文｜石繼柱，龔星星，邊浩，康鵬姣，林如風(fēng)

一種智能家居控制系統(tǒng)

文｜石繼柱，龔星星，邊浩，康鵬姣，林如風(fēng)

在成長了二十多年后，智能家居有所前進(jìn)，一些公司在無線物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵科技領(lǐng)域獲得了前所未有的成就，但技術(shù)仍然較落后、觀點(diǎn)陳舊、創(chuàng)新乏力一直是中國傳統(tǒng)智能家居企業(yè)的整體特征。

一、智能家居控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀及問題

目前，國內(nèi)市場上常見的近距離無線科技通常包括WiFi、藍(lán)牙、ZigBee等無線射頻。但是他們都有自己的不足，有的是先天的，有的是未經(jīng)技術(shù)融合處理的。比如WiFi技術(shù)，由于其追求高帶寬，導(dǎo)致了諸如大量的數(shù)據(jù)攻擊，安全性不盡人意等問題。

因此，作為當(dāng)下世界承認(rèn)的最后100米重要科技處理辦法，ZigBee射頻信號有自己的協(xié)議規(guī)則,可以自己構(gòu)建無線網(wǎng),傳遞信息時(shí)可確保數(shù)據(jù)的平穩(wěn)與安全,不易受強(qiáng)磁場等惡劣環(huán)境的左右，此類特點(diǎn)極為適合物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展需要。

眼下，正處于家居智能化時(shí)期，相關(guān)體系利用家庭分布總線將室內(nèi)所有同信息關(guān)聯(lián)的通信設(shè)備、環(huán)境監(jiān)測、報(bào)警裝置、家用電器聚集到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)里加以統(tǒng)一監(jiān)管，保持家電與環(huán)境的協(xié)調(diào)。但是目前的傳統(tǒng)智能家居系統(tǒng)一個(gè)普通的無線路由只能接入8～32個(gè)設(shè)備，數(shù)量太少，對于一個(gè)新時(shí)代的大酒店、大旅館、大別墅來說遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足。本文將探討一種智能家居管控體系，在一個(gè)系統(tǒng)中接入更多的設(shè)備，可滿足各類大型家居系統(tǒng)的要求。

二、智能家居管控體系的新設(shè)計(jì)

總模式上我們采用兩個(gè)方法：第一是把WiFi信號轉(zhuǎn)成紅外信號，第二是實(shí)現(xiàn)將ZigBee信號轉(zhuǎn)紅外信號進(jìn)而控制家居。該兩種模式的兼容，合成一個(gè)系統(tǒng)利于按需求進(jìn)行調(diào)配。具體選擇如下：所需網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)少的房間就使用WiFi信號轉(zhuǎn)紅外信號的模式，所需網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)多的房間使用ZigBee信號轉(zhuǎn)紅外信號。該兩種模式的兼容優(yōu)勢在于根據(jù)房間所需網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)多少來進(jìn)行選擇，可以避免資源的浪費(fèi)和滿足多節(jié)點(diǎn)的需求。一般來說，星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的ZigBee網(wǎng)絡(luò)能夠包容65000個(gè)節(jié)點(diǎn)。

基于以上的酒店智能設(shè)計(jì)，我們安排為：每個(gè)單房間一個(gè)的ZigBee模塊，一個(gè)樓層之間的WiFi進(jìn)行單樓層組網(wǎng)，因?yàn)樯厦嫠龅牡谝粋€(gè)模式需要ZigBee信號轉(zhuǎn)紅外信號，所以需要一個(gè)WiFi信號轉(zhuǎn)成Zigbee信號的裝置，具體實(shí)現(xiàn)見下文。每個(gè)單樓層WiFi組網(wǎng)的WiFi信號都是通過該單樓層的路由發(fā)送的，該單樓層的路由連接家庭無線AP上，再通過家庭的無線AP統(tǒng)一一個(gè)端口接入網(wǎng)關(guān)，既可以在轉(zhuǎn)WiFi信號完成之后家庭內(nèi)同一個(gè)WiFi下實(shí)現(xiàn)遙控連上WiFi打開APP進(jìn)行控制家電；轉(zhuǎn)WiFi后，利用internet接網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)庫，再讓手機(jī)遠(yuǎn)程操縱。

之所以采用每個(gè)房間都使用一個(gè)WiFi路由器連接該單樓層的WiFi路由，就是因?yàn)樵诖缶频赀@種較大區(qū)域情況下，如果只使用一個(gè)單樓層路由會(huì)存在可能死角問題，還有本文討論的WiFi路由接入節(jié)點(diǎn)不夠的問題。

針對WiFi接入設(shè)置復(fù)雜，功耗大的問題，ZigBee射頻有著天然的優(yōu)勢，采用ZigBee無線信號轉(zhuǎn)紅外信號，ZigBee功耗低，理論電池供電壽命為6到24個(gè)月，可滿足節(jié)能需要。

根據(jù)所需網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)多少靈活運(yùn)用，將所需網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)少的房間WiFi信號轉(zhuǎn)紅外信號，所需網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)多的房間使用WiFi信號轉(zhuǎn)ZigBee信號再轉(zhuǎn)紅外信號，實(shí)現(xiàn)ZigBee與Wi fi的兼容，即可解決節(jié)點(diǎn)需求問題。

這里，ZigBee信號紅外轉(zhuǎn)換器通常包括主控模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊及紅外發(fā)射模塊三部分。51單片機(jī)管控紅外轉(zhuǎn)發(fā)器，射頻收發(fā)器擔(dān)負(fù)起同網(wǎng)關(guān)的無線通訊。此種設(shè)備可以準(zhǔn)確獲取并解讀無線網(wǎng)關(guān)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，利用三極管的放大功用驅(qū)使紅外發(fā)光管，將ZigBee數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成紅外信號，再利用紅外發(fā)射二極管傳輸出去，可管控具備紅外操作功用的家電。

其是智能家居三層結(jié)構(gòu)中的下層前端控制層中的一類設(shè)備，用戶通過移動(dòng)設(shè)備發(fā)送操作指令，通過ZigBee傳遞給前端設(shè)備加以響應(yīng)，由于ZigBee數(shù)據(jù)無法直接操作紅外設(shè)備，需要通過轉(zhuǎn)換器把ZigBee命令轉(zhuǎn)換成相關(guān)的紅外信號，以管控家電；利用紅外自學(xué)習(xí)來練習(xí)家用遙控器的按紐，實(shí)現(xiàn)操作；能夠與網(wǎng)關(guān)進(jìn)行 ZigBee無線通信，并且連接的設(shè)備能達(dá)到16～32個(gè)；保存學(xué)習(xí)到的紅外編碼、紅外設(shè)備ID號；協(xié)議解析，是將網(wǎng)關(guān)發(fā)來的ZigBee數(shù)據(jù)根據(jù)協(xié)議轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的處理，例如自學(xué)習(xí)、控制、刪除等。綜上所述，ZigBee轉(zhuǎn)紅外設(shè)備負(fù)責(zé)將由網(wǎng)關(guān)發(fā)來的ZigBee命令進(jìn)行解析，執(zhí)行命令對應(yīng)的控制，在執(zhí)行完成后，將執(zhí)行狀態(tài)返回給網(wǎng)關(guān)。

其中，還需要WiFi信號轉(zhuǎn)成ZigBee信號，使用一個(gè)WiFi轉(zhuǎn)ZigBee轉(zhuǎn)換器。其采取ZigBee 無線通信技術(shù)接收橋梁健康檢測信息，并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，最后采用WiFi無線通信技術(shù)，完成對所接收數(shù)據(jù)的公開傳遞，以便于維修人員獲取監(jiān)測信息；此外，其還解決了有線傳輸擴(kuò)展性弱、傳輸訊號受環(huán)境左右等不足。其采取小型封裝的芯片及元器件，攜帶起來極為便利。WiFi轉(zhuǎn)紅外設(shè)備：用戶通過移動(dòng)設(shè)施發(fā)出操作命令，通過WiFi傳遞給移動(dòng)設(shè)備加以響應(yīng)。

三、結(jié)語

本文主要利用ZigBee容量大，能提供較多節(jié)點(diǎn)的特點(diǎn)，來解決節(jié)點(diǎn)不夠用的問題，并根據(jù)所需網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)多少靈活運(yùn)用ZigBee轉(zhuǎn)紅外設(shè)備與WiFi轉(zhuǎn)紅外設(shè)備,實(shí)現(xiàn)ZigBee與WiFi的兼容。這就基本涵蓋了非紅外家電（普通家電）以及紅外家電的全方位智能控制。

作者單位：東北大學(xué)