智能家居产品设计

智能家居产品设计（通用12篇）

智能家居产品设计篇1

摘要：随着计算机技术、网络技术、通信技术、传感器技术、控制技术、电子应用技术的迅猛发展,智能家居也在不断地发展。人们的生活方式也在不断地改变,为了提高人们的生活水平,智能家居系统在不断地融入到我们的日常生活中,从而形成一个低成本、高效率、安全性好、可靠性高、操作便捷等特点的一整套智能家居控制系统成为目前所研究的最大热点。本论文主要介绍基于GSM无线通信网络技术在智能家居控制系统的应用,同时以各种控制器件作为控制和监测设备。利用手机终端远程控制家电,监测和采集信息等一整套功能,实现了智能家居控制系统与手机终端的双工通信的平台系统。

关键词：智能家居,微控制器,GSM,传感器,双工通信

0引言

随着科学技术的不断发展,人们对生活质量的要求也在不断提高。每天都离不开家用电器设备,电器设备也在不断地向适宜我们生活方式进行转变。但是在日常生活中我们用的家电产品都要自己去直接操控,所以带来了很多不便。然而手机的快速发展广泛普及到每个人身边,所以可以利用手机终端通过移动网络依托无线信息网络来监测采集家里信息和远程控制家电,从而达到一个智能化的家居控制系统。

在该系统中采用了新一代无线通信GSM模块TC35i,设计美观,便捷,耗能低,稳定性好,安全性高很大程度上方便了智能家居控制系统的设计。智能家居控制系统采用微控制器、传感器、报警器、继电器、TC35I、GSM无线网络等对家用电器控制,室内信息采集与监测。随着家电技术的快速发展,智能、安全、有效、低耗的家电产品是发展的主要趋势,同时也需要满足人们的生活向着智能化、时尚化、自动化、个性化、舒适化等方向发展。

1系统总设计

1.1系统结构

智能家居控制系统是由两个微控制器与六个监测采集控制模块和一个可扩展引脚组成,如图1所示。

系统的组成有STC89C51和STC12C5A32S2微控制器、TC35i、LCD液晶显示屏、传感器、继电器、报警器所组成的系统。该智能控制系统解决方案主要实现四大功能:家电控制、远程监控、安防报警、信息采集。

1.2系统实现原理

该智能控制系统用到多种通信方式,如双工并行通信方式、双工串行通信、单工串行通信、和全双工无线通信。

两个微控制器采用并行通信,通信协议自行设定。并行通信方式可以将八位数据同时进行传输(发送或接收)的通信方式。由于并行通信时的双方都是TTL电平,所以主机的并行口可与从机或其他芯片直接相连,而且并行通信时每次可以传送8位,在短距离(数米范围内)传输过程中,与串行通信相比,传输速度上的差异显而易见。

单一个微处理器其资源有限不便二次开发和功能扩展,为了产品以后更好的扩展功能,采用双片微处理器甚至两片以上,可以扩展I/O引脚、定时器、中断源、存储器等等为了系统的稳定性和可靠性,可以将两个或两个以上的微控制器通过并行通行,从而达到两块单片机之间的数据传输。并行通信各数据位同时传输,传输速度快、效率高等优点,所以该产品采用并行通信的方式进行双机之间的数据通信。通过传感器采集信息并发送给主机,再由主机将所采集到的数据传送给从机,最后通过从机来控制LCD液晶显示屏使采集到的数据信息显示出来。

传感器模块与微控制器之间采用单工串行通信,通信协议根据其传感器特性来设定。将采集到的信息通过单总线串行通信的方式传送数据给微处理器,由微处理器对数据进行分析和处理。

TC35i与单片机之间采用双工串行通信方式,对信息的发送和控制是通过该通信方式完成的。

GSM模块与手机终端采用的是全双工无线通信,其通信协议由GSM无线网络协议来制定的,由手机终端发送信息来控制该系统,使系统进行相应的应答(数据的采集与发送、系统的控制与监控)。

2.1系统软件设计

采用开放式源码,以C语言为主要的编程语言。从总系统框图1中可以知道,该系统主要以两个STC微控制器作为控制中心部分,负责各个模块的协调工作。同时两个微控制器之间可以相互通信。其中用户可以使用手机终端向系统发送命令信息,从而达到了远程控制的目的。

主控制器采用STC公司的STC12A5C32S2,其中Flash ROM 32K、SRAM有1280字节、存在EEPROM、44个通用I/O、八路A/D转换等等,完全满足系统的硬件设计和软件设计的需求。

主要程序代码设计

void Serial_Init(void);// 串口初始化函数

void Send_ASCII(unsigned char *b);//发送字符ASCII函数

void CLR_Buf(void);//清除缓存数据函数

void Send_Hex(unsigned char c);// 发送字符十六进制函数

bit Hand(unsigned char *a);// 判断缓存中是否含有指定的字符串函数

void text_editing(void);// 文本短信编辑函数

void GSM_Sent_Text_Message(charm[]); // 声明给指定号码发送TEXT模式短信息函数。GSM模块的通信,调试都是由主机通过AT指令来完成的。

所用到的AT指令包含

AT+CMGF选择消息格式AT+CMGF=1n enter ; // 选择TEXT模式短信息

AT+CSCS选择TE字符集AT+CSCS=GSMn enter ; //GSM缺省字符集

AT+CSMP设置TEXT方式参数AT+CSMP=17,167,0,0n enter ;

AT+CMGS发送短信息AT+CMGS=<手机号>n

AT+CPMS="MT","MT","MT""; //所有操作都在MT模块终端中进行

AT+CNMI=2,1"; // 设置当有新短信到来时提示

AT+CMGD=1"; // 删除第一条信息

3系统模块设计

3.1 家电智能控制

智能家居控制系统所研究的问题,就是把所有家用电器设备,通过系统来集中控制和管理,这样才会使家电设备具有智能化和网络化 [1],从而达到了我们所需要的智能家居的理想体系。本系统可以通过手机终端来远程控制家电设备。比如远程控制家里的一个电灯,本来电灯是由开关通过手工来控制它的,现在可以通过手机发送一条短信息来控制它,由系统的继电器模块来控制电器设备,从而间接的控制了家用电器。

3.2 传感器描述与设计

该系统通过DHT11数字湿温度传感器,对家里的温湿度数据进行采集。DHT11是一款湿温度一体化的数字传感器。该传感器包括一个电阻式测湿元件和一个NTC测温元件,并与一个高性能8位单片机相连接。通过单片机等微处理器简单的电路连接就能够实时的采集本地湿度和温度。DHT11与单片机之间能采用简单的单总线单工串行通信方式,仅仅需要一个I/O口。传感器内部湿度和温度数据40Bit的数据一次性传给单片机,数据采用校验和方式进行校验,有效的保证数据传输的准确性。DHT11功耗很低,5V电源电压下,工作平均最大电流0.5mA。

性能指标和特性如下:

工作电压范围:3.5V-5.5V工作电流 :平均0.5mA

湿度测量范围:20 - 90% RH温度测量范围:0-50℃

湿度分辨率 :1%RH 8位温度分辨率 :1℃8位

采样周期 :1S单总线结构与TTL兼容(5V)

DHT11一次完整的数据传输为40bit,高位先出。数据格式:8bit湿度整数数据 +8bit湿度小数数据 +8bit温度整数数据+8bit温度小数数据 +8bit校验和。

通过传感器对室内的温湿度采集,所得到的数据通过微控制器使其显示在LCD显示屏上,还可以通过GSM模块,发送至手机终端。

3.3安防报警设计

在家中的安装该温湿度传感器,也可以安装烟传感器、煤气传感器等等。来检测家中的各类物理信息,通过该系统对家里的温湿度监测采集信息,将采集到的信息传送到微处理器,进行处理,如果温度或湿度大于所设定的值时,微处理器将会控制报警,从而产生报警模式,处理器根据收到的报警信息,将该信息通过GSM以短信息的方式发送给用户的手机终端,从而给用户可靠、安全、迅速,可以有效的采取措施。

4系统测试

通过对系统的硬件的设计和组成,采用单元测试对每个模块进行测试,每个模块确保没有错误,发现错误立即修改。对软件也进行测试优化,我们采用keiluVision4.0编译器,更适合这种微控制器的编译、调试、测试。然后采用集成测试,对组装好的硬件系统整体测试,使得整个系统功能完整、稳定。最后对系统测试,确保产品工作稳定,效率高。

5结束语

该智能家居控制系统,通过各方面的完善,其性能好、可靠性高、低成本、低功耗,同时具有很好的可扩展性和使用价值等优点。随着现代化家用电器的不断发展,智能家居也普遍地进入人们的家庭。该系统很好的把非数字化、非智能化、相互独立的电器产品可以通过该系统集中的控制和监测,也可以通过远程控制。

在目前的市场上,一个系统化的智能家居控制系统还有很多难题需要解决,希望通过该产品的设计可以推动未来智能家居控制系统的快速发展。

智能家居产品设计篇2

本设计包含的系统为：智能门锁、安防、可视对讲、厨房室内可视分机、灯光、空调、电动窗帘（百叶窗、气窗）、背景音乐、环境监测（红外亮度、然气感应）、视频监视、集中控制和远程WEB控制等。并且，以上所有系统都不是独立的，而是和其他系统相互联系，融合为一个统一的整体，并相互响应，做到真正意义上的智能。

智能系统设计的原则：

用户需要操作方便，功能实用，外观美观大方的智能家居系统。系统要有吸引来宾的外观和功能，能体现用户高人一等的生活品位。同时要化繁为简、高度人性、注重健康、娱乐生活、保护私密。

系统功能描述：

以下，我们跟据房型结构，设计的智能家居系统：

区域：主楼一层：大门、门厅、客厅、餐厅、厨房、客卧室、主卧室及阳台、洗衣间、卫生间、楼梯、后门厅.主楼二层: 二层休闲厅、主卧室及阳台、主卫、次卫、儿童房、书房及阳台.1、大门

设备设置：电子锁、门口设置可视对讲门口机、夜视防水摄像机、门磁

功能描述：

① 可视对讲门口机实现访客和主人的对讲，并有留言和保存图像功能。

② 大门处另外设置具有夜视功能的彩色摄像机，以方便主人可以通过电视、触摸屏、Internet随时观察大门处的影像，并记录保存20天。

③ 门磁与报警主机联接，可在第一时间防范非法闯入.2、门厅

设备设置：二路调光模块、可视智能终端机、6键场景触控面板、彩色触摸屏。功能描述：

①主人在入户门口，押下智能门锁的指纹辨识器，入户门打开。

② 进门后进行安防系统撤防；出门时安防系统布防。

③ 安防系统报警，布防LCD屏幕上显示报警区域。

④ 6键场景触控面板“在家模式”，灯光受控制，“离家模式”，关闭所有的灯光，空调,灯光电器自动设定到节能模式或关闭,离家设防,回家撤防。

⑤ 可视智能终端，完成与访客对讲，开门功能。

⑥ 通过彩色触摸屏，平面图，浏览别墅中的各个系统；控制各个区域的灯光；查看视频监视；调节客厅空调温度；设定背景音乐系统；

3、客厅/餐厅

设备设置：电动窗帘面板、背景音乐面板、RF多功能无线遥控器、三路调光模块、三路红外控制模块、无线接收模块。

功能描述：

① 用1只触控开关取代普通的多个开关，客厅设计出如下场景：会客、休闲、明亮、全关等；餐厅设置如下多个场景：用餐、酒会、烛光、全关等。不同场合，弹指之间，灯光瞬息变换，细微处彰显气派和尊贵。

② 通过LCD背景音乐面板，随时选定不同的音乐，播放CD、MP3、FM任由选择，并可调节音量的大小。

③ 灯光和窗帘同样可以通过RF遥控器轻松操作。

④ 如果发生危险的事情，可以触动紧急按钮报警。报警时，触摸屏显示报警区域，拨打指定的电话，并发送报警信息到手机,输入密码，可以消除报警。

⑤ 电动窗帘的角度可以通过遥控器、触摸屏控制，也可以定时控制：如每到晚上就自动关上，天亮时自动打开。

壁炉的火光映着人们的脸，旖旎的灯光和着动心的歌，明媚的月光透过窗帘，吧台上的红酒弥散着醉人香，朋友啊，让我们在此尽情的欢乐。

4、客卧室(1)

设备设置：双路调光模块、背景音乐面板、电动窗帘面板、智能插座、6键场景触控面板。功能描述：

①客卧的灯光比较简单，我们通过双路开关，控制客卧的2路灯光。同时，开关是连接到

灯光控制系统中的，可以通过灯光系统进行控制。

② 通过LCD背景音乐面板，随时选定不同的音乐，播放CD、MP3、FM任由选择，并可调节音量的大小。

③ 电动窗帘的角度可以通过遥控器、触摸屏控制，也可以定时控制：如每到晚上就自动关上，天亮时自动打开。

④ 床头设置场景开关，设计如下场景：休闲、温馨、看书、休息、起夜、全关。按下“起夜”模式，卧室的小夜灯缓缓点亮，而不会打扰伴侣的休息，同时通向卫生间的走廊灯光也已经亮起，在回到卧室在按下一键“休息”随时灯光将一一关闭。

⑤ 智能插座管理两个床头灯。同时边接到控制系统当中，可实现“起夜”“全关”等功能。

5、客卧室及阳台(2)

设备设置：三路调光模块、背景音乐面板、电动窗帘面板、智能插座、6键场景触控面板。功能描述：

① 客卧的灯光比较简单，我们通过双路开关，控制客卧的2路灯光。同时，开关是连接到灯光控制系统中的，可以通过灯光系统进行控制。

② 通过LCD背景音乐面板，随时选定不同的音乐，播放CD、MP3、FM任由选择，并可调节音量的大小。

③ 电动窗帘的角度可以通过遥控器、触摸屏控制，也可以定时控制：如每到晚上就自动关上，天亮时自动打开。

⑤ 智能插座管理两个床头灯。同时边接到控制系统当中，可实现“起夜”“全关”等功能。

6、洗衣间

设备设置：双路开关模块、吸顶式红外感应器

功能描述：

① 进入洗衣间,灯光自动缓缓亮起，这样，即便在黑暗时，客人也不需要寻找开关了。同时，也可以通过智能灯光控制系统联动，起动“夜起”“全关”等功能。

② 打开洗衣间灯光后，红外感应器开始工作。如果无人活动，一段时间后，系统自动把灯光关掉，以防止忘记关灯。

7、楼梯

设备设置：红外亮度感应器

功能描述：

①红外感应器、亮度感应器协同工作，有人经过楼梯时，如果环境亮度不够，楼梯处的灯

光自动亮起，人经过后自动熄灭。

8、厨房

设备设置：双路开关模块、厨房可视对讲分机、烟感。

功能描述：

① 厨房的灯光比较简单，通过开关模块，控制厨房的灯光。同时，开关是连接到灯光控制系统中的，可以通过灯光系统进行控制。

② 厨房可视分机，主人做饭时也可以收听音乐；客人来了，厨房可视分机可以直接查看来访者。

③ 在烟雾浓度超标时，发出报警。

④ 所有报警和灯光系统联动，报警发生时，整个别墅灯光通明，提醒主人。

9、后门厅

设备设置：指纹锁、门口设置可视对讲门口机、夜视防水摄像机、门磁、红外感应器。功能描述：

① 可视对讲门口机实现访客和主人的对讲，并有留言和保存图像功能。

② 大门处另外设置具有夜视功能的彩色摄像机，以方便主人可以通过电视、随时观察大门处的影像，并记录保存20天。

③ 门磁与报警主机联接，可在第一时间防范非法闯入.④ 红外感应器、亮度感应器协同工作，有人经过门厅时，如果环境亮度不够，楼梯处的灯光自动亮起，人经过后自动熄灭。

10、洗手间

设备设置：双路开关模块、吸顶式红外感应器

功能描述：

① 进入洗手间,灯光自动缓缓亮起，这样，即便在黑暗时，客人也不需要寻找开关了。同时，也可以通过智能灯光控制系统联动，起动“夜起”“全关”等功能。

② 打开洗衣间灯光后，红外感应器开始工作。如果无人活动，一段时间后，系统自动把灯光关掉，以防止忘记关灯。

主楼二层

1、会客厅

设备设置：6键场景面板、背景音乐面板、功能描述：

① 用1只触控开关取代普通的多个开关，设计出如下场景：会客、喝茶、看书、明亮、全关；

② 通过LCD背景音乐面板，随时选定不同的音乐，播放CD、MP3、FM任由选择，并可调节音量的大小。

会客厅一间，朋友三两人，或密谈或畅叙，选一首爱听的老歌，翻一本时尚的杂志，悠然间自有天地。

2、主卧

设备设置：电动窗帘面板、6键场景面板、背景音乐面板、3路调光模块、RF多功能无线遥控器、三路红外控制模块、无线接收模块、智能插座。

功能描述：

① 卧室的灯光比较简单，我们通过双路开关，控制卧室的2路灯光。同时，开关是连接到灯光控制系统中的，可以通过灯光系统进行控制。

② 床头设置场景开关，设计如下场景：休闲、温馨、看书、休息、起夜、全关。按下“起夜”模式，卧室的小夜灯缓缓点亮，而不会打扰伴侣的休息，同时通向卫生间的走廊灯光也已经亮起。在主人经过后，灯光自动熄灭。

③ 床头设置背景音乐面板，随时选定不同的音乐，播放CD、MP3、FM任由选择，并可调节音量的大小。定时功能，一段轻音乐，让主人在早上按时起来。

④ 空调可通过温控器，设定启停、温度、风速、模式。

⑤ 液晶电视不但可以欣赏有线电视、卫星频道、DVD，也可以随时切换到视频监控画面，看看大门和庭院的动静，3、主卧洗手间/浴室

设备设置：双路开关模块、吸顶式红外感应器

功能描述：

② 打开洗衣间灯光后，红外感应器开始工作。如果无人活动，一段时间后，系统自动把灯光关掉，以防止忘记关灯。

4、儿童房

设备设置：双路调光模块、背景音乐面板、电动窗帘面板、智能插座、6键场景触控面板。功能描述：

① 客卧的灯光比较简单，我们通过双路开关，控制客卧的2路灯光。同时，开关是连接到灯光控制系统中的，可以通过灯光系统进行控制。

② 通过LCD背景音乐面板，随时选定不同的音乐，播放CD、MP3、FM任由选择，并可调节音量的大小。

③ 电动窗帘的角度可以通过遥控器、触摸屏控制，也可以定时控制：如每到晚上就自动关上，天亮时自动打开。

⑤ 智能插座管理两个床头灯。同时边接到控制系统当中，可实现“起夜”“全关”等功能。

5、洗手间

智能家居产品设计篇3

关键词智能家居；交互设计；认知摩擦；用户体验；以用户为中心

中图分类号TU238.2文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)042-0160-01

1智能家居产品的现状

无论我们是否做好准备，新时代都已经来临：世界能源发展格局正发生着重大而深刻的变化。与此同时，随着科技技术水平的成熟、社会经济水平的发展，人们更加追求高品质的生活，舒适、快节奏、人性化、智能化包括生活乐趣等等都成为现代家居生活的追求之一。

在这样的背景下，智能家居（Smart Home）又称智能住宅的概念，在上世纪80年代由欧美等发达国家首先提出，并在90年代末进入国内，经过十余年的孕育与发展，小区智能化、智能家居概念在中国已经显现出风雨欲来的征候。

简单来说，智能家居的概念是在保持了传统的居住功能的基础上，加入了智能化控制的理念。它不仅提供了全方位的信息交换功能，还优化了人们的生活方式和居住环境，帮助人们有效地安排时间、节约各种能源、控制各种家电。能够实现家电（如空调、热水器等）控制、照明控制、室内外遥控、窗帘自控、防盗报警、定时控制及电话远程控制、计算机控制等。智能家居正在逐步兴起，并逐渐成为一种趋势。

2新时代的新矛盾

应当关注到，我们在享受新技术带来的快捷与便利的同时，新技术、新概念的广泛应用也相应而生了新时代的新矛盾——很多没有接受过专门培训的人也要面对各式各样的新概念产品。

基于新技术的产品与传统的机械产品存在着显著的不同，因此人很难通过感官来预期操作的结果。过去，人们通过控制身上肌肉力量来操纵铁锤，控制铁锤的方向和力度；通过操纵自行车把手上的刹车让车停留在你想止步的位置；在一些简单的仪器上，人们通过电源开关，来调整机器的运行情况。人是产品的主人，时刻掌控着他们。这样的产品交互让操作者感到安心。

而当今，大量打着新概念旗帜、基于新技术的高科技智能产品要求人们对新概念新技术有所了解，比如对于计算机的菜单和模式，操作者必须严格按照使用规范操作，否则产品就无法给予正常的响应。而且产品们的功能越来越丰富，越来越模式化，他们的运行方式越来越不直观，更要命的是现如今人们越来越依赖这样的产品来完成日常的工作、学习和娱乐。这样的新产品时常让人感到困惑和尴尬，特别当人们不得不面对越来越复杂的操作界面，并且感觉越来越难在操作中体验交互的优雅和愉悦时。交互设计之父库帕将这类矛盾的原因总结为——认知的摩擦，概括起来可以表示为：新概念新技术霸道的介入产品，造成了传统用户的困扰和迷惑。

新产品不经意间将工程师推到了决策的位置，他们的产品观念影响着产品的使用方式。智能用电工程师、包括产品的测试人员，都相当熟悉智能电网概念、并且能够熟练掌握产品。因此当他们检查自己的作品时，与传统用户大不相同，通常他们看不到产品在使用时的困难，相反，他们更能看到产品的能力和灵活性，看到产品的特征和丰富的功能。新技术统治着人们的工作场所，未来也将统治人们的家庭。而与此同时，用户正感到困惑，他们淹没在高科技工具的世界里。

这个论断不是说明工程师不懂设计产品，而是认为我们应当正视工程师和普通用户之间存在的认知摩擦，并且重视由此造成的产品设计的新挑战：产品设计中，为了使用户在与产品的交互中获得如同外观一样的审美享受，设计师需要考虑设计包括多种媒介在内的交互行为。

3交互设计的概念和它在智能家居产品中的应用

交互设计作为人机交互学的延伸，是一门关注用户体验的新学科，于1984年由IDEO的一位创始人比尔.莫格里奇正式提出。它与其他的科学学科最大不同在于：科技学科主要考虑如何将新技术加入产品中让用户使用，而交互设计的思考方式是逆向的，它主要从使用者的角度出发，通过对产品界面和行为的研究，进行交互设计，让产品和它的使用者之间建立一种有机关系，从而可以有效达到使用的目标。

简单地说，交互设计就是一种致力于让产品易用、有效、并且让人愉悦的技术：它致力于了解目标用户核他们的期望，并且分析用户在与产品进行交互时产生的动作，了解使用者本身的心理和行为特点。同时，还包括了解各种有效的交互方式，由此对多媒体产品进行增强和扩充。

正如爱因斯坦所说，“不能用引发问题相同的思维方式去解决问题”，工程师们正努力让产品好用，但不幸的是，他们的参照物是他们自己。出于需要，他们已经习惯了产品的使用摩擦，他们能轻松的使用大量的高科技产品。所以他们所设计出的产品或许让其他工程师觉得好用，却不是普通人。普通人，恰好是这些产品的新用户，他们缺少足够的知识来判断这些艰难的摩擦是否可以避免。相反，他们依赖工程师们，努力使自己成为“懂高科技应用”的人。这样的摩擦无形中阻碍着智能家居的推广和普及，其实笨拙的交互完全可以避免。

交互设计研究的恰恰是产品的应用环境、系统的行为，以及传达这种行为的多媒体交互元素的设计和定义。它与传统的设计学学科关注形式也不同，主要研究的目的在规划和描述产品应用时的行为方式，然后描述传达这种行为的最有效形式。多媒体交互设计是借鉴了传统设计、可用性、用户体验、多媒体技术以及工程学科的理论和技术。它是一个具有独特方法和实践的综合体，而不只是部分的简单叠加。他强调的是“以用户为中心”的设计思想，其核心是最好的产品和服务源于对潜在用户需求的了解。设计师积极地与终端用户进行交流并且收集见解，以此来推动设计的进展，并且贯彻到整个设计过程。其目标是生产有用、易用和令人愉悦的产品。

在智能家居的产品设计中加入交互设计的概念将大大提高产品的可用性和易用性。好处是非常明显的：首先，交互设计让产品令人期待，它给产品赋予客户忠诚这样的独特优势。如果能够让客户对产品满意，客户会长时间对公司和品牌保持好感，并且更容易接受其他的相关产品；其次，交互设计能够大大缩短产品的开发时间，它事先研究客户需求，了解自己准备做的事，意味着工程师可以避免花大量时间将所有的功能（包括某些繁复且不必要的功能）全部增加到新版本中，减少摸索哪些才是应该设计增加的功能。

4总结

交互设计所倡导的“目标导向”方法，将给智能家居的产品设计注入新的活力。它提示我们如何要求并且得到用户渴望的好产品。在产品开发的前期引入交互设计，能够使产品变得更加接近人的行为，变得更加人性化。智能家居的产品设计应该认真思考如何加强在开发过程中导入交互设计的过程。

参考文献

[1]刘振亚著.智能电网技术,北京:中国电力出版社.2010.

[2](美),施奈德曼(Shneiderman,B.)等著;张国印等译.用户界面设计:有效的人机交互策略,北京:电子工业出版社.2006.

[3](美)派恩二世等著;夏业良译,体验经济,北京:机械工业出版社.2002.

[4](美)前田约翰著;黄秀媛译,简单法则,北京:中国人民大学出版社.2007.

智能家居系统设计篇4

本文先介绍了智能家居的发展状况,定义以及特点,然后介绍了智能家居的硬件构造,最后介绍其软件系统。

1 智能家居

1.1智能家居的发展情况

20世纪80年代早期,大量使用电子技术的家用电器出现、住宅电子化出现。80年代中期,家用电器、通讯设备和安全防灾设备功能独立的综合,形成一个家庭自动化的概念。在80年代末,通讯和信息技术的发展,出现了各种各样通过总线技术对住宅通信、家电、安保设备监控,控制和管理的商业系统,这是智能家居的原型,在美国称Smart Home。智能家居最初被定义为:“将家庭中各种与信息相关的通信设备、家用电器和家庭保安设备,通过家庭总线技术连接到家庭智能化系统上,进行集中或异地监视、控制和家庭事务性管理,并保持这些设备与住宅环境和谐与协调。“这个概念正式设置之前,标准组织小组也在积极研究。1979年斯坦福研究所提出的控制线电器和电子设备集成总线,并成立了相应的研究会进行研究;1983年,美国电子工业协会开始制定标准,并于1988年编制了第一个适用于家庭住宅的电气设计标准,即《家庭自动化系统与通信标准》,同一时期日本正处于住宅建造过剩,房地产市场低迷时期,日本建设省需要找到新的市场亮点,智能建筑成为了首推的概念,并提出了所有住宅信息管理都采用家庭总线系统,相关标准—HBS标准也于同年九月制定完成。1990年日本在幕张建立了一个高标准示范性智能小区。HBS成为了智能住宅的基本单元,也是其核心。到了1990年X-10的出现再度改变了智能家居,使智能家居更加适人,更加符合时代需求。[1]

1.2智能家居的定义

智能家居,或智能建筑,英文名为“Smart home”。智能家居是以住宅为平台,兼备建筑设备、网络通信、信息家电,和设备自动化、及系统、结构、服务、管理为一体的高效是、舒适、安全、便利、环保的居住环境。[2]

智能家居也可以定义为一个过程或者一个系统,即利用先进的计算机技术、网络通信技术和综合布线技术,将与家居生活有关的各种子系统有机地结合在一起,通过统筹管理,让家居生活更加舒适、安全、有效。与普通家居相比,智能家居不仅具有传统的居住功能,提供舒适、安全、高品位且宜人的家庭生活空间,而日‘还由原来的被动静止结构转变为具有能动智慧的工具,提供全方位的信息交换功能,帮助家庭与外部保持信息交流畅通,优化.人们的生活方式,帮助人们有效地安排时闻,增强家居生活的安全性,甚至为各种能源费用节约资金。[3]

1.3智能家居的特点

1.3.1改变了人们的生活方式

智能家居将改变我们的衣食住行,我们将用一个控制器终端完成所有操作。早上起来,我们便用手机打开窗帘,随后打开窗户透气,起床后我们手机打开煮饭机器,为我们定制早餐。中午回到家之前便提前打开空调调节温度,并使清洁机器人通电,开始进行卫生清洁。到了晚上我们同样通过手机拨号,关闭窗户,制作晚餐,烧好洗澡水,到家又饿又困的我们能好好享受一下,到睡觉时,房间的定会自动关闭。

1.3.2改变了人们的工作方式

相当一部分人将选择SOHO(Small Office Home Office)家庭办公的方式,智能家居为实现SOHO提供了方便。

1.3.3牵动了一大批产业

智能家居的出现,促进了房地产业的发展,提升住宅质量;安防生产企业的发展得以加速;传统家电企业将不得不转型生产家居集成家庭使用的智能化,数字化,网络化的产品,潮流下的网络;家居集成已经成为一种潮流,很多更专业,美观,智能家居集成产品纷纷亮相,冲击了原产品市场在这个行业的影响;该行业的新领域 - 智能装修行业诞生;一批专门从事智能家居的市场调研,产品规划,以促进他们的业务;社区配送,社区服务,居住安全,医疗保险和其他专业服务的社区中心将会迅速发展。

1.3.4开拓了一个崭新的市场

从美国的情况看,由于发展了家庭网络,不仅牵动了许多的行业,而且开拓了新的大市场。据报导,美国在家庭控制网络方面投入7甲25亿美元,到2000年底,已有27,5亿美元的销售收入。这仅仅是控制网络,如果加上家庭信息网络以及由家庭网络带来的各种产品和服务,其总的效益是难以估计的。

从美国的角度来看,由于家庭网络的发展,不仅触及许多业内,也开辟了新的市场。据报道,美国投资了250万美元的家庭控制网络,到2000年底,已有27.5亿美元的销售额。这仅仅是控制网络,如果加上家庭信息网络以及由家庭网络带来的各种产品和服务,它的整体效益是难以估量的。

2 智能家居的硬件构造

2.1手持控制器设计

手持终端控制器是该系统的核心,是收集和处理信息的中心,是命令配送中心。其作为控制芯片S3C6410处理器的使用,在其上来运行的操作系统是Linux2.6.38。其基本电路包括S3C6410芯片,256M内存DDRRAM,1GB NAND闪存。此外,还包括一个串行外围电路,Zig Bee通信模块,实时时钟模块,彩色触摸屏,和电源模块。NAND Flash存储器被用来存储已调试的应用程序和嵌入式Linux操作系统,用于调试系统的串行端口连接和GPRS模块与用于查询信息和有关状态的终端设备,彩色触摸屏显示系统进行通信。整个手持终端控制器使用C++图形用户界面库QT编程。

在图中示出其中手持终端框图,GPRS DTU是一个网络的无线数据终端,使用公共网络运营商向用户提供长距离无线数据传输。集成TCP/ IP协议,提供双向串行数据转换,自动心跳,保持永久在线支持参数配置,永久保存,让用户设置串口参数。WG-8010在本设计中使用GPRS DTU产品提供了一个标准的RS232/ 485的数据接口,只需一次就能完成初始配置中,用户设备可以建立经由GPRS无线网络,实现数据的透明传输到数据中心的连接。使用MAX3232电平转换器的接口DB9RS-232接口通信。如图2所示。

该系统的具体接口电路采用QT编程,采用彩色触摸屏使得终端控制器具有良好的人机交互。

2.2智能家居的网关节点

智能家居网关节点系统采用三星公司的S3C2410芯片。三星S3C2410处理器基于ARM920T处理器核心,该处理器具有:独立的16KB指令和16KB数据缓存缓存,MMU,NAND闪存控制器,3路UART,4路DMA,I / O端口,8通道10位ADC,触摸屏接口,IIC-BUS接口,IIS-BUS接口,两个USB主机,USB设备等。这些特点都非常适合网关节点。图是网关节点。

使用博创公司的S3C2410型开发平台,该平台提供了丰富的接口,如以太网,CF卡接口,视频和音频接口,接口RS32,从USB主机接口AD / DA转换。

3 智能家居的软件系统

3.1 Zig Bee

Zig Bee是一种新型的短距离传输、低功耗、低成本、低复杂度的无线个域网技术。适用于通信数据量并不大,数据传输速率相对较低,分布范围小,但有一个小请求数据安全可靠,并且需要成本和功耗非常低,并且易于安装和使用。无线个域网作为一个无线连接,它可以工作在2.4 GHz(全球流行),868 MHZ(欧洲流行)和915 MHZ(美国流行)三个频段,分别是250 kbit / s,20kbit / s和40 kbit / s的传输效率,传输距离在10 - 75的范围,但是你可以继续增加。智能家居系统,安全性和传输效率不高,使用无线个域网技术,传输控制信息的好方法[4]。

建立了Zig Bee的网络中,网络设备按照各自的功能一般分为三个部分:节点、路由和协调器。是指整个网络的终端节点,中指的家居系统是家庭无线节点,它的作用是收集数据接收控制命令,适用于协调员加入网络同时;路由器相当于网络站,负责从数据协调和转发节点协调器无线节点发送数据,协调器是整个网络的控制中心,负责网络的建立和维护。模型离开(FFD)路由器和协调员(是一个功能齐全的设备,他们可以接收数据还可以发送数据,节点是一个减少一半功能设备(RFD)功能,它只能发送数据,不能接受其他节点数据。在一个Zig Bee网络可以有多个节点和路由器,可以没有路由器,但至少需要一个协调器,智能家居系统采用ZIg Bee网络路由器的结构。

3.2远程通信软件设计

该系统进行远程监控,使用一个独立的Windows作为PC服务器的操作系统,使用Java作为编程语言,用公网固定IP,作为客户端和手机手持终端控制器之间的沟通桥梁。服务器最初处于监听状态时,移动客户端和手持终端控制器通过GPRS连接与服务器进行认证的连接,服务器发送命令所述移动客户端和传送到手持终端控制器,手持终端控制器的反馈和家庭环境信息发送到服务器,该服务器是通过发送到所述移动客户端的处理。

移动客户端和手持终端控制器被设置分别对每个操作其自己的特定字符串发送给服务器,该服务器

识别处理,然后发送到相应的终端特定字符串。对于移动客户端发送时,乱码等可能会出现数据包丢失,系统将反馈机制来确认。

1)当由移动客户机发送的命令成功到达经由手持控制器服务器的终端,并且所有的操作都成功完成,则控制

终端系统会发送“OK”串到GPRS模块,被发送到通过移动客户端的透明传输服务器最终得到显示出“确定”字的串;

2)超时限制,如果客户端等待手机“OK”确认超出套餐的正常范围的时候,客户端立即重发命令,直到您收到“OK”确认包装为止;

3)对于字符串的情况下传输,服务器或手持式控制器识别过程中出现乱码,给移动客户端返回“ERROR”字符串,这样直到客户端重新发送指令接收到“OK”串起来。

通过反馈机制确定,以避免网络不佳的信号传输过程中的影响所造成的意外情况的干扰,如无效操作

3.3 android软件设计

该系统采用Android应用软件的智能家居远程监控,为良好的用户体验,使用一个主Activity接口,多个子Activity界面架构,主界面和子界面通过无线电通信。如图所示的Android应用软件的接口架构。

智能家居产品设计篇5

在我国，智能家居“健行”已经有十余年时间，每一年，我们都几乎能听到同样一个问题：“今年是智能家居行业发展的关键之年”，年年如此，岁岁如此。不管是行业本身还是专家、企业都是这样喊着。调查发现，我国的智能家居企业往往习惯于“市场空前巨大”的自我陶醉式发展观。于是我们就会常常看到“三年大发展、五年就上市”的企业奋斗目标。可是，结果往往是一两年之后便偃旗息鼓、草草收场，问题的症结就是没有做足充分的市场研究，无法洞察各个层次智能家居的消费者的真实需求，自然不能提供被市场所接受的产品，这种情况下的失败是必然的。

那么作为一个智能家居企业该如何定位市场，如何确定企业发展目标?我想这个问题困惑了很多智能家居的企业家吧!

其实，想要确定企业的发展目标，想要定位企业的市场，这必须从“自身”说起。就“智能家居”本身来说，我们先确定一下行业的消费群体。

据一份调查显示，在中国的智能家居市场拥有1亿多的潜在智能家居客户。占中国总人口数的十五分之一。在这个市场中，平均每家每年花费1000元，就有1000亿元的市场。且，随着我国人口的不断增加和生活水平的整体提高，这一项数据还在不断的发生变化。但事实上，每年在家居方面的支出人均远远不止1000元。且目前中国富有阶层正在形成，该部分家庭占城市人口的10%，占总人口的3.5%，主要针对这部分人的智能家居系统市场总量为1400万套。最新数据显示，到2012年智能家居全球市场规模或已达1万亿美元，到2020年，中国智能家居产值将会达到2万亿元。与此同时，随着网络技术的发展和成熟，为智能家居设备的应用提供了环境基础，智能家居需求呈上升势头。

通过以上数据，我们发现，在我国，所有的智能家居企业都在抢只有不足“一亿”人的潜在客户，而剩余的是十四亿人则成为忽略对象。那么，我们可不可以把剩余的是十四亿人定为智能家居的潜意识客户?我想，这个是必须的!只要我们根据这十四亿人对智能家居的需求，研发出相应的产品即可!小到智能开关、硬件模块、软件应用，大到整体智能家居系统等。“从高端到中端、低端，从城市到乡镇、农村，从奢华到简单!”这就是关键，这就是核心!

浅谈家居智能安全系统设计篇6

关键词智能家居；智能安全；无线控制

中图分类号TP文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)081-0192-01

1家居智能化的发展现状

家居的智能化在发达国家，特别是美国、日本、欧洲那些电子产业先进的国家应用都比较普遍，并且非常受欢迎。我国虽在这方面起步比较晚，但是从事此类产品开发的企业还是很多的，直到目前为止，家居智能产品在我国市场上的普及率还是比较很低的。究其原因，有以下几个方面：

1）虽然出现在市场上的智能产品很多，但还只是智能产品没有成为智能系统，当然这从智能产品也不能使人们充分的感受到智能产品的优越，家居智能化的好处。

2）当然市场上也出现了一些智能系统，它们似乎成了奢侈品的代名词，少则几万元一套，多则几十万元一套。对于这样昂贵的价格不是一般老百姓所能承受的。这可能是普及不开的重要原因之一。

3）现在的智能产品大多缺乏人性化，不实用，对普通消费者来说花了大价钱购买的产品并不能让消费者觉得物有所值，这可能就是普及不开的另一重要原因吧。

目前，家居的智能化主要由两大部分组成，一部分是家居生活智能化：主要以减轻家居劳动、改善家居环境、增强家居舒适度为目的，属于追求精神享受。这部分应用的前提条件是家庭经济条件较好，对于整天为生活而忙碌的人们，这个部分可能是不必要的。另一部分是家居安全智能化：主要是以保障家居中的生命及财产安全为目标，这种产品虽不是什么必须品，却可以有效的保护家的安全，对于整天为生活而忙碌的人们，只要条件允许他们会考虑的。因此，后者是家居智能化在当前的一段时间甚至以后的好长一段时间直至普通百姓的生活水平大幅提高之前的发展重点，本文研究的就是这种系统。

2家居智能安全系统的设计

对于家居智能安全系统的设计一般由四个部分组成：检测部分，家居网络通信部分，远程通信控制部分以及执行部分。

2.1检测部分

检测部分负责检测家中出现的各种危险信号，属于系统的关键部分，但是这部分实现起来不难，它的检测主要靠各种传感器来完成。一般从以下几方面考虑。

烟火有害气体的检测：这部分主要是为发现、防止火灾的发生和室内有毒有害气体超标的检测。这部分所用的传感器按原理分有温度型、烟雾型和光电型。就目前资料来看，大多数报警器的设计是采用温度传感器或者烟雾传感器完成的。

非法入侵的检测主要防止入室盗窃、入室抢劫这类恶性事件的发生。这类检测方式按原理来分也有三类：

第一类通过红外线对管检测，当有人非法入侵，挡住光线，产生信号实现报警。但是这种检测方式有一定的缺陷，首先对安装精度要求较高。其次是不管发射部分还是接收部分均需要电源，必须有线连接，这样不利于推广。再者是对于熟悉情况的人员或发现检测器的人员，完全可以避开被检测到，使安全系统形同虚设。

第二类是热释电红外探测技术。此技术是通过检测人在常温下向外的红外辐射进行报警。但在实际的应用过程中，由于人体所辐射出的红外能量太过微弱，这就导致了传感器的灵敏度很低。如果在设计中采用这种方法，最好在设计时就选用菲涅尔透镜把微弱的红外线能量进行“聚焦”，这样就可以把传感器的探测距离大大增加。这种检测方式的缺陷是不容易区分人与动物，如果家中养有宠物容易产生误动作。

第三类是门磁窗磁检测。按通常的逻辑有人要想进入房间，不管是非法还是合法都只有门窗可以通过。门磁窗磁传感器就是通过检测门窗是否有位移发生来判断是否有人非法入侵。

对智能系统来说，还有一些专门针对弱势人群的安全保护设计，这也是其它普通安全产品所不具备的。比如长时间未动作检测，可以用来检测老人不慎摔倒不能动，还可以检测老人不舒服躺在床上不想动等等，这可以让在外工作的子女随时了解家中的异常情况。这部分也可以通过热释电技术来实现。还有应急事件检测，当老人在家意外摔倒、扭伤，或者有外人入室作案时实现轻松报警。并且这部分所实现的报警信号一般都会与视频监控连接以便能在第一时间保存图像信息。

2.2家居内部网络通信部分

目前对于家庭内部的联网方式按采用的传输介质分为有线和无线两种方式。有线联网技术在应用时有很大的局限性，正在慢慢地被淘汰。无线联网技术可以提供更大的灵活性、流动性，省去了花在综合布线上的费用和精力，应用于家庭网络已成为必然趋势。目前在家居领域中常用的无线联网技术主要包括蓝牙、ZigBee、红外线、UWB和射频等技术。下面来介绍这几种常用的无线技术。

蓝牙技术是通过把一块无线电收发芯片嵌入到传统的电子设备中而实现通信功能。蓝牙通信使用射频信号，它使用的无线电频段在2.4－2.48GHz之间，其射频信号可以穿透大多数固体物质。蓝牙无线收发器采用频技术。跳频是在一次传输过程中，信号从可用频段的一个频率跳到另一个频率，这样蓝牙传输不会长时间保持在一个频率上，也就不会受到该频率信号的干扰，这一点特点非常适用于家居智能系统。其优点是体积小、功耗低，通信的干扰小，可靠性高，其缺点是成本太高。

ZigBee技术是现在新兴的无线组网技术。主要应用在短距离范围内以及数据传输速率不高的各种电子设备之间，所以非常适用于家电和小型电子设备的无线控制指令传输。其设计的目标功能就是自动化控制。其主要特点包括省电、可靠、时延短、网络容量大、安全、高保密性。

红外通信的技术非常成熟，在家居的控制中扮演着重要的角色：从家电遥控器，到电梯、门禁系统，乃至便携式电脑，都可以见到红外通信的身影。由于其价格低廉，使用方便，解决了有线连接的诸多不便，在家居无线通信中占有很大的市场。但是由于红外线有方向性，不能绕过物体传播等特点，使红外控制在某些方面力不从心，大有被其它无线技术替代的迹象。

超宽带UWB技术是一种时域通信技术，与以上的无线通信技术截然不同，它不使用载波，将信号以0或1的方式直接通过纳秒级脉冲发送出去，其特点是在很宽的带宽上发送低功率信号。它最引人注目的特点是具有很高的数据传输速率，每秒传送数据可达100Mb。并且UWB技术的实现远比其它无线技术简单，功耗极低，具有很高的安全性。另外，UWD信号抗干扰和抗多径衰落能力强，具有多个可利用的信道，尤其适用于室内等密集多径场所的高速无线接入。随着家居智能化的进一步发展，人们要追求更高家居娱乐目标，对信号的传输速率提出了更高的要求。则低成本、低功耗、高传输速率的UWB技术也越来越多受到关注。

这部分的设计是智能产品的重中之重。整个系统的工作是否可靠、性能是否稳定，全由这部分决定。在进行这部分设计时，不管实现什么功能，原则上不能改变家居内部原有产品，这就要求在设计时可能会采用多种通信方式共存的方式，以适应不同家居的不同环境。

2.3远程通信部分

家居内部的网络通信只能解决内部各传感器与主机之间的通信，保证准确的检测出危险信号，并采取相应的安全措施。但对智能安全系统来说还要与相关关系人进行通信，让相关关系人能够了解、控制现场情况。这部分是市场上普通的安全产品做不到的，常用的远程通信方式有基于网络通信和基于电话通信两种方式。

通过网络通信是通过一个网关将相关关系人与家联系到一起。它的特点是只要能上网，无论何时何地，都可以对家进行了解、控制。其优点是工作性能稳定、可靠，缺点是危险的发生不一定发生在能上网时候，并且家居安全系统需要一天24小时连接到网络上，这样的话网络安全就成了不容忽视的问题，处理不好反被利用可能会造成更加严重的后果。

基于电话控制是现在比较常用的方式，其主要是GPRS/GSM技术的应用。目前，移动电话的业务在不断的增加，GPRS/GSM技术已经比较成熟，它具有覆盖范围广、传输速度快、通讯质量高和永久在线等优点，在德国、日本、新加坡等地的家居智能化系统中都得到了广泛的应用，我国一些地方的110联动报警也采用这种方式。目前同时伴随着3G网络的大力推广，移动通信对图像以及视频的传输能力大大增强，这也会极大的促进移动电话在家居智能化中应用。

2.4执行部分

执行部分主要是负责处理各种危险信号，比如各种燃气阀门机械手，当出现火情警报信号时可以关闭燃气。现在市场上的各种类似的器件很多，只要我们做一个小电路，给它个信号就能实现既定的功能。

3总结与展望

家居智能系统是人类科技发展智慧结晶，能给人们提供安全的保障，更重要的能让人们的生活智能化，提高人们的生活质量。随着时间的推移，经济的发展，智能家居必将更多的走进普通百姓的家中。这将会成为以后很长一段时间新的研究热点。

参考文献

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[2]欧阳书,賈玉英.独生子女"代"所带来的家庭结构变化[J].四川文化产业职业学院学报.2009,1:61-63.

[3]邓和莲.热释电红外防盗系统的设计[J].机械工程与自动化.2008,137(2):143-145.

[4]张延鸿.基于WCDMA的智能家居系统设计与实现[D].北京邮电大学,2009.

[5]雷梁.基于ZigBee无线传感网络的嵌入式智能家居监控系统研究[D].西华大学,2009.

[6]莫晓明,陈静.智能家居的无线组网技术[J].微处理机,2007,1:62-66.

作者简介

智能家居系统设计研究篇7

从上世纪八十年代开始, 由于大量电子技术家用产品的出现, 人们便开始了对“智能家居” (Smart Home) 的设想。如今, 随着社会科学技术的不断成熟, 尤其是通信与信息技术的发展与进步, “智能家居”已经从早期的设想, 成为了今天的现实。

简单来说, 智能家居指的就是我们的生活、居住环境。它主要是以基本建筑设施为平台, 安装有各种现代化电子设备, 并通过现代化的信息技术设备 (如手机、计算机、平板电脑等) 对其进行统一的管理、控制。

智能家居主要利用了各种信息通信技术、综合布线技术、多媒体技术以及自动控制技术等, 对所有接入管理系统的电子技术组件进行集成。在这样的集成环境下, 可以在一定程度上简化居家事务管理, 提高我们的生活效率, 还能带给我们非同一般的生活体验。考虑到全球对环境保护的呼吁, 智能家居也能够通过科学、合理的运作方式, 起到节能、减排的作用。

2 智能家居系统基本设计理念研究

从智能家居的本质上来说, 它始终是为我们而服务的, 所以对于智能家居系统的设计, 并非只是看它集成了多先进的电子设备, 运用了多么先进的控制技术。而是要综合的对系统设计的合理性、实用性进行分析, 看系统能否在最大限度满足日常家居需要的基础上, 节减成本, 缩小系统开销。以用最经济的投入, 换回最高效、便捷的生活居住环境。从整体上来说, 智能家居系统的设计要遵循以下基本理念。

2.1 讲求实用

实用, 是智能家居系统设计需要达到的一个最主要要求, 不能因为其属于“高科技”产品就脱离实际, 要本质上致力于提高人们的生活环境。所以, 智能家居系统的设计要以实用为核心, 要让使用者在智能家居环境中能够感受到实用、易用的基础上, 进一步突出系统的人性化智能特征。所以, 在智能家居系统的设计上, 应该针对不同用户的实际需求, 对家居环境的基本设备、功能进行集成、整合, 比如最基本的门窗控制、灯光控制、门禁对讲、安防报警、沐浴控制甚至是厨房烹饪控制等等。

当然, 在这些基本功能的基础之上, 还可以根据用户的特殊需要, 或是实际条件, 进行系统功能拓展, 比如宠物喂食、花卉浇灌等。要进行系统控制、操作的方式有很多, 可以通过远程控制、本地控制、系统智能控制、定时设定等, 系统的控制平台可以从用户的角度进行考虑, 如计算机、平板电脑、智能手机等等, 曾经出现过一些用短信进行控制的沐浴、空调设备, 但随着科学技术的飞速发展, 它始终未有真正的发展、普及起来。

总之, 智能家居系统的设计要让人们可以从以往繁琐的家庭事务中脱离出来, 去获得一种更加便捷、高效的生活方式体验。所以, 在系统设计上一定要以用户的实际需求为主, 要讲求实用, 这样才能体现出智能家居的实质性作用。

2.2 讲求可靠

智能家居系统应该要与基本建筑设施全天候集成、运行, 不然反而可能会带给我们许多的麻烦。所以, 在系统的设计上, 一定要讲求可靠性, 不论是在系统的安全上, 还是容错上都必须得加大设计研究力度。要从系统的软、硬件设施出发, 增强系统的容错处理能力, 提高系统的安全、可靠性, 使系统具备应付各种内、外部变化的能力。

2.3 讲求标准

在智能家居系统的设计上, 要严格的遵照相关行业标准, 以保证系统的开放性, 为系统的移植、扩展打下基础。所以, 在系统的信息传输上, 应该包括有一些最基本的信息传输协议 (比如TCP/IP) , 确保不同品牌的智能电子产品都能够通过某种信息传输协议进行互联。系统的前端设备是多功能的、开放的、可以扩展的设备。如系统主机、终端与模块采用标准化接口设计2, 这样一来就为后期的系统功能扩展提供了一个平台, 确保了不同生产商的产品能够相互兼容, 既简单又方便。所以, 在系统设计上一定要考虑到后期的系统扩展与兼容性, 保证能与后期的第三方受控设备进行互联。

2.4 讲求便利

如今, 智能家居有一个较为明显的缺点就是, 安全、调试和维护较为复杂而且工作量相对较大, 成本问题也算得上是一个通病, 这就在一定程度上制约了其自身的发展。所以, 在系统的设计上, 还应该进一步的拓展思维, 为系统的安装与日常维护提供一条更加简便的途径;另外在系统的操作上, 也应该尽可能的简便用户操作, 为用户提供简洁、明了而且富有较强视觉感受、操作感受的控制界面。随着近两年智能电话的普及, 尤其是安卓手机的出现, 为智能家居的操作、控制提供了一个极佳的平台, 它可以进行远程的控制、操作, 而且易于携带, 功能性、界面交互感也较强。

2.5 讲求科技性

在满足用户现有需求的前提下, 系统设计上应充分考虑各种智能化适应技术迅猛发展的趋势, 不仅在技术上保持最先进和适度超前, 而且更注重采用最先进的技术标准和规范, 以适应未来技术发展的趋势, 以使整个系统可以随着技术的发展和进步, 具有更新、扩充和升级的能力;系统设计遵循开放性原则, 软件、硬件、通信接口、网络操作系统和数据库管理系统等符合国际标准, 使系统具备良好的兼容性和扩展性。

参考文献

[1]汤柏.智能家居系统的初步探讨[J].黑龙江科技信息, 2012.

智能家居终端系统的设计篇8

本文设计的智能家居终端系统微处理器选用的是Chipcon公司生产的CC2430芯片。CC2430芯片能满足以ZigBee为基础的2.4 GHZ ISM波段应用, 并且成本低, 功耗低。这是世界上第一个真正的单芯片ZigBee解决方案, 是世界上第一个真正意义上的SoCZigBee一站式产品。它拥有一个高性能2.4 GHz直接序列扩频的射频收发器核心和一个工业级小巧而高效的8051MCU。

本文设计的智能家居终端系统, CC2430即是处理器又是收发端。CC2430检测到各个传感器模块的数据及时传送给上位机, 并且及时执行上位机发出的指令。检测传感器各模块数据的准确程度对本系统非常重要。虽然各种检测传感器工作原理不同, 但与处理器连接的方式相似。因为各个检测模块要分别放在家里的不同位置, 所以硬件设计应简洁而小巧。 (图1) 是智能家居终端系统的结构框图。

Zigbee无线模块:Zigbee技术是一种短距离、低速率无线传输的网络技术, 是一种介于无线标记技术和BlueTooth (蓝牙) 之间的技术。采用一般IEEE 802.15.4收发器技术与入ZigBee协议栈的组合, 在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。Zigbee技术能满足低数据量, 低成本, 低功耗, 高可靠性的无线数据通信。Zigbee技术使用网状网拓扑结构, 自动路由, 动态组网, 直序扩频的方式并且使用2.4G免费频段, 所以Zigbee技术非常适合用做智能家居的无线传输。

智能家居终端系统的无线射频收发模块:CC2430兼容IEEE802.15.4标准, 拥有8051内核的单片机, 同时, CC2430芯片在单个芯片上集成了ZigBee RF前端、存储器和微控制器。因此除了有作为控制器的作用外, 它还有作为信息收发器的功能。 (图2) 为智能家居终端系统的硬件结构。

CC2430无线收发模块的核心部分实际上是一个CC2420射频收发器。CC2430的无线收发结构是一个基于低中频的收发器。CC2430的数据缓冲区采用FIFO (先进先出) 的方式进行数据接收, 然后内存通过DMA方式和缓冲区进行数据交换。CC2430的无线发送部分是一个基于上变频的发送器。接收的数据存储在一个接收FIFO的数据缓冲区, 发送数据帧的前导符和开始符通过硬件产生。信号经过D/A转换后模拟信号被发送出去。由于CC2430内的8051内核和无线收发模块集成在同一个芯片上, 因而它的外围电路设计比较简洁。

温度检测模块:该模块的设计是通过CC2430的可编程I/O口P0-0与DS18B20的DQ连接, 从而实现发送控制信息和接收数据信息的功能。本文选用DSl8B20的温度传感器是数字型的, 采集到温度值后可以直接显示在LCD上。DS18B20与处理器的连接电路比较简单, 并且温度传感器不需要外加电源。

空气质量检测模块:通过在室内安装不同的空气质量传感器来检测空气质量情况, 把检测结果给CC2430, CC2430再通过Zigbee无线网络传给上位机, 由上位机的空气质量智能分析软件对数据信息进行显示、分析或播报处理, 并智能够自动开启空气净化器, 给家人一个健康的空气环境。

电磁阀控制模块:电磁阀是控制煤气开关的执行机构, 本设计选用ZD—20型电磁阀, 它是一种双稳态高效节能型电磁阀由3.6 V锂电池供电, 具有点开和点关的脉冲工作方式。一旦开启或关闭, 可处于自保持状态, 无须电源供电。通过电磁阀控制电路, 单片机控制系统可以很方便地控制用户煤气的使用。

报警模块:由LED灯和蜂鸣器组成。当室内温度超出规定范围、空气质量不好或电磁阀出现故障, CC2430会驱动LED灯亮并且蜂鸣器鸣响。

参考文献

[1]吕京建, 肖海桥.面向二十一世纪的嵌入式系统综述电子质量[M].2001, 8:10-13.

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[5]林勇.基于LPC2214的家庭智能终端的设计与实现[J].电子技术应用, 2006, 3:66-69.

智能家居控制系统设计研究篇9

智能家居以家为平台, 兼备建筑智能化、网络家电、智能化及自动化, 集系统、结构及服务等为一体。家居是人们日常生活的空间, 智能化应为人们的生活和办公服务, 因此智能家居应具有更全面、更具人性化等特点。本文设计了一种基于嵌入式系统的智能家居控制系统, 采用LPC2478为控制端处理器, 对各数据进行监测分析, 并可以将结果通过以太网接口上传至手机APP进行控制, 具有良好的用户体验效果。

一、总体方案设计

本监控系统的核心部件是嵌入式系统。嵌入式系统以应用为核心, 以计算机技术为基础, 软件、硬件可模块化, 从而进行外围功能的扩展。智能家居的目的是让用户能够得到全方位的、智能化的服务。对家中的各种信息能够及时掌握并处理。在本监控系统的开发中, 根据需要完成的任务, 对系统所要实现的功能进行了如下设计:

一是电源开关、水、煤气电磁阀的通断监测及控制;

二是对家电设备电源开关的控制;

三是声音、光电信号报警;

四是自动调节室内温湿度、亮度等功能;

五是远程视频监控功能;

六是远程APP显示及控制;

根据所要实现的功能, 本系统设计了五大模块, 分别为电源模块、存储模块、调试模块、输入输出模块、网络通信模块。其中存储模块又分为FLASH模块和SDRAM模块, 通信模块又分为与子模块进行通信的Zigbee模块和与远程APP控制及显示所采用的网络通信模块, 详见图1所示。

本设计采用微处理器作为控制核心, 在整个系统中起着重要的作用, 它负责对各个模块进行协调控制, 使之顺利实现人机交互、信息获取、信息处理、信息输出的功能。LPC2478作为恩智浦半导体公司推出的32位ARM7处理器, 集成了非常丰富的功能模块, 可以大大减少外围芯片的使用, 提高开发效率。

二、硬件系统的设计

系统采用LPC2478微处理器为处理核心负责总体沟通及控制, 电源及复位电路负责提供电源, FLASH用来存储编制好的程序代码, 系统运行中所产生的临时数据存储在SDRAM中, JTAG模块为调试阶段与上位机的接口, 指示灯及按键发挥一个简单的人机交互及状态提示作用, 主要的人机接口及显示则通过网络接口采用手机APP实现, Zigbee无线模块负责系统内各个温湿度传感器及执行模块之间的通信。

1. 温湿度传感器电路

在本系统中, 温湿度复合传感器采用了SHTxx系列芯片, 该芯片的可靠性和稳定性都比较高, 且含有已校准的数字信号输出。具有抗干扰能力强、超快响应、性价比高、品质卓越等优点。SHTxx传感器的湿度校验都在极为精确。在OTP内存中以程序的形式储存校准系数, 并在检测信号的处理过程中调用。传感器内部基准电压和两线制串行接口保证了系统集成的简易快捷, 并且体积小。芯片内部的供电电压范围为2.4V~5.5V。休眠期期间不需发送任何指令。同时在电源引脚GND、VDD之间可以加入一个100n F的电容用来去耦滤波。DATA三态门用于读取数据。DATA在SCK时钟出现下降沿之后改变形态, 并在SCK时钟的上升沿为有效。在数据传输的过程中, DATA必须要在SCK时钟高电平时保持稳定状态。为了引起避免信号冲突, 微处理器应该保持DATA在低电平。然后需要外部的上拉电阻将信号提升至高电平。通常情况下上拉电阻已经包含在微处理器的I/O电路中。

2. 可燃气体检测模块

采用MQ-2型气敏传感器作为气体检测元件, 其工作原理是电阻值随烟雾或可燃性气体浓度的改变而改变。可燃气体检测电路图如图3所示。当气体浓度在允许范围内气敏传感器A、B间的阻值较大, B端低电平, 三极管Q1截止, C端输出高电平;当气体浓度达到一定值时A、B间的阻值迅速减小, B端高电平, 三极管Q1导通, C端输出低电平。可燃气体检测模块的作用是检测是否有气体泄漏并做相应处理。

3. 电磁阀控制模块

本设计采用了一种高效节能的双稳态ZCSTH型电磁阀来实现对可燃性气体的开关控制。ZCSTH型电磁阀被广泛应用于水电、染化、纺织、印染、食品、卷烟、水泥制品、石油化工、冶金、燃气、居民用水等部门及其它各工业部门的管路系统中, 具有机械式自锁记忆功能的双先导结构, 其工作原理如下:当部件线圈B通电, 电磁阀打开, 然后断电, 此时电磁阀为常通状态, 当部件线圈A通电, 电磁阀关闭, 然后断电, 此时电磁阀为常闭状态。ZCSTH型电磁阀采用3.3V供电, 利用脉冲使电磁阀点开和点关, 具有自保持的工作状态。当电磁阀开启或关闭完成时, 不再需要电源供电, 不但节省了能源, 同时也提高了线圈的使用寿命。电磁阀控制电路的工作原理:当P0_2引脚输出1秒的高电平脉冲时, 使线圈“B”通电, 双稳态电磁阀打开, 电磁阀处于开启状态;当P0_5引脚输出1秒的高电平脉冲时, 使线圈A通电, 双稳态电磁阀闭合, 电磁阀处于关闭状态。电路如图4所示。

4. 通信模块

为了通过网络将系统所监测到的数据提交给人机交互平台, 本系统采用了DM9000EP控制芯片作为以太网接口, DM9000具备10M/100M以太网功能。它成本低且处理速度快, 可以以低功耗的模式在高性能进程的3.3V与5V之间进行切换。DM9000物理协议层接口完全支持使用10MBps下3类、4类、5类非屏蔽双绞线和100MBps下5类非屏蔽双绞线。这是完全符合IEEE 802.3u的规格的。它的自动协调功能将自动完成配置以最大限度地适应其线路带宽。此外, 还支持IEEE 802.3x的全双工流量控制。因为在这个环境里面DM9000的使用是非常简易的, 所以用户可以很容易地移植任何系统下的端口驱动程序。

本系统中的硬件设计部分除了以上几个模块, 还有电源及复位模块、存储模块、Zigbee通信模块。由于篇幅所限, 并且在其他文章中上述几个通用模块已经有很成熟的设计实践, 因此不再赘述。

三、软件系统的设计

考虑到智能家居监控系统是个实时系统, 需要及时对各功能传感器或命令做出响应, 并且软件系统必须具有实时响应消息和对内存进行管理的功能, 故有必要为智能家居监控系统移植一个实时操作系统。在考虑本系统设计的成本要求时, 免费型的实时操作系统作为首选。Linux操作系统的缺点是实时性能一般, 移植复杂和占用空间较大;与Linux相比μC/OS II具有占用空间小、实时性能完善、移植简单以及可扩展性大等诸多优势。从二者的优缺点考虑, 本系统采用μC/OS II实时操作系统。

1. μC/OS II概述

μC/OS II是一款源码公开, 代码简短的嵌入式多任务内核。它执行效率高、占用空间小、实时性能优良、可扩展性强, 并且具备了较高的稳定性和可靠性, 比较适合于小型控制系统。μC/OS II的开发者是Jean J.Labrosse, 他在1992年推出了μC/OS的第一个版本, 之后又在此基础上经过修改和扩充之后又推出了第二版, 称做μC/OS II。作为一个微内核, μC/OS II只对处理器和硬件时钟进行了抽象和封装, 而没有提供其他硬件抽象层。

要将μC/OS II移植到一款新的处理器上, 首先该目标处理器必须满足以下条件:处理器的C编译器能产生可重入代码;处理器支持中断, 并且能产生定时中断;在C语言中可以开关中断;支持内嵌汇编且C语言和汇编语言可互相调用;处理器能支持一定数量的数据存储硬件堆栈;处理器有将堆栈指针以及其他CPU寄存器的内容读出、并存储到堆栈或内存中去的指令。本文所选处理器和开发环境完全满足μC/OS II对移植环境的要求。

2. μC/OS II嵌入式操作系统的移植

μC/OS II的体系结构如图6所示。移植μC/OS II, 最主要的工作就是修改与硬件相关的三个文件, 即OS_CPU.H、OS_CPU_C.C、OS_CPU_A.ASM。

OS_CPU.H中含有用#define定义的与处理器有关的常量、宏和类型定义。通过对此处定义的修改, 可以使源代码中对变量类型的使用不用考虑具体的处理器。移植的目标就是使处理器、编译器和μC/OS II三者之间数据类型统一。此文件中还有一个μC/OS II对堆栈增长方向的定义OS_STK_GROWTH, 由于Keil只支持递减堆栈, 所以此处需要定义OS_STK_GROWTH的值为1。OS_CPU_C.C文件中, 需要进行的工作是编写函数OSTask Stk Init () 。该函数在创建一个任务时被调用, 进行任务堆栈的初始化。根据LPC2478的寄存器结构, 就可以确定在本次移植中应该使用的任务的堆栈结构, 从而可以很容易写出堆栈初始化函数代码。在OS_CPU_A.ASM文件中, 有四个函数需要编写, 分别是启动最高优先级就绪任务函数OSStart High Rdy () 、时钟节拍中断服务子程序OSTick ISR () 、任务级任务切换函数OS_TASK_SW () 及中断级任务切换函数OSInt Ctx Sw () 。

3. 控制系统程序的设计

本控制系统要完成的功能是实时监控各个子节点传来的数据, 接收手机APP发来的指令, 如断电、开空调、开关门窗等指令。系统对指令进行执行, 然后根据读取到的数据判断是否需要报警。如有危险则进行报警, 如没有危险则通过以太网接口将数据打包发送手机APP进行人机交互, 程序流程原理如图7所示。

四、远程手机客户端的设计

考虑到系统的可维护性、可扩展性以及开发成本, 本系统选择了基于Android平台来开发智能家居控制系统APP。Android是一个以Linux为基础的开源操作系统。它主要应用在移动电话领域, 包括智能手机和廉价的功能机。Android系统架构是指Android操作系统的组成结构, 是开发人员编写应用程序的基础。它由五部分组成, 分别是:应用程序、应用程序框架、Android运行时、系统库和Linux内核。

1. 软件结构设计

软件结构设计的主要任务是分层设计软件模块, 并明确中间件的特点和作用。分层设计软件模块结构主要是把软件模块组织成良好的层次系统, 并描述各层次模块间的关系。层与层之间是松耦合的关系, 下层模块负责为上层模块提供支持。传统意义上的中间件是位于平台 (硬件和操作系统) 和具体应用之间的通用服务, 这些服务具有标准的程序接口和协议。本文所指的中间件是位于Android操作系统和用户功能之间可复用的功能模块。本文设计的中间件具有良好的复用价值和扩展性。开发人员可以基于此中间件进行二次开发, 实现智能家居系统其他APP。

2. 系统功能模块设计

根据本控制系统的功能需求, 将智能家居APP分为四大功能模块, 分别是信息服务、数据查询、设备管理和软件设置。信息服务模块提供对所有推送消息的管理, 数据查询模块提供对各类信息的查询以及对设备的文本命令控制, 设备管理模块包含与设备控制相关的功能集合, 软件设置实现对APP各种参数的管理。

五、结语

本文结合嵌入式技术、无线通讯技术、网络技术、传感器技术、Android开发技术等在嵌入式开发平台上设计了家庭智能安防系统, 系统可以监测现场警情, 可以对各种智能家居进行控制, 又可以把信息传输至手机APP上, 以供远程访问并控制。Android图形界面交互做到了直观美观、所见及所得, 具有良好的用户效果。随着物联网、无线传感器网络、嵌入式、移动通信等技术迅速发展, 未来如果辅以手机上运行的数据分析软件, 可以科学分析环境数据的动态变化趋势, 以便做出高智慧的智能化控制。家庭智能安防系统作为智能家居里面关键部分, 必将以低成本、专业化、整体化的特点迎来高速发展。

参考文献

[1]李光革, 苗建松.基于Android的物联网环境监控应用设计与实现[J].软件, 2013, 34 (9) , 32-35.

[2]刘万辉, 杨晔.基于Android系统的温室智能监控系统的设计开发[J].软件, 2013, 34 (5) :1-3.

[3]范鹏.基于ARM-Linux平台的家庭智能安防系统的研究与设计, 2014

[4]杨建华.基与嵌入式技术的智能家居监控系统的设计, 2012

基于ZigBee的智能家居设计篇10

智能家居最早起源于美国康乃迪克州哈特佛市的City Place Building ,智能家居系统以其给用户带来的生活的便捷性、舒适性、安全性得到人们的青睐,此后世界各国兴起了对智能家居的研究。

智能家居目前是物联网技术应用的重要领域,特别是在IBM提出智慧城市这一概念后,国内外众多高校又掀起了一股智能家居研究的浪潮。智能家居集合了现代电子技术,无线通信技术,传感器技术,在人们的生活中发挥越来越大的作用。

无线网路通信技术的快速发展大大提高了家居智能化的的灵活性、便捷性、高效性,目前WIFI、Bluetooth、RFID、Infrared、Zig Bee等一些无线通信技术已经广泛应用到了智能家居中。

2 常见无线通信技术对比

1.WIFI技术 :WIFI技术的传输速率高 ,IEEE802.11g标准速度已经到达54Mbps, 但是WIFI的问题是安全性低,产品的无线稳定性也不高。WIFI的功耗高也是其很大的弱点,这也导致其在智能家居领域的应用有限,WIFI不能用在诸如智能门锁、红外转发控制器、各种传感器上。WIFI的组网能力低,扩展空间受限制,WIFI网络的实际规模一般不超过16个设备,而普通家庭内开关、电灯、家电的数量已经远远超过16个了,基于WIFI技术的可连接的设备数量是非常有限的。

2. 红外技术 :红外技术是一种方便、快捷、低功耗的通信方式,广泛应用在家电控制上,如空调、电视的控制中,可是红外技术是无法控制速率,不能组成网络,只能支持点对点的通信方式,无法支持多个设备的扩展,因此不能应用在智能家居的无线控制中。

3. 蓝牙技术 :蓝牙技术是基于2.4GHz频段的无线通信技术,最高速率可达2Mbps,支持一对一和一对多通信方式,连接快速方便。但是其通信覆盖范围小,难以穿透障碍物,难以组成可以覆盖家庭的网络,并且其通信方式功耗高,主要在便携设备的语音方面应用。

4.Zig Bee技术 :Zig Bee采用了极低功耗设计,应用中一节电池可以使用2年左右,这种低功耗技术让其应用广泛,包括在智能门锁、红外转发器、温湿度等各类传感器的应用中游刃有余。Zig Bee技术的安全性源于其系统性的设计,而WIFI、蓝牙、Z-Wave等无线技术的安全事故频发。Zig Bee技术组网能力强,一个网关可以连接65000多个设备,网络规模已经远超WIFI、Z-Wave、蓝牙等技术,在可预见的将来也足以能够承担未来智能家庭的需求。并且Zig Bee技术的速率根据其频段的不同,可以满足不同场合的速率吞吐要求。

3 基于 Zig Bee 的智能家居设计

传感器 :在智能家居中有很多传感器负责采集家庭里的环境信息,比如温度传感器,湿度传感器,光照传感器,红外传感器,加速度传感器,陀螺仪传感器,可燃气体传感器,继电器等节点。这些传感器负责采集家庭环境中的数据,以及一些人为触发的动作,实时的通过Zig Bee网络传输出去,且在本系统中的数据均为轻量级的数据,没有视频、音频等大流量数据,因为此类数据对无线网络速率要求较高一般用WIFI来承载。

Zig Bee网络 : Zig Bee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗无线网协议,是一种短距离、低功耗的无线通信技术。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、高数据速率、低成本。主要适合用于自动控制和远程控制领域,可以嵌入各种设备。在本系统中,Zig Bee网络作为家庭无线网络中的主干网络用来传输传感器所采集到的轻量级数据,将其发送到网关,网关再将数据处理后发送到Android和WEB。

网关 : 网关在智能家居中完成对智能家居中所有网络中传输数据的整合处理,所有的Zig Bee节点的数据最后会发送到一个协调节点上,通过串口将数据传输到网关上,网关可以实现对各个节点的控制,并且在此项目中我们使用S3C6410开发板并且移植入Linux操作系统,实现Zig Bee组网,数据传输处理,内网外网的转换,Android的手机端可以实现远程登录查看室内情况。

Android: 本系统中涵盖Android的APP,在APP上通过用户登录到服务器并进行身份认证,用户被验证为合法用户后,可以登录APP,查看家庭环境中的信息,并根据用户的级别和操作权限,可以通过APP对家里的部分可操作节点进行远程的操作,如可以通过继电器节点控制家庭的窗帘,热水器,空调等设备。

WEB :在本文中,在S3C6410所搭载的Linux操作系统上搭建了嵌入式的BOA Web服务器,通过浏览器也可以远程的登录到网关上,通过浏览器登录界面,进行用户的认证,判断用户的合法性和操作权限,用户被认证通过后也可以对家庭环境进行远程的监控和操作,给用户的访问方式增加了更多的灵活性。

4 实施与采集过程

传感器采集 :系统中数据的采集,来自很多的传感器节点,我们在这里以温度节点作为例子,温度传感器为DHT11,传感器将家庭环境中温度等此类模拟信号,转化为数字信号,通过CC2530读取温度信息,收集家庭中的温度信息。

Zig Bee网络无线传输 :CC2530是基于2.4-GHz IEEE 802.15.4、Zig Bee和RF4CE的应用片上系统。它能够以非常低的成本建立强大的网络节点。在本系统中我们通过CC2530组建无线传感网络拓扑结构为星型网络,网络中分为终端节点和协调节点,本系统中不涉及路由节点。终端节点是一个CC2530和一个传感器在一起进行工作,主要负责采集传感器数据发送到Zig Bee网络中,将数据发送到协调节点,协调节点再把数据传送给网关。

网关传输数据 :在网关处,我们在S3C6410开发板上搭建BOA的服务器,BOA服务器是一个小巧高效的web服务器,是一个运行于Unix或Linux下的,适合于嵌入式系统的单任务的HTTP服务器,在这里我们将Zig Bee网络实时传输进来的监测数据,存储在SQLite的小型数据库中,并将用户资料也存储在数据库中,用来认证用户登录。

Android :手机端用来远程的监控家里的环境情况,在用户登录后,就可以获取到网关数据库中存储的用户家中的数据,远程的监控家里的情况。

5 结论

本文在开篇介绍了Zig Bee技术以及其在智能家居中的应用,通过对比其他无线通信技术突出了Zig Bee技术在智能家居应用中的优势和前景。本文以Zig Bee技术为基础设计了智能家居结构框架,并且描述了家居系统中每一层的功能,分析了数据在系统中的流程。

随后以S3C6410开发板为平台,Linux操作系统作为无线网关的嵌入式系统,其中Zig Bee模块选用TI公司的CC2530,根据Z-Stack 2007协议栈,在网络中设置相应的协调节点和终端节点,最终的协调节点通过串口发送到网关上,实现监控数据的更新,并且完成Android手机端的对网关的远程访问。

智能家居产品设计篇11

【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.

基于物联网的智能家居系统设计篇12

1 基于物联网的智能家居系统基本特点与设计思路

本文基于物联网的智能家居系统设计,较之物联网领域现有的家居系统,采用基于ARM9的嵌入式系统,以计算机技术为基础,依赖于TCP/IP传输协议,适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统[1];并充分利用现有的有关光照、温度、湿度和有毒气体检测数据采集的新型智能感知传感器,借助Zig Bee的自动组网功能,更方便数据的传输;同时应用网络访问技术、视频处理技术、语音识别技术使得智能家居系统的人机交互能力有了实质性的提高;该系统的远程人机交互已经不仅局限于短信报警等一些基于GSM/GPRS网络的短时通信,而是基于互联网通信集视、听、语音对话、远程操控于一体的全方位实时交互机制;由于系统充分利用互联网通信技术,网络安全自然是该系统的一个至关重要的环节,本文采用用户登录身份验证、数据加密等技术确保用户家居系统不被非法侵犯;智能网关设计应用Windows自带的IIS服务器,完成服务器配置,将为智能网关设计的ASP文件存入指定服务器文件路径C:inetpubwwwroot。

2 系统的基本架构

2.1 系统基本结构组成

系统包括通过电磁继电器与嵌入式微处理器相连接的智能家用电器部分,直接发送数据给MPU和与其直接相连的安全监测部分、智能感知部分、远程人机交互部分以及家庭网关,结合Zigbee网络通信技术、IP网络通信技术把智能安防、自动感知调控、远程视频监控以及远程控制融为一体,系统的基本架构如图1所示。智能家用电器部分的主要任务是提供舒适高效的家庭环境,如完成一些耗时的工作(室内温度提前调节、自动蒸煮);安全监测部分则与智能感知部分同时处理家庭安防以及室内感知任务,对移动物体的图像抓取及红外传感使得家庭安防更加可靠;远程人机交互部分借助家庭网关以及TCP/IP传输协议,使用户更加直接地掌控家居状态。

2.2 系统工作方式

着眼于家庭生活的舒适安全、高效节能,该智能家居系统借助无线局域网、Internet使嵌入式系统与底层检测设备连接,达到远程监测控制的效果。遵守TCP/IP网络传输协议,应用Zigbee自动组网简单易行,数据传输安全可靠,对网络安全做了具体处理的家庭网关满足用户安全访问的需求。家居中应用更加智能的传感器通过数据采集传输处理,来控制与之相连的家用电器,同时用户还可以通过访问家庭网关所在服务器进入控制平台手动操控用电器的开关,或者通过智能语音控制其工作或停止;视频采集可通过运动物体抓取实现自动报警功能,报警信息将通过网络直接以文字对话形式传送给用户PC;为了更好地满足用户对家居状态的了解,人机对话的网络平台还可以向用户提供存储于数据库中的当前各用电器状态以及其他室内信息;人机对话网络的控制平台、影像平台以及家居状态反馈平台三者结合,完成家居状态的检测与控制。当然,网络检测与控制是在用户身份通过网络验证并登录后才享有的权限,用户身份与登录密码是经加密后存入数据库的。出于安全考虑,一旦断电检测或者网络连接中断,所有处于工作状态的电器随之断电,防止完全失控下的意外事件发生;同时家居网络中硬件电路的过流保护,能够很好地防止各用电器故障而引起的安全隐患。各设备连接如图2所示。

3 智能家居系统的硬件组成

3.1 智能感知节点的硬件设计

智能感知节点包括图1的智能感知和智能电器部分,这两部分也就是该系统的主要前端设计。因功耗低、成本低、延时短、信息传输安全可靠以及工作频道可选,Zigbee网络通信技术长时间被研发人员采用。系统采用CC2530芯片实现Zigbee模块组网,并采用以其作为中心节点的星形网络拓扑结构,该结构适用于室内传输距离的小型网络,当然对于别墅或者居民区等一些传输距离相对较大的用户网络则可以采用簇状网络结构。系统采用星形结构,以控制器作为中心节点,各感知模块及家用电器作为分支,同中心节点连接。采用此种连接方式是以低功耗为前提,实现各感知模块的低延时通信,星形结构简单便于组网、管理与控制,达到用户对物联网络数据传输的可靠性与安全性的要求。智能感知终端节点主要包括终端节点的各种智能传感器、独立电源电路控制模块、电磁继电器以及智能家电,图3中除MPU均属于智能感知节点的硬件设计[2]。

3.2 系统的安全监测以及远程人机交互所需硬件设备

安全监测以及远程人机交互作为前端设计的一部分,视频采集元件自然是必备的,作为红外传感器的补充,应用图像传感器,结合图像处理的软件设计,该系统可以实现对于非法入侵的实时监测与报警。系统使用USB摄像头采集视频图像,经过TQ2440编解码处理,以及软件的运动物体抓取检测,实现安全监测。其中,考虑到ARM9对视频数据的处理能力,编码部分采用MPEG-4作为编码标准,支持网络数据安全可靠传输,同时也保证视频流传输具有相对较好的实时性,通常情况用户家庭网络要与外网联通,这样用户可以在任何地方通过网络身份验证后,经由网络访问实现与家庭网络的远程互联,以便监视与控制家庭内部环境,这样也就实现了智能家居系统的人机交互功能。工作流程如图4所示。

3.3 智能家居系统的智能网关设计硬件需求

作为该系统的核心环节,智能网关是实现系统监视与人工控制的关键部分。系统的正常工作要求网络畅通。当网络信号中断,系统软件自动切断所有工作电路的电源,避免系统在脱离监控下的完全自主控制。系统网络服务器应用基于Windows的Internet Information Services(IIS服务器),用户主机服务器完成IIS6.0的安装,并配置IIS服务器的ASP,将设计好的动态网页导入到服务器的默认地址C:inetpubwwwroot。用户可以通过互联网,在浏览器中输入属于自己家庭网络服务器的域名地址,浏览器默认访问服务器中对应的index.asp文件,也就是智能网关的入口文件。通过身份验证,用户可以开启智能家居的各个操作界面。

4 智能家居系统的软件实现

4.1 系统前端设计(传感单元与MPU连接机制)的实现

现代家居理念倡导低碳环保,要求在低能耗的条件下完成家居生活的智能化革命。本系统的传感单元采集、传输数据设计为周期工作,系统各传感元件状态可分为工作状态和休眠状态。进入工作时间或者MPU收到用户终端检测指令,传感终端节点被唤起,等待作为协调器节点的CC2530收集各节点数据,CC2530将采集来的数据通过无线网络传送给MPU(TQ2440),各传感节点的工作周期由MPU时钟控制。Zigbee网络的星形拓扑结构,包括传感节点、网络协调器和路由器,应用依据Zigbee协议栈的物理层、网络层源码,可以实现数据的采集与传输。使用ARM9内核版本ARM920T,采用更加节俭的多任务操作方式,即多线程控制[3]。将编写好的各电路部件的相关应用程序、驱动程序烧写到TQ2440内部。另外,用户PC访问的服务器与TQ2440的数据交互主要是通过对系统数据库的访问实现,系统前端与客户应用端能够访问数据库并读取数据、写入数据,如写入异常信号、读取异常信号,实现报警功能。传感单元与MPU数据交互连接机制流程如图5所示。

4.2 系统后台(WEB服务器、运动物体抓取以及语音交互实现)设计

4.2.1 系统网络服务器程序设计

完成IIS服务器安装与ASP配置进行用户远程网络控制平台的设计[4]。该平台主要包括网站首页所示的4部分:登录窗口、影像平台、控制平台、家居状态反馈平台(见图6)。

图中4个网页文件都是以.ASP形式存储[5],编写语言vbscript,应用Access数据库系统作为数据读写媒介,数据库中包含用户身份信息表、在线用户登记表以及家居状态记录表。用户登录页面需要用户名、密码以及验证码输入,用户信息提交通过身份验证方可进入家居操控其他平台,用户身份信息是经过MD5算法加密后存入数据库的用户身份信息表,有效地保证用户身份的安全,避免黑客直接盗用。当然如果用户没有成功登录就进行智能家居控制,系统会提示“请先登录,验证用户身份!”(如图7所示),起到阻止非法用户直接访问的作用。

影像平台则通过访问服务器间接访问ARM9视频信息,以流媒体形式,基本实现视频的实时下载观看。控制平台则是一些智能电器的控制开关,用户打开相关电器开关,实现家用电器的远程开启,提供无须等待的现代家居生活。家居状态反馈平台则是通过访问数据库中已经记录的家居相关数据,使用户更加具体地掌控家庭情况[6,7]。

4.2.2 运动物体抓取检测及语音交互实现

对于图像处理[8]的应用,根据运动物体的特征,家居监控的视频基本处于静止状态,即图像的帧间差别很小,运用运动估计算法可以轻松找到画面上某一位置的唯一变化,系统设定一个阈值,当运动估值块(16×16)的矢量变化超出阈值,MPU将发出入侵报警信号,从而实现图像处理方面的非法入侵检测,该检测可以弥补辅助传感元件对于入侵检测的不足。基于块的运动估计[9],图像处理算法是将视频序列的帧分成不同的处理宏块,对于当前帧的每一运动估值块在参考帧的某一给定搜索范围根据一定的块匹配准则找出与当前块最相似的块,即匹配块。匹配块与当前块的相对位移即为运动矢量,如果记录运动矢量过大,则判定非法入侵[10]。算法原理简单解释为

式中:MSE为均方误差(Mean Square Error);MAD为平均绝对误差(Mean Absolute Difference);CCF为交互相关函数(Cross Correlation Function);SAD为绝对误差和(Sum Absolute Difference);ft为当前帧;ft-1为参考帧;N为MB大小;(u,v)为搜寻中的坐标。

对于语音交互的实现功能主要是用户可以对计算机说话,达到控制家居状态的效果。对于智能语音交互实现,本系统采用微软的语音识别技术The Microsoft Speech API(SAPI)。SAPI包括两种识别方法:文本识别以及命令识别,它们的主要区别在于使用的识别比对对象不同。前者使用的是通用对象范畴,具有比对对象全面涵盖的特点,对象范畴由sdk提供,适用于没有预定目标的随机听写之类的应用,这种全面语音比对的方式必然导致语音识别准确度的大幅下降,识别速度与效率很低;后者的识别对象则需要开发人员根据用户需求自行编写,存储格式为xml。xml是一种标记语言,适用于Web传输,有其特定格式要求,用以定义sdk需要确定的一些标签和用以比对的词汇。根据本系统的应用需求,选择后者作为识别模式,在极少的比对对象中很容易匹配成功,语音识别迅速;同时因为候选比对项极少,所以一般不会识别错误。一般用来作为常用命令的识别,方便用户操作,代替选单命令等。本系统调用SAPI的Voice Commands API组件,该组件可以实现用户指令识别以及语音控制硬件系统。安装Microsoft Speech SDK5.1开发包,调用语音识别接口函数Isp Reco Context,它作为语音程序接收被请求的语音识别事件通知的媒介[11]。其中自定义字典的xml文件基本格式如下:

语音识别的基本程序过程如图8所示。

5 智能家居系统测试分析

该系统分别通过网络访问安全性测试,视频、语音检测准确度测试和数据采集、传输以及接收的硬件可靠性测试,基本实现系统各部的协同连接、可靠通信,能够满足用户对家居系统稳定、安全的要求。

系统的不同之处在于网络访问技术,通过浏览器访问家居系统后台服务器,结合智能网关的设计以及数据库访问技术的应用,系统已经基本实现了家居系统的互联网网络化,同时智能网关的网络安全设计,在一定程度上满足家庭网络系统的独立安全:系统用户注册信息(用户名、密码)经MD5加密后存储于家居系统服务器的Access数据库中。尽管MD5加密不可逆,但是由于该加密方式用户群体巨大,有一些解密网站数据库中存在大量MD5加密后用户数据,一旦用户信息被盗取,通过数据库比对技术,在一定程度上将导致黑客可以获取用户信息。MD5加密安全数据如表1所示。

根据数据分析,个人密码设置应尽量复杂,密码位数越多安全系数就越高,数字与字母的组合更能提高用户数据的安全性,另外经常更换无规律的密码就更安全。建议用户设置十一位以上的数字字母组合行密码,可以有效保证用户信息安全。当然面对日趋严重的网络安全挑战,智能家居系统的网关安全设置需要更进一步提高,从数据库安全技术上阻断黑客攻击。通过该系统的操作控制平台,用户可以在延迟低于30 ms的情况下进行指令发送与信息反馈。对于家庭用户要求,30 ms的延迟已经能够满足家居系统的通信速率。

视频检测系统对于运动物体(非法入侵)的检测采用运动补偿的简单操作,在保证检测准确度的条件下减少图像处理的计算,使得系统程序运行流畅。视频检测效果显著,检测准确度高达100%,同时借助程序设计实现非法入侵自动报警。视频检测结果如图9所示,图9a、图9b分别为固定摄像头采集的家居背景真彩图(原图为彩色)和二值图,图9c为非法入侵真彩图(原图为彩色),图9d是在二值化处理后检测到的非法入侵目标。当然,保证较准确的检测结果要求入侵对象运动速度在5 m/s以下,否则检测结果下降至50%。但是由于非法入侵检测还有硬件红外检测辅助,所以系统入侵检测报警可靠性始终能够保证在90%以上。

由于语音识别系统采用自定义字典,其中需要程序扫描配对识别的命令只有十几个,在相对安静的环境下,该系统的语音识别正确率为100%,通过系统识别后并能绝对准确地完成相应的高低电平发送,借助电磁继电器实现家电的智能语音控制。语音识别准确性测试结果如表2、表3所示。

根据汉语发音,在语音识别测试中短词组的识别效率普遍比长词组的识别效率高,另外,长词组之间有重复语音信号如“开”、“关”,可能形成语音识别干扰导致识别率下降。因此系统采用双层识别,首先识别设备名,如“空调”、“电饭煲”等,第二层识别操控指令,如“开启”、“关闭”,保证准确的语音识别效果。但是在过于嘈杂的环境下,该系统的语音抗干扰能力不够理想,以上检查结果均在相对安静的室内完成。去除系统这一弊端考虑在语音信号采集处改进滤波器的设计,通过处理得到相对单一的信号源。

各传感元件与MPU信息传递安全可靠,系统的工作周期为5 min,如烟雾传感器、有毒气体(CO)检测等,传感器能够周期性地向微处理器发送数据,此部分多应用商业提供的现成软硬件,信息采集、传输相对安全可靠。在监控摄像头的应用上存在一定的局限性,由于ARM9的处理能力有限,在MPEG-4编码过程中减少视频图像的数据量,减少每秒帧数,所以视频的流畅程度一般,基本能过满足用户对家庭环境的监控要求,另外视觉图像与实际情况存在约0.5 s的延迟。系统数据处理中心应用TQ2440ARM9处理器,其操作系统为Linux,这样该系统具有了较多的软硬件资源和可扩展接口,方便系统的维护与升级,也有助于再次开发,应用成熟的操作系统与处理器使得系统性能更加稳定可靠。

6 小结

当前智能家居系统作为现代传感网络以及物联网应用范畴,各种通信技术应用以及概念家居体验馆层出不穷,智能家居系统已成为常见的并逐渐成熟的现代生活理念。尽管如此,作为智能家居的应用研究,基于互联网的网络访问的访问成本、网络安全以及各信号数据传输的实时性、可靠性等方面仍需大力研究。

参考文献

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[2]景博,张劼,孙勇.智能网络传感器与无线传感器网络[M].北京:国防工业出版社,2011.

[3]李新荣,曲凤娟,谭浩强.ARM9嵌入式系统设计与应用[M].北京:清华大学出版社,2011.

[4]谢希仁.计算机网络[M].北京:电子工业出版社,2008.

[5]陈建伟,卫权岗,朱艳丽.ASP动态网站开发基础教程[M].4版.北京:清华大学出版社,2012.

[6]代勇,李伟,杨宏帅.Visual C++网络通信编程技术详解[M].北京:机械工业出版社,2011.

[7]杨恢东,唐勇彬.基于ARM11的嵌入式Web网络监控系统的设计[J].电视技术,2011,35(9):122-124.

[8]刘海波,沈晶,郭耸.Visual C++数字图像处理技术详解[M].北京:机械工业出版社,2010.

[9]端木春江.视频处理与编码中的运动估计技术[M].南京:南京大学出版社,2011.