物聯(lián)網(wǎng)
- 首頁 >> 新聞資訊 >> 博客文章 >> 物聯(lián)網(wǎng)
智能家居系統(tǒng)設(shè)計方案
智能家居系統(tǒng)需要先進的信息技術(shù)的支持，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展推動了智能家居技術(shù)水平的提高。物聯(lián)網(wǎng)中用到很多無線技術(shù)，這為基于無線的智能家居系統(tǒng)提供了很好的技術(shù)上的借鑒。同時，隨著藍牙小組（SIG）推出的旨在進軍廣闊的物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的低功耗藍牙，使得基于藍牙的智能家居系統(tǒng)的研究有更多的現(xiàn)實意義和技術(shù)保障。基于上述情況，首先設(shè)計了一種基于無線的智能家居系統(tǒng)架構(gòu)，并在此架構(gòu)基礎(chǔ)上設(shè)計了基于藍牙技術(shù)的智能家居智能控制器的總體架構(gòu)。
一、無線智能家居系統(tǒng)架構(gòu)
物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)體系層次一般分為三層，分別為感知層（信息感知網(wǎng)絡）、網(wǎng)絡層（網(wǎng)絡通信基礎(chǔ)設(shè)施）、應用層（應用服務支撐體系）。在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)基礎(chǔ)上，根據(jù)對智能家居信息通信過程的分析，本文設(shè)計了四層無線智能家居架構(gòu)體系，從底層到上層分別為：感知層、局域網(wǎng)絡層、廣域網(wǎng)絡層以及應用層，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。
智能家居的感知層主要以各種感知技術(shù)作為支撐，并結(jié)合相應的控制技術(shù)完成感知和表達任務。感知層主要負責對家居內(nèi)的智能家電信息、溫濕度等環(huán)境信息及煤氣濃度等安全信息進行識別和獲取。
局域網(wǎng)絡層主要采用無線傳輸?shù)姆绞?，如ZigBee、藍牙等無線傳輸協(xié)議或者如IP地址等公開協(xié)議，將感知層采集的信息數(shù)據(jù)通過智能家居控制器發(fā)送的廣域網(wǎng)絡層?；蛘邔⒅悄芗揖涌刂破骺刂菩畔l(fā)送到感知層的設(shè)備控制器，從而完成控制任務。智能家居控制器是局域網(wǎng)絡層的核心部分，負責家庭局域網(wǎng)絡的互聯(lián)、協(xié)議轉(zhuǎn)換、設(shè)備監(jiān)控、數(shù)據(jù)計算、數(shù)據(jù)加密等功能，同時又承擔著與廣域網(wǎng)絡層信息交互等作用。
智能家居的廣域網(wǎng)絡層主要依靠現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)和移動通信網(wǎng)將感知層的數(shù)據(jù)信息傳送到需要信息數(shù)據(jù)的智能家居系統(tǒng)的應用上。一般可以采用移動網(wǎng)絡的4G方式或者是以太網(wǎng)的方式與智能家居控制器實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)交換。
物聯(lián)網(wǎng)中的應用層主要功能是實現(xiàn)對物聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)進行處理并應用。智能家居的應用層與之類似，是根據(jù)智能家居的不同業(yè)務功能或服務需要建立相應的應用業(yè)務系統(tǒng)。這些應用系統(tǒng)根據(jù)感知層采集的數(shù)據(jù)信息分析處理，之后做出決策并反饋給感知層，使其完成控制操作，從而實現(xiàn)智能家居的智能化控制。
二、無線智能家居應用與功能
通過與傳統(tǒng)智能家居的功能的對比以及對無線智能家居特點的分析，無線智能家居應該具有家庭通信、家庭智能控制、家庭安防與監(jiān)控、家庭環(huán)境環(huán)境監(jiān)測與節(jié)能管理及提供如家庭購物、在線教育等管理功能。針對上述對無線智能家居的分析，本文設(shè)計的智能家居可以分為如下五個子系統(tǒng)：
（1）家庭安防監(jiān)控與危險報警系統(tǒng)：能夠?qū)彝?nèi)部的可燃氣體濃度、煙霧濃度意外斷電情況等進行檢測；或者當主人不在家時，有陌生人入侵進行監(jiān)控。如果發(fā)生上述危險，安防監(jiān)控與危險報警系統(tǒng)就能向主人發(fā)出報警信號，從而保障家居環(huán)境的安全。該系統(tǒng)由包含門磁感應器、煙霧傳感器、可燃氣體探測器在內(nèi)的各種智能探測器以及智能家居控制器組成。
（2）家庭環(huán)境信息監(jiān)控系統(tǒng)：實現(xiàn)對室內(nèi)家居的溫度、空氣濕度、以及陽光照射情況的信息數(shù)據(jù)進行搜集并呈現(xiàn)給用戶，同時結(jié)合家庭設(shè)備控制系統(tǒng)和照明控制系統(tǒng)完成家居的智能化控制。該系統(tǒng)由溫濕度探測器、光強傳感器等眾多探測器以及智能家居控制器組成。
（3）家庭設(shè)備控制系統(tǒng)：通過傳感器得到的各種家庭環(huán)境信息或者用戶的人為控制信息，利用智能插座、智能開關(guān)等設(shè)備達到對家庭內(nèi)部的家電設(shè)備實現(xiàn)控制的目的。該系統(tǒng)由智能家居控制器、智能開關(guān)的終端設(shè)備以及智能家電組成。
（4）家庭照明控制系統(tǒng)：完成對家居內(nèi)臥室燈光、客廳燈光等各種燈光的開關(guān)控制及亮度調(diào)節(jié)。系統(tǒng)應包含各種燈具、智能開關(guān)、調(diào)節(jié)器以及智能家居控制器。
（5）家庭訪問控制系統(tǒng)：該系統(tǒng)能夠為用戶提供家居內(nèi)部訪問和遠程訪問兩種方式來訪問、控制管理智能家居的環(huán)境信息數(shù)據(jù)和對家居設(shè)備的控制。近距離的訪問方式可以直接通過操作智能家居控制器完成；遠程訪問通過手機或者遠端PC機的方式實現(xiàn)。
三、基于藍牙的無線智能家居系統(tǒng)
無線智能家居的短距離的無線通信技術(shù)要求有很好的通信效率和穩(wěn)定性、10~100米的通信距離、較低的使用成本以及較低的能耗。藍牙小組（SIG）采用的藍牙4.0標準主要特點就是低功耗，其目的就是達到物聯(lián)網(wǎng)對于短距離通信技術(shù)的要求從而進入該領(lǐng)域。本文研究設(shè)計的基于藍牙的無線智能家居系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。按照功能劃分，智能家居接入系統(tǒng)設(shè)備可以分為藍牙傳感器采集裝置、智能家居控制器、智能家居設(shè)備控制裝置及訪問控制裝置四部分。
藍牙傳感器采集裝置由藍牙通信模塊搭載煙霧傳感器、溫濕度傳感器等各種不同的傳感器組成，傳感器采集到的家庭環(huán)境的數(shù)據(jù)信息以及信息家電狀態(tài)信息通過藍牙通信模塊發(fā)送給智能家居控制器。設(shè)備控制裝備通過藍牙模塊接收智能家居控制器發(fā)送來的控制信號，完成對燈光、家電設(shè)備等家居設(shè)備的控制。智能家居控制器由核心的嵌入式系統(tǒng)搭載藍牙模塊組成，能夠通過對傳感數(shù)據(jù)信息進行計算和分析，做出控制操作命令，或者將數(shù)據(jù)信息通過屏幕顯示出來。智能家居控制器可以實現(xiàn)家居內(nèi)部的無線網(wǎng)絡同外部的小區(qū)網(wǎng)絡或Internet通信，從而實現(xiàn)用戶通過遠程Internet的方式訪問智能家居控制器，控制和查詢整個家居范圍內(nèi)的各種設(shè)備和信息數(shù)據(jù)。
四、基于藍牙的智能家居控制器的總體方案設(shè)計
在上述無線智能家居系統(tǒng)中，智能家居控制器處于最重要的功能地位，它是家居內(nèi)部網(wǎng)絡的中央樞紐，也是家居內(nèi)外實現(xiàn)通信的紐帶。根據(jù)之前對無線智能家居系統(tǒng)的分析，智能家居控制器應該滿足下述要求：
（1）低能耗智能家居控制器一般要求對家庭的安防與監(jiān)控提供24小時不間斷的服務，同時還要滿足控制器的可移動性，所以要配備電池工作，這就要求家居控制器的功耗要盡量低；
（2）可靠性運行在智能家居控制器上的軟件及硬件都應該安全可靠；
（3）可擴展性由于微電子以及計算機技術(shù)的高速發(fā)展，新設(shè)備、新功能及新業(yè)務層出不窮，所以要求智能家居控制器應有良好的可擴展性；
（4）用戶界面簡便友好現(xiàn)在使用者不僅僅只對智能產(chǎn)品的功能有比較高的需求，更希望自己使用的設(shè)備界面友好，操作簡單方便。因此，智能家居控制器的用戶界面應該友好簡單、操作上方便易用；
應用于上述基于藍牙的無線智能家居系統(tǒng)的架構(gòu)基礎(chǔ)上的智能家居控制器是一個具有藍牙通信功能的嵌入式設(shè)備。在硬件方面，其處理器采用三星公司的S3C6410 ARM處理器，同時搭載了核心電路模塊以及外圍通信等模塊。智能家居控制器通過Enternet接口與小區(qū)網(wǎng)絡或互聯(lián)網(wǎng)進行通信。在軟件方面以Android操作系統(tǒng)為平臺，根據(jù)不同的硬件模塊設(shè)計相應的驅(qū)動程序，同時按照智能家居的遠程控制及現(xiàn)場控制功能的需要在軟件系統(tǒng)上搭建嵌入式Web服務器并設(shè)計實現(xiàn)相應的應用軟件。圖3展示了智能家居控制器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
其中采集裝置中的收集獲取的數(shù)據(jù)信息通過藍牙通信模塊傳遞給智能家居控制器，智能家居控制器中的藍牙通信模塊負責信息的接收和發(fā)送，并將信息傳遞給ARM處理器，ARM處理器負責信息計算處理。信息采集裝置接入智能家居控制器的系統(tǒng)如圖4所示。遠程用戶通過Internet瀏覽器以及互聯(lián)網(wǎng)訪問智能家居控制器。
總結(jié)
本文首先根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)提出了一種采用無線通信技術(shù)的智能家居體系結(jié)構(gòu)，之后分析了無線智能家居應該具有的功能以及按照功能劃分了之智能家居系統(tǒng)。針對藍牙通信技術(shù)，研究分析了一種基于藍牙技術(shù)的智能家庭接入系統(tǒng)以及方法。最后，在以上的智能家居系統(tǒng)的設(shè)計架構(gòu)上，敘述了基于藍牙的智能家居控制器的總體方案設(shè)計。
以上就是我們深圳市組創(chuàng)微電子有限公司為您介紹的智能家居系統(tǒng)設(shè)計方案詳情。如果您有智能家居產(chǎn)品的電子功能開發(fā)需求，可以放心交給我們，我們有豐富的電子產(chǎn)品定制開發(fā)經(jīng)驗，可以盡快評估開發(fā)周期與IC價格，也可以核算PCBA報價。我們是多家國內(nèi)外芯片代理商：松翰、應廣、杰理、安凱、全志、realtek，有MCU、語音IC、藍牙IC與模塊、wifi模塊。我們的開發(fā)能力涵蓋了PCB設(shè)計、單片機開發(fā)、藍牙技術(shù)開發(fā)、軟件定制開發(fā)、APP定制開發(fā)、微信公眾號開發(fā)等軟硬件設(shè)計。還可以承接智能電子產(chǎn)品研發(fā)、家用電器方案設(shè)計、美容儀器開發(fā)、物聯(lián)網(wǎng)應用開發(fā)、智能家居方案設(shè)計、TWS耳機開發(fā)、藍牙耳機音箱開發(fā)、兒童玩具方案開發(fā)、電子教育產(chǎn)品研發(fā)。
精選方案推薦
- 返回頂部