摘 要：隨著時代的發(fā)展，人們對于日常生活的智能化要求越來越迫切。隨著上世紀80年代美國康乃迪克州哈特佛市的第一棟智能建筑稍微的誕生，全世界掀起了智能家居的建設熱潮。當今時代可以說是信息時代，當今時代最重要的特點就是信息的數(shù)字化、網(wǎng)絡化?；ヂ?lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)骨干網(wǎng)的帶寬每半年的發(fā)展速度倍增。寬帶接入網(wǎng)絡的日益普及，信息高速公路的最后一個問題已經(jīng)得到解決。目前智能家電正在不斷普及，大多數(shù)智能家電都有自動控制部件，即所有的信息已經(jīng)數(shù)字化，這為家電的網(wǎng)絡化打下了技術基礎。

關鍵詞：嵌入式ARM；Zigbee；家電控制

1 研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

1.1 國外發(fā)展狀況

在歐洲，數(shù)字家庭網(wǎng)絡的核心主要是指建設的多媒體家庭平臺，它的核心是電視網(wǎng)絡，利用機頂盒對衛(wèi)星廣播和有線信號的接收和發(fā)送，實現(xiàn)完整的電子商務，銀行的交互式操作轉(zhuǎn)讓等服務。美國數(shù)字家庭網(wǎng)絡主要是在運營商帶動的情況下提供智能信息服務。英國電信利用家庭網(wǎng)關技術控制數(shù)字家庭網(wǎng)絡，家庭網(wǎng)關技術可以為用戶提供有線，無線上網(wǎng)，調(diào)制解調(diào)器，防火墻，家長控制等服務。

1.2 國內(nèi)發(fā)展狀況

我們的家庭網(wǎng)絡處于起步階段，隨著家庭網(wǎng)絡產(chǎn)品和產(chǎn)業(yè)的成熟，在國內(nèi)的發(fā)展家庭網(wǎng)絡系統(tǒng)顯示以下特點：（1）市場潛力。因為房地產(chǎn)是熱點，因為其下游產(chǎn)業(yè)的一部分，家庭網(wǎng)絡市場前景非常樂觀。（2）市場競爭的無序階段。家庭網(wǎng)絡行業(yè)正處于導入期，沒有統(tǒng)一的標準，大多數(shù)產(chǎn)品都是相似的。（3）市場是一個需要逐步培育和引導階段。大規(guī)模的價格戰(zhàn)，廣告戰(zhàn)，服務戰(zhàn)還沒有爆發(fā)，比較分散，市場認知和接受，市場占有率不高。與服務供應商爭先恐后的產(chǎn)品相比，智能家居產(chǎn)品到用戶終端的步伐有點慢。（4）為面向家庭網(wǎng)絡市場的巨大需求，市場區(qū)域存在不均衡的狀態(tài)。

1.3 智能家庭的問題與發(fā)展趨勢

智能家居的發(fā)展面臨著以下四個主要方面的問題：（1）產(chǎn)品成本：目前的高價位的智能家居市場。（2）系統(tǒng)功能。復雜的操作系統(tǒng)，產(chǎn)品性能缺乏穩(wěn)定性和可靠性。（3）標準協(xié)議：設備廠商的接口標準和協(xié)議有很大的不同，使他們生產(chǎn)的家庭設備不能與智能家居系統(tǒng)兼容更好。（4）售后服務：中國的智能家居廠家配套還不成熟，未能形成售后服務匹配系統(tǒng)，當出現(xiàn)問題時，該產(chǎn)品銷售和維修是不能夠滿足用戶的需要。

未來的智能家居管理終端將基于嵌入式Linux，Android和Windows系統(tǒng)操作平臺，通過觸摸屏接口，實現(xiàn)家電、窗簾、安防等家居環(huán)境控制。通過智能手機或平板電腦上安裝智能家居客戶端軟件，用戶可實現(xiàn)家居環(huán)境遠程控制。

2 系統(tǒng)總體設計

2.1 智能家居的功能

智能化家電控制就是通過自動化的家居智能管理系統(tǒng)來控制所有家電。家電智能控制系統(tǒng)由安全控制系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)、網(wǎng)絡通信系統(tǒng)三方面組成。

智能家居基本控制功能及實現(xiàn)方式：（1）遙控功能。所有家電設備的開關可以由一個智能遙控器來控制，這個遙控器可以是手機、電腦等移動通信設備。（2）感應延時開關。在廚房、衛(wèi)生間設置感應延時開關，有人在時感應燈通過感應開啟，無人在時感應燈通過感應熄滅。（3）網(wǎng)絡開關的網(wǎng)絡功能。一個開關可以控制整個網(wǎng)絡，整個網(wǎng)絡可以控制任意電路。其控制對象可以設置和輕松更改全開全關、場景設置、復雜的多交換機網(wǎng)絡操作功能。

2.2 Zigbee無線通信技術

無線技術逐漸取代有線技術，科學技術是未來的發(fā)展趨勢。有短距離無線IEEE802.11，藍牙，WIFI等一般成熟的技術領域，雖然他們有自己的優(yōu)勢，但功耗高，較差的自組網(wǎng)能力。2004年ZigBee聯(lián)盟引入ZigBee技術，其主要基于IEEE802.15.4 PHY和MAC層，它具有成本低、功耗低、自組網(wǎng)的優(yōu)點，并具有其他協(xié)議不具備的自愈能力。

IEEE802.15.4 定義了星型拓撲與對等拓撲兩種拓撲結構。

ZigBee的主要技術特點如下：（1）通信速率低、協(xié)議簡單：ZigBee是使用星形和網(wǎng)狀網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸設備，具有20-250kbps的傳輸速率。（2）功耗低：由于設備占空比短，和ZigBee采用了多種節(jié)能模式，它的功耗是非常低的。兩節(jié)AA電池可支持長達半年至2年的使用，這是ZigBee很明顯的優(yōu)勢。（3）成本低廉、工作頻段靈活：免版稅的ZigBee協(xié)議、簡單的協(xié)議、低數(shù)據(jù)率及小的存儲空間，大大降低的ZigBee的成本。（4）網(wǎng)絡容量大：一個ZigBee網(wǎng)絡最多可容納65535個從設備和一個主設備。（5）ZigBee網(wǎng)絡的自組織、自愈能力強：形成無需人工干預ZigBee網(wǎng)絡，設備節(jié)點可以知道，通過信息交換等設備節(jié)點的存在，然后他們能確定它們之間的關系；自愈ZigBee網(wǎng)絡設備節(jié)點位置進行更改以刪除或附加設備節(jié)點，可以自動恢復網(wǎng)絡，無需人工干預，以確保系統(tǒng)的可靠性。

2.3 智能家居系統(tǒng)的總體架構

由于智能家居系統(tǒng)的復雜性，所以將智能家居系統(tǒng)分為多個子系統(tǒng)。本論文主要研究的子系統(tǒng)有智能家居控制主機、智能照明控制系統(tǒng)、家居安防系統(tǒng)、智能電器控制系統(tǒng)、家居環(huán)境控制系統(tǒng)。通過對智能家居系統(tǒng)組網(wǎng)方法的學習，我們了解到智能家居系統(tǒng)是由一個結構非常復雜的異構網(wǎng)絡組成的。它是由一個智能家居控制主機通過若干個轉(zhuǎn)接設備接入多個不同的子系統(tǒng)來實現(xiàn)的。家居環(huán)境控制系統(tǒng)、智能照明控制系統(tǒng)和智能電器控制系統(tǒng)的組合可以實現(xiàn)家居控制的功能。家居安防系統(tǒng)通過可視對講模塊、視頻監(jiān)控模塊和防盜報警模塊三個子系統(tǒng)結合來實現(xiàn)家居安防的功能。電阻式觸摸顯示屏使智能家居系統(tǒng)可以實現(xiàn)本地控制的功能。借助智能手機和個人計算機實現(xiàn)智能家居系統(tǒng)遠程控制的功能。

2.4 智能家居管理終端的研究

2.4.1 智能家居管理終端的總體功能。前面提到的智能家居控制主機又稱為智能家居集中控制器，是指封裝好的有智能家居系統(tǒng)控制功能的控制器硬件和軟件，具備有相應外圍接口?？刂浦鳈C通常包括各種形式的控制器終端產(chǎn)品，通過直接連接或者協(xié)議轉(zhuǎn)換間接控制方式，實現(xiàn)智能電器控制、家居環(huán)境控制的功能。

2.4.2 智能家居管理終端的功能模塊。根據(jù)前面對智能家居系統(tǒng)的功能需求分析，我們主要來了解家居控制模塊。

家居控制模塊：家居控制模塊的主要功能是通過各執(zhí)行器實現(xiàn)對智能家電設備的控制和家居環(huán)境的設置。該模塊包括三個子功能模塊：智能照明控制模塊、智能電器控制模塊、家居環(huán)境控制模塊。當有新的智能家電設備增加或者需要移除某家電設備時，用戶通過智能家居管理終端提供的人機界面即可實現(xiàn)加入或剔除相應的節(jié)點設備。用戶可以遠程查詢各節(jié)點設備的工作狀態(tài)，通過智能家居管理終端在家中或者遠程控制家中的各種智能家電設備，根據(jù)需要選擇合適的家居環(huán)境模式。將可控制的各種智能家電設備根據(jù)控制參數(shù)的類型分為：（1）開關量（所有智能家電設備）；（2）照度（燈光）；（3）溫度（空調(diào)、熱水器等）；（4）濕度（加濕器、干燥器等）；（5）音量（電視機、音響、影碟機等）；（6）頻道（電視機、收音機等）；（7）定時時間（空調(diào)、燈光、電飯鍋等）；（8）家居環(huán)境模式（空調(diào)、燈光、電動窗簾、音響、影碟機等）。

采用的技術路線：采用ZigBee芯片作為各種智能家電設備的執(zhí)行器，各種家電設備作為ZigBee網(wǎng)絡的終端節(jié)點設備，每個家電設備都有唯一的目標短地址與其對應。智能家居管理終端控制器通過SPI口與ZigBee網(wǎng)絡的協(xié)調(diào)器連接，采用自制定的ZigBee模塊SPI口通信協(xié)議，實現(xiàn)智能家居管理終端對各種智能家電的控制和家居環(huán)境的設置。

3 結束語

基于ARM的智能家居管理終端是一個完整的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)項目，其目的是開發(fā)一個簡單，功能強大，可擴展，易操作，低功耗，低成本的穩(wěn)定，可靠性，智能家居管理終端。文章依次介紹了智能家居系統(tǒng)的需求分析，組網(wǎng)方案和建設的整體架構。