于随机森林与XGBoost机器学习算法的融合模型,通过公共数据集对融合模型进行家庭电器用电事件识别、家庭电器负荷状态预测,并且设计线下预测与线上管理结合的系统节能策略,在PC-Windows端上位软件中设计节能实验界面并在网关整体测试环节对节能策略进行仿真实验。最后,基于ZigBee-WiFi网关搭建整体测试环境,对ZigBee-WiFi网关进行数据采集、设备控制、节能仿真演示等功能测试,并分别对ZigBee、WiFi进行网络性能测试。测试结果表明,该网关稳定可靠,满足本文网关设计的综合需求。