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摘要：本文主要对传统的IR、zigBee、Wi-Fi网络进行整合，通过设计ZigBee-IR Gateway，Zig—Bee-Wi-Fi Gateway，ZigBee下的环境感知设备，将各种家电形成一个智能网络。在室内多节点布设温湿度、照度传感器，并在PC端使用VB.NET开发监控界面，根据监测数据使用合适的排程方案对空调、照明等设备实现智能控制。通过手机APP可以灵活监测和控制家电设备。
关键词：物联网：智慧家庭：网络整合
1引言
1.1研究背景
互联网的出现将人们带入了信息化时代，而物联网作为互联网发展的终极状态，不仅促进了社会信息化的逐步加快，也改变了人们生活、工作、学习的习惯与方式。人一天之中有一半以上的时间是在家里度过的，人们对家居的要求已经不满足于简单的物质空间，人们更需要一种安全、舒适、智能、便利、节能于一体的生活环境，这就对传统住宅提出了新的挑战，智能家居已经成为人们的基本需求之一。
家居智能化起源于20世纪70年代的美国，随后传播到欧洲、日本等国，并且发展迅速。在我国，家居智能化起步较晚，上世纪90年代才引入我国，但从目前发展状况上看，我国的家居智能化发展速度是最快的。根据市场估计，50%以上的新房具有一定的“智能化”功能。
家居智能化除了带给我们舒适的生活环境，其价格因素也是制约其发展的重要原因。目前国外的智能家居发展已经比较成熟，但是很难占据国内市场，究其原因主要是国外技术施工要求高，价格高，难以让国人接受。物联网的出现从根本上解决了人们对现代化居家环境的各种挑剔要求。物联网（Internet of things）终端扩展到了任何物品之间进行信息交换，是互联网的应用拓展，与其说物联网是网络，不如说物联网是业务和应用。物联网技术包括全面感知、可靠传输和智慧处理三个层次，全面感知即使用各种传感器、RHD、二维码技术等随时获取物品的信息；可靠传输是使用各种网络技术将获得的信息即时准确地传输出去；智慧处理依靠云端、大数据等技术将得到的数据进行处理以得到适合的处理结果，对物品进行智慧控制。
1.2研究内容
为了满足人们对便捷与智慧化生活方式的需求，通过设计硬件设备、PC端控制方案、移动端控制方案，将原本独立的各种家电设备进行整合，形成智慧家庭平台，并且在PC端设计排程方案，智能移动设备可以控制家里的电器设备，PC端监测环境及设定排程方案，通过多结点温湿度和光照度传感器监控，打造一个智能化的生活环境。笔者从以下几个方面进行智慧家庭设计。
（1）如何改变家用电器传统的红外线控制方式，解决电器短距离控制与控制方向的限制。
（2）如何实时监控家电设备的使用状态与用电量，使用户能够及时得到设备状态信息。
（3）不同的装置，有不同的通信接口，如红外线、Wi-Fi、Ethemet等，如何对各种设备进行整合实现智慧家庭整体平台。
2系统架构
由于我國各品牌家用电器使用的技术标准不同，因此没办法形成一个统一的控制网络。笔者通过对家居中的用电设备作规划设计，通过硬件设计，将各种电器整合到统一的网络环境下，通过光照、温湿度等传感器感知环境信息，将传统的IR（红外线）、Wi-Fi、Ethernet等异质网络进行整合，使用者可以使用电脑、手机、平板等设备对各种家电设备进行控制，使用插座式智慧电表监测用电情况，实现家电智能控制。
通过PC端监控界面设计、手机移动端设计、网关设计以及各类电子设备嵌入式程序设计，建立一个可用于智慧生活的网络平台。系统功能如下：
（1）智能手机端作为用户控制端，可以控制各种家电设备的开关及进行环境设定。
（2）在家庭环境中使用ZigBee做多节点环境监控，使用光照度传感器、温湿度传感器等搜集环境信息。
（3）在PC端设计监控程序，可以对家里的用电设备（主要是空调设备及灯光）做排程方案，实时监控用电情况及监测环境数据12]。
（4）硬件及嵌入式程序设计。硬件电路包括ZigBee-IR Gateway设计；ZigBee-Wi-Fi Gateway设计；ZigBee下的温湿度传感器、光照度传感器设计。
3智慧家庭设计与实现
3.1智能手机端设计
智能手机端作为移动控制设备，用户可以直接使用手机控制家里的电器设备（不需要手机有红外功能），通过手机也可以查看电器使用情况和设定预定的排程方案。手机端的开发使用Google的云端软件Applnventor，该软件使用Scratch语言（即不需要写程序的编程方法），操作简单功能强大，并提供了与硬件的接口。
3.2 PC端监控程序设计
PC端的主要作用是作为监控界面。PC端的设计使用Visual Basic 2010设计图形化的监控界面，可以实时获取各种设备信息，控制设备状态，通过温湿度传感器和光照度传感器搜集到的数据，智能调节室内光照情况和空调设备的使用情况。并在PC端编写排程方案，用户可以手动设定设备使用方案或是PC端根据环境传感器搜集到的信息自动设定设备排程，用以调节各种电器的使用情况。
3.3硬件设计
（1）ZigBee-IR Gateway设计
本文以ZigBee网络为架构，使用TEMI的SoC-CC2530芯片，设计红外线发射电路、红外线接收电路，使用电池供电，可以使设备方便安装。
在功能设计上，在MCU内部编写红外线装置识别码和控制码，能够方便发送和接收红外线信号。
（2）ZigBee-Wi-Fi Gateway设计
使用SoC-CC2530为系统芯片并使用Gains-pan公司的GSl011MIP Wi-Fi芯片，通过AT CMD，可设定为AP或UDP Server、TCP/IP Server的功能。用于智能型装置的网络联线，通过串行通信连接Wi-Fi模块与系统芯片，让用户可以通过APP接口或浏览器连接服务器，并且通过本装置将智能生活系统的状态消息回传给智能型装置。
（3）ZigBee下的温湿度、光照度传感器
使用SoC-CC2530、光照度传感器、温湿度传感器，设计在线烧录功能，直接修改嵌入式程序与除错。通过ADC接口读取监测值并与合格之光照度计、温湿度计做校正。根据室内环境传感器感测值通过算法给出最适合的生活环境方案。
在功能设计上，将读取的温湿度和光照度数据通过ZigBee网络传送到PC端，PC端根据预设的方案安排家电开关及功能设备，以达到智慧控制的目标。
4系统测试
完成的软硬件开发的三类装置，必须做下列功能测试，确认达成装置与系统功能，符合预期目标。测试项目与方法，分别说明如下：
（1）无线感测网络建立
设定Wi-Fi网络网关与智能型装置的网络IP，成功链接Wi-Fi、ZigBee等异质网络架构。
（2）红外线家电设备控制
通过红外线Gateway，写入红外线控制代码，直接与家电设备进行控制互动。
（3）照明设备控制测试
以手机、Pc等智能型装置对照明灯具进行调光控制，并且通过设定环境传感器进行自动调补光，达到最佳环境舒适度的控制。
5结论
在第三次信息化浪潮的冲击下，单纯的硬件或是软件应用已经不能满足人们的需求，物联网概念的提出为智慧生活的实现提供了基础。物联网的本质是应用，在生活中发现问题并解决问题，为人们提供安全、便利、舒适、节能的生活方式是本文的研究重点。本文主要解决了家电平台的整合问题，主要通过设计硬件及嵌入式设备将异质网络整合在一起，配合智能手机及PC，实现对家电的智慧控制。
中国的智慧家庭仍处于起步阶段，各电器厂商之间没有统一标准。因此，智慧家庭平台的整合非常重要，随着房地产市场的火爆和人们对生活水平的要求的不断提高，智慧家庭将有广阔市场前景。
[责任编辑 刘祖琼]
关键词：物联网：智慧家庭：网络整合
1引言
1.1研究背景
互联网的出现将人们带入了信息化时代，而物联网作为互联网发展的终极状态，不仅促进了社会信息化的逐步加快，也改变了人们生活、工作、学习的习惯与方式。人一天之中有一半以上的时间是在家里度过的，人们对家居的要求已经不满足于简单的物质空间，人们更需要一种安全、舒适、智能、便利、节能于一体的生活环境，这就对传统住宅提出了新的挑战，智能家居已经成为人们的基本需求之一。
家居智能化起源于20世纪70年代的美国，随后传播到欧洲、日本等国，并且发展迅速。在我国，家居智能化起步较晚，上世纪90年代才引入我国，但从目前发展状况上看，我国的家居智能化发展速度是最快的。根据市场估计，50%以上的新房具有一定的“智能化”功能。
家居智能化除了带给我们舒适的生活环境，其价格因素也是制约其发展的重要原因。目前国外的智能家居发展已经比较成熟，但是很难占据国内市场，究其原因主要是国外技术施工要求高，价格高，难以让国人接受。物联网的出现从根本上解决了人们对现代化居家环境的各种挑剔要求。物联网（Internet of things）终端扩展到了任何物品之间进行信息交换，是互联网的应用拓展，与其说物联网是网络，不如说物联网是业务和应用。物联网技术包括全面感知、可靠传输和智慧处理三个层次，全面感知即使用各种传感器、RHD、二维码技术等随时获取物品的信息；可靠传输是使用各种网络技术将获得的信息即时准确地传输出去；智慧处理依靠云端、大数据等技术将得到的数据进行处理以得到适合的处理结果，对物品进行智慧控制。
1.2研究内容
为了满足人们对便捷与智慧化生活方式的需求，通过设计硬件设备、PC端控制方案、移动端控制方案，将原本独立的各种家电设备进行整合，形成智慧家庭平台，并且在PC端设计排程方案，智能移动设备可以控制家里的电器设备，PC端监测环境及设定排程方案，通过多结点温湿度和光照度传感器监控，打造一个智能化的生活环境。笔者从以下几个方面进行智慧家庭设计。
（1）如何改变家用电器传统的红外线控制方式，解决电器短距离控制与控制方向的限制。
（2）如何实时监控家电设备的使用状态与用电量，使用户能够及时得到设备状态信息。
（3）不同的装置，有不同的通信接口，如红外线、Wi-Fi、Ethemet等，如何对各种设备进行整合实现智慧家庭整体平台。
2系统架构
由于我國各品牌家用电器使用的技术标准不同，因此没办法形成一个统一的控制网络。笔者通过对家居中的用电设备作规划设计，通过硬件设计，将各种电器整合到统一的网络环境下，通过光照、温湿度等传感器感知环境信息，将传统的IR（红外线）、Wi-Fi、Ethernet等异质网络进行整合，使用者可以使用电脑、手机、平板等设备对各种家电设备进行控制，使用插座式智慧电表监测用电情况，实现家电智能控制。
通过PC端监控界面设计、手机移动端设计、网关设计以及各类电子设备嵌入式程序设计，建立一个可用于智慧生活的网络平台。系统功能如下：
（1）智能手机端作为用户控制端，可以控制各种家电设备的开关及进行环境设定。
（2）在家庭环境中使用ZigBee做多节点环境监控，使用光照度传感器、温湿度传感器等搜集环境信息。
（3）在PC端设计监控程序，可以对家里的用电设备（主要是空调设备及灯光）做排程方案，实时监控用电情况及监测环境数据12]。
（4）硬件及嵌入式程序设计。硬件电路包括ZigBee-IR Gateway设计；ZigBee-Wi-Fi Gateway设计；ZigBee下的温湿度传感器、光照度传感器设计。
3智慧家庭设计与实现
3.1智能手机端设计
智能手机端作为移动控制设备，用户可以直接使用手机控制家里的电器设备（不需要手机有红外功能），通过手机也可以查看电器使用情况和设定预定的排程方案。手机端的开发使用Google的云端软件Applnventor，该软件使用Scratch语言（即不需要写程序的编程方法），操作简单功能强大，并提供了与硬件的接口。
3.2 PC端监控程序设计
PC端的主要作用是作为监控界面。PC端的设计使用Visual Basic 2010设计图形化的监控界面，可以实时获取各种设备信息，控制设备状态，通过温湿度传感器和光照度传感器搜集到的数据，智能调节室内光照情况和空调设备的使用情况。并在PC端编写排程方案，用户可以手动设定设备使用方案或是PC端根据环境传感器搜集到的信息自动设定设备排程，用以调节各种电器的使用情况。
3.3硬件设计
（1）ZigBee-IR Gateway设计
本文以ZigBee网络为架构，使用TEMI的SoC-CC2530芯片，设计红外线发射电路、红外线接收电路，使用电池供电，可以使设备方便安装。
在功能设计上，在MCU内部编写红外线装置识别码和控制码，能够方便发送和接收红外线信号。
（2）ZigBee-Wi-Fi Gateway设计
使用SoC-CC2530为系统芯片并使用Gains-pan公司的GSl011MIP Wi-Fi芯片，通过AT CMD，可设定为AP或UDP Server、TCP/IP Server的功能。用于智能型装置的网络联线，通过串行通信连接Wi-Fi模块与系统芯片，让用户可以通过APP接口或浏览器连接服务器，并且通过本装置将智能生活系统的状态消息回传给智能型装置。
（3）ZigBee下的温湿度、光照度传感器
使用SoC-CC2530、光照度传感器、温湿度传感器，设计在线烧录功能，直接修改嵌入式程序与除错。通过ADC接口读取监测值并与合格之光照度计、温湿度计做校正。根据室内环境传感器感测值通过算法给出最适合的生活环境方案。
在功能设计上，将读取的温湿度和光照度数据通过ZigBee网络传送到PC端，PC端根据预设的方案安排家电开关及功能设备，以达到智慧控制的目标。
4系统测试
完成的软硬件开发的三类装置，必须做下列功能测试，确认达成装置与系统功能，符合预期目标。测试项目与方法，分别说明如下：
（1）无线感测网络建立
设定Wi-Fi网络网关与智能型装置的网络IP，成功链接Wi-Fi、ZigBee等异质网络架构。
（2）红外线家电设备控制
通过红外线Gateway，写入红外线控制代码，直接与家电设备进行控制互动。
（3）照明设备控制测试
以手机、Pc等智能型装置对照明灯具进行调光控制，并且通过设定环境传感器进行自动调补光，达到最佳环境舒适度的控制。
5结论
在第三次信息化浪潮的冲击下，单纯的硬件或是软件应用已经不能满足人们的需求，物联网概念的提出为智慧生活的实现提供了基础。物联网的本质是应用，在生活中发现问题并解决问题，为人们提供安全、便利、舒适、节能的生活方式是本文的研究重点。本文主要解决了家电平台的整合问题，主要通过设计硬件及嵌入式设备将异质网络整合在一起，配合智能手机及PC，实现对家电的智慧控制。
中国的智慧家庭仍处于起步阶段，各电器厂商之间没有统一标准。因此，智慧家庭平台的整合非常重要，随着房地产市场的火爆和人们对生活水平的要求的不断提高，智慧家庭将有广阔市场前景。
[责任编辑 刘祖琼]