物联网技术在智能家居中的应用

《物联网应用于实践》

课程报告

物联网技术在智能家居中的应用

学年学期 2015学年春季学期 专 业 电子信息科学与技术 学 号 03124XXXX 授课班号 03124XX XX 学生姓名 XXXXX 指导教师 XXX

摘要

随着网络技术的飞速发展及人们生活生活水平的提高，人们对于家庭居住环境提出了更高的要求，智能家居应运而生。智能家居是以住宅环境为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将生活有关的设施集成，构成高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。智能家居作为家庭信息化的实现方式，已成为社会信息化发展的重要组成部分，物联网因其巨大的应用前景，将是智能家居产业发展过程中一个比较现实的突破口，对智能家居产业的发展具有重大意义。

智能家居的关键技术主要有智能控制以及内部网络两个部分。智能控制可以是本地控制和远程控制。智能家居控制系统是以有线和无线的形式连接起来的信息传输网络为硬件平台，各种网络技术为软件支撑平台，通过现场总线把家庭生活中使用的通信设备、家居设备、家庭安全防范设备连接成一个完整的、能够实现自动控制的一个控制系统。通过这个控制系统将整个家庭中能够连接到网络是的所有电气设备有机的整合到一起，并对这些设备进行有效的控制，形成功能完善的智能家居系统。从人们对智能家居控制系统使用的实际需要出发，在对国内外以物联网技术发展为基础智能家居控制系统技术的发展和应用深入研究后，提出了一套基于物联网智能家居控制系统的解决方案。本文将详细介绍基于物联网的智能家居系统设计的过程。

关键词：智能家居；物联网

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目录

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绪论 .............................................................................................................. 1 1.1 1.2

课题设计内容概述............................................................................ 1 课题研究背景.................................................................................... 2 1.2.1 物联网成为战略性新兴产业 ..................................................... 2 1.2.2 物联网智能家居市场潜力 ......................................................... 3 1.2.3 物联网、三网融合、房地产调控多重政策推动中国智能家居产业发展 ..................................................................................................... 4

1.2.4 无线WiFi 技术、智能手机推动智能家居产品迅速发展 ...... 5 1.3 1.4 1.5

课题研究意义.................................................................................... 6 物联网智能家居与传统智能家居的区别........................................ 8 智能家居现状及发展趋势................................................................ 8 1.5.1 中国智能家居需求分析 ............................................................. 8 1.5.2 中国智能家居市场供给分析 ..................................................... 9 1.5.3 智能家居企业分类及现状分析 ............................................... 10

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系统总体设计 ............................................................................................ 12 2.1 2.2

系统功能需求.................................................................................. 12 系统设计模块.................................................................................. 12 2.2.1 无线WiFi 模块 ........................................................................ 12 2.2.2 WiFi 智能家居产品 .................................................................. 15 2.2.3 云服务器设计 ........................................................................... 15 2.2.4 手机应用程序设计 ................................................................... 15 2.3 3 4

总体框架设计.................................................................................. 16

系统实现 .................................................................................................... 18 总结 ............................................................................................................ 19

参考文献.............................................................................................................. 20

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1 绪论

近几年，物联网技术得到越来越多的应用，但关于物联网的定义到现在还没有一个统一的定义从字面上解释，物联网就是“物物相连的互联网”。可以这样理解：其一，物联网是在互联网基础之上的延伸和扩展的一种网络，物联网的核心和基础仍然是互联网；其二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。通过物联网把我们周围的一切物体联系到一起，社会变得更加智能，更加方便安全。

智能家居的概念早在上世纪 80 年代初就已经提出。以“住宅电子化”实现，到了80 年代末，逐步提出了\住宅智能化\，也就是现在所说的智能家居的原型。智能家居是一个以住宅为平台安装有智能家居系统的居住环境。它的研究与设计将优化人们的生活方式，帮助人们有效安排时间，增强家居生活的安全性、舒适性，甚至合理控制各种能源的使用。家居智能的基本目标是：将家庭中各种与信息相关的通信设备、家用电器和家庭安防装置通过家庭总线技术(HBS)连接到一个家庭智能化系统上进行集中或者异地的监视、控制和家庭事务性管理，并保持这些家庭设施与住宅环境的协调。

1.1 课题设计内容概述

智能家居是以住宅为平台，利用网络通信技术、互联网技术、计算机技术和智能终端，将家居生活有关的设施集成，并在后台设置云服务平台，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的智能控制和管理平台，实现人与物、家庭与家庭的互联互通，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，实现“以人为本”的全新家居生活体验，是集物联网、智能家居、互联网为一体的新型应用。

智能家居让人们轻松享受生活。出门在外，您可以通过手机、电脑来远程遥控您的家居各智能系统，例如在回家的路上提前打开家中的空调和热水器；到家开门时，通过手机的指纹识别、人脸识别、声纹识别等，系统会自动打开过道灯、打开电子门锁、安防撤防、开启家中的照明灯具和窗帘迎接您的归来；回到家里，可以使用手机作为遥控器，在沙发或卧室方便地控制房间内各种电器设备，通过

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智能化控制系统选择预设的灯光场景、调整窗帘、下载背景音乐；厨房配有视频对讲系统，可以一边做饭，一边接打视频电话或查看门口的来访者；在公司上班时，家里的情况可以显示在办公室的电脑或手机上，随时查看；安防系统具备拍照留影，家中无人时如果有来访者，系统会拍下照片发送给您。

世界首富、微软创始人比尔盖茨，从1990 年开始，花了七年时间，耗资6000 万美元，建造了一幢智能化豪宅，向世人展示未来的智能生活模式。比尔·盖茨在他的《未来之路》一书中以很大篇幅描绘他在华盛顿湖建造的私人豪宅。他描绘他的住宅是“由硅片和软件建成的”，并且要“采纳不断变化的尖端技术”。他的这个豪宅完全按照智能住宅的概念建造，不仅具备高速上网的专线，所有的门窗、灯具、电器都能够通过计算机控制，而且有一个高性能的服务器作为管理整个系统的后台。

随着物联网技术、移动互联网的技术革新，这种梦幻般的智能家居生活正逐步走进我们平民百姓的现实生活。

智能家居的时代已经来临。邦讯技术有限公司根据宏观的有利条件，自身的条件、能力和发展需要，启动智能家居建设项目，开发智能家居产品和平台。本

本课题主要建设内容为智能家居互联网应用平台及配套的包括智能家居通信模块系列产品的研发和生产、智能家居云端服务器的研发和服务。

本课题主要研发产品为4 个方向： 1. 智能家居互联网应用平台；

2. 通信模块、智能家居系列产品的研发和生产； 3. 智能家居云端服务器的研发和服务； 4. 智能手机家居控制应用程序。

1.2 课题研究背景

1.2.1 物联网成为战略性新兴产业

当前，党中央、国务院高度重视培育战略性、先导性的新兴产业。前国务院总理温家宝在十一届全国人大三次会议上政府工作报告时指出，要加快物联网的研发应用。

《物联网“十二五”发展规划》明确提出要拓宽物联网的应用需求，亟需采

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用包括物联网在内的新技术改造升级传统产业，提高社会管理、公共服务和家居生活智能化水平。物联网智能家居是指利用信息传感设备将家居生活有关的各种子系统有机地结合在一起，并与互联网连接起来，进行监控、管理信息交换和通讯，实现家居智能化。它提供的是一体化的家庭信息化解决方案，是物联网最广泛的一项应用。作为物联网重要的应用，智能家居涉及多个领域，也是信息产业中的一个重要组成部分。国家经贸委牵头成立了家庭信息网络技术委员会，信息网络技术体系研究及产品开发已作为国家技术创新重点专项计划。

《物联网“十二五”发展规划》提出，工信部将支持重点领域应用示范工程，具体包括智能工业、智能农业、智能物流、智能交通、智能电网、智能环保、智能安防、智能医疗与智能家居九大领域。

1.2.2 物联网智能家居市场潜力

在城镇化、小区化、智能化的趋势下，物联网智能家居市场潜力巨大。 目前，与发达国家相比，我国的城镇化比例依然较低，我国的城镇化率依然有上升空间。“十二五”时期，我国积极推进城镇化进程，引导人口合理有序流动，进一步加强城市基础设施建设，提升城市综合承载能力，城镇化水平进一步提高，2012 年，我国城镇人口为71182 万人，城镇人口比重达到52.6%。

这些新增的城镇人口或家庭将逐步向目前的城镇水平靠拢，从而带来巨大的潜在智能家居需求。随着社会的进步和科技的发展，人们对生活以及居住环境的要求也相应提高。

智能家居所带来的全新生活方式顺应了社会发展的需要，中国正迎来一个“智慧城市”、“智慧社区”建设与发展的热潮。中国首个物联网智慧社区——金桥碧云智慧社区的建设意味着物联网已经从一个概念正走入我们的生活。智能家居作为一套科技含量高的家庭生活产品，国内不少城市的中高端楼盘，都配套开发智能化家居。

智能家居行业在中国乃至全世界都有广阔的前景，是一个朝阳的行业，就目前的发展趋势分析，预计在今后的几年内全世界将有近亿的家庭构建智能、舒适、高效的家居生活。智能家居作为物联网最广泛的应用，而且“智慧城市”被列入“十二五”规划中一项重要内容，因此智能家居不管是在物联网的大潮下、还是在智

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慧城市的建设中都有着广阔的前景，蕴含着巨大的市场潜力。

1.2.3 物联网、三网融合、房地产调控多重政策推动中国智能家居产业发展

根据IDC（Internet Data Center，即互联网数据中心）对智能家居市场的研究，随着ICT（信息通信技术）整体水平的发展，尤其是基于通信技术的M2M 产业发展和国家三网融合政策的落实，以智能家居为代表的家庭消费市场将成为先锋，智能家居产业格局已由以往单一的家居企业竞争逐渐演变为跨行业、跨区域、多融合的市场竞争格局。

图表 1：中国智能家居市场格局划分

近些年受宏观政策调控的影响，房地产销量有所下降，但是智能家居市场中依然机遇与挑战并存。楼市调控政策的进一步落实将迫使地产商走精品路线、进行差异化营销，智能家居显然是最大的卖点，这对智能家居行业的发展将起到积极的作用。

IDC 研究表明，信息通信技术整体能力的提升、国家层面的政策支持与推动，必将为智能家居的发展带来一场变革，体现在以下方面：

? 网络层面：智能家电设备借鉴无线传感器网络的研究和应用成果，通过

蓝牙、WLAN、Zigbee、家庭网关等作为家庭局域网的无线宽带接入手段融入3G/4G 网络，构成智能家居服务泛在化的网络基础。

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? 产业整合：移动运营商通过制定标准协议、终端入网等措施，对M2M 产

业进行规范，以降低行业准入门槛。

? 应用融合：信息通信技术，尤其是M2M 技术使得跨应用乃至跨行业的

机器终端之间实现联网。

? 开放的业务环境：运营商或者合作运营的服务提供商将会为用户生成个

性化的业务逻辑，甚至将业务开发环境开放给产业合作者与用户自身。

1.2.4 无线WiFi 技术、智能手机推动智能家居产品迅速发展

近年来物联网在多个领域取得了突飞猛进的进展，已不再是触不可及的空中楼阁，而是实实在在的产生了巨大的经济效益。

在智能家电领域，家电厂商早已把各种通信技术如Ethernent、PLC（电力线载波通信技术）、WiFi、Bluetooth、Zigbee 等应用到他们的家电产品中，例如现在市场上的黑色家电市场，大部分的家电厂商都推出了智能电视机，每一台智能电视机都运行着智能操作系统（如Android），同时还提供以太网和WiFi 等多种连接接口。同时，许多家电厂商们都不遗余力的在把他们的白色家电也变得智能化，通过WiFi、Bluetooth、Zigbee 等技术将他们连上互联网从而实现远程控制等功能。

在各种通信方式中，无线技术正在逐渐成为智能家居信息通信的主流。这点毫无疑问，随着时间的推移，无线技术的性能将会变得越来越完善，而它的应用也将会变得越来越简单、易用。通过家居无线网络，不用通过任何的“线”连接，在一个可以自由移动的空间内，人们就可以随意地控制家居环境中的设备并进行日常生活。新一代的无线智能家居网络，将以无需布线、使用自由，建立起人们对无线家居设备的全新体验和享受。它组网灵活，成本低廉，消除了开槽、穿墙等繁琐的工作程序，总体费用低；移动性强、扩张性强，可摆脱“线”的限制，在设定的覆盖范围内，用户可轻松接入到家居设备网络系统。

总体而言，无线家居网络具有以下几点优势特征：

? 环境感知网络：它具有对外部环境和物体的感知能力，是成功实现未来

智能化家居生活物与物、人与物之间的信息交互的关键，并把感知信息接入骨干的感知网络，是未来物联网智能家居环境的神经末梢。

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? 无线自组织网络：它能实现无线短距离通信传输，感知信息通过自组织

联网实现信息传输。无线自组织网络具有自主管理、自主修复的能力。 ? 性价比高：无线家居网络移动灵活、扩张性强，免拆卸，此外，它还具

有低成本，低功耗的特点，符合低碳生活的绿色家居概念。

在WiFi、Zigbee、Bluetooth、红外线等无线连接技术中，WiFi 凭借其技术成熟、带宽高、使用普及、成本低等优势，将迅速应用到智能家居领域，并推动智能家居产业发展。目前无论是国内的海尔、格力和国外的三星、LG、松下、GE 等，都把WiFi 作为他们的白色家电连接主要技术选择。

WiFi 俗称无线宽带,是一种短程无线传输技术，能够在数百米范围内支持互联网接入的无线电信号。随着技术的发展，出现了IEEE802.11a/b/g 及IEEE802.11n 等标准，现在IEEE802.11 这个标准已被统称作WiFi。WiFi 技术突出的优势在于：其一，无线电波的覆盖范围广，半径则可达100 米，可覆盖整个家居；其二，传输速度非常快，可以达到11-54mbps，符合未来智能家居集成信息、语音、图片、视频等功能的需求；其三，家庭普通率高，家里不需部署另外的通信网关就可以让家居设备进行通信、上网；其四，手机、PAD 等智能设备都标配有WiFi 接口，可以在家里直接连接、控制家居设备。

由于智能手机功能越来越丰富，指纹识别、人脸识别、手势控制、语音控制等等功能，应用在智能家居的控制上，将大大改善对智能家居的用户体验，从而推动智能家居普及。

从网络、终端，还是整个系统来看，WiFi 网络和智能手机控制的智能家居系统的优势都明显超越了其他方式，可以说WiFi 技术和智能手机走在智能家居产业最前沿的家族新成员。随着WiFi 低功耗技术的成熟与发展，它必然成为智能家居主要技术。在未来的几年内，智能家居系统中，WiFi 的网络将越来越普及，WiFi 的设备将越来越多，WiFi 的应用将越来越丰富。

1.3 课题研究意义

随着社会经济结构、家庭人口结构以及信息技术的发展变化，人们对家居环境的安全性、舒适性、效率性、透明性提出了更高的要求。同时越来越多的家庭要求家居产品不仅要具备简单的智能，更要求整个系统在功能扩展、外延以及服

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务方面能够做到简单、方便、轻松、安全。很显然，我们的家居生活需要改变。建筑技术、现代控制技术、计算机技术、信息与通信技术的不断发展成熟，智能家居正慢慢的走进我们的生活。

物联网智能家居，让你无论你身处何地，都可以及时洞悉家中的风吹草动，它可以将你的风险降到最低，舒适升到最佳，效率达到最优。从此不必担心外出后忘记了关灯，关门，不用担心浪费能源和时间，也不必担心室内空气污浊，更不必担心陌生的闯入者，你尽可以享受高质量的生活，一切，由物联网智能家居系统为您守候。

智能家居就是以家庭为中心，建立一个实时，高效的控制网络。在家居控制中为每个控制节点提供了安全、可靠的通道，在家居网络控制系统的实时控制之下，通过软件及硬件相应的执行机制，对所有连接到智能家居网络上的各种设备实现监测和控制。智能家居需要网络的帮助下，形成与外界的沟通渠道，以实现与外界的智能家居电器的信息交互。从而满足用户对家居实行远程监控，对对家用电器远程控制和状态查询，满足人们对安全，舒适，便利的生活需求。的事情，我们满足了智能家居，家电和检测设备，内置无线传输模块，实现了三维空间数据传输的上述要求，互联网的出现，并减少因线缆布局的干扰。添加新的无线设备布局，降低系统维护成本和升级。

与通信及子节点效率的定位是网络应用程序支持的一项重要技术。要找到节点和控制设备和监控是物联网是一个关键的众多应用。智能家居控制系统，实现单一控制节点的智能家居跟踪分析性能的操作过程中，应先了解发送到命令或从那里上传监测数据。获取监控设备的位置和实时信息，让每个监控设备的实时控制非同寻常的意义，实现了智能家居控制系统。基于物联网无线通信的控制模式智能家居控制系统，该系统无需布线，操作简单，并提供了可靠的保证为人们实现智能家居：在嵌入式系统中实现软，硬件系统智能家居的切割和延伸，它提供了一种有效的解决方案，为人们实现家居方便，舒适，网络生活。

物联网的出现满足了我们对智能家居的上述要求，通过在家电和各探测设备内置无线传输模块，实现了数据的三维空间传输，减少了有线布局带来的各种干扰。无线布局便于新设备的添加，降低了系统维护、升级优化的成本。

基于物联网的智能家居控制系统以无线通讯作为控制方式，由于系统无须布

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线操作简单，为人们实现家居的智能化提供了可靠的保障：以嵌入式系统来实现智能家居系统软、硬件的裁剪以及扩展，为人们实现家居便捷的、舒适的、网络化的生活提供了有效的解决方案。

1.4 物联网智能家居与传统智能家居的区别

传统意义上一般都认为智能家居是带来生活品质的提升，其实物联网型智能家居正在改变这些观点，最显著的变化就是实用、方便、易整合。每一个家庭中都存在着各种电器，不管是号称智能的冰箱、空调还是传统的电灯、电视一直以来由于标准不一都是独立工作的，从系统的角度来看，他们都是零碎的、混乱的、无序的，并不是一个有机的、可组织的整体，作为家庭的主人面对这些杂乱无章的电器其消耗的时间成本、管理成本、控制成本通常都是很高的并且是非必要的。

无线物联网技术的出现，给传统的智能电器、智能家居带来了新的产业机会，通过它可以将家中的各种电器通过无线方式非常方便地有机组织起来，形成一个完整的系统，从而可以实现无缝感知并完整管理。这种以前无法想象并深具挑战性的应用今天一旦使用无线物联网技术连接就会变得轻松、方便并且非常有趣。这些应用并不仅仅是生活品质的提高，更大程度上可以看作是现代家庭的一种最基本需求。相比物联网智能家居，传统的智能家居不易扩展，灵活性低，兼容性差，升级成本昂贵，维护成本高。

1.5 智能家居现状及发展趋势

1.5.1 中国智能家居需求分析

中国经济经过 30 年的高速发展，居民的生活水平和消费能力有了很大提高，新需求的增长以及信息化对人们传统生活的改变，让许多人尤其是先富起来的一部分人，对智能家居的需求日益强烈。由此，智能化小区建设近年来也是如火如荼，“智能家居”更是被炒得炙手可热。

在2012 年9 月举办的中国物联网大会上，作为物联网的热点应用行业—— 智能家居备受关注。其在近两年发展比较迅速，并有望成为房地产市场低迷时期开发商突围的新方向。

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近几年智能家居市场十分火热，产品供不应求，全国总体求购指数呈爆炸式增长。智能家居产品在防盗报警和楼宇控制等领域使用得比较多；从用户角度来看，家居控制、家居环境、娱乐的市场需求较为迫切。

目前，投向智能建筑工程领域的投资额约占我国建筑总投资额的5%-10%，我国每年约新建智能建筑4000 亿平方米，有上市企业约20 余家。房企成行业发展主要拉动者。目前，精装修已成为房地产行业的发展大趋势，但精装修的理念和标准在不断更新。仅是精装修无法满足人们对于家居舒适化的需求，业主还需要配套的智能化产品。

智能家居利用信息通信技术，使家居装修往数字化、网络化、集成化的方向发展，这个过程结合了三网融合、物联网、3G/4G 移动通信等各种技术，体现出居住环境的人性化、生活化、简单化等特点，为居住用户提供便捷服务，牢牢抓住了人们追求高品质、高智能生活的心理。因此，智能家居已成为房地产企业提升品质的砝码之一。智能家居作为精装修更高标准的一个体现，也已经成为房地产发展的趋势。

1.5.2 中国智能家居市场供给分析

我国的智能家居起步较晚，尚未形成一定的国家标准，但国内专业智能家居厂家的数量正在快速增长。这些厂家中有的是独立开发，有些是引入国外技术在国内生产和集成。比较知名的产品有海尔U-Home、清华同方的e-Home 数字家园、科龙的“现代家居信息服务集散控制系统”、Enjoysmart 易居家庭自动化系统，引进新加坡技术的Treasureway 宝路家庭智能化系统等。目前国内自主研发的智能家居系统还不是很多，主要市场是智能家居安防系统。

目前，智能家居行业中的系统集成、远程控制等技术不断发展、成熟，相关产品也应运而生。以前的很多概念都一一落实，不稳定的运行系统也逐渐趋于稳定。技术水平和产品质量不断提升，为智能家居行业的全面发展提供了先决条件。由于技术门槛不断降低，这个行业吸引了大量厂商的目光。在广东、福建等地涌现出一大批生产智能灯控、智能窗帘、电器远程控制、周界及室内防盗报警等智能家居子系统的小企业。这些企业的入场，不仅拉低了整个市场的价格，而且给市场带来了巨大活力，客观上推动了行业的发展。

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1.5.3 智能家居企业分类及现状分析

近年来，每年都会出现十几个的智能家居产品品牌。到目前为止，已出现了了一百种品牌。正是对市场未来前景的美好憧憬，使得不断有人、财、物前仆后继地投入行业其中。总体来说，从企业的发源来看，智能家居企业大致可以分为以下几种类型：

（1）有技术背景，或具备相关知识产权的企业

毕竟智能家居相关产品的技术含量相对较高，有技术背景的企业较为典型，尤其是在某个技术领域有相关知识产权的企业，如PLC、KNX、Zigbee、或者私有接口协议等技术，这类企业大多由技术人员主创，但相对来说生命力最为薄弱，主要原因有：

? 忽视市场：没有很好的市场推广，大多数技术型企业一味地追求自己的

掌握的技术，却忽略了当今时代技术出现与市场普及还有一定的时间距离；

? 过分专注：只专注甚至夸大自己的某项技术成果，而忽视了物联网产业

以共存共通为宗旨的开放趋势；

? 忽略设计：产品外形设计显得相对粗陋，毕竟这属于电子消费品的范畴。 现如今，美国苹果公司等品牌让消费者对电子产品的外形越来越挑剔，迎合消费者需求是趋势。

所以，从生存状态来说，因为这些种种原因，以某项技术背景而创业的企业特别容易夭折，有些甚至投入不小但甚至连产品尚无完整发布便无疾而终；当然，在这类企业之中，也有获得资本亲睐或政策款待等支持而轻松存活的，但这绝对是少数，而且从长期来说也面临包含上述几点在内的各种挑战。

（2）有制造背景，具备产品开发能力的企业

中国是世界的加工厂，电子产业尤其如此，大家熟知的苹果产品几乎都由台湾人领导的大陆厂商代工生产。而智能家居的产品也是如此，许多世界级智能家居品牌的产品也是大陆厂商代工生产。这是产业发展的一个方式，先帮助掌握高端科技、产品工艺的外国厂商代工生产，掌握产品技术，再自行开发产品，从代工开始切入相应市场，就像曾经的日本亦是西方国家的电子制造工厂，但现如今产生了许多知名的世界品牌。国内亦有一些企业在为世界品牌提供代工（OEM）、

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甚至提供设计（ODM）等，在此经验基础上，积累到了产品开发和生产制造的经验，基于此，他们努力开拓，找到适合中国市场的产品定位之后，创立智能家居品牌在国内进行市场推广。基于相对成熟的技术和稳定的质量，在国内市场上还是得到了一定的认可，甚至自主品牌亦能走出国门，挺进世界市场。

（3）从相关产业转型而来的智能家居企业

因为智能家居产业涉及面较广，这也令许多有所涉及的传统企业不断地得到关注，所以由相关产业转型进入智能家居产业的企业为数众多，并且多数是较为知名的大中企业，他们有条件有能力投入大量的人力物力于智能家居产品的系统设计和产品开发，甚至厂商间结盟合作，共同建立通讯规范等技术协议，典型的有这样几类涉足智能家居产业的传统企业：

? IT 企业：计算机、通讯产品、消费电子等行业 ? 家电企业：空调、冰箱、洗衣机等行业

? 智能建筑企业：BA、安防、照明、会议系统等行业 ? 系统集成企业：弱电、智能化系统集成等相关行业

甚至连一些地产业或电商也会参与其中。这些企业有个典型的特征就是：有资本有资源。即便投入巨资推出的产品在短期内没有太大的市场也没关系，无非就当作做品牌推广罢了，这类企业往往是较为成熟的企业，智能家居概念虽然诱人，但在市场规模未形成之前，他们绝不会立刻将此作为主业，只是无关痛痒的试水之作而已。

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2 系统总体设计

2.1 系统功能需求

自动化技术和信息技术的发展，推动了智能家居的不断发展。也不断改变人们的工作和生活，人们对生活质量提高需求日渐加大。目前市场上的智能家居控制系统已经有一个比较完整的体系和功能。基于消费者对智能家居的需求，主要功能应包括家用设备控制，智能灯光控制，安防报警，门禁，红外线监控，远程服务。随着智能家居行业的发展，更多的新东西会逐渐成为智能家居控制系统的重要组成部分。智能家居控制系统，改变了人们的生活方式，使人们的生活质量发生了巨大变化，让人们享受了新奇，好玩，时尚的生活。智能家居从人们认识到慢慢接受到需要，未来人们的生活或许离不开智能家居。智能家居控制系统会将不同的家庭智能设备连接在一起，通过各种总线技术，构建成一个功能齐全，安全可靠，聪明绝顶的现代化智能系统。它可以调动人的主观能动性，促进人与生活环境之间的协调，使人们更自由地向往能够控制生活环境。从消费者的角度出发，智能家居控制系统应具备多种类型的家用设备互联的控制功能，各种远程监控系统功能，可靠的系统报警功能以及和谐的互动功能。

2.2 系统设计模块

2.2.1 无线WiFi 模块

针对智能家居不同的应用场景，研发高低两档次无线WiFi 模块。无线WiFi 模块要求具有低功耗的特性，从技术标准上支持802.11a/b/g/n，同时支持2.4G 及5G。接口上支持SPI、UART、I2S、I2C、GPIO、USB、SDIO 等。前期主要采用高通公司的AR9331 芯片做为基础，研发高档无线WiFi 模块，主要面对功能强大的智能家居产品；同时采用高通公司的QCA4004 作为基础，研发低档无线WiFi 模块，主要面对生产量大、价格敏感的智能家居产品。

无线WiFi 模块的典型应用场景如下：

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图表 3：串口转WiFi 单芯片解决方案

图表4：电池供电WiFi 单芯片解决方案

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图表5：与MCU 搭配无线解决方案

我们开发统一的WiFi 软件应用平台，无论是高档的无线WiFi 模块还是低档的无线模块，都采用统一的上层软件应用，同时要求该软件平台可以针对不同的应用场景做裁剪。

WiFi 软件平台技术特性如下：

? 支持多种操作系统如：Linux，Threadx，eCos 等。

? 支持多种管理协议如：SNMP，TR069，UPNP，Alljoyn，ONVIF 等。 ? 支持多种管理接口如：HTTP，CLI，Telnet，SSH 等。 ? 支持 IPv4/IPv6 两种协议栈共存。 ? 支持 SSL，防火墙等安全相关功能。

WiFi 软件平台技术系统架构如下：

图表6：无线模块软件系统架构

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2.2.2 WiFi 智能家居产品

基于上述无线WiFi 模块的软硬件研发成果为基础，研发系列有市场、附件值高的智能家居产品，如家居无线WiFi 摄像头、无线WiFi 电源插座、无线玩具、无线音箱等。

图表7：无线WiFi 系列产品

2.2.3 云服务器设计

基于云计算互联网络，把家庭日常生活中的物品联系起来，并方便用户通过手持终端随时随地进行控制和监测，满足绿色生活品质要求。

云服务器研发主要功能如下： ? 支持远程控制监测远端设备。

? 支持社区及博客功能，用户可相互交流和发布使用心得。 ? 支持后台管理功能，处理和监测异常信息。 ? 支持数据分析统计挖掘功能。

? 支持文字、语音、图片、视频即时通讯功能。 ? 设计完善友好的 API 以便将来将该平台开放。

2.2.4 手机应用程序设计

开发基于Android、IOS、WIN8 智能手机平台的应用控制软件，用来控制WiFi终端设备。

手机控制应用程序主要功能如下： ? 支持本地设备发现、控制、监测。

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? 支持远程设备发现、控制、监测。 ? 支持博客及社区功能。 ? 支持即时通讯功能。

? 提供方便友好的 API 接口，便于将来将该平台开放。

2.3 总体框架设计

对于计算机以及各种家用电器等的控制，用户往往采用分散控制、分散管理的方式。它的缺点在于各种电器不能联网，用户不能统一进行控制。基于这种情况，本文提出了一种利用多接口将家中所有电器设备统一联网、集中控制的设想，以及利用一个智能控制终端实现整体控制。智能家居控制终端设备可以由以下几部分集成：常见的家用电器。智能控制终端提供多个接口给家用电器，并能为设备接入自动分配一个唯一的 ID，保证即插即用，实现设备的集中控制。例如家用电器的开启和关闭，设备的功能设置，查看设备状态等。安防设备。智能控制终端与家庭安全监控设备相连，报警信息通过控制终端反馈给用户，用户通过控制终端可以随时查看家里的状态。

家用医疗设备。控制终端设有专门统一的外部接口与家用医疗设备相连，可实现远程医疗会诊，病人监控等功能。如图表8 所示为物联网智能家居终端的结构框图。

图表8：智能家居控制终端结构框图

各种设备的接口部分。普通家用电器，安防设备和家用医疗设备通过 RS-485

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总线进行互联，并为每个电气设备都分配了一个唯一的访问 ID 号实现设备集中控制。

远程监控部分。用户可以通过互联网和 GPRS 网络远程监控。凡家庭各种报警信息都可以通过 GPRS 以短消息或彩信形式发送给用户，让用户及时了解家里设备的运行状态，保证用户财产安全。

人机交互部分。包括遥控部分、显示部分、语音提示部分和时钟部分。通过和谐的人机交互设计，可以让用户充分体验到现代家庭智能化给生活带来的各种便利。

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3 系统实现

在大量调研和技术准备后，经过以几个阶段完成了对智能家居控制系统的设计。

1. 在OrCAD16.3上进行电路设计及仿真； 2. 在PowerPCB5.0 上进行PCB 设计仿真； 3. 在Agilen ADS2009 上进行射频电路仿真； 4. 在PRO/E 5.0上进行结构设计；

5. 使用C语言在KEIL软件环境中对软件设计中各个中断和任务的调试，

主要是对RS-485 总线的通信模块的串口数据调试，对GPRS无线模块的串口数据调试；

6. 对远程控制进行调试和测试，有以太网远程控制和短消息控制，远程报

警的测试。

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4 总结

本文通过对物联网智能家居市场考察，结合行业发展趋势进行综合分析，充 分考虑大众需求，研究和分析智能家居设备的控制技术，主要研究工作有以下几个方面：

? 对物联网和智能家居的发展历史，智能家居的发展现状进行了深入细致

地研究，通过对大量相关资料的研读，结合用户实际需求，提出本文的研究方向。总结提炼出系统想要实现的功能，设计研发的整体思路，整理出开发的设计方案。

? 通过大量阅读理论材料和技术文档，熟悉基于物联网的智能家居控制系

统开发技术，掌握RS‐485控制技术和GPRS无线通信技术，以及远程监控技术的工作原理等。对相关技术进行总结、对比，找到它们之间的联系、技术的优势和不足，实现的方法和可行性。进一步熟悉嵌入式开发的流程，同时制定出开发计划。

? 根据需求分析对组成控制系统的硬件进行选型，以降低成本。按照硬件

的电气特性和系统要实现的功能完成系统的硬件电路设计和调试。同时完成了系统的软件控制部分的开发，基本实现了设计方案中提出的开发目标。

? 对开发出的控制系统进行运行和测试，并对出现的问题进行分析和解决。

在此过程对智能家居控制系统的研发有了深刻的认识。

本文开发的控制系统还没有形成产品，只是一个模型机，研发技术还有待于进一步的提高，设计工艺上还需要进一步改进。因此，需要结合物联网的最新技术发展，把控制系统的研究继续进入下去。尤其是在3G和4G网络技术不断发展和成熟的今天，如何将这些技术应用到智能家居控制系统上来，提高系统的高应用性和高可用性，使之能更好地为人们的家居生活提供便利，是需要我们继续深入研究的。

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参考文献

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homeauto

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/2v77.html