智能家居的控制设计（精选12篇）
智能家居的控制设计 篇1
随着人们生活水平的提高, 电子技术, 通信技术和自动化技术的日趋完善, 智能手机的发展非常迅速, 价格越来越低, 受众越来越广, 已经成为人们生活中不可替代的一部分, 所以手机控制智能家居控制系统也越发显得重要。手机控制智能家居系统是将大大小小的各种家用电器以及家庭安全保护设备通过无线的方式连接起来, 可以进行集中或远程的监控、管理, 为家庭住宅环境的安全提供了高效的管理方式。
1 系统设计方案分析
1.1 系统需求分析
1) 能用手机通过蓝牙数据传输的方式检测家电, 打开、关闭家电的工作状态及窗帘的起降。
2) 在家居的门口安装摄像头、红外检测模块, 实现视频监控、红外报警功能。用户通过手机可以选择启动或者取消防盗模式。
3) 能实时测量家居内温度、烟雾情况, 当室内烟雾浓度偏高时, 系统可以打开室内抽风机抽出室内有害气体, 当室内烟雾浓度过高, 系统启动火灾报警模块, 提醒主人预防火灾。
4) 实现温度的无线抄送, 通过温度传感器将室内温度数据采集后用无线蓝牙传输将该数据发送到手机显示并保存。
1.2 系统总体设计
本设计利用32位嵌入式ARM处理器stm32f103vb作为智能家居控制系统的核心控制器。针对智能家居系统的特点和所要实现的基本功能, 分析了智能家居控制器的基本结构, 然后对各个模块电路进行了详细设计。最终利用人体红外传感器 (infraredsensor) 、HC06蓝牙模块、温湿传感器模块、烟雾传感器 (MQ-2) 、继电器、摄像头等, 结合电路组装成系统, 实现房屋的无线监控。系统总体设计框图如图1所示。
2 系统硬件设计
2.1 STM32处理器
本系统核心处理器采用STM32F103xx系列, 该系列使用超高性能的Acorn RISCMachine/Cortex-M3/32位的RISC内核, 内置高速存储器 (高达128K字节的闪存和20K字节的SRAM) , 工作频率为72MHz, 丰富的增强I/O端口和联接到两条APB总线的外设。其中Corte x-M3处理器是专为那些对成本和功耗非常敏感但同时对性能要求又相当高的应用而设计的。
2.2 外围硬件电路设计
本设计摄像头模块选用体积小、工作电压低、提供单片VGA摄像头和影像处理器的所有功能的OV7670感光模块;蓝牙模块选用HC-06;温度传感器选用DALLAS半导体工厂生产的温度传感器DS18B20进行开发, 该传感器造价低、体积小、耐磨耐碰;烟雾传感器选用MQ-2;红外检测模块选用HC-SR501, 该传感器是基于红外线技术的自动控制模块, 灵敏度高, 可靠性强, 超低电压工作模式, 在本设计中其作用为人体感应器;另需用继电器对家用电器进行控制和保护。
3 系统软件设计
3.1 嵌入式操作系统μC/O S-II
本文采用μC/OS-Ⅱ嵌入式操作系统, 支持56个用户任务。其内核为剥夺抢占式, 支持邮箱、信号量、消息队列等多种常用的进程间通信机制, 更为重要的一点是与大多商用RTOS不同, μC/OS-Ⅱ公开所有的源代码, 而且μC/OS-Ⅱ90%的代码使用标准的ANSIC语言书写, 程序移植性好、可读性强;它可免费获得, 即使商业应用也只收取少量的许可费用[1]。
本设计μC/OS-II操作系统软件整体图如图所示。
3.2 手机端程序设计
3.2.1 手机界面程序设计
在设置手机界面的时候, 在Eclipse集成开发环境下, 首先新建一个android项目工程, 兴建路径是File—New—androidproject—proje ct nam e, 选择android 1.6版本, 工程名命名为Blue tooth-car, 选择Create Activity, 则自动创建了一个Activity, 在创建Activity时, 需要注意一下四个要点[2]:
1) 一个Activity就是一个类, 并且这个类要继承Activity;
2) 需要复写Oncre ate方法 (当一个Activity第一次运行显示在手机上或者虚拟机上的时就会调用Oncreate方法) ;
3) 每一个Activity都需要在Androidm anifas t.xm l文件当中配置;
4) 为Activity添加必要的控件。
3.2.2 手机监听程序设计
在Eclipes开发平台上, 首先在Layout文件中采用相对布局的形式设计完成手机界面以后, 就要考虑为我们的每个Butten按键绑定监听程序, 以实现在每个按键按下时, 就能通过手机蓝牙发送相应的数据到控制端的蓝牙接收模块。
首先在Layout文件中, 每添加一个控件, 都会为这个控件设置一个ID, (如android:id="@+id/button1") , 然后在R.JAVA文件就会自动生成一个ID地址。
然后在主程序里面编写监听程序, 按键按下时, 不同的监听按键ID地址, 跳转到不同的cas e里, 向蓝牙模块发送不同的数据。在程序里直接写进蓝牙模块的蓝牙地址, 运行程序时会自动搜索该地址的蓝牙芯片, 一次配对成功后, 自动记忆该地址, 以后只要打开手机界面, 系统就会自动搜索连接[3]。
4 结束语
本系统借助于蓝牙通讯技术家电的远程监控和控制, 把蓝牙模块与控制电路集成在同一线路板上, 从而达到节约成本和增加系统通信可靠性的目的。由于此系统造价低、容易实现、安全可靠, 所以具有广阔的应用空间, 比如应用于普通民宅、仓库、厂房、花卉大棚等, 可实现安装场所的安防监控与电路远程控制。
参考文献
[1]LABROSSE著, 邵贝贝译.μC/OS-Ⅱ—源代码公开的实时嵌入式实时操作系统[M].北京:中国电力出版社, 2003.
[2]许晓宁.Java Native Interface应用研究[J].计算机科学, 2006.
[3]Jong Bong Lee.Smart home—digitally engineered domestic life[J].Lecture Personal and Ubiquitous Computing, 2003.
智能家居的控制设计 篇2
智能交通控制器需要执行繁重的通讯和算法处理，对处理器的通讯和运算速度有很高的要求，摩托罗拉公司的MPC8245能够满足这些要求。MPC8245具有强大的通讯和运算能力[5]，可以通过TI16C554等串口芯片扩展多个RS232串口，和多个外设通过串口进行通讯?鸦可以连接多达4个PCI设备，还可以通过以太网或者电话线进行网络通讯。由于MPC8245可以运行在300MHz，因此可以满足很多智能交通算法的需求。
智能交通控制器硬件框图如图2所示，MPC8245扩展了32MSDRAM和4MFLASH存储器，其中，4MFLASH用来存储Linux内核和应用程序,32M的SDRAM在系统运行的时候存储Linux的内核和应用程序。违章抓拍控制器通过PCI总线接口芯片PLX9030接入MPC8245，系统可以兼容各种不同的违章抓拍控制器，通过编写不同的驱动程序来实现。以太网控制器通过以太网接口芯片CS8900A接入MPC8245，可以接入Internet，加入光线接口就可以实现光纤通讯。通过MPC8245的UART口扩展了一片16C554，扩展出了四个串口，分别接入液晶控制器、交通灯控制器、交通指示牌控制器和传感器。液晶控制器用来设定或者修改智能路口控制器控制参数，而且还可以通过手动直接控制交通灯。交通灯的控制是直接控制交通灯，接收来自MPC8245的参数设定，比如路口数、红绿灯时间等，并控制交通灯。交通指示牌是用来提供交通信息的大屏幕，MPC8245接收来自控制中心的交通信息，并将这些信息送到交通指示牌控制器，显示在大屏幕上，用来疏导交通。检测设备在目前交通控制中的作用越来越重要，各种检测设备不但种类繁多，而且新产品不断涌现，因此TCS-0602预留了包括串口在内的多种接口方式。
智能家居的控制设计 篇3
【关键词】GSM；智能家居；单片机；远程控制；短消息
0.引言
随着生活水平的提高，人们对居住环境舒适与安全程度的要求越来越高，智能家居控制系统正日益成为家居产品中的一个热点。但传统的智能家居控制产品大部分是基于固定电话网或互联网的，这就要求用户家庭必须装接固定电话或者互联网，且线路易被破坏。而随着现代通信技术和控制技术的飞速发展，以及手机的日益普及，基于GSM网络的低成本无线智能家居控制系统将给广大普通居民家庭生活方式带来变革。
本文所介绍的基于GSM的智能家居控制系统采用GSM模块进行短消息收发，以单片机为控制核心，进行信息反馈和远程控制，可实现无线远程报警和控制等功能。
1.系统结构及工作原理
该智能家居控制系统结构如图1所示，主要由单片机、GSM短消息模块、无线接收模块、各类安防模块(如温度传感器、防盗传感器、烟雾传感器、煤气传感器等)、声光报警模块、电器开关控制模块等组成。其工作原理：系统正常工作时，首先由单片机采集各安防传感器模块数据，如有异常(如发生火灾、煤气泄漏、被盗等)则在通过本地声光电报警模块发出声光报警信号的同时，通过GSM模块向用户发送相应的报警信息。用户收到报警信息，可通过回复相应的短消息，实现对家居设施的控制来进行一定的及时处理，如切断家里总电源。在没有异常情况时，用户可以通过发送短消息来查询和控制家中电器的状态，比如查询是否忘记关闭某个电源，或者回家前提前打开空调等。
图1系统结构图
2.系统硬件
2.1单片机控制模块
智能控制器是该家居控制系统的核心，这里选用MicroChip公司的PIC 单片机16F628。该单片机CPU采用RISC结构，仅有35条单字节指令，采用Harvard双总线结构，最高工作速度可达20MHz，内置高精度4MHz振荡器和3个定时器，宽工作电压范围(2.0V到5.5V)，低功耗(当频率为1MHz,电压为2.0V时，典型值为120uA)，具有较大的输入输出直接驱动能力(可直接驱动LED)，采用高耐用性内存(10万次写操作)/EEPROM(100万次写操作)，数据保持期为40年，价格低，小体积。特别适用于用量大，档次中低，价格敏感的产品。
2.2GSM模块
GSM模块是将GSM射频芯片、基带处理芯片、存储器、功放器件等集成在一块线路板上，具有独立的操作系统、GSM射频处理、基带处理并提供标准接口的功能模块，具有发送SMS短消息，语音通话，GPRS数据传输等基于GSM网络进行通信的所有基本功能。开发人员可使用ARM或者单片机通过RS232串口与GSM模块通信，使用标准的AT命令来控制GSM模块实现各种无线通信功能。
GSM模块的厂家最早主要在国外，包括西门子、Wavcom、Sagem等；随着国内的技术进步，国内厂家如华为、Simcom、BenQ等模块也开始逐渐成熟起来。本系统使用的是高性价比的Wavecom公司的Q2403A模块。Q2403A支持EGSM900/GSM1800双频段，可以通过SMS、CSD或是GPRS进行数据收发，以及处理语音通讯。Q2403A结构相当紧凑，经过封装后的体积只有58.3×32.2×3.9mm，可以方便地嵌入各种系统中进行开发。其它主要性能及参数如下：直接AT指令控制；输出功率(EGSM900时2W, GSM1800时1W)；输入电压 2.8-3.6V；重量 18.5g(包括外壳)；环境温度 -30°C—+75°C（工作温度）/-40°C—+85°C（存放温度）；CSD状态下最大速率9.6kbps；60pin接口，包括电源、3V SIM卡、RS232接口、语音/ MMCX天线接口。
2.3无线接收模块
本系统中用来接收无线安防传感器模块信号的无线接收模块选型为超外差无线接收模块 J05U。它是一款特小体积，超低功耗，高灵敏度和稳定性的OOK / ASK超外差接收模块，工作在315.0MHz~433.92MHz频段，具有较宽的工作温度范围和较宽的电压范围(2.1-5.5V，推荐3V或者 5V）。芯片指标符合欧洲或北美管理标准。可广泛应用于工业和民用测控领域。其它性能或参数：数据速率最高10字节/秒；接收灵敏度-112dBm (ASK 2 Kb/s)；数据接口为DATA串口数据；系统启动时间为5mS；天线形式为外接20Cm天线；参考距离为300米(配10mW发射加天线，PT2262 编码/2272解码，开阔地)；模块尺寸：20X11X6mm（长X 宽 X厚）。
2.4电器开关控制
本系统采用MOS场效应管输出高电压固态光电继电器KAQY212SE作为由GSM短消息控制的家用电器多路控制开关输出耦合接口器件，以实现系统输出与家用电器电源控制的物理隔绝，实现弱电信号对高电压、大电流及高功率的电气设备的控制。
2.5系统电源
本系统主电源采用锂离子电池充电器HYM4054，它是一款完整的单节锂离子电池用恒定电流/恒定电压线性充电器，其ThinSOT 封装与较少的外部元件数目使得HYM4054为便携式应用的理想选择。由于系统采用了150mA低噪声LDO稳压器MIC5205进行保护，因此在使用外接2~12V直流电源对充电器进行充电时，即使极性接反也不会对系统造成损伤，大大提高了系统的安全性。
2.6安防无线传感器模块及声光电报警模块
该系统中所用安防无线传感器模块及声光电报警模块可以直接选用目前市场上比较成熟的定型产品，但要注意其工作频率应与无线接收模块J05U兼容，即315.0MHz。根据用户家居的实际需要，可在无线门磁、红外探测器、煤气探测器、烟雾探测器等众多无线传感器模块中随意选择和搭配，实现防盗、防火、防煤气等功能，构成全面的家居安防系统。
3.系统软件设计
本系统软件设计主要可分为2个模块。
3.1无线通信模块
本模块主要负责短消息的发送与接收。短消息的收发是通过向串口发送AT指令集来实现的。AT指令集是GSM模块与嵌入式计算机之间的通信协议。根据AT指令的GSM07.05标准，发送和接收中文或中/英文混合的短消息必须采用PDU模式，Text模式只支持传送英文及数字信息。PDU模式的编解码过程复杂，本系统使用Text模式即可满足系统功能需求。模块的通讯全部采用AT+XXXX完成。发送短消息的基本命令如下。
3.1.1设置短消息发送格式(0-PDU，1-文本)AT+CMGF=1；
3.1.2发送短消息(短消息内容“hello”)
AT+CMGS=”13645541221”>hello^z(^z表示ctrl+z)；
3.1.3列出所有的短消息
AT+CMGL=“ALL”；
3.1.4读取短消息内容(假设INDEX=5)
AT+CMGR=5。
3.2监测与控制模块
本模块主要完成对信号的检测，在满足条件时产生中断。在中断服务程序中，生成报警短消息并调用发送短消息函数，将报警信息发送给用户手机中。控制模块根据接收到的短消息内容，发送相应的控制信号给控制器。
整个系统的程序流程图如图2所示。图2 系统程序流程图
4.结束语
本设计以GSM网络通信技术和单片机控制功能为主，实现了对家居環境及设施的远程监控。整个系统具有体积小、成本低、功耗低、功能实用、实现简单、操作简单、安全可靠、适用范围广等特点，不仅可用于居民住宅，也可以用于对仓库、厂房、各类大棚等地方进行远程监控，因此具有广泛的应用前景。■
【参考文献】
［１］林添成.基于GSM的远程家居控制系统[J] .装备制造技术,2010.5:75-76.
［２］施自华，伍臣周，余晃晶.基于GSM的智能家居系统设计与实现[J].2010.8(27):341-344.
［３］苏江福.基于GSM网络的智能家居监控系统设计与实现[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学,2008.
自适应智能家居控制系统的设计 篇4
随着科技的发展和人们居住生活水平的提高，家居智能化已成为一种必然趋势。智能家居产品融合自动化控制系统、计算机网络系统于一体，将各种家庭设备（如音视频设备、照明系统、窗帘控制、空调控制、安防系统、数字影院系统、网络家电等）通过智能家庭网络实现自动化，通过无线传输模式，实现对家居所有用电设备的分布式集中控制[1,2]。
智能家居现在正处于起步阶段，智能家居受产品生产厂家的限制，在短时间内还没有统一的标准协议，作为有益尝试，本文基于分布式控制理论设计制作了一个自适应智能家居控制系统。该设计可以实现控制器自动搜索区域内的智能电器、实现对搜索到的智能电器进行开关控制和实现多个用电器的集中控制，包括定时控制、用电器间的逻辑控制。为了增强该控制系统的自适应性，智能家居系统中的灯光控制系统可以实现对外界光线的采集和自适应调整。
1 分布式控制设计思想
该自适应智能家居控制系统采用分布式控制理论来实现，它以人机交换界面为控制输入的主要节点，以家用电器控制端为对象，在整个系统中所有控制节点地位平等；采用无严格的控制中心的控制理念，该控制方式是一个对等式控制网络，无明显的等级之分，该系统中的数据传输主要采用无线方式[3]；采用分布式控制最大的优点是所有控制端节点可以随时加入或离开控制网络，任何节点的故障不会影响整个系统的运行，具有很强的抗毁性。分布式控制网络构成如图1所示。
2 系统的硬件构成
该自适应智能家居控制系统的硬件组成主要由人机交换界面、无线数据模块、终端核心控制器等部分组成，其结构框图如图2所示。
2.1 人机交互界面
人机界面是用来监控管理和处理各种信息的多功能显示屏幕，是操作人员与机器设备之间双向沟通的桥梁。本设计采用信捷B/TH765系列触摸屏，该型号触摸屏具有7英寸显示屏幕，流线型外观设计6万色真彩，支持BMP,JPEG格式图片，除此之外它还有完善的校准功能，该型号触摸屏可以提供很好的人机交换界面，适合在家庭智能控制中应用。
2.2 无线模块
本次设计采用的无线模块为顺舟科技的SZ05系列Z-BEE嵌入式无线串口通信模块，该模块采用了加强型的ZigBee无线技术，该无线数据通信设备符合工业应用标准，它具有通信距离远、抗干扰能力强、组网灵活等优点和特性，可实现多设备间的数据透明传输，可组MESH型的网状网络结构。ZigBee技术译为紫蜂技术，是一个有关组网、安全和应用软件方面的新型传感器网络，被称作IEEE 802.15.4(ZigBee）技术标准。其结构简单、功耗低、速率低、成本低、可靠性高，主要适用于自动控制领域，其可以嵌入到各种设备中，同时支持地理定位功能[4,5]。
2.3 控制器
对于控制终端的设计，单片机是其核心器件，本设计通过单片机与无线接收模块的数据传输完成对终端家用电器设备的控制。在本设计中采用的是飞思卡尔MC9S128MAA单片机，作为新一代的双核微控制器，拥有卓越的性能，堪比32位微控制器。S12X除了拥有主控CPU外，还拥有一个平行处理器XGATE模块，该模块是一个智能的、可编程的直接存储器取存模块，可以进行中断处理以及通信和数据预处理，并为其他任务释放一部分CPU空间，从而提高了该芯片的整体性能[6]。
2.4 自适应智能灯光系统的设计
在智能家居控制系统中，灯光控制是一个很重要的组成部分，舒适、绚丽的灯光变幻会给家庭生活带来温馨、和谐的环境。在本次设计中，对于灯光系统主要采用了PWM脉宽调制技术来实现对灯光变幻的控制。同时通过光敏电阻对外界光线的感应，引起电压的变化，通过单片机对其模拟信号的采集，再由飞思卡MC9S128MAA单片机集成的A/D转换功能完成数/模转换，最终通过一定算法，完成相应PWM调制波的输出，完成室内灯光自适应控制。图3为灯光系统电路图[7,8]。
3 软件设计
本软件设计主要包括人机界面的软件设计和控制器的软件设计以及通信协议的设计，该系统总的软件设计流程图如图4所示。系统开机初始化后，首先进入人机界面，通过自适应搜索到开机的家用电器。通过触摸屏的触摸输入选择要控制的电器。通过无线模块的数据传输及终端控制单片机的数据识别和处理，完成家用电器的控制并传回数据，在触摸屏上显示各参数。
3.1 人机界面软件设计
（1)Touch Win简介
Touch Win为TH系列触摸屏提供了理想的编辑平台，Touch Win编程软件采用全中文操作界面，其操作具有良好的操作界面及简单易学的开发编程界面，是TH系列最常用的开发软件。对于一个触摸屏开发过程，完整流程如图5所示。
(2）人机界面窗口设计
在本次设计中，设计的画面窗口主要包括：开机界面、电器搜索界面以及各个电器控制界面。具体界面如图6所示。
3.2 控制终端软件设计[9,10]
(1）控制器开发环境简介
控制器采用的开发环境是飞思卡尔公司研制的CodeWarrior开发环境，该软件功能强大，CodeWarrior环境主要包括以下几个模块：编译器、源代码浏览器、构造系统、调试器、工程管理器等。编辑器、编译器、连接器和调试器是软件开发的4个主要阶段。其他的模块用以支持软件开发的主要过程。该集成环境是一个多线程应用，能在内存中保存状态信息、符号表和对象代码，从而提高了操作速度，进行自动编译以及链接。
(2）主程序编写
对于主程序的编写采用C语言编写的方式，主要由3个模块构成，分别为数据采集、数据处理及数据返回。
无线数据的采集采用同步串行通信方式，该方式主要采用SPI模块。该模块通过在CodeWarrior软件中设置，采用9 600 b/s的波特率完成数据的传输，在主函数中使用AS1＿RecvChar（）函数完成对无线传输数据的采集。
对于由光敏电阻构成的电压采集采用单片机集成的A/D转换芯片完成。本次设计所使用的单片机所集成A/D采集精度为12位。可以很好地满足本次设计的要求。
3.3 人机界面与控制终端的通信协议
为实现触摸屏与控制终端的无线传输，本系统设置了相应的通信协议，其主要通信指令如表1所示。
4 系统调试及结果分析
4.1 硬件电路调试
对Max232电路进行检测，通过触摸屏发送无线数据，经电脑的串口调试进行数据显示，经测试符合要求。对控制终端单片机的最小系统进行检测，通过对光敏电阻进行遮光和有光照的情况下，对A/D采集引脚进行电压测试，在有光情况下最大输出为3 V，最小输出为0.2 V，由于对灯光的自适应控制采用脉宽调制技术，由单片机生成的PWM调制波可以随光敏电阻的阻值发生明显的变化，满足设计要求。光敏电阻端电压与调制波输出关系经测量如图7所示。
4.2 软件调试
触摸屏开发软件Touch Win具有在线模拟功能，通过该功能的模拟，在电脑上完全实现所需功能，通过下载进触摸屏，经过相关测试，其功能满足设计要求，具体测试如图8所示。
4.3 结果分析
通过对硬件和软件的测试，以及在正常环境下对系统进行实际操作成功率的测试，测试结果表明，该智能家居控制系统的综合性能达到了设计要求，其测试结果如表2所示。
5 结语
本设计作为智能家居系统设计的一次有益尝试，通过利用人机界面以及控制终端来实现对家居电器的分布式智能控制。通过一系列的调试工作，本设计实现了控制器自动搜索区域内的智能电器、实现了对搜索到的智能电器进行开关控制；同时该系统还能自适应的调节灯光系统，实现了多个用电器的集中控制。
参考文献
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[8]胡烨.Protel99SE电路设计与仿真教程[M].北京:机械工业出版社,2005.
[9]吴晔.基于HCS12的嵌入式系统设计[M].北京:电子工业出版社,2010.
智能家居的控制设计 篇5
智能幕墙控制系统主要由检测环境参数的温度传感器、风传感器、光照传感器、雨滴传感器和中央处理单元plc(可编程控制器)组成,系统具有运行稳定、处理功能强大和扩展性强的特点。控制系统通过人机界面进行执行机构的操作,集中显示幕墙上各个设备的运行状况,整体有效的管理幕墙。功能设计
(1)日照调节。
能源消费包括人工照明,日照最大化是低能耗设计的重要目的之一,幕墙控制系统能机动的控制幕墙遮挡设备,减小阳光对建筑内部舒适条件造成伤害,减少过加热、过强光和照射过渡等。
(2)通风控制。
幕墙智能控制系统根据室内外环境温度,夏季当周围温度不超过30℃(温度可通过控制系统设定)时,幕墙智能控制系统驱动执行机构将可伸缩的屋顶、机动窗户等打开实现自然通风。冬季当外界温度低于5℃(温度可通过控制系统设定)时,启动机械通风装置。
(3)发电功能。
利用光伏发电实现建筑物电的自给。
(4)构造控制。
使用者可通过人机界面、遥控装置和墙上的开关对幕墙构造进行有效控制。
(5)取暖和加热。
将太阳能集热器与幕墙结合,太阳能集热器将太阳能热量通过换热将水加热;可为建筑物冬季通过地板取暖提供热能,可为建筑物提供清洁的热水。
(6)安防功能。将安防报警系统接入幕墙智能控制系统,实现对门窗的安全防范。智能幕墙功能与高科技产品功能的实现
(1)防盗报警。
在建筑玻璃幕墙上安装玻璃碎片探测器,当有人或硬物将玻璃幕墙击碎时,探测器检测到信号后通过与他相连的智能控制系统通过扬声器发出报警信号;在门、窗上安装门磁开关,当有人非法闯入时,门磁开关接通报警装置报警。系统同时将启动联动的摄像机,将报警画面传送给安保人员。
(2)光伏发电。
利用幕墙结构位置(不影响采光等因素),将太阳能光电池板与幕墙结合,利用太阳能光电池板来给智能控制系统或其它负荷提供电能。
(3)取暖和加热。
将太阳能集热器与幕墙结合,由集热器将太阳能热量通过换热将水加热,可为建筑物冬季通过地热取暖提供热能,为建筑物提供清洁的热水。
(4)光控。
在幕墙上安装日光控制器,通过日光控制器检测到日光强度。日光控制器将信号通过智能控制系统驱动执行器来控制百叶的开关状态:当阳光充足时,智能控制系统将百叶窗放下;当阳光强度变弱时,智能控制系统将百叶窗打开。
(5)声控。
在智能幕墙控制系统中加装声音控制器,用来接收使用人通过声音发出的控制指令,实现门、窗和百叶等开启状态的智能控制。
(6)烟感控制。
当室内的烟雾传感器检测到空气有一定浓度的烟尘时,与烟雾传感器相连的智能控制系统驱动执行机构将天窗、通风口等打开,同时通过扬声器发出报警信号。
(7)雨感。
在天窗和幕墙等位置安装雨滴传感器,当传感器检测到有降雨时,与传感器相连的智能控制系统驱动执行机构将窗、门等关闭。
(8)门禁。
在主要出入口处安装门禁(语音门禁、指纹门禁和视网膜门禁)控制系统,通过访问人的特征如语音、指纹和视网膜等,在门禁系统中设置访问人的权限,用来识别访问者的权利。
(9)红外远程控制。
在智能控制系统中加装红外接收器,通过使用人手持遥控装置发出的指令,红外接收器将指令传送给智能控制系统,智能控制系统驱动执行机构完成门、窗、百叶等开关状态。
(10)安全防范。
在幕墙门窗的窗户前安装红外报警器,当有无人照看儿童想要攀爬门窗时,红外报警器通过控制装置声光报警信号,同时智能控制系统关闭窗户以防事故的发生。智能幕墙的设计
智能幕墙系统主要由输入传感器、输出执行器件、控制系统、光伏发电系统4部分组成。
4.1 输入传感器
玻璃碎片探测器、雨滴传感器、日光控制器、红外线接收器、门磁开关、限位开关等。
4.2 输出执行器件
电机、马达、电磁阀、扬声器等。
4.3 控制系统
通过输入设备(如阳光控制器、温度传感器、雨滴探测器等)将现场参数输入给控制柜中的plc控制系统;经plc处理后的参数驱动执行机构(电机、马达、电磁阀、扬声器)带动门窗、百叶等构件的动作。在中控室连接人机界面,操作者可以点动鼠标轻松管理整个幕墙所有设备的运行状况。
4.4 光伏发电系统
光伏发电是新能源和可再生能源的重要组成部分,太阳能光伏发电的能量转换器是太阳能电池。当太阳光照射到太阳能电池上时,电池吸收光能,产生光生电子——空穴对。在电池内电场作用下,光生电子和空穴被分离,电池两端出现异号电荷的集累,即产生“光生电压”。光伏系统的设计
太阳能光伏发电系统的组成。
(1)控制器。
控制器是光伏发电系统的核心部件之一,根据系统功率、电压、方阵路数、蓄电池组数和用户的特殊要求确定控制器的类型,一般必须具备的功能有:①信号检测。
②蓄电池最优充电控制。
③蓄电池放电管理。
④设备保护。
⑤故障诊断定位。
⑥运行状态指示。
(2)逆变器。
根据系统的直流电压确定逆变器的直流输入,根据负载的类型确定逆变器的功率和相数,根据负载的冲击性决定逆变器的功率余量。
(3)太阳能光伏发电系统的防雷接地。
如果太阳能电池方阵被雷电直接击中会造成设备损坏或人员伤亡,所以在设计过程中应做防雷设计。结语
智能幕墙是通风式幕墙的延伸,是在智能化建筑的基础上将建筑配套技术(暖、热、光、电)的适度控制,在幕墙材料、太阳能的有效利用、通过计算机网络进行有效的调节室内空气、温度和光线,从而节省了建筑物使用过程的能源,降低了生产和建筑物使用过程的费用。因此智能幕墙系统庞大,具有很好的发展空间和前景。
参考文献:
智能家居的控制设计 篇6
关键词：嵌入式技术 无线控制 智能家居
智能家居可提供人类从未体验过的安全与便利，受到市场的热捧，成了世界范围内的研究热点。其中，嵌入式技术应用不仅能有效地实现智能家居功能，还可大大降低研发成本、缩短开发时间，呈现出良好的市场前景和应用价值。
当前智能家居控制系统多以单片机或ARM7作为主处理器，运算速度和系统资源相对有限，功能相对简单，智能化程度不高，应用范围窄。由于该类系统主要采用开关量检测，经常因为检测资源的匮乏无法有效地实现系统的分析功能。且该类系统硬件电路不能随意增加和减少设备，一旦硬件改动，软件部分需要大量改写甚至重新编写。
一、智能家居无线控制系统结构设计
笔者设计的智能家居无线控制系统结构框图如下图所示。本设计选择ARM9作为嵌入式系统的主处理器，尽管ARM9的价格稍高于ARM7，但由于ARM9的片上资源远较ARM7丰富，故而可大大简化外围电路设计，不仅性能更强，综合性价比也大为提高。
图 智能家居系统总体结构框图
系统中的GPRS模块和手机模块构成通信模块，ZigBee无线网络在控制模块和家居电器间构建信息通道，传感器模块检测家居环境，并将数据传递给控制模块。此外，本设计还包含有显示及操作用的LCD模块、电源模块和语音报警模块。
GPRS模块和ZigBee无线网络实现ARM对家居电器的监控，同时防止外部对本系统内部设备的攻击与非法访问。采用无线技术的好处显而易见，既可以省去繁琐的布线，又可以更灵活地放置网络内设备，改善家居布局。此外，利用GPRS模块可实现远程控制，为家居生活带来了极大的方便。结合传感器模块，即使发生意外情况时家中无人，也可迅速报警，通知家庭成员，甚至直接可由家庭成员利用远程控制做出补救。如家中有成员走动时，空调保持一定的室温，而无人走动时关闭空调或升高室温，从而提高舒适度，节约能源。
二、系统主程序模块设计思路
系统主程序模块主要是控制相应的设备以达到预期指标效果，主程序对系统采集的信息进行整合并加以分析判断。例如系统设定的温度值为27℃，而当前采集的温度值为30℃，系统就会控制制冷装置自动启动，并关闭门窗，使得室内的温度可以维持在27℃。假如温度采集模块出现故障，采集的信息没有随相应设备工作发生改变，则系统能自动判别并将传感器故障报警信号置位，避免系统因为传感器的故障而导致判断出现问题。
三、系统功能
该系统功能具体描述如下。
家居电器的综合监控：控制系统内所有相关家居电器，包括对其设置的参数和监测状态的检测，并做出相应的反应。
室内环境信息采集：定期采集数据，主要监测湿度、温度和空气成分（有毒气体如烟、煤气），将信息传递给控制系统作为参考。
自动报警：一旦家居环境发生超出设定阀值的变化，如有毒气体超标，或监测到陌生人未经开启门锁入室，控制系统会自动报警，并通过GPRS模块通知家庭成员。
本地控制：家庭成员可通过家庭计算机监控家居电器。
远程控制：依赖互联网和ZigBee系统，家庭成员可通过通信终端控制家居电器，查询工作状况。
安全防盗：依赖互联网、家庭网关和通信终端，家庭成员和家居环境建立起双向通信，一旦家庭防盗系统在未解除的情况下发生某些操作，或家居电器发生异常时，控制系统会立即通知家庭成员，达到安全防盗的效果。
笔者设计的基于嵌入式系统的智能家居远程无线控制系统，在功耗、体积、性能和可扩展性上有独特的优势，经过对实验结果的分析、验证，该系统基本达到了预期的要求，可实现家居的智能控制，具有广阔的发展空间。
参考文献：
[1]李刚，王民等.嵌入式远程监控系统前端的设计与实现[J].现代制造工程，2008（9）.
[2]谭云福，张建忠.基于S3C2410微控制器的视频采集系统设计[J].电子器件，2008（4）.
（作者单位：郑州煤矿机械制造技工学校）endprint
摘 要：本文针对智能家居系统的特点和所要实现的基本功能，利用32位嵌入式ARM9处理器S3C2440作为控制系统的控制核心，按照总体设计方案的要求，完成了整个系统硬件平台的设计，并针对相关模块给出了各自的硬件设计方案。
关键词：嵌入式技术 无线控制 智能家居
智能家居可提供人类从未体验过的安全与便利，受到市场的热捧，成了世界范围内的研究热点。其中，嵌入式技术应用不仅能有效地实现智能家居功能，还可大大降低研发成本、缩短开发时间，呈现出良好的市场前景和应用价值。
当前智能家居控制系统多以单片机或ARM7作为主处理器，运算速度和系统资源相对有限，功能相对简单，智能化程度不高，应用范围窄。由于该类系统主要采用开关量检测，经常因为检测资源的匮乏无法有效地实现系统的分析功能。且该类系统硬件电路不能随意增加和减少设备，一旦硬件改动，软件部分需要大量改写甚至重新编写。
一、智能家居无线控制系统结构设计
笔者设计的智能家居无线控制系统结构框图如下图所示。本设计选择ARM9作为嵌入式系统的主处理器，尽管ARM9的价格稍高于ARM7，但由于ARM9的片上资源远较ARM7丰富，故而可大大简化外围电路设计，不仅性能更强，综合性价比也大为提高。
图 智能家居系统总体结构框图
系统中的GPRS模块和手机模块构成通信模块，ZigBee无线网络在控制模块和家居电器间构建信息通道，传感器模块检测家居环境，并将数据传递给控制模块。此外，本设计还包含有显示及操作用的LCD模块、电源模块和语音报警模块。
GPRS模块和ZigBee无线网络实现ARM对家居电器的监控，同时防止外部对本系统内部设备的攻击与非法访问。采用无线技术的好处显而易见，既可以省去繁琐的布线，又可以更灵活地放置网络内设备，改善家居布局。此外，利用GPRS模块可实现远程控制，为家居生活带来了极大的方便。结合传感器模块，即使发生意外情况时家中无人，也可迅速报警，通知家庭成员，甚至直接可由家庭成员利用远程控制做出补救。如家中有成员走动时，空调保持一定的室温，而无人走动时关闭空调或升高室温，从而提高舒适度，节约能源。
二、系统主程序模块设计思路
系统主程序模块主要是控制相应的设备以达到预期指标效果，主程序对系统采集的信息进行整合并加以分析判断。例如系统设定的温度值为27℃，而当前采集的温度值为30℃，系统就会控制制冷装置自动启动，并关闭门窗，使得室内的温度可以维持在27℃。假如温度采集模块出现故障，采集的信息没有随相应设备工作发生改变，则系统能自动判别并将传感器故障报警信号置位，避免系统因为传感器的故障而导致判断出现问题。
三、系统功能
该系统功能具体描述如下。
家居电器的综合监控：控制系统内所有相关家居电器，包括对其设置的参数和监测状态的检测，并做出相应的反应。
室内环境信息采集：定期采集数据，主要监测湿度、温度和空气成分（有毒气体如烟、煤气），将信息传递给控制系统作为参考。
自动报警：一旦家居环境发生超出设定阀值的变化，如有毒气体超标，或监测到陌生人未经开启门锁入室，控制系统会自动报警，并通过GPRS模块通知家庭成员。
本地控制：家庭成员可通过家庭计算机监控家居电器。
远程控制：依赖互联网和ZigBee系统，家庭成员可通过通信终端控制家居电器，查询工作状况。
安全防盗：依赖互联网、家庭网关和通信终端，家庭成员和家居环境建立起双向通信，一旦家庭防盗系统在未解除的情况下发生某些操作，或家居电器发生异常时，控制系统会立即通知家庭成员，达到安全防盗的效果。
笔者设计的基于嵌入式系统的智能家居远程无线控制系统，在功耗、体积、性能和可扩展性上有独特的优势，经过对实验结果的分析、验证，该系统基本达到了预期的要求，可实现家居的智能控制，具有广阔的发展空间。
参考文献：
[1]李刚，王民等.嵌入式远程监控系统前端的设计与实现[J].现代制造工程，2008（9）.
[2]谭云福，张建忠.基于S3C2410微控制器的视频采集系统设计[J].电子器件，2008（4）.
（作者单位：郑州煤矿机械制造技工学校）endprint
摘 要：本文针对智能家居系统的特点和所要实现的基本功能，利用32位嵌入式ARM9处理器S3C2440作为控制系统的控制核心，按照总体设计方案的要求，完成了整个系统硬件平台的设计，并针对相关模块给出了各自的硬件设计方案。
关键词：嵌入式技术 无线控制 智能家居
智能家居可提供人类从未体验过的安全与便利，受到市场的热捧，成了世界范围内的研究热点。其中，嵌入式技术应用不仅能有效地实现智能家居功能，还可大大降低研发成本、缩短开发时间，呈现出良好的市场前景和应用价值。
当前智能家居控制系统多以单片机或ARM7作为主处理器，运算速度和系统资源相对有限，功能相对简单，智能化程度不高，应用范围窄。由于该类系统主要采用开关量检测，经常因为检测资源的匮乏无法有效地实现系统的分析功能。且该类系统硬件电路不能随意增加和减少设备，一旦硬件改动，软件部分需要大量改写甚至重新编写。
一、智能家居无线控制系统结构设计
笔者设计的智能家居无线控制系统结构框图如下图所示。本设计选择ARM9作为嵌入式系统的主处理器，尽管ARM9的价格稍高于ARM7，但由于ARM9的片上资源远较ARM7丰富，故而可大大简化外围电路设计，不仅性能更强，综合性价比也大为提高。
图 智能家居系统总体结构框图
系统中的GPRS模块和手机模块构成通信模块，ZigBee无线网络在控制模块和家居电器间构建信息通道，传感器模块检测家居环境，并将数据传递给控制模块。此外，本设计还包含有显示及操作用的LCD模块、电源模块和语音报警模块。
GPRS模块和ZigBee无线网络实现ARM对家居电器的监控，同时防止外部对本系统内部设备的攻击与非法访问。采用无线技术的好处显而易见，既可以省去繁琐的布线，又可以更灵活地放置网络内设备，改善家居布局。此外，利用GPRS模块可实现远程控制，为家居生活带来了极大的方便。结合传感器模块，即使发生意外情况时家中无人，也可迅速报警，通知家庭成员，甚至直接可由家庭成员利用远程控制做出补救。如家中有成员走动时，空调保持一定的室温，而无人走动时关闭空调或升高室温，从而提高舒适度，节约能源。
二、系统主程序模块设计思路
系统主程序模块主要是控制相应的设备以达到预期指标效果，主程序对系统采集的信息进行整合并加以分析判断。例如系统设定的温度值为27℃，而当前采集的温度值为30℃，系统就会控制制冷装置自动启动，并关闭门窗，使得室内的温度可以维持在27℃。假如温度采集模块出现故障，采集的信息没有随相应设备工作发生改变，则系统能自动判别并将传感器故障报警信号置位，避免系统因为传感器的故障而导致判断出现问题。
三、系统功能
该系统功能具体描述如下。
家居电器的综合监控：控制系统内所有相关家居电器，包括对其设置的参数和监测状态的检测，并做出相应的反应。
室内环境信息采集：定期采集数据，主要监测湿度、温度和空气成分（有毒气体如烟、煤气），将信息传递给控制系统作为参考。
自动报警：一旦家居环境发生超出设定阀值的变化，如有毒气体超标，或监测到陌生人未经开启门锁入室，控制系统会自动报警，并通过GPRS模块通知家庭成员。
本地控制：家庭成员可通过家庭计算机监控家居电器。
远程控制：依赖互联网和ZigBee系统，家庭成员可通过通信终端控制家居电器，查询工作状况。
安全防盗：依赖互联网、家庭网关和通信终端，家庭成员和家居环境建立起双向通信，一旦家庭防盗系统在未解除的情况下发生某些操作，或家居电器发生异常时，控制系统会立即通知家庭成员，达到安全防盗的效果。
笔者设计的基于嵌入式系统的智能家居远程无线控制系统，在功耗、体积、性能和可扩展性上有独特的优势，经过对实验结果的分析、验证，该系统基本达到了预期的要求，可实现家居的智能控制，具有广阔的发展空间。
参考文献：
[1]李刚，王民等.嵌入式远程监控系统前端的设计与实现[J].现代制造工程，2008（9）.
[2]谭云福，张建忠.基于S3C2410微控制器的视频采集系统设计[J].电子器件，2008（4）.
智能家居控制系统的设计与实现 篇7
随着地产业智能化、宽带化的发展, 家居智能控制系统正成为居家“时尚”趋势。随着家居智能化在全国的快速兴起, 现代家居中的监控、对讲、安防等功能被集成应用, 从而使得可视对讲、家庭安防到家居的灯光、电器、窗帘等都能得到智能控制。然而各个子系统也越来越多、线路也日趋复杂, 在满足不断增长的功能需求的同时, 提高系统的集成度, 使安装及维护工作更为简单化, 并能保证很好的灵活性, 是现代家居智能化的发展趋势。本文就智能家居控制系统的架构、功能、软件环境以及硬件设备等进行阐述。
1 系统架构及功能
1.1 系统架构
系统功能架构包括家居灯光控制子系统、家居环境控制子系统、家居安防控制子系统、一键情景控制子系统和物业服务子系统等, 而各个子系统又包含不同的子模块等, 具体如图一所示。
1.2 系统功能
1.2.1 灯光控制
一个开关可以控制多个灯光, 整个网络也可以控制任意一个灯或一组灯。其控制对象可以任意设置和改变, 轻松实现全开全关、场景设置、多控开关等复杂的操作功能。门厅的开关可设成全开全关键或门厅灯的开关;出门时不必每个房间检查一遍, 只要按一个键就可以将所有的灯关闭, 需要时也可按一个键打开所有的灯。客厅的灯控开关可设成场景设置键, 按一个键开一组灯, 不必逐一打开。也可配合全宅音响、空调、窗帘等进行复杂的场景设置。也可根据住户的个性需求, 自定义回家、离家灯光的控制模式。例如:选择“回家模式”中, 只需要开启大厅的灯;“迎宾模式”中灯光全部开启, 营造热情好客的灯光氛围。
1.2.2 门禁控制
门禁控制以89S52单片机为主控芯片, 外围加蜂鸣器控制电路、开门指示灯电路、电控锁控制电路及8位数码管显示电路等。当用户发出开门信号后蜂鸣器控制电路发生动作, 门禁控制器获得允许, 显示模块显示开通信息, 同时继电器动作将门锁打开。门禁系统数控部分内部组成包括:一个8位的微处理器CPU及片内振荡器和时钟产生电路, 四个8位并行I/O (输入/输出) 接口P3-P0, 每个口可以用作输入, 也可以用作输出;每个定时/计数器都可以设置成计数方式, 用以对外部事件进行计数, 也可以设置成定时方式, 并可以根据计数或定时的结果实现计算机控制;一个全双工UART (通用异步接收发送器) 的串行I/O口。总体来说, 门禁控制系统就是对出入口通道进行管制的系统, 它在小区安防系统管理中发挥着重要的安全保障作用。
1.2.3 窗帘控制
窗帘控制被视为一个终端设备接受来自主控系统的信号和命令。电动窗帘接入智能控制系统的方式为采用接入带干触点接收信号的电机中, 利用电动窗帘马达中的干触点接口通过水晶线接入到智能主控系统当中, 可以实现本地的开关控制或是其他点位开关控制, 非常方便。
窗帘控制系统既可以触摸“窗帘开关”手动对窗帘进行控制, 也可以通过智能触控面板情景模式联动开启和关闭。在智能家居个性化模式设置中, 可以根据不同的模式对窗帘的控制进行更为人性化的操作, 实现电动窗帘等设备电机的开关控制。
1.2.4 操作面板
操作面板是主控面板, 在操作面板上可以设置离家、回家等各种个性化模式。智能主控面板可以创造智能、科技、时尚、便捷的、符合现代化的生活方式。
各种家庭中的设备在经过简单改造后, 可以连接到主机中, 实现协同工作。例如, 在按下“离家”按钮后, 该信息上传至主机中, 众多的设备将随之进入离家模式, 例如, 全部灯光被关闭、窗帘闭合、空调关闭, 而安防系统将会启动。智能家居系统提供了强大的场景功能, 可以实现全开、全关、延时工作、调整亮度等丰富功能。
所有的界面控制功能以及控制方式均可以根据用户的要求和实际的情况通过软件编程的方式来实现。如在系统中可以设置密码, 只有专门的操作人员才能通过密码输入进入系统, 可防止非相关人员在无人情况下随意进入系统进行误操作;其密码可由系统管理员进行修改和设定, 密码采用软加密、硬加密结合的方式, 充分保证了密码的安全性, 操作界面如图二所示。
1.2.5 控制主机
智能家居主机在系统中相当于人的大脑, 所有的命令都要经过主机来完成, 家居设备自动控制模块中, 对于家庭能源的科学管理、家庭设备的日程管理都有十分重要的作用。通俗地说, 它是融合了自动化控制系统、计算机网络系统和网络通讯技术于一体的网络化、智能化的家居控制系统。智能家居主机将让用户使用更方便的手段来管理家庭设备。比如, 通过加触摸屏、平板电脑、智能手机、互联网或者语言识别控制家用设备, 更可以执行场景操作, 使多个设备形成联动;另一方面, 智能家居内的各种设备通过主机相互间可以通讯, 不需要用户指挥也能根据不同的状态互动运行, 从而给用户带来最大程度高效、便利、舒适与安全的服务。总体来说, 智能家居系统控制主机是各控制终端面板 (单联、双联、窗帘等) 的集总控制器, 可以实现对所有家居设备的硬件联动控制。
1.2.6 中控室设备
中控室与各智能家居终端以TCP/IP协议相连, 可以实现中控室和终端之间的数据交互传输, 是小区安全的中枢控制部分, 为终端提供最新的信息资讯 (如:物业缴费、活动信息等) 。
2 系统环境
2.1 软件环境
JVM版本:1.6.0_10-b33
操作系统名称:Android
操作系统版本:2008/2013
软件体系结构:Android 4.0+
数据库版本:SQLite/My Sql/Oracle
2.2 硬件设备
2.2.1 智能家居系统控制主机
服务网络中的数据通讯和业务处理, 实现数据的存储、处理和转发等功能。它上行与以太网交换机相连, 下行与通讯控制模块相连。智能家居系统控制主机为一体化盒式设计。
具备高速的运行能力, 可同时处理多个终端设备的并发。采用ARM920T体系架构高速处理器, 处理器主频达到350M hz, 处理速度达到400MPS, 可以提供强大的运算能力。同时实现不同终端设备业务的收集、拆包、存储、组包、转发和派送的功能。提供快速可靠的数据传输, 具有数据缓存和管理能力, 保证信息可靠的传递到终端设备, 支持UDP/IP协议, 在UDP快速高效传递数据的基础上, 增加重传应答机制, 确保数据传递的可靠。提供方便的供电方式, 每个下行接口提供DC 5V电压输出。
软件升级, 智能家居系统控制主机提供USB接口, 随着系统功能的扩展及对智能家居产品的不断提高, 可以通过此接口对系统进行升级, 可节省开发成本, 设备参数如表一所示。
2.2.2 室内控制器操作屏
室内控制器操作屏可以对智能家居所有的控制终端进行单一或集成的控制, 更加方便的管理智能家居设备。它上行与以太网交换机相连, 下行与智能家居系统控制主机相连。
室内控制器操作屏基于Linux操作系统作系统软件开发, 具备高速的运行与运算能力, 可同时处理复杂的家居业务需求。使用一体化无边框设计, 风格简约时尚。运用数字LED技术超清晰显示, 高亮度真实还原画质, 低碳节能, 功耗低, 超长使用寿命, 性能稳定。10.1寸超大触摸屏, 配合人性化操作界面随意控制, 个性定制主界面, 搭配不同的外观风格及强大的可扩展功能。室内控制器操作屏是智能家居的中控终端, 是用户使用最频繁的智能家居设备。室内控制器操作屏, 实现了家居控制、灯光控制、安防控制、居家与远程控制。如果需要操作远程控制, 你只需要这么几个步骤:申请远程服务提交申请信息->等待审核 (确保用户数据的正确性, 高度安全性) ->开通远程服务, 之后就不会因为离家忘关灯而浪费电了。
2.2.3 通讯控制模块
接入级网关设备, 支持有线设备的接入, 实现系统网络的便捷搭建和灵活扩展。它的上行通过以太网连接到智能家居系统控制主机, 下行通过网络接口连接多种类型的智能终端设备, 完成控制网络与智能终端设备的通讯管理功能。通讯控制模块为盒式设计, 设计外观和接口如图三所示, 可实现通讯控制模块到智能家居系统控制主机的数据传输功能。主要功能特点如下:
(1) 实现智能终端设备多种协议与以太网UDP协议的转换并提供数据的透明传输。
(2) 采用了以太网供电技术, 其本身的工作电压是上层智能家居系统控制主机通过其上层接口提供。这样省去了独立供电模块的设计, 减少了设备的物理空间, 使设备的安装更加灵活和方便。
3 系统调试方案
3.1 网络调试
智能家居终端设备、主控设备都处于社区大网络环境下, 并与中控室网络互连。因此, 调试中控室<->社区网络<->住户网络三者之间的网络互通, 对整个智能系统是否能够平稳、有效的运行, 承载着至关重要的作用。
步骤一:对中控室网络<->社区网络进行线路通路检测;
步骤二:对社区网络<->住户网络进行检测;
步骤三:通过检测软件对住户网络<->中控网络之间的服务器通信进行稳定性、并发性调试。
3.2 主控/子控设备调试
主控设备直接与各个智能家居子设备控制器相连, 在保障二者网络正常通信的前提之下, 进行软件通信调试, 确保主控设备对各个子设备能够稳定的控制。
3.3 智能触控面板调试
智能触控面板集场景、门禁、灯光、窗帘等控制为一体的综合性功能控制面板, 也是住户经常操作的设备。由于智能触控面板功能的易用性、稳定性、个性化特性等是提升用户体验的基本要素, 因此调试也至关重要。智能面板的调试是建立在软件和硬件的不断测试的基础之上, 通过单元测试、系统测试等功能性测试保障功能的运行通畅。再次, 使用第三方软件对系统进行抗压性、并发性等调试, 使系统更加稳定。
4 结束语
在家居智能化领域, 提供综合家庭自动化控制和多媒体应用的智能家居系统, 向用户呈现信息化、数字化、人性化的家居智能生活体验。智能家居系统可以高效的实现终端设备的联网和通讯, 采用以太网、低功耗无线通讯等先进技术, 为家庭智能设备提供一个开发和相互协作的家庭网络环境, 体现出智能家居的发展方向, 在基于互联网的基础之上, 系统已经实现了丰富的应用功能, 用户可以对智能家居系统进行灵活的个性化的配置和控制。相信不久的将来, 智能家居控制系统会走进千家万户, 为人们提供更为便捷的生活。
摘要：本文旨在研究基于Android平台设计和实现智能家居控制系统。文章首先介绍了智能家居控制系统的背景;其次介绍了智能家居控制系统的架构及功能目标;最后详细介绍了系统的开发环境与硬件设备。
关键词：J2EE,Android,智能家居,控制系统
参考文献
[1]高小平.中国智能家居的现状及发展趋势[J].低压电器, 2005, (04) :18-21.
[2]周游, 方滨, 王普.基于Zig Bee技术的智能家居无线网络系统[J].电子技术应用, 2005, 31 (09) :37-40.
[3]杨利平, 龚卫国, 李伟红, 等.基于网络技术的远程智能家居系统[J].仪器仪表学报, 2004, (Z3) :308-311.
[4]俞文俊, 凌志浩.一种物联网智能家居系统的研究[J].自动化仪表, 2011, 32 (08) :56-59.
[5]严萍, 张兴敢, 柏业超, 等.基于物联网技术的智能家居系统[J].南京大学学报 (自然科学版) , 2012, 48 (01) :26-32.
智能家居的控制设计 篇8
为用户提供安全、舒适、高效和便捷的生活环境是智能家居控制系统最根本的目标。一个实用、现代化的智能家居控制系统应该实现音视频传输、自动化实时监控、安全防范、能通过互联网远程控制等多种功能。因此在设计智能家居控制系统时应遵循以下的原则:
1.1 实用性
就智能家居产品而言, 实用是核心, 产品要充分考虑实用性和人性化, 还应该以用户体验为主, 注重产品操作的便利性和友好的人机交互性。
1.2 可靠性
对于任何一个系统安全性和可靠性都是非常重要的, 尤其像智能家居这样以家庭安全为主的系统更应该予以高度重视。对于各个子系统, 在软件和硬件方面都应采取相应的容错措施, 以保证系统正常安全使用。
1.3 标准性
智能家居控制系统的方案应依照现有的标准和规范进行设计, 确保系统可扩展并具有良好的兼容性。在系统网络传输上采用标准的TCP/IP网络协议, 保证不同的产品之间可以兼容与互联。
2 智能家居控制系统设计
本文设计智能家居控制系统主要包括控制主机、手持机、门口机、控制器模块、传感器模块、GPS定位器和网上系统等。智能家居控制系统外架构图如图1 所示。
图1 中的“家”是家里安装的智能设备的总称, 这样能更清晰地说明整个智能家居控制系统的架构。从图1 可以看出, 家庭中的设备通过网关接入广域网, 通过访问专门网站来管理用户数据库, 使用户行使合适的功能。当智能家居控制系统接入互联网后, 远程用户可以通过接入互联网的手机或电脑等终端访问专门网站, 从而访问家庭中的智能家居设备, 实现可视对讲、开门操作, 也可以实时获取家里温湿度和气味等信息。门口机是门禁系统的一部分, 安装在小区或单元门口。它主要由ARM控制板、电力线载波模块和摄像头组成, 通过电力线与室内控制主机通信。GPS定位器可穿戴设备主要由GPS模块组成, 用来实现定位功能, 主要是为防止家里的小孩或老人走失而设计的。用户可以通过家中的控制主机随时获取GPS定位器的位置, 这样就可以防止小孩或老人走丢。
智能家居控制系统家庭内架构图如图2所示。从图2 可见, 智能家居控制系统家庭内架构主要由控制主机、手持机、各类传感器和各类控制器组成。控制主机是该系统的核心部件, 主要负责不同设备间通信协议之间的转换、对家电设备和各种传感器的监控、信息共享以及与广域网的数据交换等功能。手持机可以是连入家庭局域网的平板电脑或智能手机, 用户在家里任何地方都可以通过手持机控制家庭中的设备。各种传感器用于收集家庭中的温度、湿度和烟雾浓度等信息, 控制器模块用于控制家庭中的空调、窗帘和灯等设备。各类控制器和传感器模块都是作为一个独立的终端进行通信, 当某个模块出现故障时不会影响其它节点的正常运行。
由图2 可以看出控制主机、各种传感器和控制器模块是以电力线作为通信的传输介质。这样不需重新布线, 利用已有的电力线网络组成家庭局域网, 并使设备实现了即插即用。控制主机和手持机用无线WIFI通信, 使用户携带更方便。
3 结语
本文设计的智能家居控制系统是一个集多种技术于一体的复杂系统, 包括电力载波通信、WIFI无线传输、网络传输和自动控制等技术。基于本文提出的设计方案设计的智能家居控制系统已初步完成了软硬件调试工作, 证明该设计方案的可行性。
参考文献
[1]邓挺.基于ADSP-BF537的嵌入式视频服务器研究与实现[D].电子科技大学 (硕士学位论文) , 2007.
[2]王轲.基于嵌入式的雕铣机数控系统的研究与开发[D].北京交通大学 (硕士学位论文) , 2007.
智能家居的控制设计 篇9
目前, 市面上针对以上需求提出了许多的智能家居解决方案, 很多方案已经投入到实际生产。其中多数方案均采用了终端连接控制器, 控制器连接家居设备的模式, 遵循特定的协议配合网关的使用从而实现对家居设备的控制[3,4]。
1 方案比较
市面已经存在众多的智能家居解决方案, 然而这些解决方案存在一些共有的问题, 如:多数系统只能实现单向控制, 即无法获取受控设备当前的状态, 从而在实际使用过程中用户体验并不好。尽管部分系统已经通过实时视频传输解决了这一问题, 但由于网络环境的限制以及额外增加的硬件设施额外增加了用户的负担并未得到效果的改善。其次, 在使用网关转换协议的过程中, 同样受到网络环境的限制, 不是每一次控制指令都能成功到达受控端, 或是延迟很长, 在终端操作很久后实际受控设备才得到响应。此外, 这些方案的可定制性并不强, 用户所有的操作均集中在终端手机或是平板电脑, 无法涉及到控制器的定制;在安全性定制, 扩展性定制等方面很多功能无法实现, 陷入瓶颈。而且, 终端与控制器的连接方式单一, 均是通过网络信号如Wi Fi, GPRS等经过内网或外网实现连接, 这种方式要求控制端必须是智能手机或平板并安装特定应用, 使得使用环境受到很大的限制, 并增加了开发和维护的难度。
无法实现双向控制, 受制于方案所采用的协议。当前使用的最为流行的协议为KNX, En Ocean等, 对比这两种协议的特点, 本文提出了新的解决方案。
1.1 KNX技术
KNX/EIB是一个基于事件控制的分布式总线系统。系统采用串行数据通信进行控制、监测和状态报告。所有总线装置均通过共享的串行传输连接 (即总线) 相互交换信息。数据传输按照总线协议所确定的规则进行。需发送的信息先打包形成标准传输格式的报文, 然后通过总线从一个传感装置 (命令发送者) 传送到一个或多个执行装置 (命令接收者) 。
KNX/EIB的数据传输和总线装置的电源 (DC24V) 共用一条电缆。报文调制在直流信号上。一个报文中的单个数据是异步传输的, 但整个报文作为一个整体是通过增加起始位和停止位同步传输的。
异步传输作为共享通信物理介质的总线的访问需要访问控制, KNX/EIB采用CSMA/CA (避免碰撞的载波侦听多路访问协议) , CSMA/CD协议保证对总线的访问在不降低传输速率的同时不发生碰撞。
由其协议设定可以得出系统中存在命令发送者与命令接收者, 运用于家居领域则受控设备为命令接收者, 侦听并响应相应地址的报文, 处于被动改变角色。整个系统处于单向连接的状态。
1.2 En Ocean技术
En Ocean是一种新型的无线传输技术, 由德国的En Ocean Gmb H公司 (www.enocean.com) 提出, 许多原始设备生产商基于这个平台轻松且快速实现了定制化的基于无线能量采集技术的无线开关传感解决方案。而该技术有几大核心特点:1) 能量采集和转换。En⁃Ocean能量采集模块能够采集周围环境产生的能量, 比如机械能、室内的光能、温度差的能量等。这些能量经过处理以后, 用来供给En Ocean超低功耗的无线通信模块, 实现真正的无数据线、无电源线、无电池的通信系统。2) 高质量的无线通信。源于西门子的无线通信技术, 仅仅用采集的能量来驱动低功耗的芯片组, 实现高质量的无线通信技术。在保证通信距离的同时还具有超强的抗干扰能力, 通过重复发送多个信号以及加密功能, 保证整个通信系统的稳定性、安全性。3) 超低功耗的芯片组。En Ocean技术和同类技术相比, 功耗最低, 传输距离最远, 可以组网并且支持中继等功能。
由其协议设定可以得出En Ocean技术可以方便地运用于开关, 传感器等智能家居必须设备的设计和制造中, 负责无线数据传输, 可配合其他协议实现智能家居解决方案。但目前基于En Ocean的解决方案中控制器仍然无法主动获取开关或其他设备的状态, 只能被动地接收这些设备发送的信息, 并解析出其所处状态, 因此也处于单向连接状态。
综上所述, 本文提出了一种新的方法, 使得受控设备与控制器, 控制器与终端均处于双向连接状态, 设备可接收控制器信息, 也可发送控制信息到控制器, 从而以控制器为核心, 实现整个系统的状态同步。系统采用ADK技术, 如图1所示, 使用Android ADK套件进行开发实现。
该系统的主要特点有:
1) 基于Google辅助开发套件设计;
2) 双向连接模型, 支持智能家用电器状态获取;
3) 支持多种传感器, 实现智能家用电器的自动控制与预警;
4) 终端与控制器间支持多种连接方式, 可提供诸如非智能手机、无网络环境等条件下的控制;
5) 提出可定制的智能控制器, 用户可根据实际需求对控制器进行定制, 易用并增强了安全性。
2 系统概要
为了弥补市面产品不能获取状态的不足, 需要在控制器与家居设备间建立中介设备, 使得控制器和设备间能够互相传递信息。要求该中介能够实时响应控制器的指令, 且能将状态信息和改变信息传回控制器。因此选用了Android ADK, ADK是由Google提供的Android辅助开发套件, 由Arduino Mega2560开发板和辅助开发协议组成。将家居设备等连接ADK开发板并在ADK和Android设备之间建立通路。家用电器连接在开发板内嵌系统的输入/输出端口, 接受指令并返回状态。故控制器必须是一台Android设备, 且当前系统版本支持附件模式, 在本设计示例中使用的是Android2.3.4;ADK部分当前使用的版本是ADK2011, 由Arduino Mega 2560开发板和Google配套扩充板构成, 与控制器之间使用USB连接 (后续版本可使用蓝牙连接) 。因控制端是一台Android智能设备, 即可与终端实现多种方式的交互, 如通过网络、短信、蓝牙等。
根据上文的描述, 如图2所示, 本系统由三大核心模块组成, 即终端、控制器和ADK。终端, 可以非智能手机或是装有本系统应用的智能终端, 用于与控制器交互, 在虚拟场景中, 控制家居设备的状态;控制器, 一台Android设备, 用于接收终端的指令, 并与ADK交互;ADK, 包含Arduino Mega2560开发板和连接在该开发板的多个家居设备, 连接控制器和硬件设备的中介, 负责对家具设备的控制与反馈信息的获取, 并从控制器接收指令, 当前与控制器使用USB连接 (后续版本可使用蓝牙连接) 。
由此可见, 控制器是系统的核心, 是连接终端和ADK的桥梁, 系统中所有对家居设备的控制信息均经过控制器中转, 因此在控制器中维护状态信息的数据库, 由此实现设备状态的可控。
为了方便讨论该架构, 使用流程图介绍该系统的工作流程 (见图3) 。
1) 终端打包控制信息, 并以指定格式发送到控制器;信息可由短信、蓝牙或是专用APP产生, 并接收控制器反馈信息。
2) 控制器是一台Android设备, 已装好本系统应用, 与终端和ADK间均是双向连接, 信息互传, 如接收来自终端的信息, 解析后传输给ADK, 接收ADK的反馈信息, 并将必要内容反馈给终端。
3) ADK是控制器与家具设备间的中介, 用于接收控制器信息, 解析后实际控制设备, 并接收硬件设备的控制或反馈信息发送给控制器。系统在初次接入时, 会对硬件状态和控制器与终端应用进行初始化, 状态信息保存在控制器内部数据库。此外提供实体开关, 并与ADK相连接, 由ADK中转控制信息。
3 系统设计
本系统在终端与控制器、控制器与ADK、ADK与家具设备间均使用双向连接。即在发送信息的同时接收目标设备的反馈信息。
根据终端的个异性, 终端与控制器间支持多种模式的连接。
3.1 受控设备与主控设备的交互
控制器与ADK间当前使用USB连接, 遵循Google ADK协议, 利用Android广播机制实现交互。在本系统中, 烧制到ADK板上的程序会使用一个不断循环的调用来检查已经连接的设备, 持续地更新ADK板和An⁃droid应用的输入输出流, 如果没有已经连接的设备, 则持续检测设备的连接状态。当一个设备 (家用电器) 新连接到ADK时, 为其设定所处状态。如果已经处于附件模式则为其生成设备描述ID, 并建立与ADK板之间的联系。遵循上述步骤可以确保当一个新连接的设备处于附件模式时, 系统可以唯一识别到它, 循环监听以获取每一次状态的改变。
上述连接模式默认家居设备为受控者, 但在实际家居环境中仍存在控制设备, 如实体开关。因此为了不打破上述模式, 本系统中实体开关不与受控设备相连, 而是连接到ADK, 由ADK接收开关的状态变化, 并继而控制实际设备与转发反馈信息。为此, 系统针对实体开关设定了两种工作模式, 应用于不同的环境下:
一是在实体开关状态改变时, 改变信息首先发送到ADK板, ADK将改变信息转发给控制器, 控制器转发改变信息给Android终端 (当有多个终端时, 设置终端管理员, 管理员唯一拥有更改控制器的权限) , 再由终端解析信息并将控制指令发送给ADK以实现设备的控制。
二是ADK端接收信息后直接对所控设备进行控制, 仅将改变后的信息复制发送给控制器和终端。如图4所示, 以控制灯开关为例。
3.2 多样化控制方式
本系统支持多种终端, 不同的终端可以使用不同的控制方式与控制器交互, 如图5所示在输入模式下控制器可通过可视界面反馈对设备的操作, 在输出模式下控制器可显示的获取到设备 (包含传感器) 当前的状态, 如图5所示。下文将说明不同交互方式的异同。
1) 网络方式 (Wi Fi, GPRS等)
此种方式要求终端为智能终端, 手机或是平板电脑, 可支持IOS, Android, WP等系统, 并安装本系统特定应用。在有网络 (公网) 的环境下, 登陆客户端, 即可生成受控环境的模拟场景和可控设备列表。对可控设备进行相关操作, 指令打包后会通过网络的方式发送到控制器, 控制器为Android设备, 接受到特定终端的指令后, 解析后传输给ADK, 由ADK实际控制设备, 并将反馈信息发送回请求终端。
2) 短信方式
此种方式要求控制器支持SIM卡或购买短信收发服务。
1) 为提高安全性, 用户可在控制器端设置短信过滤列表, 即设置拥有短信控制权限的手机号列表, 列表外的号码即使发送相同短信亦无法控制。
2) 用户可自定义短信控制指令格式, 如特定前缀或后缀, 系统提供用户多种格式, 简易化设置界面。
3) 若不进行自定义设置则使用默认配置, 控制器默认接收所有号码的控制短信, 并按照预定义格式解析指令。控制器执行指令后, 会将执行结果以短信的方式发送回当前手机, 因此用户也可获取到设备状态。
这种方式为非智能终端设计, 如比较老式的功能性手机, 同时对于无网络信号覆盖或网络信号不畅的地区也可通过这种方式成功控制。
3) 蓝牙方式
此种方式要求控制器和终端均包含蓝牙组件。
对于非智能终端, 需预先在控制器端设置指令格式 (亦可使用默认格式) , 用户也可在控制器端定义MAC地址过滤列表。非智能终端通过特定的蓝牙名与控制器进行匹配, 匹配过程中手机名即为该次操作的指令, 控制器收到指令后将反馈信息设置为当前的匹配名, 并申请与该终端进行匹配, 从而实现双向连接。此处需要注意的是, 同一时间只能有一台设备使用这种方式与控制器交互。
对于智能终端, 已经安装的应用里已经包含了蓝牙功能, 进入后会自动弹出匹配请求, 并使用蓝牙的方式发送请求与接收反馈 (流程类似于网络方式) 。
3.3 控制器端自定制
如上所讲, 终端与控制器可通过多种方式连接, 而实现这些功能均取决于对控制器端的用户自定制。
控制器端可预先设置过滤列表。当使用网络方式连接时, 过滤列表包含可控用户的用户名和密码等信息;当使用短信方式连接时, 过滤列表包含可控用户的电话号码信息;当使用蓝牙方式连接时, 过滤列表包含可控用户的物理地址和蓝牙设备名信息。此外用户可自定义短信控制和蓝牙控制方式中具体的指令格式。
因可存在多个终端与控制器交互, 因此设有唯一系统管理员权限。上述定制均仅由管理员身份完成, 同时管理员可在终端以网络方式接入, 从而远程定制。
3.4 多传感器实现智能调节与预警
当前ADK组件支持灯光、颜色、距离、温度、湿度、气压、烟雾、加速度等多种传感器, 如图5所示, 系统能实时并准确地收到传感器的反馈。因此当系统设置为智能模式时, 传感器之间会协同工作, 从而根据光线、温度、湿度等信息自动调节室内灯光, 窗帘等设备。
此外系统可设置为预警模式, 如传感器感应到大量烟雾, 或室内温度过高时, 控制器会立即通过网络和短信的方式通知所有关联终端可能发生的意外情况, 即使用户在很远的地方也能保障家里的安全。
4 总结与展望
本文提出基于Android ADK的智能家居控制系统, 推导了使用ADK实现的可能性与实用创新性, 详细阐述了系统关键技术的实现。
但系统仍有可改进之处, 如针对红外设备的控制, 控制器的硬件定制, 如何通过调整传感器的位置以实现更好的智能控制效果。此外控制器Android设备支持SD卡扩展, 因此可以作为小型的文件共享服务器, 为多个终端提供文件同步功能;当前ADK已经支持音频输出功能, 包括一个放大器和扬声器, 可使用ADK音频组件播放控制器中的音频文件, 实现音乐的远程播放;ADK可方便地连接LED屏, 并实现时钟、闹钟等生活常用功能, 提供给用户更加舒适的生活环境。很多内容本文尚未探讨, 在今后的工作中可以在这些方面进行更深入的研究。
摘要：智能家居已经在人们的生活中扮演着重要的角色, 尤其在办公、展览等公共场所。当前市场已经有许多智能家居的解决方案付诸使用, 但不同的解决方案实际效果参差不齐, 各有所长。针对市面上智能家居产品普遍不能获取设备状态以及控制方式单一等缺点, 提出了一种新的解决方案。该方案采用ADK实现, 配合Android设备, 可以实时获取家居设备状态, 并能方便地通过多种方式控制。
关键词：Android,ADK,智能家居,Arduino
参考文献
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智能家居的控制设计 篇10
1 系统结构
本文研究的智能家居控制系统的系统结构主要由户内和户外两部分共同组成。户内部分主要包含智能家居配电箱、末端的传感器、执行机构三个部分。末端的传感器主要为烟感探测器、紧急报警按钮、红外探测器、亮度探测器等。执行机构包含电饭煲、煤气机械手、电动窗帘、水管电磁阀、摄像头等。户外部分主要包含服务器主机、手机、PC等。服务器与智能家居配电箱二者间的连接通过以太网来实现。该系统在应用过程中可通过以太网、无线网络将用户的户内舒适度信息、安全信息直接传递到用户终端, 为用户提供相应的报警和查询。用户还可通过用户终端直接对相应的机构下达具体的操作命令, 进而促进家居舒适度和安全性得到不断提升。基于物联网的智能家居控制系统结构设计如图1所示。
2 系统工作原理
基于物联网的智能家居控制系统最突出的特点表现为能够及时、准确地对外界信息进行感知, 并及时作出相应的反应动作。在本文探讨的系统中, 主要是通过紧急按钮、烟感传感器、亮度传感器、红外传感器、温/湿度传感器实现对家居内部的温度、火灾、安防、照度等相关信息进行采集, 然后再通过无线或者有线两种方式将采集得到的相关信息上传至输入模块。信息数据上传完成之后, 智能家居配电箱通过以太网将其上传至服务器, 用户在使用该系统时, 可通过手机或者客户端PC进行信息查询。当红外安防传感器、紧急报警按钮等动作时, 智能便会关将相关紧急信号直接发送到用户手机端或者物业管理中心, 进而实现对房屋用户进行及时提醒。
3 系统软件设计
在该系统中, 主要的软件部分为手机、服务器与PC及物业管理中心、服务器与智能家具配电箱进行的信息交换几个部分。该系统主要结合应用了无线网络和以太网两种技术。通过以太网技术来进行数据传输时主要应用到UDP和TCP两种协议。通过无线网络技术来进行数据传输时应用到的技术为ZigBee技术。该系统的软件设计包含两部分内容, 其为设计和发送。在系统应用过程中, 服务器对智能家居配电箱相关信息数据的接收主要靠以太网来实现, 然后将入侵报警、紧急报警按钮、燃气探测器报警等所发出的动作信号发送到物业管理中心, 进而实现对房屋用户进行报警。此外, 该系统还可将房屋的湿度、亮度、温度等舒适度相关信息根据客户的具体要求, 应用以太网技术和手机移动网络技术直接发生到相应用户PC和手机中, 为用户的查询提高便利。用户在获取相关信息之后, 可根据实际需要, 直接借助手机移动网络和以太网向服务器发送打开或关闭监控摄像头、吊灯、煤气等相关具体指令, 进而实现对房间进行智能控制。
4 系统主要模块及功能设计
在该系统中, 其服务器的基本功能主要为三个, 分别为信息的发布功能、数据的分析与存储功能、执行命令的功能。系统在运行过程中可将用户的相关信息直接上传到指定的互联网网址中, 可根据实际需要, 通过密码登陆的方式对网址进行访问, 实现对相关信息进行查询。系统服务器会定时对用户相关信息进行储存和分析。当接受到用户相关命令之后, 服务器会立即向命令下达到户智能配电箱, 然后实现命令的执行。
在该系统中, 电源开关模块、电源模块、继电器模块等均是设计在智能家居配电箱内, 主要应用导轨式进行安装, 需安装模块的具体个数及大小来对配电箱的尺寸进行预留。应用吸顶安装方式进行对红外四合一控制模块进行安装。各模块的供电电源全部都是来自电源模块, 采用的通信协议为CAN总线协议。采用导轨式安装方式来进行电源模块安装, 输入电流、输出电流分别为为AC 220V, DC 24V。电源模块具有双电源冗余功能、一个干接点输出, 可对电源模块的实际运行情况进行检测。在智能四合一模块中, 其功能主要为红外编码发射、红外学习、CAN总线互转换、ZigBee协调器, 应用吸顶式安装。使用CAN总线来实现红外模块与其他模块信息传输的连接。在家居配电箱中, 其核心模块为智能网关模块, 该模块具备有场景、定时两种功能, 可对房间灯光进行调控, 同时还可对CAN总线设备的功能进行扫描, 具备独立的以太网网络功能。手动紧急按钮、煤气探测器、红外幕帘探测器可将信息上传到输入模块和输出模块中。智能网关把该两模块所收集到的相关信息直接上传到云处理器进行存储。有安全警示信息时, 智能网关可立即将信息发送到用户手机端。继电器模块的作用主要是对冰箱、电饭煲等用电设备进行开关控制。
5 设计方案应用实例及系统实际运行状况
将该系统应用于某高档小区中, 该小区总共有720住户。小区共用控制和监控中心, 该两监控中心、系统服务器均位于小区的物业中心。用户服务器为该系统户外部分的核心, 通过以太网将小区内所有住户的信息进行收集, 并发送至互联网, 所有应用均可通过PC或者手机对相关信息进行查询。将系统正式运行之后, 系统运行情况良好, 且取得良好的效果。该系统的设计方案经实际应用测试显示, 其能够较好地满足智能家居的相关需求, 可有效促进居家环境的便捷性、舒适性、安全性等得到很大程度的提高。因此, 该设计方案对智能家居控制系统的设计具有积极借鉴作用, 可促进我国智能家居控制系统不断得到改进和完善, 进而促进人们的生活品质得到不断提升。
6 结束语
随着生活水平的不断提高, 人们对生活环境提出越来越高的要求。传统家居环境中所具有的舒适性、安全性、便捷性逐渐无法满足人员的生活需求。因此, 加强对智能家居控制系统的研发进行深入研究具有重要的价值和意义。具有科学性的智能家居控制系统可促进人们家居环境的便捷性、舒适性、安全性等得到不断提升。本文主要基于物联网进行智能家居控制系统设计研究, 在系统的设计过程中, 严格遵循绿色节能的建筑设计要求进行相关设计。本文主要对基于物联网的智能家居控制系统设计过程中的系统结构、系统工作原理、系统主要模块及功能的等进行详细介绍, 并将系统进行实际应用测试。测试结果显示, 该系统使用运行及应用效果良好。应该该系统后, 人们家居的便捷性、舒适性、安全性等均得到较大提高。
摘要：随着科学技术发展速度的不断加快, 社会信息化进程也不断深入, 信息、通信技术均与人们的生活、工作存在密切联系。在信息化社会背景下, 人们的生活、工作习惯及方式也在不断发展变化。随着生活质量的不断提高, 人们对生活质量的要求越来越高。居家的便捷性、舒适性、安全性及可控性已经成为人们对居家环境的要求, 居家环境的改善越来越受到人们的关注。
关键词：物联网,智能家居,控制系统,设计
参考文献
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智能功率因数控制器的设计 篇11
关键词：智能功率因数控制器设计节能单片机
在我国社会经济快速发展的过程当中，电力资源的紧缺也逐渐的表现了出来，电力资源的供需矛盾也变得更加的突出，面对这样的一种情况，国家在大力发展经济建设的过程当中，也开始号召社会各界要开始节能减排和提效。
通过对相关的数据资料进行分析和统计可以发现，在电力系统当中，三相异步电动机的拖动负载耗电量占据了其中的60%，所以想要对电力系统当中的耗电量进行有效的控制，那么就需要采取合理的技术措施来对三相异步电动机的拖动系统进行处理，让它能够运行的更加的平稳和高效，这样才能够有效的去节约电力资源，对于电力企业的成本降低具有非常重要的作用。
1 对三相异步电动机拖动系统节能方式的简单介绍
在对三相异步电动机的拖动系统进行节能控制的时候，主要采用的技术方式就是采用变频器来进行控制的方式以及采用降压式节能器来进行控制的方式。采用变频器来进行控制从而实现三相异步电动机的拖动系统节能主要就是通过让电动机的运行速度发生改变从而来实现的，如果电动机的控制对象需要经常去对运行的速度进行调整，那么如果采用变频器来进行控制的话就能够有不错的节能效果以及运行的特性，这种方式在业界也是得到大家公认的。
对于采用降压式节能器来进行控制的方式来说，如果三相异步电动机的拖动负载在实际的运行过程当中不需要随时去对运行的速度进行调整，但是负载的大小却会经常的发生变化，如果在这个时候还是采用变频器来进行控制的话，那么就不能够达到节能的效果。
面对这种情况的时候，如果采用功率因数控制器的话就能够很好的实现节能的目的。而且在经过很多的实践证明之后可以发现，采用功率因数控制来进行节能的话效果也非常的好。
2 对功率因数控制器的工作原理介绍
对于功率因数控制器来说，它的控制调压元件主要是通过三组双向的可控硅组成的，当电动机的功率因数在不断变化的时候，那么双向可控硅的触发角就能够根据实际的情况进行及时的调整，从而来对电动机的定子电压进行调节，这样功率因数就能够一直保持不变。
如果负载比较的大，功率因数比设定的功率因数大的话，那么就可以让双向可控硅的触发角减小，这样电动机的定子电压就会升高，相反如果负载比较的小，功率因数不能够达到设定的功率因素，那么就可以让双向可控硅的触发角增大，这样电动机的定子电压就会降低，从而就能够让功率因数不断的提高一直到设定的值。
在电动机的定子电压下降的过程当中，那么通过相关的计算公式就能够发现，励磁电流也会相应的减小，那么电动机的功率因数就会相应的增加。而且在这个时候电动机当中的铁损和铜损也会相应的降低，电动机轴上的输出功率基本上是保持不变的，那么电动机的效率也就能够得到提高。在电动机转子电压降低的过程当中，可能会引起转子的转速不断的下降，根据实际的测试可以发现，如果转子的转速在下降的过程当中没有超过正常转速的2%，那么对于那些对于调速要求不是很好的机械设备来说是没有什么影响的。
当负载达到了比额定负载30%还低的时候，和电动机的总功率相比较，电动机的自身消耗功率占据了绝大部分，在对电压降低的过程当中如果通过控制器来完成的话，那么电动机本身的功率消耗也就会降低，最终就能够有效的实现节能的目的。
3 对智能功率因数控制器硬件电路设计的分析
本文涉及的智能功率因数控制器它控制系统的核心是单片机AT89S51，而输入的电路主要就包括了时钟的基准电路、功率因数的检测电路、参数的设置电路以及看门狗电路等，而输出的电路则主要包括了可控硅的触发电路以及控制器的状态指示灯。
3.1 时钟的基准电路的分析
时钟基准电路的主要作用就是在对U相电压信号的正半波进行整形之后输入到CPU的输入口当中，把它当成是触发电路在对三组可控硅进行控制的时钟基准，同时也作为功率因数在对电路判断功率因数值进行检测的时钟基准。
3.2 对功率因数的检测电路分析
功率因数角主要就是电流和电压之间的夹角，电动机的负载是电感性的，在电压过零的时候，电流并没有过零，所以可控硅在这个时候依然是导通的，而在可控硅的两端电压则基本上为零，在电流过零可控硅关断的时候，就会出现一个脉冲，功率因数的检测电路是用U相电压信号的正半波过零点来作为时钟基准的，对U相可控硅关断时候的脉冲进行检测，然后经过高速光耦将这个脉冲送到CPU当中，这样两者的时间差值就能够计算出来，而这个计算出来的时间差值其实就是U相的功率因数角，另外功率因数的检测电路还能够对三相电源的缺相进行检测。
3.3 对触发电路的分析
在对电动机的负载轻重进行判断的时候主要就是通过CPU来对功率因数角的大小进行检测。这样对于可控硅的触发角的数值就能够有效的计算出来，当同步时钟到来的时候，那么就会相应的延迟触发角数值相对的时间，然后通过触发电路把触发脉冲送到双向可控硅的控制端，在实际的输送过程当中应该要按照每个60°然后按照U相、W相、V相的顺序来进行。这样在对电动机的定子电压数据进行动态调节的时候就能够通过功率因数的变化来完成，这样的一种动态调节方式能够让拖动系统的运行能够很好的保证在正常状态下，同时也能够达到节能的主要目的。
3.4 对参数设置电路和看门狗电路的分析
参数设置电路的主要目的就是为了设置电动机的频率以及启动时间等不同的状态。而看门狗电路主要的目的就是避免当程序出现死循环的时候会给CPU一个复位的信号，这样系统才能够正常的进行运转。
4 对智能功率因数控制器软件的设置分析
在对智能功率因数控制器的软件进行设计时，按其功能一般分为三种，具体为：
4.1 软启动软件
通过软启动软件的运用，可以使得电动机在启动的过程中保持平稳状态，这样将能够有效的减少对拖动系统的影响，同时还能够提高电动机的功效，减少启动功率损耗。这种方式主要是通过用户对启动时间的设置，再根据启动的计算公式来对电动机进行启动。
4.2 功率因数控制器
功率因数控制器的软件设计，在该软件中是通过对功率因数值设定的固定参考值的比对来检测电动机的功率是否属于正常的。在对电动机的动态功率因数进行检测时，当检测数值比参考值大时，则系统处于重载状态。这时通过控制算法程序得出触发角需要降低角度，CPU就触发电路升高电动机的定子电压，使得动态功率因数降到与参考值一样；如果检测值小于参考值，则控制算法程序就会计算出触发角需要升高，这时CPU就会触发使定子电压降低，这样动态功率因数就升高到参考值大小。
4.3 故障保护软件
通过该软件将能有效的对电动机发生故障时进行及时的控制。它主要是对CPU进行检测，检测内容主要是看CPU是否缺相，电流、电压是否过大；如果出现这些情况时，它会自动的停止触发电路的输出，同时通过显示灯提示故障信息，从而对设备进行有效的保护。
5 结束语
总而言之，在智能功率因数控制器中主要是采用的单片机进行控制的，这就有效的降低了该控制器的生产成本；并且根据单片机的相关特性，在生产中也可以根据实际情况的需要对其进行变更和扩展，这将更能有效的提高控制器的性能和作用。通过对智能功率因数控制器的设计的分析与探讨，可以发现该控制器能够有效起到节约电能的功效，并且在特殊情况下也能保证良好的节能效果，所以应该大力推广该技术的发展与应用。
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智能家居的控制设计 篇12
随着科技的迅猛发展,人类进入了以数字和网络为平台的智能社会。智能建筑是建筑信息与电子等现代技术完美结合的产物,家居智能化是智能建筑中最基本的内容,智能化的家居为住户提供了安全、舒适、方便、信息化的生活空间。
智能家居控制系统集住宅设备控制及环境监控于一体,提供全方位的信息交换功能,系统集成了家电设备控制、灯光控制、安防监控、环境监控等功能。
KNX总线是被正式批准的智能楼宇控制领域的开放式国际标准,KNX总线已被广泛应用到楼宇自动化领域。
本文以KNX总线技术作为研究对象,将KNX总线技术应用到家居控制中,如对家电、灯光、窗帘、安防等设备进行控制,改变传统的控制方式,建立起了管控有利、布线简洁、扩展性强的控制系统,在节约能源的同时,为住户提供舒适、便捷的生活环境。
1 KNX总线
1. 1 KNX总线概述
目前,在楼宇自动化领域,KNX标准是唯一符合国际标准ISO / IEC 14543 和欧洲标准EN 500990、CE 13321 要求的开放式国际标准[1]。
上世纪九十年代初,人们对楼宇自控系统的安全性、灵活性和实用性以及节能方面提出了新的需求,促进了欧洲安装总线EIB( European Installation Bus) 通信协议、法国Batibus技术的发展,同时,欧洲家用电器协会( EHSA) 也对家用电器的网络通信规定了EHS协议。1997 年这三个协议的管理机构联合成立了KNX协会,在以上三个协议的基础上制定了KNX总线标准。
KNX总线标准中总线元件分有三类: 总线设备、控制设备和执行器。总线设备主要是支撑总线正常运行的基础设备,有电源、双绞线、网关、网桥等。控制设备主要是发送控制指令,如控制面板、传感器、集中控制器等。执行器主要负责接收控制设备发出的信号并执行相应的操作[1]15,如开、闭灯具以及调节灯光的亮度; 开、闭窗帘以及百叶窗; 开、闭空调风机以及调节热水阀门等。执行器设备主要有如开关执行器、调光器、窗帘控制器等。
采用KNX总线的电气安装系统和传统的电气安装系统比较有很大的区别,采用KNX总线的电气控制系统中控制设备和执行器采用总线相连,这样可以实现独立操作,也可跨区域操作,执行器受控于多个传感器,驱动与传感器之间的逻辑关系可随时被修改,开关的状态可被显示,从而实现智能化控制功能。
1. 2 拓扑结构
系统中当使用总线电缆TP1 作为通信介质时,KNX系统采用分层结构,分为域( area) 和线路( line) ,单域KNX系统如图2所示。
线路是KNX系统的最小结构单元,每条线路最多包括4 个线段( line segment) ,每个线段最多可连接64 台设备( PTC) 。一般情况下,有15 条线路分别经过线路耦合器( LC) 与主线路相连接,组成一个域( AC) 。主线路最多可以直接连接64 台设备,主线路中如果接了线路耦合器,与之直接相连的设备台数就要减少。
一个系统最多包括15 个域,这样理论上一个KNX系统可以连接58 000 多台总线设备。主干耦合器、线路耦合器和线路中继器实际上都是同样的设备,只是由于安装在网络中不同的位置,因此被赋予不同的物理地址,加载不同的应用程序,起到不同的作用[1]9。
一条线路中设备之间距离是有限制的,电源与总线设备之间最大距离350 m,两个电源之间的最小距离200 m,两个总线设备之间的最大距离700 m,如果一个线段通过线路中继器( LR) 扩展连接另外一个线段,那么这个线段也可以达到1 000 m。
一个系统划成域和线路有很多优点: 提高了系统的可靠性;由于每个域和每个线路分别配KNX电源,这种电气的隔离使得系统的某个部分出现故障时,其他部分仍能继续工作; 一个线路或一个域内的数据通信不会影响到其它范围的通信; 在进行调试、排除故障和维护时,系统的结构功、能非常清晰。
1. 3 物理地址
物理地址用于识别总线设备,也可以反应总线设备的拓扑位置。物理地址由16 位bit组成,物理地址包含三个部分,即区域、线路、总线设备组成[1]21。如图1 所示。
在系统中每个总线设备可以通过调试软件ETS分配一个唯一的物理地址,物理地址赋予每个设备一个名字,该地址由域、线、设备三部分组成。如图2中LC1中PTC1物理地址为1.1.1,域为1即AC1,线为1,即LC1;设备为1,即PTC1。
1. 4 群组地址
群组地址可以有三层表示,如X/Y/Z。X的取值范围为0~15,Y的取值范围0~7,Z的取值范围1~255。也可以有两层表示,如X/Y。X的取值范围0~15,Y的取值范围1~2 047。在控制系统中,关联了相同群组地址(Group address)的设备对象可以实现相互通讯与控制[1]。如图3中LC1中的PTC2和LC15中的PTC64有相同的组地址1/0/7,则这两个设备可以通过总线进行通讯,如果PTC2是控制设备智能面板,PTC64是执行设备灯光驱动器,那么按下PTC2智能面板,则PTC64灯光驱动器所驱动的灯就点亮。LC1中的PTC1、PTC4、PTC64以及LC15中的PTC1则通过组地址1/0/10进行相互通讯。同一个对象可以链接到几个组地址中,如LC1中的PTC4有两个组地址3/0/1和1/0/10,不同对象可以在相同组地址中,如LC1中的PTC1、PTC4、PTC64以及LC15中的PTC1都有相同的组地址1/0/10。
2 智能家居控制要求
ABB i - busKNX系统采用KNX总线标准,系统所有产品均为ABB德国制造。ABB开发、生产i - bus系统已有20 年的历史,产品种类全,技术成熟,已被广泛应用在住宅中,它通过一条总线将各个分散的元件连接起来,总线电缆采用符合EIB标准的4 芯屏蔽双绞线,各个元件均为智能化模块,这样通过电脑编程、下载程序,各个元件既可独立完成控制工作,又可根据不同要求进行组合,从而实现不增加元件数量而使功能倍增的效果。
ABB i - busKNX系统的主要控制功能有: 灯光控制、电动窗帘控制、温度控制( 例如风机盘管/地加热/暖气片) 、AV控制( 例如投影仪/电视机/ DVD) 、家居安防控制、系统信号监视、中央控制等。
ABB i - busKNX系统主要由智能面板开关和执行模块两部分组成,智能面板开关一般安装在卧室、餐厅、客厅、书房、视听室、厨房及卫生间中,智能面板控制灯光开关、调光、电动窗帘、空调等,执行模块则安装在标准的照明控制箱中,负责执行面板开关发出的命令,对灯光、窗帘等进行控制[2]。
ABB i - busKNX系统各种元件功能如表1 所示。
ABB i - busKNX智能家居控制系统的控制方式有: 现场控制面板; 定时控制; 光感控制; 人体感应控制; 触摸屏中央控制; 红外线遥控; 电话遥控; Internet控制,并对家中的情况进行监视[3]。
本文主要介绍灯光、窗帘、AV的控制,用一个三联开关进行灯光、场景的控制,两个三联开关进行窗帘控制,一个五联开关进行调光灯的控制,触摸屏进行灯光、窗帘、电器的控制。主要元件的控制要求如表2 所示。表中输出表示驱动器的输出端,键位表示的是开关面板第几联,以及左键位还是右键位。
3 智能家居整体控制系统网络拓补
根据控制要求,设计整体控制系统网络拓补图。网络拓扑图有线型、星型、树型结构,本文采用线型结构[4]。图4 为网络拓补图,图中各元器件通过i_bus总线相连,电器控制采用红外控制,红外发射器使用和ABB i - bus总线兼容的泰创产品。控制系统采用总线控制,每个元件都需要分配一个地址,分配原则见1. 3的内容,具体分配方法见图4 所示,各元件的功能如表1 所示,各元器件的通讯通过组地址进行。系统中各元器件接线简单,图4中仅画出灯光驱动器的接线图,其余元器件接线图省略。
4 智能家居控制系统组地址分配
根据控制要求,分配组地址,分配原则参考1. 4 的内容,本文群组地址为三层,主群组有两个,灯光场景控制和电器控制,灯光场景控制中有6 个中间组,又有相应的子组,主要群组地址分配方法示例如表3 所示[5],其中场景和联动部分组地址省略。
5 编程、属性设置及组地址关联
利用ETS调试软件进行项目的调试,目前,最新版本为ETS4. 0,本文中采用ETS3. 0 调试软件。打开调试软件,设立一个新的项目如南通,分别导入相应的驱动数据库,在新支线下插入各功能元件如图6 中左侧所示,并进行相应参数的设置,建立群组地址如图5 所示,并进行关联,图6 中右侧所示为1. 1. 10 智能面板关联地址,其余元件按照要求进行关联,主要对象功能关联地址如表2 所示,关联了相同的组地址的元件就可以进行通讯,操作面板发出指令,执行器执行命令,相应灯和窗帘并按指令动作。关联结束后下载程序进行调试和验证,功能正常,才能满足要求。
触摸屏的编程,需将语言设置成中文,设置页面有效以及页面上按钮数量以及功能,并关联组地址,生成* . pid文件,通过触摸屏SD卡读入程序,并可进行调试。
电器的控制,要通过红外学习软件,进行红外代码的学习,并保存和下载到红外发射器中,进行调试。
安防系统的启动,通过干接点模块开启灯光报警以及安防报警模块进行电话报警。
远程网络控制,先设置TG/S3. 2 模块,对需要控制的对象进行关联。
6 结束语
该控制系统构成灵活,智能家居控制系统可由各个区域子系统组合而成的,可以根据需要,减少或者增加子系统,以满足需求。操作管理便捷,智能家居控制的设备可以通过手机、电脑、触摸屏、电话进行操作,非常方便。场景控制功能丰富,可以设置各种控制模式,如离家模式、回家模式、下雨模式、生日模式、宴会模式、节能模式等,极大满足生活品质的需求。安装、调试方便,可以快速安装和升级控制系统。
参考文献
[1]KNX协会.KNX/EIB智能家居系统.[EB/OL]HTTP://wenku.baidu.com/link url=evi NZqsg9DZFJYPh WN9s90i Ine Cp0u6g7l7n n2u HFf4tkq ZBBk9HUlr UCV6p-Uz4h7BQe59ui Pv Ve-y5J5Xvu Un6r N6Uhy9Om LU4ify AZLC.2012.8.
[2]ABB公司.ABB i-bus智能建筑控制系统设计手册[M].北京:2012.
[3]夏长凤.高职院校智能家居实训室建设的探讨与实践[J].电气自动化,2014,36(3):28-30.
[4]秦皓羽.KNX i-bus总线系统及其浦东机场二号航站楼智能灯光控制项目的应用[D].上海:上海交通大学,2011.