智能家居論文精選(九篇)

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第1篇：智能家居論文范文

摘要：簡要介紹了電力線通信技術(shù)，分析了對(duì)利用電力線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能家居網(wǎng)絡(luò)的載波技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)等組網(wǎng)關(guān)鍵問題，介紹了一種基于LonWorks技術(shù)的電力線智能家居網(wǎng)絡(luò)解決方案。

基于電力線通信技術(shù)的智能家居網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，利用電力線通信技術(shù)通過電源插座完成家庭聯(lián)網(wǎng)，并為家庭網(wǎng)絡(luò)提供互聯(lián)網(wǎng)接入和多媒體音視頻業(yè)務(wù)，通過家庭服務(wù)器對(duì)接入家庭網(wǎng)絡(luò)的信息家電、安全系統(tǒng)實(shí)行監(jiān)控和管理。

一、電力線通信技術(shù)概述

電力線通信技術(shù)(PLC)是把載有信息的高頻加載于電流，用電力線傳輸，通過調(diào)制解調(diào)器將高頻信號(hào)從電流中分離出來，傳送到計(jì)算機(jī)或其他信息家電，以實(shí)現(xiàn)信息傳遞的一種通信方式。目前PLC技術(shù)已經(jīng)形成寬帶接入型與家庭網(wǎng)絡(luò)型兩種發(fā)展模式，家庭網(wǎng)絡(luò)型是指通過電力線在用戶家中組建高速LAN。這種模式的PLC只提供家庭內(nèi)部聯(lián)網(wǎng)，即通過家庭的內(nèi)部的普通電力線，進(jìn)行組網(wǎng)連接家庭內(nèi)部局域網(wǎng)。電力線通信技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn)：信息家電可以通過電力線進(jìn)行通信，無需另外布線，利用電源線實(shí)現(xiàn)智能家居網(wǎng)絡(luò)成本較低；電力網(wǎng)是覆蓋范圍最廣的網(wǎng)絡(luò)，PLC技術(shù)可以輕松地滲透到每個(gè)家庭，其應(yīng)用范圍廣泛；網(wǎng)絡(luò)的接入點(diǎn)是電源插座，電源插座隨處可見，數(shù)目較多且接插方便；不需要撥號(hào)，接入電源插座即接入網(wǎng)絡(luò)；電力線載波通信較容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抄表、家居監(jiān)控等功能。利用電力線載波通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能家居網(wǎng)絡(luò)最方便。

二、電力線智能家居網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵問題

2.1載波技術(shù)1)正交頻分多路復(fù)用技術(shù)。低壓電力線載波信道的傳輸特性的特點(diǎn)是具有時(shí)變性，衰減較大，而且各種干擾噪聲復(fù)雜。為提高電力線網(wǎng)絡(luò)的傳輸質(zhì)量，電力線通信大都采用正交頻分多路復(fù)用技術(shù)(OFDM)進(jìn)行調(diào)制。即將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為N個(gè)并行數(shù)據(jù)分配給N個(gè)不同的正交子載波，實(shí)現(xiàn)并行數(shù)據(jù)傳輸。這樣既可得到很高的數(shù)據(jù)傳送速率，又能夠有效地抑制碼間干擾。應(yīng)用OFDM技術(shù)于電力線通信中具有明顯的優(yōu)越性。OFDM頻帶不僅利用率高，而且抗干擾性強(qiáng)，可以克服電力線上固有的高噪聲、多徑效應(yīng)和頻率衰減等現(xiàn)象，有效利用現(xiàn)有低壓電力線實(shí)現(xiàn)高速數(shù)字通信。2)擴(kuò)展頻譜調(diào)制技術(shù)。這一技術(shù)的抗干擾和抗多徑效應(yīng)也較強(qiáng)。因此，也有一些廠家采用這種技術(shù)開發(fā)電力通信產(chǎn)品。擴(kuò)展頻譜調(diào)制技術(shù)在相對(duì)較寬的頻帶上擴(kuò)展了信號(hào)頻譜，降低了信號(hào)的功率譜密度，降低了電磁輻射，削弱了對(duì)其他通信系統(tǒng)的干擾。而且接收端通過窄帶濾波技術(shù)提取有用信號(hào)，信號(hào)的信噪比很高，抗干擾性增強(qiáng)。另外，擴(kuò)頻通信可以實(shí)現(xiàn)碼分多址。對(duì)于1Mbps左右的系統(tǒng)，應(yīng)用擴(kuò)頻技術(shù)就可以完全滿足傳輸容量的要求，且其設(shè)備簡單，擴(kuò)頻調(diào)制方式較為經(jīng)濟(jì)。當(dāng)傳輸速率要求在10Mbps及以上時(shí)，擴(kuò)頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)起來較困難。在10Mbps及以上傳輸速率宜采用OFDM調(diào)制技術(shù)。

2.2網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)目前，家庭自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)有許多種，較為成熟的有X210、CEBus和LonWorks等。1)X210是最早應(yīng)用于家庭設(shè)備自動(dòng)控制系統(tǒng)的。X210的控制模式為主從控制模式，信息是單向傳輸?shù)模瑥目攸c(diǎn)只能接收主控點(diǎn)發(fā)來的信息，不能反饋。X210的系統(tǒng)信息的傳輸較慢(傳送一個(gè)指令需時(shí)0.883s)，抗干擾性能差，可用節(jié)點(diǎn)數(shù)為256個(gè)，只能用于普通家庭中的簡單控制和專項(xiàng)控制。但其價(jià)格十分低廉，而且安裝使用較方便，如僅組建一個(gè)簡單的家居智能網(wǎng)絡(luò)，可以考慮X210技術(shù)。2)CEBus是一個(gè)較完整的開放系統(tǒng)，美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)(EIA)于1992年正式推出，并定為IS260/EIA2600標(biāo)準(zhǔn)。它定義了在幾乎所有傳送媒體(Medium)中信號(hào)的傳輸標(biāo)準(zhǔn)，并要求控制信號(hào)在所有的媒體中都要以相同的傳送速度(10Kbps)傳送，從而有效地避免信號(hào)傳輸中可能出現(xiàn)的“瓶頸”問題。CEBus的抗干擾能力比X210強(qiáng)，控制功能亦十分豐富。但接口技術(shù)比較復(fù)雜，價(jià)錢較貴，在中國的應(yīng)用不多見。3)LonWorks是由美國Echelon公司于1990年12月開發(fā)成功的全分布式智能控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。1997年8月，被EIA的集成家庭系統(tǒng)技術(shù)委員會(huì)定為家庭網(wǎng)絡(luò)(HomeNetworking)的標(biāo)準(zhǔn)。Lon2Works完全支持OSI的7成協(xié)議，具有良好的開放性、互操作性，其網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組成以分布控制為控制模式。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)家電來說，只需要將已定義的的網(wǎng)絡(luò)家電之間信息傳遞的語法和語義標(biāo)準(zhǔn)在應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)后，就能夠?qū)崿F(xiàn)不同廠商之間產(chǎn)品的相互兼容。LonWorks的分布式架構(gòu)使其具有獨(dú)立性，部分節(jié)點(diǎn)的故障不會(huì)造成系統(tǒng)癱瘓。LonWorks最基本的部件是同時(shí)具有通信與控制功能的神經(jīng)元芯片，具有很強(qiáng)的通信能力和一定的數(shù)據(jù)處理能力。其抗干擾能力很強(qiáng)，其可靠度是這三種網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)最高的(約99.8%)，并具有完善的開發(fā)系統(tǒng)和工具。LonWorks的分布式架構(gòu)，每一個(gè)控制裝置都可以有隨插即用的功能，減免了二次拉線造成的成本，并避免了重新布線的不便。LonWorks可擴(kuò)展性強(qiáng)，在將來對(duì)系統(tǒng)升級(jí)時(shí)，可充分利用原有資源，降低升級(jí)的復(fù)雜性及成本。上述三類家庭自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)都是各有其特點(diǎn)，組網(wǎng)時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。但如果要組建一個(gè)統(tǒng)一的、操作性強(qiáng)、功能完善、可靠性高、可擴(kuò)展性強(qiáng)的家居智能網(wǎng)絡(luò)，采用LonWorks技術(shù)是一個(gè)明智的選擇。

三、電力線智能家居網(wǎng)絡(luò)的組成

本文以LonWorks技術(shù)為基礎(chǔ)，采用電力線載波技術(shù)來構(gòu)建家居智能網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)以分布控制、集中管理為控制模式，其網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可依靠網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)完成自治的控制功能，通信媒體采用電力線。主控節(jié)點(diǎn)與家用電腦相連，可控制從節(jié)點(diǎn)的功能配置并監(jiān)控從節(jié)點(diǎn)的狀況，并且還負(fù)責(zé)與Internet的通信。通過主控節(jié)點(diǎn)可查看電表、水表、煤氣表的讀數(shù)，實(shí)現(xiàn)三表的集抄。從節(jié)點(diǎn)可接收從電力線傳來的控制信息，完成自治的控制功能，同時(shí)反饋家電的一些狀態(tài)信息。從節(jié)點(diǎn)由電力線網(wǎng)關(guān)、信息家用電器組成。在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，電力網(wǎng)關(guān)是一個(gè)重要的部件，它用于對(duì)網(wǎng)絡(luò)信息的發(fā)送與接收。電力網(wǎng)關(guān)由基于LonWorks網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的LonTalk網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和神經(jīng)芯片、電力線載波模塊和耦合電路組成。

第2篇：智能家居論文范文

目前我國各地房價(jià)不斷上漲的現(xiàn)象引起了廣泛關(guān)注，也引發(fā)了關(guān)于房地產(chǎn)市場是否過熱以及是否存在泡沫的爭論。從目前的判斷依據(jù)看，常用的參照指標(biāo)是國際通用的房價(jià)收入比，它也是制定住房政策的重要依據(jù)。1989年香港大學(xué)的專家伯納德.李諾在一份研究報(bào)告中指出：“在發(fā)達(dá)國家，房價(jià)收入比在1.8～5.5:1之間，……在發(fā)展中國家，該數(shù)一般在4～6:1之間。當(dāng)然也有例外，……”。隨后，世界銀行在1992年出版的《中國：城鎮(zhèn)住房改革的問題與方案》一書中，全文引用了上面的論點(diǎn)。其后，聯(lián)合國人類住區(qū)中心也在一份文稿中予以引用。近年來，國內(nèi)研究房價(jià)收入比的大多文章，幾乎都引用了上述文獻(xiàn)的結(jié)論，即“4～6倍的合理區(qū)間”；也都沿用了其中房價(jià)收入比的計(jì)算方法，即房價(jià)=單價(jià)X面積指標(biāo)。

然而，從研究結(jié)果看，不少學(xué)者對(duì)同一地區(qū)或同一城市采用房價(jià)收入比指標(biāo)分析，卻得出了不同的結(jié)論。究其原因，有學(xué)者認(rèn)為是對(duì)房價(jià)收入的特性和合理取值范圍認(rèn)識(shí)不夠；有的認(rèn)為是計(jì)算方法存在嚴(yán)重缺陷：當(dāng)前的房價(jià)收入比主要計(jì)算新房市場，而忽略了舊房市場，沒有考慮住房結(jié)構(gòu)，低估了我國居民的購房支付能力；有的認(rèn)為是“由于概念上的非統(tǒng)一性，往往導(dǎo)致認(rèn)識(shí)與時(shí)間中錯(cuò)誤與混亂”；還有人認(rèn)為對(duì)房價(jià)收入比經(jīng)濟(jì)涵義的模糊認(rèn)識(shí)，當(dāng)屬根本性的致因。

筆者通過文獻(xiàn)檢索和對(duì)比分析，認(rèn)為房價(jià)收入比的應(yīng)用目前存在以下方面的問題。

首先，對(duì)房價(jià)收入比的概念存在認(rèn)識(shí)差異。如有的認(rèn)為它是“一個(gè)國家或城市的平均房價(jià)與每產(chǎn)居民的平均收入之比”；有的認(rèn)為“房價(jià)收入比應(yīng)是一個(gè)地區(qū)(國家)某一時(shí)期上市銷售的某一類型商品住房的單套平均房價(jià)與對(duì)應(yīng)收入檔次居民家庭相同時(shí)期戶均每年收入中可用于購房支出之間的比值”；而聯(lián)合國人類住區(qū)中心的《城市指標(biāo)指南》則認(rèn)為，房價(jià)收入比是指“居住單元的中等自由市場價(jià)格與中等家庭年收入之比”。認(rèn)識(shí)上的差異自然會(huì)導(dǎo)致研究結(jié)論不一致。

其次，房價(jià)收入比概念本身就缺乏嚴(yán)格的經(jīng)濟(jì)意義。無論是李諾最初提出的概念，還是人們后來的修正，房價(jià)收入比都不過是一種替代性的經(jīng)驗(yàn)指標(biāo)，并不具備嚴(yán)格的經(jīng)濟(jì)意義。顯然，人們不可能將其全部收入都用于住房消費(fèi)。此外，不同國情、不同收入群體和不同消費(fèi)習(xí)慣，都會(huì)影響人們對(duì)住房消費(fèi)的實(shí)際支出。缺乏嚴(yán)格經(jīng)濟(jì)意義的房價(jià)收入比本身就具有明顯的缺陷。

人們對(duì)房價(jià)收入比的認(rèn)識(shí)差異以及該指標(biāo)本身存在的不足，都說明這一指標(biāo)并不具備可比性，也影響了該指標(biāo)應(yīng)用的可信度。例如，北京師范大學(xué)金融研究中心在2006年3月的《中國房地產(chǎn)金融安全評(píng)估報(bào)告》中，計(jì)算得出我國東部城市的房價(jià)收入比達(dá)到了13倍，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了國際上6倍的警戒線，并得出結(jié)論：我國70%的城鎮(zhèn)居民沒有購房能力。事實(shí)果真如此嗎？如果不是，那又如何評(píng)價(jià)房價(jià)高低和居民購房能力呢？

二、居民購房能力與房價(jià)水平分析

本文的思路是，根據(jù)不同收入階層居民可支配收入中合理用于住房消費(fèi)的部分，測(cè)算他們各自的購房能力，然后分別與住房市場相應(yīng)供應(yīng)層次的住房價(jià)格進(jìn)行比較，從而對(duì)住房市場和住房價(jià)格水平進(jìn)行判斷。

根據(jù)國際經(jīng)驗(yàn)，居民將其1/3的家庭月收入用于住房消費(fèi)是一條警戒線，越過此警戒線，將出現(xiàn)較大的還貸風(fēng)險(xiǎn)，并可能影響居民的生活質(zhì)量。美國銀行明確規(guī)定，居民每月償還按揭貸款及與住房相關(guān)的稅費(fèi)，不得超過稅前收入的28%。而在我國，椐新浪網(wǎng)2006年4月一項(xiàng)有15，014人參與的調(diào)查顯示，91.1%的人購房采用了按揭，其中54.1%的人月供占收入20%一50%，有31.8%的人月供占收入50%以上，超過了我國銀監(jiān)會(huì)《商業(yè)銀行房地產(chǎn)貸款風(fēng)險(xiǎn)管理指引》中“應(yīng)將借款人住房貸款的月房產(chǎn)支出與收入比控制在50%以下(含50%)”的警戒線。2006年4月17日《中國青年報(bào)》報(bào)道：居民購房已成為不能承受之重，逾三成房貸族成“房奴”。這些居民在享受有房一族心理安慰的同時(shí)，生活質(zhì)量卻大為下降，不敢輕易換工作，不敢娛樂和旅游，害怕銀行加息，擔(dān)心生病、失業(yè)，更沒時(shí)間好好享受生活。因此，本文認(rèn)為月供不超過月收入的30%為合理界限，以此來衡量居民的購房能力與房價(jià)關(guān)系。

(一)測(cè)算依據(jù)

1.基本假設(shè)和條件

假定購房人有積蓄或有親友資助因而具有支付首付款(房價(jià)30%)的能力，余款通過20年按揭貸款方式支付，月等額還款以居民家庭當(dāng)前月收入的30%支付，以目前利率作為固定利率進(jìn)行計(jì)算，忽視居民家庭收入增加、利率調(diào)整以及通貨膨脹等的影響，以此為基礎(chǔ)分析不同收入階層居民的房價(jià)承受能力。

按照建設(shè)部的有關(guān)規(guī)定，房地產(chǎn)市場提供的住宅產(chǎn)品可按面積大小和價(jià)格高低區(qū)分為高檔商品住宅、普通商品住宅和經(jīng)濟(jì)適用房。其中，高收入家庭購買高檔商品住宅；中高收入家庭購買普通商品住宅；中低收入家庭購買經(jīng)濟(jì)適用房。而廉租房是由政府向最低收入家庭提供的政策性補(bǔ)助用房，不在本文的研究范圍之內(nèi)。

2.相關(guān)指標(biāo)求取

(1)家庭收入。首先根據(jù)各地區(qū)具體情況，按收入水平將城市居民分為高收入家庭、中高收入家庭、中低收入家庭和低收入家庭四類；然后根據(jù)政府公布的統(tǒng)計(jì)資料，分別計(jì)算上述各類別中不同收入段的加權(quán)平均數(shù)，得出各類收入家庭各自的平均可支配收入；考慮到我國居民的灰色收入，同時(shí)我國有很多居民在住房制度改革時(shí)，都以較低價(jià)格購買了公有住房，當(dāng)他們?cè)俅钨彿繒r(shí)，一般要賣掉舊房再買新房，因而這些居民實(shí)際購房能力相對(duì)較高，為此本文將分別計(jì)算出的各收入階層家庭平均可支配收入都乘以修正系數(shù)1.2作為計(jì)算依據(jù)。低收入家庭主要依靠政府提供廉租房解決住房問題，本文不做具體分析。

(2)面積。本文指的面積是根據(jù)某年某市統(tǒng)計(jì)資料得出的住宅產(chǎn)品銷售平均單套面積S(由于很多地方的統(tǒng)計(jì)資料都缺乏分類統(tǒng)計(jì)，一般只有平均面積和平均價(jià)格，因此本文采用了這樣的面積和價(jià)格指標(biāo)。

對(duì)于分類統(tǒng)計(jì)比較詳實(shí)的地方，可以按當(dāng)?shù)刈》抗┙o結(jié)構(gòu)、相應(yīng)價(jià)格分類別進(jìn)行具體分析)。如果該市分類統(tǒng)計(jì)較翔實(shí)，則分別按高檔商品住宅、普通商品住宅和經(jīng)濟(jì)適用房計(jì)算各類別加權(quán)平均單套面積。

(3)價(jià)格。本文指的價(jià)格是根據(jù)某年某市統(tǒng)計(jì)資料得出的住宅產(chǎn)品平均銷售價(jià)格Pm。如果該市分類統(tǒng)計(jì)較翔實(shí)，則可按高檔商品住宅、普通商品住宅和經(jīng)濟(jì)適用房分別計(jì)算它們各自的加權(quán)平均價(jià)格Pmj(j=1，2，3)。

(二)測(cè)算結(jié)果分析

以某收入階層家庭月平均可支配收入*1.2*30%(記為A)為基準(zhǔn)，推算出該收入階層家庭20年貸款期以月等額還款方式支付70%房價(jià)的累計(jì)現(xiàn)值Y，則該階層居民能夠承受的房價(jià)為Paj=Y÷0.7。設(shè)i為月住房商業(yè)貸款利率，n為還款期(12*20)，則有：

Y=A÷i*[1-1÷(1+i)n]

將Paj與Pm(或Pmj，下同)進(jìn)行比較，如果Paj＞Pm，則說明房價(jià)在該收入階層居民可承受的范圍之類，因而房價(jià)是合理的；如果Paj＜Pm，則表明房價(jià)超出了該收入階層居民的承受能力，該收入階層居民為了償還按揭貸款，不得不削減其他方面的開支，因而可能導(dǎo)致他們的日常生活水平下降；如果Paj遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于Pm，說明住房價(jià)格過高，或者住宅市場供給結(jié)構(gòu)嚴(yán)重失衡。

三、結(jié)論

第3篇：智能家居論文范文

[關(guān)鍵詞]無線技術(shù)；智能家居；遠(yuǎn)程控制；手機(jī)app；概述；過程

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2014）47-0252-01

前言

智能家居系統(tǒng)讓您輕松享受生活。當(dāng)你出門在外，您可以通過手機(jī)app來遠(yuǎn)程遙控您的家居各智能系統(tǒng)，例如在回家的路上提前打開家中的空調(diào)和熱水器；到家開門時(shí)，借助門磁或紅外傳感器，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)打開過道燈，同時(shí)打開電子門鎖，安防撤防，開啟家中的照明燈具和窗簾迎接您的歸來；在公司上班時(shí)，家里的情況還可以顯示在手機(jī)上，隨時(shí)查看……這樣的智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)或許是每個(gè)生活在快生活節(jié)奏的人夢(mèng)寐以求的?；跓o線技術(shù)的智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，可以通過我們隨身攜帶的手機(jī)來進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，只需要開發(fā)安裝一款app，那么這樣的生活就在眼前。在這樣的現(xiàn)實(shí)狀況面前，本文選擇從關(guān)于智能家居遠(yuǎn)程控制概述以及利用手機(jī)app實(shí)現(xiàn)智能家居遠(yuǎn)程控制過程兩個(gè)方面展開論文，就如何開發(fā)、利用以及實(shí)現(xiàn)這一控制系統(tǒng)和過程進(jìn)行一番探究，為智能家居的研究和發(fā)展提供可行性的建議或意見。

一、關(guān)于智能家居遠(yuǎn)程控制概述

智能家居是利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、綜合布線技術(shù)、醫(yī)療電子技術(shù)依照人體工程學(xué)原理，融合個(gè)性需求，將我們的家居生活的一切起居活動(dòng)通過網(wǎng)絡(luò)化綜合智能控制和管理，實(shí)現(xiàn)家庭生活更加安全，節(jié)能，智能，便利和舒適，提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術(shù)性，并實(shí)現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的居住環(huán)境。智能家居具有實(shí)用性便利性、可靠性、標(biāo)準(zhǔn)性以及方便性等特性。智能家居遠(yuǎn)程控制，顧名思義，就是通過無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，利用移動(dòng)終端實(shí)現(xiàn)家居生活的遠(yuǎn)距離集中控制。本文論述中的是一款通過手機(jī)app來遠(yuǎn)程控制家中門衛(wèi)系統(tǒng)、燈光系統(tǒng)、空調(diào)、熱水器等設(shè)備的開啟和關(guān)閉；從而實(shí)現(xiàn)出門在外時(shí)候?qū)ψ》康膶?shí)時(shí)控制和檢測(cè)。

二、利用手機(jī)app實(shí)現(xiàn)智能家居遠(yuǎn)程控制過程

如何利用手機(jī)app來實(shí)現(xiàn)智能家居遠(yuǎn)程控制過程。本文的論述中該手機(jī)系統(tǒng)利用各類家居傳感器來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。控制系統(tǒng)主要由：手機(jī)app遠(yuǎn)程控制終端、控制單元、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、執(zhí)行器、檢測(cè)控制以及接口和電源部分組成。

通過利用手機(jī)app來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的基本原理是：首先手機(jī)app上面的系統(tǒng)控制器由通過接收遠(yuǎn)端――住房內(nèi)發(fā)送來的信號(hào)，通過轉(zhuǎn)換器進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換、解碼之后，再將這些處理后的信號(hào)傳輸給控制中心的單元集中一一處理。控制中心根據(jù)傳輸過來的信號(hào)進(jìn)行處理后，根據(jù)具體的指令發(fā)出相應(yīng)的處理信號(hào)，通過控制電路、執(zhí)行器做出相應(yīng)的反應(yīng)。從信號(hào)的接收、指令發(fā)出以及信號(hào)的處理，這樣下來一個(gè)控制過程就完成了。由圖可知，系統(tǒng)主要由振鈴檢測(cè)電路、模擬摘掛機(jī)電路、DTMF音頻解碼電路、語音提示電路、中央處理單元、控制電路、電源電路等組成。

智能家居遠(yuǎn)程控制可以實(shí)現(xiàn)許多功能，真正意義上的實(shí)現(xiàn)智能家居，其功能如下圖分布：

從該功能分布系統(tǒng)圖中，我們可以看出：智能家居的控a制終端為手機(jī)app，通過在手機(jī)app上進(jìn)行指令的編輯、發(fā)送給控制系統(tǒng)，從而驅(qū)動(dòng)智能家居中的各個(gè)控制系統(tǒng)，根據(jù)需求調(diào)動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能。系統(tǒng)的原理圖大概如上所述，而在手機(jī)app上程序的設(shè)計(jì)和開發(fā)上，軟件架構(gòu)主要選用了操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)初步方案選定為u＼C-OS II 或者Free RTOS，然后在上面編寫相應(yīng)的程序，通過操作系統(tǒng)，使得整體的硬件資源集成在一起，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的調(diào)度，另外在該系統(tǒng)中選用GUI圖形界面，使得顯示可以更加的人性化，并且根據(jù)實(shí)際情況可以增加觸摸屏等功能。其指令操作軟件的主要流程如下圖所示：

手機(jī)app上復(fù)位初始化之后，然后不斷向控制模塊發(fā)出指令進(jìn)行掃描查詢，當(dāng)查詢到相應(yīng)的信號(hào)后，手機(jī)app上的控制器變化對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，然后根據(jù)信號(hào)的處理結(jié)果，發(fā)出是否啟動(dòng)軟件。若啟動(dòng)軟件之后，則app會(huì)根據(jù)手機(jī)上發(fā)出的控制命令，選擇相應(yīng)的電器、控制電路和系統(tǒng)，進(jìn)入系統(tǒng)控制菜單，打開相應(yīng)的電器和系統(tǒng)，之后等待回應(yīng)即可。整個(gè)利用手機(jī)app來實(shí)現(xiàn)智能家居遠(yuǎn)程控制的系統(tǒng)原理、控制以及實(shí)現(xiàn)過程大概就是這樣。

結(jié)語

基于無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的智能家居遠(yuǎn)程控制無疑是未來家居生活發(fā)展的趨勢(shì)，也是日益增長的生活需求與社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展之下的必然產(chǎn)物。如何最大限度的利用好無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，讓我們的智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)日臻完美，讓我們真正享受到智能家居的現(xiàn)代家居生活給我們帶來的便利是我們每個(gè)行業(yè)內(nèi)工作者為之奮斗的目標(biāo)。雖然當(dāng)下的智能家居的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)開發(fā)和建設(shè)初見規(guī)模，但是存在的問題和漏洞還是不容小視，這也就需要我們不斷的付出努力，進(jìn)行更為深層次的分析和探究。

參考文獻(xiàn)

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[2] 朱順兵，張九根.智能家居系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)計(jì)[J].建筑電氣.2003（05）.

第4篇：智能家居論文范文

關(guān)鍵詞：ZigBee，智能家居，前景展望

 

0 引言

智能家居，又稱為智能住宅（SMART HOME），是以住宅為平臺(tái)，利用綜合布線技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、安全防范技術(shù)、音視頻技術(shù)將家居生活有關(guān)的設(shè)備集成，構(gòu)建高效的住宅設(shè)施與家庭日程事務(wù)的管理系統(tǒng)，提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術(shù)性，并實(shí)現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的居住環(huán)境。智能家居起源于上世紀(jì)80年代的美國，隨著我國人民生活水平的不斷提高，已經(jīng)有越來越多的廠商和個(gè)人開展了對(duì)智能家居的研究，并有各類相關(guān)產(chǎn)品問世。

傳統(tǒng)的智能家居更多的是通過有線的方式進(jìn)行組建，比如常見的Ethernet、CEBus、X-10等，其中得到最廣泛應(yīng)用的是X-10，主要是因?yàn)槠湎鄬?duì)低廉的價(jià)格和用戶可自行裝設(shè)的特點(diǎn)。，前景展望。CEBus的性能雖然高于X-10，但是由于售價(jià)較高而難以得到普及。Ethernet主要用于高速數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，用于家庭自動(dòng)化控制則會(huì)受到電纜布線的限制。而日益興起的無線技術(shù)能否在智能家居領(lǐng)域占有一席之地并得到廣泛的應(yīng)用呢？

和采用有線網(wǎng)絡(luò)的通信技術(shù)的智能家居產(chǎn)品相比較，無線技術(shù)解決方案最吸引人的地方是安裝布置的靈活性、低廉的安裝費(fèi)用和在智能家居系統(tǒng)進(jìn)行重新布置時(shí)的可移動(dòng)性。盡管無線通信技術(shù)和有線相比較有明顯的優(yōu)勢(shì)，而且無線局域網(wǎng)技術(shù)和藍(lán)牙技術(shù)已經(jīng)在市場上獲得了巨大的成功，但無線通信技術(shù)在智能家居領(lǐng)域應(yīng)用相對(duì)還是較少。這主要是因?yàn)槟壳皼]有一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)化的，獲得各廠商一致認(rèn)可的無線通信技術(shù)適合在智能家居領(lǐng)域進(jìn)行廣泛的推廣，而且現(xiàn)有的一些針對(duì)智能家居領(lǐng)域無線通信產(chǎn)品的價(jià)格偏高，導(dǎo)致無線通信技術(shù)在智能家居的應(yīng)用停滯不前。隨著近年來人類在微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）、 無線通信、數(shù)字電子方面取得的巨大成就，使得發(fā)展低成本、低功耗、小體積、短通信距離的多功能傳感器成為可能。近年來所涌現(xiàn)出來的一項(xiàng)新的無線通信技術(shù)—— ZigBee技術(shù)將改變這種狀況。ZigBee技術(shù)產(chǎn)品以其低成本、低功耗、低傳輸速率、優(yōu)秀的組網(wǎng)能力，被廣泛認(rèn)為將在未來的幾年中對(duì)智能家居行業(yè)產(chǎn)生重大的影響。

1 ZigBee技術(shù)介紹

ZigBee技術(shù)是建立在IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers，美國電氣電子工程師學(xué)會(huì)）802.15.4基礎(chǔ)上的無線通信協(xié)議，它是一個(gè)短距離、低功耗協(xié)議，特別適合設(shè)計(jì)應(yīng)用在小型的建筑物自動(dòng)化設(shè)備中，比如溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置、燈光控制設(shè)備、環(huán)境傳感器等。

2000年的12月，IEEE成立了IEEE 802.15.4工作組，致力于開發(fā)一種可應(yīng)用在固定、便攜或移動(dòng)設(shè)備上的，低成本、低功耗的低速率無線連接技術(shù)。2001年8月，美國霍尼韋爾等公司發(fā)起成立了ZigBee聯(lián)盟，他們提出的ZigBee技術(shù)被確認(rèn)為IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)。2002年，摩托羅拉、飛利浦和三菱等企業(yè)加盟ZigBee聯(lián)盟，06年中國的華為公司也加入了該聯(lián)盟。現(xiàn)聯(lián)盟內(nèi)有180多個(gè)成員企業(yè)，包括軟件供應(yīng)商、系統(tǒng)集成商和終端產(chǎn)品商。2003年，IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)獲得通過，并在2004年12月推出了ZigBee技術(shù)規(guī)范1.0版本。2006年，推出ZigBee 2006，比較完善。2007年底，推出ZigBee PRO。

ZigBee技術(shù)能夠在低功耗下提供短距離、低速的數(shù)據(jù)傳輸，使用普通干電池的ZigBee無線傳感器能夠持續(xù)運(yùn)行2～3年的時(shí)間。，前景展望。，前景展望。另外ZigBee技術(shù)優(yōu)秀的組網(wǎng)能力使得它和其他無線通信技術(shù)在智能家居系統(tǒng)中的應(yīng)用相比尤其具有無可比擬的優(yōu)勢(shì)。具體地分析，ZigBee技術(shù)有如下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：

（1）低成本，ZigBee技術(shù)是免協(xié)議專利費(fèi)的，而且每塊芯片的價(jià)格大約為2美元左右。

（2）低功耗，在低耗電待機(jī)模式下，兩節(jié)五號(hào)干電池可支持1個(gè)節(jié)點(diǎn)工作半年至兩年時(shí)間甚至更長。，前景展望。

（3）低速率，ZigBee工作在20～250kbps的較低速率，在不同頻帶間分別提供250kbp(2.4GHz)、40kbps(915MHz)和20kbps(868MHz)的原始數(shù)據(jù)吞吐率滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求。

（4）短時(shí)延，ZigBee的響應(yīng)速度較快，一般從睡眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需15ms，節(jié)點(diǎn)連接進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)只需30ms，進(jìn)一步節(jié)省了電能。相對(duì)而言，WIFI需要3s，而藍(lán)牙則需要3~10s。

（5）大容量，ZigBee可采用星狀、樹狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由一個(gè)主節(jié)點(diǎn)管理若干子節(jié)點(diǎn)，最多一個(gè)主節(jié)點(diǎn)可管理254個(gè)子節(jié)點(diǎn)，同時(shí)主節(jié)點(diǎn)還可由上一層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)管理，最多可組成65000個(gè)節(jié)點(diǎn)的大型網(wǎng)絡(luò)。

（6）高安全性，ZigBee提供了三級(jí)安全模式，包括無安全設(shè)定、使用訪問控制列表(ACL)防止非法獲取數(shù)據(jù)以及采用高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)(AES 128)的對(duì)稱密碼，以靈活確定其安全屬性。

基于上述特點(diǎn)可看出ZigBee主要應(yīng)用于短距離范圍內(nèi)并且數(shù)據(jù)傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間，其典型的傳輸數(shù)據(jù)類型有周期性數(shù)據(jù)（如傳感器數(shù)據(jù)）、間歇性數(shù)據(jù)（如照明控制）和重復(fù)性低反應(yīng)時(shí)間數(shù)據(jù)等。因此ZigBee技術(shù)十分適合應(yīng)用于智能家居系統(tǒng)之中。

2 ZigBee技術(shù)在智能家居中的應(yīng)用前景

目前，ZigBee的開發(fā)以大廈自動(dòng)化設(shè)備、產(chǎn)業(yè)、醫(yī)療及家庭自動(dòng)化等領(lǐng)域?yàn)槟繕?biāo)。尤其在自動(dòng)儀表領(lǐng)域，ZigBee擁有很高的關(guān)注度。市場調(diào)研公司In-Stat預(yù)測(cè)，支持ZigBee及IEEE802.15.4的芯片組的合計(jì)供貨量到2011年將從06年的500萬個(gè)增至1億2000萬個(gè)。但在智能家居市場，由于競爭技術(shù)較多，ZigBee成為唯一標(biāo)準(zhǔn)的可能性很低，但因?yàn)樽陨淼募夹g(shù)特點(diǎn)，發(fā)展前景還是值得期待的。另一家市場調(diào)研機(jī)構(gòu)ABI Reserch對(duì)ZigBee技術(shù)持有非常樂觀的態(tài)度。該公司的一份預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，2005年到2012年，ZigBee市場的年均復(fù)合增長率為63%，而到2012年ZigBee市場份額將達(dá)3.5億。目前國際上智能家居領(lǐng)域?qū)＜覀兊墓沧R(shí)是，ZigBee技術(shù)在智能家居中的應(yīng)用將不可阻擋，但是多種無線技術(shù)并存的局面將會(huì)持續(xù)比較長的時(shí)間，能否完全取代其它技術(shù)，成為智能家居領(lǐng)域的首選，還要多方面的共同努力，進(jìn)一步完善技術(shù)，加快標(biāo)準(zhǔn)化的腳步。，前景展望。

3 結(jié)束語

隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，智能家居的數(shù)量也會(huì)越來越多，Zigbee技術(shù)與智能家居系統(tǒng)的結(jié)合有著廣泛的應(yīng)用前景，本文主要探討了該技術(shù)在智能家居系統(tǒng)中的應(yīng)用，并對(duì)技術(shù)的應(yīng)用前景做了展望。這種方式在現(xiàn)實(shí)生活中具有很強(qiáng)的應(yīng)用性，相信在不遠(yuǎn)的將來，會(huì)有越來越多由Zigbee技術(shù)延伸而出的設(shè)備投入應(yīng)用，并將極大地改善我們的生活。，前景展望。需要關(guān)注的一個(gè)問題是，雖然目前我國智能家居中所使用的系統(tǒng)及產(chǎn)品大多被國外的大公司所壟斷，但是ZigBee技術(shù)的出現(xiàn)將給我國開發(fā)自主的具有世界先進(jìn)水平的智能家居系統(tǒng)及產(chǎn)品提供一個(gè)嶄新的契機(jī)。

參考文獻(xiàn)

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第5篇：智能家居論文范文

【關(guān)鍵詞】Zigbee；CC2530；智能家居

0.引言

近年來，物聯(lián)網(wǎng)成為全球關(guān)注的熱點(diǎn)領(lǐng)域，我國在制定“十二五”規(guī)劃時(shí)更是將物聯(lián)網(wǎng)納入“十二五”專題規(guī)劃。智能家居屬于物聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)重要分支，基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居表現(xiàn)為利用信息傳感設(shè)備將家居生活有關(guān)的各種子系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合在一起，并與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進(jìn)行監(jiān)控、管理信息交換和通訊，實(shí)現(xiàn)家居智能化。本文介紹了基于802.15.4的Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的智能家居控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。

1.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本智能無線家居控制系統(tǒng)主要由網(wǎng)站、PC軟件、Zigbee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、Zigbee控制與采集節(jié)點(diǎn)四個(gè)部分組成（如圖1所示）。該系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)本地和網(wǎng)絡(luò)對(duì)家庭電器的控制，以及模擬場景的智能控制。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

網(wǎng)站為用戶提供一個(gè)遠(yuǎn)程控制家電的系統(tǒng)，用戶通過遠(yuǎn)程訪問家庭的嵌入式服務(wù)器來獲得當(dāng)前家庭的情況并向設(shè)備發(fā)送控制指令。

PC軟件是系統(tǒng)的靈魂，軟件編寫的好壞直接影響系統(tǒng)的性能。PC軟件的功能是給用戶提供操作界面，將通過網(wǎng)絡(luò)或本地的控制指令用戶的指令通過串口傳送給Zigbee協(xié)調(diào)器，并且存放Zigbee協(xié)調(diào)器傳送的各個(gè)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)信息，并顯示報(bào)警信息，其中數(shù)據(jù)庫是網(wǎng)絡(luò)與本地控制數(shù)據(jù)交換中心。

Zigbee協(xié)調(diào)器是信息的交換中心。Zigbee協(xié)調(diào)器的功能是接收PC傳送的指令并通過無線的方式發(fā)送給Zigbee控制采集節(jié)點(diǎn)和接收由Zigbee控制采集節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信息并且向上位機(jī)（PC）發(fā)送。

Zigbee控制與采集節(jié)點(diǎn)是家居控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它可以接受無線控制指令并執(zhí)行?？刂乒?jié)點(diǎn)主要用于控制家庭的開關(guān)電器設(shè)備，如電燈、電扇以及具有紅外控制器的設(shè)備，如電視，空調(diào)等。采集節(jié)點(diǎn)主要用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)家庭安全隱患，如煤氣泄漏，火災(zāi)等。Zigbee控制與采集節(jié)點(diǎn)都具有向Zigbee協(xié)調(diào)器反饋當(dāng)前狀態(tài)的功能。

系統(tǒng)通過相關(guān)Zigbee節(jié)點(diǎn)采集信息，并傳送給Zigbee協(xié)調(diào)器，然后由協(xié)調(diào)器將信息傳送給PC機(jī)，PC機(jī)將節(jié)點(diǎn)的信息存入數(shù)據(jù)庫之后，實(shí)現(xiàn)報(bào)警和實(shí)時(shí)的狀態(tài)顯示，并通過PC操作人員的操作，將控制指令發(fā)送給Zigbee協(xié)調(diào)器，然后由Zigbee協(xié)調(diào)器將執(zhí)行指令發(fā)送給Zigbee相關(guān)節(jié)點(diǎn)。通過節(jié)點(diǎn)的執(zhí)行完成對(duì)家庭中照明、安防等的控制。同時(shí)系統(tǒng)還可以利用無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備查詢和控制無線攝像設(shè)備，對(duì)家庭進(jìn)行監(jiān)控。通過網(wǎng)絡(luò)訪問智能家居控制系統(tǒng)網(wǎng)站，用戶可以觀察到家庭的基本情況，用戶還可以使用網(wǎng)站的控制指令，向數(shù)據(jù)庫寫入控制指令，當(dāng)PC軟件檢測(cè)到數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容發(fā)生變化時(shí)，便向Zigbee協(xié)調(diào)器發(fā)送控制指令。

2.單片機(jī)硬件設(shè)計(jì)

圖2 電路板結(jié)構(gòu)框圖

本系統(tǒng)的硬件部分主要由計(jì)算機(jī)PC、協(xié)調(diào)器與節(jié)點(diǎn)電路板、無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、傳感器模塊等部分組成，其中協(xié)調(diào)器與節(jié)點(diǎn)電路部分是本文的設(shè)計(jì)重點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

本系統(tǒng)才用TI公司的CC2530芯片作為協(xié)調(diào)器和節(jié)點(diǎn)的控制芯片，CC2530是一款無線單片機(jī)，工作在2.4GHZ的頻段，采用802.15.4通信協(xié)議。

Zigbee協(xié)調(diào)器與節(jié)點(diǎn)在硬件電路設(shè)計(jì)上基本無區(qū)別，主要通過軟件編程讓其工作在協(xié)調(diào)器或節(jié)點(diǎn)模式。

Zigbee協(xié)調(diào)器主要通過RS232串口接口于與PC機(jī)通信，MAX232芯片是用于串口通信的芯片。Zigbee節(jié)點(diǎn)主要提供控制（如燈光控制）和采集（如溫度采集）接口。

Zigbee協(xié)調(diào)器是底層通信系統(tǒng)的核心，主要是接收節(jié)點(diǎn)信息向PC機(jī)反饋以及接收PC機(jī)控制指令向節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)。

3.軟件部分設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要有網(wǎng)站、上位機(jī)（PC）程序和下位機(jī)（協(xié)調(diào)器和節(jié)點(diǎn)）程序三個(gè)部分組成。網(wǎng)站主要用編程，用到了C#語言，Dreamweaver8 ，Visualstudio 2008等一些網(wǎng)絡(luò)編程工具，數(shù)據(jù)庫用Access數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)。

上位機(jī)程序主要是在Visualstudio2008環(huán)境下完成的，采用VB語言編程，實(shí)現(xiàn)包括界面、控制和通信等功能。下位機(jī)主要是在IAR Embedded Workbench環(huán)境下完成的，采用C語言編寫，實(shí)現(xiàn)包括控制和通信等功能，下位機(jī)采用的芯片是TI公司出的CC2530芯片，并且針對(duì)這塊芯片TI公司有完整的Zigbee協(xié)議棧，本系統(tǒng)正是基于Z-Stack 2007編寫而成的，在原有的Z-Stack的基礎(chǔ)上編寫自己的應(yīng)用程序來完成系統(tǒng)的功能。系統(tǒng)上位機(jī)主程序界面如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)上位機(jī)主程序界面

網(wǎng)站文件部分程序（更新溫度程序）如下：

protected void update（）

{

string a = "0.00"；

string b = "0.00"；

/*選擇溫濕度進(jìn)行更新*/

OleDbConnection conn = new OleDbConnection（constr）；

OleDbCommand cmd = new OleDbCommand（"select 傳感器數(shù)據(jù)2 from devicedata where 設(shè)備名稱='TEMPERATRUE'"， conn）；

conn.Open（）；

OleDbDataReader dr = cmd.ExecuteReader（）；

while （dr.Read（））

{ a = dr["傳感器數(shù)據(jù)2"].ToString（）；

}

dr.Close（）；

conn.Close（）；

Labeltempds1820.Text = a + "℃"；

}

4.結(jié)束語

本文介紹了基于Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)智能家居控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，它具有本地和網(wǎng)絡(luò)訪問等多種控制方式，同時(shí)根據(jù)不同的場景設(shè)置能夠達(dá)到智能控制，讓人們生活得更加舒適與放心。本系統(tǒng)所采用的CC2530芯片具有低功耗，體積小，（2.4GHz）無線發(fā)射的特點(diǎn)，并且其對(duì)應(yīng)的Z-Stack具有完善的功能，能夠保證通信系統(tǒng)的有效性、可靠性和安全性。綜上所述，本系統(tǒng)切合社會(huì)發(fā)展實(shí)際需要、技術(shù)可實(shí)現(xiàn)性、經(jīng)濟(jì)性都很好，有一定的創(chuàng)新性和推廣潛力，非常有研究價(jià)值并有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

【參考文獻(xiàn)】

[1]關(guān)勇.物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)發(fā)展分析.北京郵電大學(xué)學(xué)位論文，2010.

[2]唐亮.我國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與產(chǎn)業(yè)鏈分析.北京郵電大學(xué)學(xué)位論文，2010.

第6篇：智能家居論文范文

【關(guān)鍵詞】智能家居；泛在性；垂直切換；實(shí)時(shí)性

A Vertical Handoff Solution in Heterogeneous Wireless Networks for the Use of Smart Home

LIAO Wen-jin

（College of Communication & Information Engineering Nanjing University of Post & Telecommunition， Nanjing Jiangsu 210003，China）

【Abstract】Aimed at the need of the ubiquitous control of smart home system by multi-mode terminal， this paper uses vertical handoff in the current remote control system and introduces a heterogeneous wireless vertical handoff solution. The key point of this solution is that vertical handoff is divided into near-end handoff and far-end solution， considering the terminal’s mobility and position. The near-end handoff solves the problem of terminal authentication and packet loss when changing from WLAN or WCDMA to Zigbee. The far-end handoff provides a best network and can improve the real-time control for multi-mode terminal visiting smart home system by mobility- adaptive handoff algorithm.

【Key words】Smart home；Ubiquity；Vertical handoff；Real time

0 引言

當(dāng)前移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無線局域網(wǎng)技術(shù)以及無線個(gè)域網(wǎng)技術(shù)被廣泛使用，多無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋與終端多?；?，使移動(dòng)終端具備了多網(wǎng)絡(luò)接入能力。在此情況下，擁有多模終端的用戶希望泛在（任何時(shí)間、任何地點(diǎn)）控制智能家居系統(tǒng)，采用像GSM網(wǎng)絡(luò)[1]這種單一的網(wǎng)絡(luò)模式已不能滿足多模終端遠(yuǎn)程控制智能家居系統(tǒng)的需要。

目前智能家居系統(tǒng)控制的實(shí)現(xiàn)方案多集中在家庭側(cè)，通過在家庭網(wǎng)關(guān)上實(shí)現(xiàn)家庭內(nèi)部無線網(wǎng)絡(luò)與Internet的互聯(lián)互通來達(dá)到控制的目的[2-3]。這些方案雖然利用家庭無線網(wǎng)關(guān)解決了內(nèi)外無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議間轉(zhuǎn)換的問題，卻沒有考慮多模終端泛在控制的應(yīng)用場景。在異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，多模終端會(huì)基于所處的無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境及位置自主地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)選擇或垂直切換，以期獲得最佳的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。因此本文將垂直切換技術(shù)應(yīng)用到智能家居系統(tǒng)控制中，設(shè)計(jì)一種垂直切換方案，以支持多模終端泛在控制智能家居系統(tǒng)的應(yīng)用場合。

1 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)切換結(jié)構(gòu)

本文以基于Zigbee技術(shù)組網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)為例，將Zigbee、WLAN及WCDMA作為多模終端遠(yuǎn)程訪問智能家居系統(tǒng)的三種異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)接入方式。圖1給出了一種實(shí)現(xiàn)智能家具系統(tǒng)泛在訪問與控制的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)切換結(jié)構(gòu)。

圖1 網(wǎng)絡(luò)切換結(jié)構(gòu)

該切換結(jié)構(gòu)基于多模終端位置將垂直切換分為遠(yuǎn)程端切換和近程端切換。遠(yuǎn)程端切換主要針對(duì)多模終端遠(yuǎn)程訪問控制智能家居系統(tǒng)的需要，積極主動(dòng)地感知所處網(wǎng)絡(luò)環(huán)境與狀況的變化，及時(shí)觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)切換，從而為多模遠(yuǎn)程訪問智能家具系統(tǒng)始終提供最佳的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)與連接服務(wù)。近程端切換主要針對(duì)多模終端從外部進(jìn)入到家庭網(wǎng)絡(luò)環(huán)境（Zigbee網(wǎng)絡(luò)），出于網(wǎng)絡(luò)費(fèi)用的考慮而由WLAN或WCDMA切換到Zigbee網(wǎng)絡(luò)的情況。

2 近程端切換方法

2.1 網(wǎng)絡(luò)切換的考慮

當(dāng)多模終端由WLAN或WCDMA向Zigbee網(wǎng)絡(luò)切換時(shí)，存在著兩個(gè)問題：一是切換的認(rèn)證問題，即多模終端在網(wǎng)絡(luò)切換前后的身份認(rèn)證問題；二是切換所帶來的丟包問題，這主要是由于切換時(shí)的網(wǎng)絡(luò)暫時(shí)中斷引起的。

針對(duì)上述兩個(gè)問題，這里提出基于網(wǎng)關(guān)協(xié)助的網(wǎng)絡(luò)切換方法，即由家庭網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)多模終端身份認(rèn)證與丟包重傳。網(wǎng)關(guān)為每個(gè)訪問智能家居系統(tǒng)的多模終端提供唯一的ID并為開辟一個(gè)數(shù)據(jù)暫存區(qū)。當(dāng)切換發(fā)生時(shí)，網(wǎng)關(guān)會(huì)將到該多模終端的數(shù)據(jù)暫存，多模終端進(jìn)入Zigbee網(wǎng)絡(luò)后會(huì)向網(wǎng)關(guān)請(qǐng)求認(rèn)證其ID，網(wǎng)關(guān)確認(rèn)后，將對(duì)應(yīng)的暫存數(shù)據(jù)通過Zigbee網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給該終端。

2.2 網(wǎng)絡(luò)切換觸發(fā)機(jī)制

為了保證多模終端切換并接入到一個(gè)穩(wěn)定的Zigbee網(wǎng)絡(luò)，將Zigbee網(wǎng)絡(luò)的鏈路質(zhì)量指示LQI作為觸發(fā)切換的指標(biāo)。

當(dāng)多模終端發(fā)現(xiàn)Zigbee網(wǎng)絡(luò)時(shí)，以周期T對(duì)網(wǎng)絡(luò)的LQI信息采樣，獲得n個(gè)采樣值。用樣本均值表征網(wǎng)絡(luò)的狀況水平：

■ =（■LQIi）/n （1）

可以切換到Zigbee網(wǎng)絡(luò)的條件如下：

■>LQIo 切換■≤LQIo 不切換 （2）

其中LQIo表示Zigbee網(wǎng)絡(luò)可接入的LQI最小值。

3 遠(yuǎn)程端切換方法

遠(yuǎn)程端切換的目標(biāo)是為遠(yuǎn)程控制智能家居系統(tǒng)的多模終端，提供最佳的網(wǎng)絡(luò)連接，以提高遠(yuǎn)程控制的實(shí)時(shí)性。接收信號(hào)強(qiáng)度（Received Signal Strength， RSS）作為網(wǎng)絡(luò)狀況的表征常被用為網(wǎng)絡(luò)切換的判決指標(biāo)。終端通過掃描無線網(wǎng)卡RSS的變化來觸發(fā)切換，其切換常采用一種固定閾值的切換算法[4]?？紤]到終端的移動(dòng)性，這里提出了一種移動(dòng)自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)切換算法。

3.1 網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)

網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)是整個(gè)切換過程很重要的一步?？紤]到WLAN覆蓋范圍小而WCDMA覆蓋范圍大，因此在網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)階段多模終端主要通過掃描無線網(wǎng)卡發(fā)現(xiàn)附近可用的WLAN為切換過程提供網(wǎng)絡(luò)選擇。這些可用的WLAN構(gòu)成了一個(gè)候選網(wǎng)絡(luò)集合C。論文[4]采用了固定閾值與遲滯電平來選擇一個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入C的方法。但是該方法缺乏對(duì)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性的考慮，當(dāng)多模終端選擇接入到一個(gè)不穩(wěn)定的無線網(wǎng)絡(luò)時(shí)，極易產(chǎn)生乒乓效應(yīng)，降低了切換的效率。為此，這里引入網(wǎng)絡(luò)波動(dòng)度作為選擇一個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入C的判斷指標(biāo)。

多模終端定期掃描無線網(wǎng)卡，對(duì)其周圍的WLAN以周期T進(jìn)行均勻采樣，樣本序列記為（RSS1，RSS2，L，RSSN） 。對(duì)于每一個(gè)WLAN，RSS的波動(dòng)度S計(jì)算公式為：

S=■RSSi-■/ N （3）

式中■為對(duì)應(yīng)WLAN的RSS樣本均值，它體現(xiàn)的是網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前RSS的平均水平。

對(duì)于某個(gè)WLAN，判斷它能成為一個(gè)候選網(wǎng)絡(luò)的公式如下：

S

其中σo為RSS的穩(wěn)態(tài)閾值，它表示MT進(jìn)行正常通信所能忍受的最大網(wǎng)絡(luò)波動(dòng)。

3.2 網(wǎng)絡(luò)切換判決

3.2.1 當(dāng)前服務(wù)網(wǎng)絡(luò)為WCDMA時(shí)的切換

考慮到WCDMA的帶寬低，因此多模終端在移動(dòng)的過程中總是試圖切換到帶寬高的WLAN。在這種情況下，觸發(fā)切換的條件是發(fā)現(xiàn)是否有可用的WLAN，主要的依據(jù)是判斷C是否為空。若C不為空，則選擇■最大（距離終端最近）的WLAN作為切換的目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)。

3.2.2 當(dāng)前服務(wù)網(wǎng)絡(luò)為WLAN時(shí)的網(wǎng)絡(luò)切換

為了使切換算法具有移動(dòng)自適應(yīng)性，這里定義了一個(gè)閾值動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)因子：

ΔRSS=RSS1×α■ （5）

其中RSS1為調(diào)節(jié)系數(shù)，k為比例因子，v為終端移動(dòng)速率。（RSS -■）反映了終端移動(dòng)行為，（RSS-■）>0說明其在做接近AP的運(yùn)動(dòng)，此時(shí)切換并不那么緊迫，因此ΔRSS給個(gè)較小值；相反，終端正在遠(yuǎn)離AP，速度越快，切換越緊迫，因此ΔRSS給個(gè)較大值。

網(wǎng)絡(luò)觸發(fā)切換的條件如下：

RSS

切換時(shí)，當(dāng)C為空時(shí)或終端速度多快時(shí)（v>vo）將直接切換到WCDMA網(wǎng)絡(luò)，否則將從C中選擇切換的目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)。

3.3 網(wǎng)絡(luò)切換執(zhí)行

切換執(zhí)行是當(dāng)切換觸發(fā)時(shí)，多模終端向網(wǎng)關(guān)進(jìn)行注冊(cè)并獲取注冊(cè)確認(rèn)的過程。整個(gè)注冊(cè)過程完成終端身份的認(rèn)證與數(shù)據(jù)傳輸通道的變換。當(dāng)多模終端首次訪問智能家居系統(tǒng)并認(rèn)證通過后，網(wǎng)關(guān)為其分配一個(gè)唯一ID號(hào)。切換時(shí)，網(wǎng)關(guān)利用ID識(shí)別終端身份，防止未授權(quán)的訪問。多模終端發(fā)現(xiàn)新的接入點(diǎn)之后通過動(dòng)態(tài)IP地址分配協(xié)議獲取新的IP地址，然后向網(wǎng)關(guān)發(fā)送包含ID與IP地址的注冊(cè)數(shù)據(jù)包，網(wǎng)關(guān)進(jìn)行確認(rèn)之后，多模終端將數(shù)據(jù)發(fā)送的通道切換到新的接入點(diǎn)上，完成切換過程。

4 結(jié)束語

本文在現(xiàn)有的智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)中引入了垂直切換機(jī)制，設(shè)計(jì)了多模終端在近程端與遠(yuǎn)程端的網(wǎng)絡(luò)切換方法，滿足了多模終端泛在控制智能家居系統(tǒng)的應(yīng)用需求。此外，本文提出的切換方案雖然是針對(duì)智能家居應(yīng)用提出的，但同樣也適用于像智能交通、智能農(nóng)業(yè)與智慧醫(yī)療等物聯(lián)網(wǎng)的其他應(yīng)用場合，因此具有較好的應(yīng)用價(jià)值。

【參考文獻(xiàn)】

[1]鄭一力，李勝，王永澤，等.一種遠(yuǎn)程無線智能家居控制系統(tǒng)[P].中國專利，CN102880158A，2013-01-16.

[2]滿莎，楊恢先，彭友，等.基與ARM9的嵌入式無線智能家居網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2010（9）：2541-2544.

[3]郭穩(wěn)濤，何怡剛.智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2011（9）：2109-2112.

第7篇：智能家居論文范文

【關(guān)鍵詞】無線控制；遠(yuǎn)程控制；溫度控制；安防控制；能源管理

1.引言

近年來隨著人民生活水平和知識(shí)層次的不斷提高，人們也將注意力越來越多的放在了生活環(huán)境的安全性、舒適性和便利性上，因此也就產(chǎn)生了對(duì)家居智能化的需求；與此同時(shí)，在科學(xué)技術(shù)方面，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)與電子信息通訊技術(shù)的飛速發(fā)展也促成了智能家居系統(tǒng)的出現(xiàn)。開發(fā)智能家居相關(guān)產(chǎn)品不僅能夠滿足人們生活的需要，對(duì)整個(gè)社會(huì)信息化進(jìn)程的推動(dòng)作用也不可忽略。

我們基于上海未來伙伴機(jī)器人有限公司創(chuàng)新套件設(shè)計(jì)了一套智能家居控制系統(tǒng)，利用結(jié)構(gòu)部件、連接部件和傳動(dòng)部件以及傳感器完美得組合在一起，通過能力風(fēng)暴控制器、單片機(jī)系統(tǒng)、無線模塊、GSM模塊等，實(shí)現(xiàn)了家居的無線控制、遠(yuǎn)程控制、溫控、安防控制等功能，使人們的生活更加便捷、安全、舒適。

2.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

家居智能的基本目標(biāo)是，將家庭中各種與信息相關(guān)的通信設(shè)備、家用電器和家庭安防裝置連接到一個(gè)家庭智能化系統(tǒng)上進(jìn)行集中或者異地的監(jiān)視、控制和家庭事務(wù)性管理，并保持這些家庭設(shè)施與住宅環(huán)境的協(xié)調(diào)。根據(jù)智能家居所需要的功能，我們按照與家庭所處位置的遠(yuǎn)近，將系統(tǒng)歸納為遠(yuǎn)程控制、無線遙控控制和本地集中控制三種控制方式。

遠(yuǎn)程控制通過手機(jī)發(fā)送短信形式進(jìn)行控制，此方案主要用到GSM模塊和單片機(jī)，手機(jī)發(fā)送指令到GSM模塊的SIM卡，然后根據(jù)用戶的指令來控制家電設(shè)備或者接收?qǐng)?bào)警信號(hào)并向用戶報(bào)告。使人們身在外地就可了解家中的各種狀態(tài)。

無線控制功能是通過無線發(fā)射接收模塊實(shí)現(xiàn)近距離控制功能，主要包括對(duì)家電的近距離控制和接收?qǐng)?bào)警信號(hào)，節(jié)省了無線通信不必要的費(fèi)用，也省去了花在綜合布線上的費(fèi)用和精力。其主要電路由51單片機(jī)模塊電路、無線發(fā)射接收電路、能力源控制器、AS-UⅢ智能機(jī)器人組成。

“自動(dòng)+手動(dòng)”控制包括路燈、太陽能草坪燈、走廊燈控制的自動(dòng)控制，可節(jié)約能源?？照{(diào)、花園澆水、窗簾是采用“自動(dòng)+手動(dòng)”控制，既可以自己通過按鍵控制開關(guān)，也可以自動(dòng)控制。

3.硬件電路設(shè)計(jì)

3.1 無線控制系統(tǒng)

用戶通過終端控制器發(fā)射指令，由接收系統(tǒng)對(duì)電飯煲、熱水器、排風(fēng)扇進(jìn)行開關(guān)控制。用戶通過終端控制器發(fā)射相關(guān)指令，接收系統(tǒng)對(duì)大門、車庫門、房門也可進(jìn)行開關(guān)。采用AT89C51單片機(jī)，通過功能按鍵選擇以上的開關(guān)控制，由12864液晶顯示器進(jìn)行顯示相關(guān)狀態(tài)，同時(shí)蜂鳴器起到報(bào)警的作用，使用2400bit/s無線模塊實(shí)現(xiàn)近距離無線控制。無線終端控制器的框圖如圖1（左圖）所示。接收系統(tǒng)通過解碼實(shí)現(xiàn)對(duì)家用電器、門等控制。同時(shí)門上安裝磁敏傳感器檢測(cè)門的位置，使門實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開關(guān)功能。接收系統(tǒng)的框圖如圖1（右圖）所示。

無線終端器的電路原理圖見圖2所示，電源為5V直流電，12864液晶顯示器中RP1可以調(diào)節(jié)顯示器的亮度，S1-S6為無線終端控制器的功能選項(xiàng)按鈕，S7為單片機(jī)復(fù)位按鈕。AY1為蜂鳴器，當(dāng)單片機(jī)20腳輸出低電平時(shí)，Q1導(dǎo)通，蜂鳴器開始鳴響。2400bit/S為無線模塊，當(dāng)接收到無線信號(hào)時(shí)，單片機(jī)進(jìn)行解碼，并通過12864與蜂鳴器顯示相關(guān)數(shù)據(jù)。

3.2 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

用戶通過手機(jī)發(fā)送短信，GSM模塊接收到手機(jī)的指令，通過單片機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制電飯煲、浴室熱水器、浴室換氣扇等的開關(guān)?？刂葡到y(tǒng)框圖如圖3所示。

手機(jī)發(fā)送指令給GSM指定號(hào)碼，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的功能。指令表見表1。

3.3 “自動(dòng)+手動(dòng)”控制

3.3.1 溫控系統(tǒng)

臥室內(nèi)，用戶可以“手動(dòng)”設(shè)定空調(diào)的溫度，使室內(nèi)的溫度控制在人體舒適度范圍之內(nèi)，當(dāng)室內(nèi)溫度和設(shè)定溫度有偏差時(shí)，就會(huì)“自動(dòng)”啟動(dòng)空調(diào)開關(guān)，并且會(huì)自動(dòng)進(jìn)行制冷或制熱的選擇?？刂瓶驁D如圖4所示。

3.3.2 自動(dòng)灑水系統(tǒng)

通過傳感器檢測(cè)土壤濕度，土壤干燥時(shí)啟動(dòng)灑水系統(tǒng)為花草澆水，當(dāng)濕度達(dá)到一定值時(shí)，灑水機(jī)停止工作，或人為進(jìn)行灑水系統(tǒng)的開關(guān)?？刂葡到y(tǒng)的框圖如圖5所示。

3.3.3 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)

當(dāng)風(fēng)力達(dá)到一定時(shí)，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)自動(dòng)工作，由存儲(chǔ)裝置儲(chǔ)存電能，供電給用電器。

3.3.4 自動(dòng)太陽能草坪燈系統(tǒng)

白天，通過屋頂上的4塊太陽能板進(jìn)行蓄電，晚上，電池給草坪燈進(jìn)行供電，控制器采用5251專用芯片進(jìn)行光線檢測(cè)、升壓驅(qū)動(dòng)。

3.3.5 燈光控制系統(tǒng)

利用光敏傳感器檢測(cè)太陽光，當(dāng)白天接收到太陽光時(shí)，路燈滅。晚上接收不到太陽光時(shí)，路燈點(diǎn)亮；利用聲音傳感器檢測(cè)走廊聲響，當(dāng)有人走過發(fā)出聲音時(shí)，傳感器接收到信號(hào)，走廊燈亮，延時(shí)10秒后，走廊燈熄滅；利用光敏傳感器檢測(cè)環(huán)境明亮程度，當(dāng)早上接收到太陽光時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)，窗簾打開；晚上光線比較弱時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)，窗簾關(guān)閉，框圖如圖6所示。

3.4 安防系統(tǒng)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的安防系統(tǒng)包括防火系統(tǒng)、防盜系統(tǒng)和緊急求救系統(tǒng)?？驁D如圖7所示。

利用溫度傳感器檢測(cè)室內(nèi)溫度，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，溫度升高，啟動(dòng)報(bào)警功能，房屋周圍4個(gè)LED燈閃爍，喇叭聲音報(bào)警，同時(shí)滅火系統(tǒng)（噴水）啟動(dòng)。并通過無線模塊向終端控制器發(fā)送一個(gè)信號(hào)，終端控制器報(bào)警以及時(shí)提醒房主，同時(shí)，GSM模塊也向房主發(fā)送短信進(jìn)行提示。

利用紅外反射、接收裝置安裝在門上，當(dāng)大門關(guān)閉時(shí)，如果有人進(jìn)入，啟動(dòng)報(bào)警，無線控制終端顯示盜賊進(jìn)入，并報(bào)警，提醒房主及時(shí)處理，同時(shí)，GSM模塊也向房主發(fā)送短信。

當(dāng)別墅內(nèi)人員（尤其是弱勢(shì)群體的老人和小孩），出現(xiàn)緊急情況時(shí)，按下呼叫按鈕，啟動(dòng)緊急呼叫系統(tǒng)，報(bào)警器會(huì)發(fā)出“嗚嗚～”的報(bào)警聲，同時(shí)GSM模塊也向房主發(fā)送短信，表示家中有緊急情況。

4.軟件程序設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)用的軟件主要采用上海未來伙伴機(jī)器人有限公司提供的VJC流程圖編程和單片機(jī)C語言編程相結(jié)合，VJC流程圖編程更加直觀形象，流程圖采用模塊化編程的形式，接近人類自然語言，流程圖程序的形式與標(biāo)準(zhǔn)流程圖完全一致，簡單易學(xué)，是學(xué)習(xí)單片機(jī)C語言編程的基礎(chǔ)。編譯好的流程圖下載到能力源控制器，然后進(jìn)行程序的調(diào)試，最后實(shí)現(xiàn)其功能。

4.1 走廊燈路燈程序

4.2 風(fēng)力發(fā)電與自動(dòng)灑水

5.制作和調(diào)試

本系統(tǒng)利用上海未來伙伴機(jī)器人有限公司創(chuàng)新套件設(shè)計(jì)了一套智能家居控制系統(tǒng)，將結(jié)構(gòu)部件、連接部件和傳動(dòng)部件以及傳感器完美得組合在一起，搭建成一套家居系統(tǒng)的框架，再通過能力風(fēng)暴控制器、單片機(jī)系統(tǒng)、無線模塊、GSM模塊等，實(shí)現(xiàn)了智能家居控制系統(tǒng)。實(shí)物如圖10所示，經(jīng)過調(diào)試，系統(tǒng)都完成了以上功能。

6.總結(jié)

本套智能家居控制系統(tǒng)具有以下創(chuàng)新點(diǎn)：

（1）無線控制和遠(yuǎn)程控制相結(jié)合，既能進(jìn)行近距離無線遙控控制也能進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制。

（2）具有太陽能、風(fēng)力發(fā)電裝置，為晚上草坪燈供電，起到了很好的節(jié)能作用。

本套智能家居控制系統(tǒng)通過模擬實(shí)物制作和調(diào)試，都能達(dá)到智能家居的功能，達(dá)到預(yù)期的效果。在應(yīng)用到實(shí)際家庭中，也能實(shí)現(xiàn)這些功能。因此對(duì)開發(fā)智能家居控制系統(tǒng)有一定的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

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第8篇：智能家居論文范文

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)；智能實(shí)驗(yàn)室；物聯(lián)網(wǎng)；ZigBee ；OSG

中圖分類號(hào)： TP31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2013.07.016

文本著錄格式：[1]白雪飛，趙文深，崔巖松，等.基于現(xiàn)代智能實(shí)驗(yàn)室的三維場景用戶界面設(shè)計(jì)[J].軟件，2013，34（7）：41-45

0 引言

隨著通信技術(shù)的發(fā)展和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的日趨成熟，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室逐漸向現(xiàn)代智能化實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)了諸如遠(yuǎn)程查看實(shí)驗(yàn)室溫濕度，監(jiān)控實(shí)驗(yàn)室中的照明，門禁，投影儀，攝像頭等設(shè)備狀態(tài)的功能。此外智能實(shí)驗(yàn)室中還可以安裝通用的智能插座，方便靈活地控制其他各種電器設(shè)備。現(xiàn)代智能實(shí)驗(yàn)室多采用分布式結(jié)構(gòu)，通常由一個(gè)web服務(wù)器和一定數(shù)量的傳感節(jié)點(diǎn)，和控制節(jié)點(diǎn)組成。傳感節(jié)點(diǎn)采集設(shè)備信息匯總到web服務(wù)器，而控制節(jié)點(diǎn)則根據(jù)web服務(wù)器的指令來操作相應(yīng)的硬件設(shè)備，web服務(wù)器則以二維GIS的形式展示實(shí)驗(yàn)室的結(jié)構(gòu)、內(nèi)部設(shè)施、電器設(shè)備狀態(tài)，同時(shí)提供控制電氣設(shè)備的接口，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室的遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理。

但是該智能實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)以二維的形式展示三維的信息，存在一定的信息缺失，同時(shí)場景缺乏真實(shí)感，操作界面單一，用戶體驗(yàn)不佳。而三維虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)則很好地彌補(bǔ)了二維展現(xiàn)形式的缺陷。虛擬現(xiàn)實(shí)是利用電腦模擬產(chǎn)生一個(gè)三維空間的虛擬世界，提供使用者關(guān)于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身臨其境一般，可以及時(shí)、沒有限制地觀察三維空間內(nèi)的事物。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與智能實(shí)驗(yàn)室物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合[1，9-10]，將滿足用戶對(duì)實(shí)驗(yàn)室空間信息的迫切需求，增加場景的逼真度，以及操作的直觀性和樂趣性。

1系統(tǒng)框架

如圖1所示：本系統(tǒng)的總體框架有三個(gè)層次構(gòu)成：最底層是由各種控制節(jié)點(diǎn)，傳感節(jié)點(diǎn)，以及ZigBee節(jié)點(diǎn)組成的網(wǎng)絡(luò)層，該層主要負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)信息的采集和上傳[2]。中間是服務(wù)層，它由一個(gè)web服務(wù)器組成，主要負(fù)責(zé)信息匯總，數(shù)據(jù)計(jì)算，與節(jié)點(diǎn)控制。最上層是顯示層，也是本文要重點(diǎn)講述的虛擬現(xiàn)實(shí)場景用戶界面。

1.1 ZigBee網(wǎng)絡(luò)層與服務(wù)層構(gòu)成

本文中介紹的智能實(shí)驗(yàn)室節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)采用ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合JavaWeb服務(wù)，組織和管理實(shí)驗(yàn)室智能控制節(jié)點(diǎn)，如圖2所示。

1.1.1 ZigBee局域網(wǎng)絡(luò)：

每一個(gè)智能實(shí)驗(yàn)室中都必須有一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器（Coordinator），若干個(gè)ZigBee路由器（Router）和網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備（end device）。其中ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的職責(zé)是建立和初始化設(shè)備，管理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，存儲(chǔ)關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)路由信息等。ZigBee網(wǎng)絡(luò)路由器主要負(fù)責(zé)搜索網(wǎng)絡(luò)，傳輸數(shù)據(jù)，發(fā)送請(qǐng)求，起到路由的作用。ZigBee網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備，則是相應(yīng)的功能硬件設(shè)備，如溫濕度傳感器，門禁，智能開關(guān)等[3]。

1.1.2 網(wǎng)關(guān)

網(wǎng)關(guān)又稱為協(xié)議轉(zhuǎn)換器，是一種網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備，用于連接不通通信協(xié)議的兩種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。在本系統(tǒng)中采用基于linux操作系統(tǒng)的ARM處理器作為網(wǎng)關(guān)，連接ZigBee無線局域網(wǎng)絡(luò)和外部Internet網(wǎng)絡(luò)[4]。

1.1.3 Web服務(wù)器。

在一個(gè)智能實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)中Web服務(wù)器是不可或缺的。它向下匯聚傳感器節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)，指令控制ZigBee終端設(shè)備；向上為用戶提供監(jiān)控實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的用戶接口，是人機(jī)交互的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本論文中的Web服務(wù)器是利用Java語言構(gòu)建并運(yùn)作的，以web頁面的形式，展現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室的二維結(jié)構(gòu)布局和設(shè)備分布。

1.2虛擬現(xiàn)實(shí)顯示層構(gòu)成

1.2.1三維模型

智能實(shí)驗(yàn)室模型的建立直接決定了虛擬環(huán)境場景的逼真程度。本系統(tǒng)最終采用3ds Max軟件，以北郵校園為背景，建立智能實(shí)驗(yàn)室的室內(nèi)外三維模型，再現(xiàn)室外真實(shí)環(huán)境和室內(nèi)桌椅，實(shí)驗(yàn)設(shè)施布局，溫濕度傳感器，燈光，門禁，投影儀，以及智能節(jié)點(diǎn)等。

1.2.2 osg虛擬引擎，實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)渲染。

OSG（OpenSceneGraph）是一款高性能跨平臺(tái)的3D圖形開發(fā)庫，完全由C++和OpenGL編寫而成，具有跨平臺(tái)和開源的突出優(yōu)點(diǎn)。OpenSceneGraph在對(duì)OpenGL封裝的基礎(chǔ)之上，建立一個(gè)面向?qū)ο蟮目蚣?，使得編程者可以擺脫底層的繁雜建模，便于應(yīng)用程序的開發(fā)和管理[5]。此外它還提供了大量的優(yōu)化算法，提升運(yùn)行時(shí)性能，提供幾乎所有主流數(shù)據(jù)格式的數(shù)據(jù)接口，以及對(duì)腳本語言的支持。因此其廣泛應(yīng)用于可視化仿真、游戲、虛擬現(xiàn)實(shí)、高端技術(shù)研發(fā)等領(lǐng)域。

現(xiàn)智能實(shí)驗(yàn)室的虛擬現(xiàn)實(shí)接口，必須建立基于OSG的人機(jī)交互接口，實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1）場景漫游功能：使用戶可以在虛擬環(huán)境中自由行走，猶如漫游于真實(shí)場景之中。

（2）碰撞檢測(cè)功能：此功能保證人在虛擬環(huán)境中自由移動(dòng)，但不會(huì)“穿越”墻等障礙物。

（3）點(diǎn)選場景中物體的功能：使人能夠選中，拾取，釋放虛擬環(huán)境中的某個(gè)物體。

（4）場景控制功能以及菜單功能：場景控制指虛擬場景中照明開關(guān)，門禁，投影儀的等控制，并在點(diǎn)選某設(shè)備時(shí)彈出菜單，顯示該設(shè)備的參數(shù)信息。

（5）與web服務(wù)器的通信接口。當(dāng)人在虛擬場景中關(guān)閉的某一盞燈時(shí)，osg程序要向web服務(wù)器發(fā)送指令，關(guān)閉真實(shí)場景中的照明燈。然后osg程序再檢測(cè)真實(shí)場景中的照明狀態(tài)，在虛擬場景中再現(xiàn)照明狀態(tài)。

2針對(duì)智能實(shí)驗(yàn)室虛擬現(xiàn)實(shí)接口的關(guān)鍵技術(shù)

本系統(tǒng)采用3ds Max建模工具進(jìn)行三維建模，利用Visual Studio 2008建立C++工程，引用osg三維渲染庫，進(jìn)行虛擬場景的渲染，漫游控制，碰撞檢測(cè)，拾取物體等動(dòng)態(tài)控制。

2.1三維建模

智能實(shí)驗(yàn)室場景的生成過程具體包括實(shí)景獲取、建模、場景材質(zhì)設(shè)置和真實(shí)感貼圖、虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)初始化、模型對(duì)象化導(dǎo)入與實(shí)時(shí)呈現(xiàn)幾個(gè)部分，其中三維建模是核心部分，其質(zhì)量好壞直接影響智能實(shí)驗(yàn)室虛擬場景的呈現(xiàn)效果[6]。

智能實(shí)驗(yàn)室三維模型流程如圖3所示，對(duì)于室外建筑和室內(nèi)設(shè)施，其輪廓多為規(guī)則的幾何體，故用一個(gè)長方體構(gòu)建起其建筑輪廓，再增加門、窗、臺(tái)階、周圍花草樹木、室內(nèi)設(shè)施等構(gòu)成三維場景的模型。而紋理則通過高像素的相機(jī)拍攝，但由于受建筑物高度、拍攝距離、透視關(guān)系、光照條件等因素的影響，拍攝的圖片比例失調(diào)，不能直接用作紋理，需要用PhotoShop等圖像處理軟件對(duì)照片進(jìn)行裁切變換等處理，使之成為正射狀態(tài)，最終以JPG格式保存，形成貼圖庫。貼圖的長度和寬度應(yīng)是2的冪次的整數(shù)，否則貼圖在后期可視化中將不能正常顯示。

拍攝的過程中要注意相機(jī)鏡頭的法線盡量與建筑物垂直，盡量避免仰視拍攝和俯瞰拍攝，如圖4所示：正確的拍攝角度可以大大的減少圖像的后期處理壓力。

2.2 osg場景控制

建立好智能實(shí)驗(yàn)室三維模型以后，剩下的工作就是在osg中進(jìn)行實(shí)時(shí)渲染驅(qū)動(dòng)，主要包括漫游控制，碰撞檢測(cè)，拾取物體，和web服務(wù)器通信等。如圖5所示：

2.2.1漫游控制

Osg中場景的漫游涉及到兩個(gè)主要的類：osgGA：：GUIEventHandler和osgGA：：CameraManipulator。

osgGA：：GUIEventHandler是osg引擎中的事件處理類，它可以捕捉鼠標(biāo)和鍵盤的操作。定義一個(gè)osgGA：：GUIEventHandler的子類，即可自定義某個(gè)鼠標(biāo)或鍵盤事件觸發(fā)的操作，如按下W、S、A、D鍵 分別向前、向后、向左、向右移動(dòng)模型等。而osgGA：：CameraManipulator繼承自osgGA：：GUIEventHandle，專門用于相機(jī)視角的調(diào)整。其setByMatrix（const osg：：Matrixd & matrix）和setByInverseMatrix（const osg：：Matrixd& matrix）方法是其特有的用于調(diào)整相機(jī)視角的角度和位置的方法。自定義一個(gè)繼承自osgGA：：CameraManipulator的類，由繼承關(guān)系，該類具有捕捉事件的能力，根據(jù)捕捉到的鍵盤事件，自由的調(diào)整相機(jī)視角和相機(jī)的位置。

2.2.2碰撞檢測(cè)

本系統(tǒng)從實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度和運(yùn)算開銷角度考慮，采用射線體相交測(cè)試的方案進(jìn)行碰撞檢測(cè)，即用一個(gè)描述用的正方體或者球體包裹住3D物體對(duì)象（或者對(duì)象的主要部分），之后根據(jù)該包裝盒的位置、距離等信息來計(jì)算，某一個(gè)時(shí)刻T，對(duì)象物體是否與其他的物體發(fā)生了碰撞和交疊。

如圖6所示，在進(jìn)行相交測(cè)試時(shí)，首先連接物體A的舊位置與新位置構(gòu)成一條線段，然后創(chuàng)建一個(gè)IntersectVisitor交叉訪問實(shí)例，并把線段加載入該交叉訪問實(shí)例，初始化訪問實(shí)例位于場景圖的根節(jié)點(diǎn)，然后線段跟隨其遍歷場景層次，與場景對(duì)象進(jìn)行相交測(cè)試[7]。

2.2.3拾取物體

拾取物體是指用鼠標(biāo)點(diǎn)擊虛擬場景中的某一個(gè)物體之后，可以選中該物體，取消選中該物體，并能檢測(cè)出點(diǎn)擊的是哪一個(gè)物體等。本系統(tǒng)使用射線相交法實(shí)現(xiàn)物體拾取的目標(biāo)，即通過遍歷模型結(jié)構(gòu)樹，檢測(cè)視點(diǎn)與鼠標(biāo)選擇點(diǎn)之間所確定的射線與哪個(gè)實(shí)體相交，從而確定被選中的實(shí)體。

如圖7所示：OSG引擎首先捕獲鼠標(biāo)的單擊事件，然后獲得鼠標(biāo)點(diǎn)擊的位置，進(jìn)而運(yùn)用射線相交法得到一個(gè)相交物體的集合，最后運(yùn)用模型節(jié)點(diǎn)的唯一性標(biāo)志 NodeName篩選出用戶所要選取的模型結(jié)點(diǎn)。

2.3封裝ActiveX插件，與web服務(wù)器互動(dòng)、通信

如何將osg虛擬環(huán)境嵌入到網(wǎng)頁中，并與web服務(wù)器通信，實(shí)現(xiàn)在虛擬環(huán)境中對(duì)現(xiàn)實(shí)場景中設(shè)備的控制呢？ 將osg工程封裝成基于MFC的ActiveX 控件為上述問題提供了解決方案。

2.3.1 ActiveX技術(shù)

ActiveX控件是基于組件對(duì)象模型（COM）的可重用軟件組件，廣泛的應(yīng)用于桌面以及web應(yīng)用中。ActiveX作為組件可以嵌入到web網(wǎng)頁中，網(wǎng)頁程序就成為了組件的容器。ActiveX控件為我們提供了兩種機(jī)制：“事件機(jī)制”，“方法和屬性機(jī)制”。“事件機(jī)制”用來實(shí)現(xiàn)當(dāng)某種條件滿足時(shí)，控件主動(dòng)通知控件容器發(fā)生了某些事情?！胺椒ê蛯傩浴睓C(jī)制用來實(shí)現(xiàn)組件容器主動(dòng)通知控件發(fā)生了某些事情。

2.3.2完整的通信過程

虛擬環(huán)境與真實(shí)場景的完整通信流程如圖8所示，通過“事件機(jī)制“和“方法屬性機(jī)制”，完成了“虛擬環(huán)境事件觸發(fā)web服務(wù)器指令，web服務(wù)器反饋信息更新虛擬環(huán)境中節(jié)點(diǎn)狀態(tài)”的通信過程[8]。

當(dāng)用戶在虛擬場景中單擊燈的開關(guān)時(shí)，首先通過osgGA：：GUIEventHandler檢測(cè)到用戶單擊了鼠標(biāo)左鍵，并通過“拾取物體”技術(shù)，判斷出用戶單擊的是燈的開關(guān)，此時(shí)利用ActiveX的事件機(jī)制，在ActiveX內(nèi)部觸發(fā)開燈事件（假設(shè)燈狀態(tài)由關(guān)到開），通知web容器（這里的容器指網(wǎng)頁）燈被打開，再由嵌入到網(wǎng)頁中的JavaScript指令向web服務(wù)器發(fā)消息，消息中包含燈所屬控制節(jié)點(diǎn)的編號(hào)，以及“開或關(guān)”的狀態(tài)，由服務(wù)器和ZigBee節(jié)點(diǎn)去將指定的燈打開。

與此同時(shí)，Web服務(wù)器存在一個(gè)獨(dú)立的線程，不停的檢測(cè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)上傳的各個(gè)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)數(shù)據(jù)。當(dāng)檢測(cè)到某個(gè)燈的狀態(tài)由“關(guān)”設(shè)置成了“開”，服務(wù)器便通過Web容器，利用ActiveX中的“方法和屬性”機(jī)制，調(diào)用ActiveX中預(yù)留出的關(guān)燈方法，將虛擬場景中的指定的燈關(guān)閉。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)接口的實(shí)現(xiàn)，以及測(cè)試結(jié)果

本系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的智能實(shí)驗(yàn)室三維虛擬現(xiàn)實(shí)接口，在原來智能實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)上，增加了三維立體的展現(xiàn)形式。并且經(jīng)過了實(shí)際的測(cè)試和實(shí)驗(yàn)：虛擬環(huán)境中開燈，真實(shí)環(huán)境中燈會(huì)相應(yīng)被開啟；真實(shí)環(huán)境中將燈關(guān)閉，虛擬環(huán)境燈會(huì)隨之置成關(guān)閉狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了虛和實(shí)的有機(jī)統(tǒng)一。三維場景的效果如圖10所示，和二維GIS的表現(xiàn)形式（圖9所示）相比，大大增加了場景的“逼真度”，接口的“易操作性”，改善了用戶體驗(yàn)。

4結(jié)束語

本論文在現(xiàn)有的智能實(shí)驗(yàn)室物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)基礎(chǔ)之上，提出了基于虛擬現(xiàn)實(shí)的三維虛擬場景接口。重點(diǎn)闡述了三維建模、利用osg進(jìn)行場景渲染驅(qū)動(dòng)，以及虛擬場景與實(shí)際場景的有機(jī)連接等關(guān)鍵技術(shù)。實(shí)際的測(cè)試和檢驗(yàn)，證明基于虛擬現(xiàn)實(shí)的三維用戶界面，不僅實(shí)現(xiàn)了“實(shí)驗(yàn)室設(shè)施受控于三維場景”、“三維場景反映實(shí)驗(yàn)室設(shè)備狀態(tài)”的功能，而且明顯增強(qiáng)了展現(xiàn)形式的真實(shí)性和直觀性，改善了用戶體驗(yàn)。同時(shí)此系統(tǒng)所用到的技術(shù)和方案，可進(jìn)一步拓寬應(yīng)用范圍，直接應(yīng)用到現(xiàn)代智能家居領(lǐng)域，也是虛擬現(xiàn)實(shí)與智能家居的有機(jī)結(jié)合。

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第9篇：智能家居論文范文

[關(guān)鍵詞]超聲波 定位系統(tǒng) 無線電波 智能家居

中圖分類號(hào)：TM121.1.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1009-914X（2015）25-0012-02

引言

現(xiàn)在無線電定位技術(shù)已經(jīng)得到了很廣泛的應(yīng)用，但是無線電定位技術(shù)對(duì)于某些小距離、小范圍的定位顯得有些大材小用，換句話說就是有些浪費(fèi)成本。超聲波傳輸距離遠(yuǎn)，傳輸速度相對(duì)于無線電小的多，對(duì)于處理器的速度要求及處理精度并不是很高，需要運(yùn)算的數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)小于無線電波，運(yùn)算的速度要求也小于處理器去處理光電信號(hào)的速度要求，所以在小空間、小范圍的定位中，超聲波定位具有很大的優(yōu)勢(shì)，可以大幅節(jié)省硬件成本，減少CPU的運(yùn)算工作量，對(duì)于智能家居等類似的行業(yè)具有很好的開發(fā)前景。

1.定位原理

無線電定位是通過各個(gè)定位點(diǎn)的無線電波頻率來識(shí)別各個(gè)定位點(diǎn)的，從而獲取定位點(diǎn)的坐標(biāo)信息，參考無線電的定位原理，超聲波的定位原理與無線電定位類似，主節(jié)點(diǎn)發(fā)出位置獲取信號(hào)，定位節(jié)點(diǎn)一旦收到就將自己的信息信號(hào)發(fā)出。如圖1，節(jié)點(diǎn)P（x，y，z） 表示需要定位的人或物，節(jié)點(diǎn)A、B、C構(gòu)成定位系統(tǒng)的參考網(wǎng)絡(luò)，由A、B、C發(fā)出的超聲波到達(dá)節(jié)點(diǎn)B的時(shí)間可以得到PA、PB、PC三條線段的距離即主節(jié)點(diǎn)到三個(gè)定位結(jié)點(diǎn)間的距離。

由圖中幾何關(guān)系可以得到

，（T為環(huán)境攝氏溫度）

然而在實(shí)際的系統(tǒng)中，由于超聲波在空氣中的傳播速度會(huì)衰減，傳輸距離有限，而且容易受到障礙物的影響，三個(gè)定位節(jié)點(diǎn)可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，可能會(huì)出現(xiàn)盲區(qū)，即定位節(jié)點(diǎn)發(fā)出的超聲波可能達(dá)不到或者可以達(dá)到的節(jié)點(diǎn)不夠3個(gè)，這時(shí)算出的坐標(biāo)位置可能就會(huì)出錯(cuò)，為了避免類似情況的發(fā)生，為保證定位精度更加準(zhǔn)確，活動(dòng)范圍更廣，可以使用較多的定位點(diǎn)，呈矩陣狀合理分布，同時(shí)每個(gè)定位點(diǎn)有自己的位置坐標(biāo)，主節(jié)點(diǎn)只要測(cè)得三個(gè)不同節(jié)點(diǎn)的距離，就可以計(jì)算出主節(jié)點(diǎn)在系統(tǒng)中的坐標(biāo)。為了減小誤差，定位的高度及定位點(diǎn)間的距離應(yīng)該經(jīng)過反復(fù)測(cè)試，以得到最佳的高度及間距。

2 系統(tǒng)組成方案及硬件實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)組成如圖2所示，整個(gè)系統(tǒng)主要由主節(jié)點(diǎn)、PC上位機(jī)及若干個(gè)定位節(jié)點(diǎn)組成。其中，主節(jié)點(diǎn)及定位節(jié)點(diǎn)主要由微處理機(jī)系統(tǒng)、無線電收發(fā)電路、超聲波接收電路或超聲波發(fā)射電路組成。

2.1 微處理機(jī)系統(tǒng)

微處理機(jī)選用Atmegal16單片機(jī)，它有16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash（具有同時(shí)讀寫的能力，即RWW），512 字節(jié)EEPROM，1K 字節(jié)SRAM，32個(gè)通用I/O 口線，是高性能低功耗的8位單片機(jī)。

2.2 超聲波發(fā)射電路

超聲波發(fā)射電路是定位節(jié)點(diǎn)的主要功能模塊，主要用來向主節(jié)點(diǎn)發(fā)送超聲波，主節(jié)點(diǎn)依據(jù)超聲波傳來的時(shí)間來計(jì)算出主節(jié)點(diǎn)與點(diǎn)位節(jié)點(diǎn)間的距離。

2.3 超聲波接收電路

超聲波接收電路是主節(jié)點(diǎn)的主要功能模塊，主要用來接收定位節(jié)點(diǎn)發(fā)來的超聲波。

2.4 無線電發(fā)射接收電路

無線電發(fā)射模塊采用的芯片是NRF24L01，主節(jié)點(diǎn)上的無線發(fā)射模塊主要由兩個(gè)功能：第一個(gè)功能是依次向各個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)射帶地址編碼無線信號(hào)，一旦有定位節(jié)點(diǎn)接收到主節(jié)點(diǎn)發(fā)射來的對(duì)應(yīng)自己編碼的無線電信號(hào)，該定位節(jié)點(diǎn)會(huì)將自己的地址編碼立即反饋給主節(jié)點(diǎn)，同時(shí)定位節(jié)點(diǎn)向主節(jié)點(diǎn)發(fā)射超聲波信號(hào)，主節(jié)點(diǎn)一旦收到定位節(jié)點(diǎn)發(fā)來的反饋信號(hào)就立即開啟定時(shí)器定時(shí)，在設(shè)定時(shí)間范圍內(nèi)如果收到該節(jié)點(diǎn)發(fā)來的超聲波信號(hào)，通過聲速與時(shí)間的乘積就可以得到主節(jié)點(diǎn)與此結(jié)點(diǎn)間的距離，一旦主節(jié)點(diǎn)得到三個(gè)不同定位節(jié)點(diǎn)間的距離，然后依據(jù)定位節(jié)點(diǎn)的地址編碼來獲取這三個(gè)定位節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)，依據(jù)前面推導(dǎo)的類似的公式就可以得到主節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)位置；第二個(gè)功能是向連有PC機(jī)的節(jié)點(diǎn)發(fā)送坐標(biāo)位置數(shù)據(jù)以供PC機(jī)實(shí)時(shí)顯示坐標(biāo)位置。定位節(jié)點(diǎn)的無線發(fā)射模塊主要用來接收主節(jié)點(diǎn)的無線信號(hào)，一旦接收到主節(jié)點(diǎn)的無線信號(hào)就將自己的編碼迅速的反饋給主節(jié)點(diǎn)，以通知主節(jié)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)時(shí)。

3 系統(tǒng)控制軟件組成

3.1 主節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)

主節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)流程如圖3，初始化的過程主要包括數(shù)據(jù)初始化，寄存器配置初始化，及系統(tǒng)硬件的自檢過程。主結(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)主要功能有：1.能夠識(shí)別定位節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)位置；2.實(shí)現(xiàn)捕獲超聲波傳輸時(shí)間的精準(zhǔn)計(jì)時(shí)；3.通過相對(duì)距離及坐標(biāo)位置的幾何關(guān)系計(jì)算出主節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)位置；4.對(duì)位置坐標(biāo)結(jié)果進(jìn)行數(shù)字化濾波處理，減小誤差。

3.2 定位節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)

定位節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)流程如圖4，定位節(jié)點(diǎn)功能相對(duì)簡單，主要是提供節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)位置，提醒主節(jié)點(diǎn)進(jìn)行開始計(jì)時(shí)等。

3.3 數(shù)字濾波處理技術(shù)

由于超聲波本身的傳輸衰減性，外界物體的干擾，以及硬件本身設(shè)計(jì)上的種種不足，所得到的坐標(biāo)位置結(jié)果會(huì)不可避免的存在誤差，不僅能夠很好的處理數(shù)據(jù)結(jié)果，大幅度減小誤差，還可以減小硬件上的投入，節(jié)省成本。數(shù)字濾波處理技術(shù)，有很多種，而且各有特點(diǎn)。單一的方法很難實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的濾波，多種濾波方式結(jié)合起來使用會(huì)有很好的濾波效果。這里選用的濾波方式主要有：限幅濾波法，中位置濾波法、算術(shù)濾波法平均濾波法。如圖4，當(dāng)主節(jié)點(diǎn)以一個(gè)三角形移動(dòng)時(shí)經(jīng)過濾波處理后PC機(jī)顯示的主節(jié)點(diǎn)位置坐標(biāo)信息，誤差基本上能夠滿足要求。

4 結(jié)束語

經(jīng)過硬件參數(shù)的反復(fù)調(diào)整實(shí)驗(yàn)，以及各種濾波處理，可以將主節(jié)點(diǎn)的定位誤差控制在5～10cm以內(nèi)，單點(diǎn)對(duì)單點(diǎn)的定位誤差控制在1cm，控件可以在5立方米以內(nèi)。系統(tǒng)的不足還有很多，定位系統(tǒng)坐標(biāo)還需合理優(yōu)化，位置精度還不夠精確，硬件設(shè)計(jì)還需反復(fù)測(cè)試優(yōu)化。

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（基金項(xiàng)目：天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)校級(jí)項(xiàng)目KJ14-12）

（基金項(xiàng)目：GJ201408）