技术背景智能家居已经成为物联网领域不可或缺的组成部分。从外向内说，智能安保、智能照明、智能空调、智能窗户、智能健身、智能厨房、智能浴室、智能洗衣、智能储衣柜、智能娱乐、智能理财……，以上众多的智能智能传感及控制单元，组成了一个基本的智能家居系统，所有这些也自动形成了一个家庭社交网络。智能家居是利用先进的计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术、依照人体工程学原理，融合个性需求，将与家居生活有关的各个子系统如安防、灯光控制、窗帘控制、煤气阀控制、信息家电、场景联动、地板采暖等有机地结合在一起，通过网络化综合智能控制和管理，实现“以人为本”的全新家居生活体验。智能家居系统让您轻松享受生活。出门在外，您可以通过电话、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，借助门磁或红外传感器，系统会自动打开过道灯，同时打开电子门锁，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，使用遥控器您可以方便地控制房间内各种电器设备，可以通过智能化照明系统选择预设的灯光场景，读书时营造书房舒适的安静；卧室里营造浪漫的灯光氛围……这一切，主人都可以安坐在沙发上从容操作，一个控制器可以遥控家里的一切，比如拉窗帘，给浴池放水并自动加热调节水温，调整窗帘、灯光、音响的状态；厨房配有可视电话，您可以一边做饭，一边接打电话或查看门口的来访者；在公司上班时，家里的情况还可以显示在办公室的电脑或手机上，随时查看；门口机具有拍照留影功能，家中无人时如果有来访者，系统会拍下照片供您回来查询。智能家居中信息的传输主要有有线传输和无线传输2种.有线传输由于存在布线复杂、可扩展性差、标准不统一等缺点,因此,采用无线方式进行通信是当前智能家居研究的重点.。相对于有线网，无线网络不仅接入灵活、操作方便而且符合家庭网络的通讯特点，其应用必将大大促进家庭网络智能化的进程。目前实现组建智能家居网络的技术括蓝牙、WiFi、以及极具发展潜力的ZigBee。ZigBee技术是近几年发展起来的一种短距离无线通信技术，综合应用在控制和监控场合的无线通信方式。它使用2.4GHz波段，采用跳频和扩频技术。鉴于ZigBee技术的低成本、低功耗、低速率、易于开发等优点,的特点，其必将是最符合智能家居控制的无线通信方式。Zigbee技术的特点ZigBee技术则致力于提供一种廉价的固定、便携或者移动设各使用的极低复杂度、成本和功耗的低速率无线通信技术。这种无线通信技术具有如下特点：系统的组成ZigBee技术主要用于近距离无线连接.其协议架构是建立在IEEE802.15.4标准基础之上的.IEEE802.15.4标准仅定义了ZigBee的媒体访问控制层(MAC)和物理层(PHY),而ZigBee联盟则定义了ZigBee协议的网络层协议(NetworkLayer,NWK)、API以及安全层,其中应用层包括应用支持子层(ApplicationSupportSubLayer,APS),应用架构(ApplicationFramework,AF)如图所示Zigbee协议栈架构ZigBee协议栈是基于开放互连标准OSI七层模型，但根据实际的需要只定义了其中的部分功能。IEEE802.15.4-2003标准定义了最低两层：物理层PHY和媒体接入控制层MACC，ZigBee联盟在此基础上定义了应用层APL和网络层NWK。Zigbee应用层包括应用支持子层APS、应用层框架AF和ZigBee设备对象ZDO（包括ZDO ManagementPlane）及制造商定义的应用对象。应用支持子层APS负责维护绑定表和在两个绑定实体间传递信息。ZDO负责定义设备节点的功能角色，初始或响应绑定请求及建立网络设备间安全关系，还负责网络设备的发现，决定提供何种应用服务。ZigBee网络层实现的网络机制包括网络的建立和网络节点地址的分配，网络节点加入或离开网络，并负责建立和维护路由，发送接收数据帧，对数据帧进行加密和解密。Zigbee协议栈智能家居网络主要包括外部网、家庭网关和内部网.外部网可以是因特网或小区局域网;内部网是家庭内部家电设备互联的局域网;家庭网关则是连接外部网和内部网的部分,以协议转换方式完成外部网和内部网的数据交换。智能家居系统以家庭为单位进行设计,每个单位都拥有一个独立的协调器、多个无线通讯ZigBee节点模块。在协调器和每个子节点上都接有一个ZigBee无线通信收发模块,数据通过这些模块在协调器和子节点之间进行传送。系统组成如下图所示:系统的设计ZigBee家庭无线网络是智能家居系统中最重要的部分,主要负责监控家庭中的各种信息,采集相关数据,并将内部处理过的数据存储到家庭网关中.终端节点由传感器和ZigBee模块构成,负责监控信息和采集数据;协调器节点创建和管理网络,收集数据和传输来自家庭网关的命令,由一个ZigBee模块充当.终端节点和协调器节点共同构成了内部网的ZigBee无线网络部分。在一个ZigBee网络中,网络的拓扑结构主要有星型、网状网和混合型.网状网具有强大的功能,可以通过”多级跳”的方式来通信.网络还具备自组织、自愈功能,结构也最为复杂;星型网络具有简洁和低功耗等特点,使用简单,适用于家庭的小规模点对点、距离相对较近、低复杂度的应用;混合网络则介于两者之间.在智能家居中,采用星型网络,在满足需求的前提下,具有最高的性价比。根据ZigBee协议规定,一个ZigBee网络必须包括一个全功能节点作为协调器(coordinator),以建立、管理和维护网络.在智能家居网络中.由于采用星型拓扑结构,通信距离短,各个ZigBee终端不需通过路由器节点(router)就可直接与协调器进行通信。CC2530芯片组网的软件流程图如图所示，在智能家居内部ZigBee无线网络中，首先协调器进行初始化，然后协调器选择一个称为PAN ID 的标识号码，接着启动网络，所有的设备备接入CSMA-CA机制的协调器。当协调器收到数据时，首先判断是新节点加入网络的请求还是设备节点的控制请求:如果是新节点加入网络的请求则分配网络地址并绑定节点;如果是控制请求，则调用控制请求处理函数处理数据。数据处理完毕，协调器返回等待请求监听状态。采用TI公司推出的CC2530芯片来实现ZigBee通信。ZigBee新一代SOC芯片CC2530是真正的片上系统解决方案，支持IEEE802.15.4标准/ZigBee/ZigBeeRF4CE和能源的应用。拥有庞大的快闪记忆体多达256个字节，CC2530是理想ZigBee专业应用。支持新RemoTI的ZigBeeRF4CE ，这是业界首款符合ZigBeeRF4CE兼容的协议栈，和更大内存大小将允许芯片无线下载，支持系统编程。此外，CC2530结合了一个完全集成的，高性能的RF收发器与一个8051微处理器，8kB的RAM ，32/64/128/256 KB闪存，以及其他强大的支持功能和外设。CC2530提供了101dB的链路质量，优秀的接收器灵敏度和健壮的抗干扰性，四种供电模式，多种闪存尺寸，以及一套广泛的外设集——包括2个USART、12位ADC和21个通用GPIO，以及更多。除了通过优秀的RF性能、选择性和业界标准增强8051MCU内核，支持一般的低功耗无线通信，CC2530还可以配备TI的一个标准兼容或专有的网络协议栈（RemoTI,Z-Stack,或SimpliciTI）来简化开发，使你更快的获得市场。由于TI公司开放了其针对CC2530的ZigBee协议栈,因此,要实现上述功能,需要设计各个节点的应用层软件.协调器节点和终端节点的程序流程图如下所示：智能家居各个方向的智能智能家居从外向内说，可以分成智能安保、智能照明、智能空调、智能窗户、智能健身、智能厨房、智能浴室、智能洗衣、智能储衣柜、智能娱乐、智能理财……，各个部分的具体智能化的体现，部分内容描述如下所示。一、遥控控制您可以使用遥控器来控制家中灯光，热水器，电动窗帘，饮水机，空调等设备的开启和关闭；通过这支遥控器的显示屏可以在一楼（或客厅）来查询并显示出二楼（或卧室）灯光电器的开启关闭状态；同时这支遥控器还可以控制家中的红外电器诸如：电视，DVD ，音响等红外电器设备――万能遥控器。二、电话远程控制高加密（电话识别）多功能语音电话远程控制功能，当您出差或着在家外边办事，您可以通过手机，固定电话来控制家中的空调和窗帘，灯光电器，使之提前为客户制冷或制热或进行开启和关闭状态，通过手机或固定电话知道家中电路是否正常，各种家用电器（例如冰箱里的食物等），还可以得知室内的空气质量（屋内外可以安装类似烟雾报警器的电器）从而控制窗户和紫外线杀菌装置进行换气或杀菌，此外根据外部天气的优劣适当的加湿屋内空气和利用空调等设施对屋内进行升温。主人不在家时，也可以通过手机或固定电话来自动给花草浇水、宠物喂食等。控制卧室的柜橱对衣物、鞋子、被褥等杀菌、晾晒等。三、娱乐生活声色俱全的数字享受，图文并茂的动感体验，户户通话、Ip网络电话、时尚音乐MTV、VOD点播、家庭TV、电影大片、电子相册等各种家庭娱乐，即刻享受未来的无限精彩生活。四、集中控制您可以在进门的玄关处就同时打开客厅，餐厅和厨房的灯光，厨宝等电器，尤其是在夜晚您可以在卧室控制客厅和卫生间的灯光电器，既方便又安全，还可以查询他们的工作状态。五、场景控制您轻轻触动一个按键，数种灯光，电器在您的“意念”中自动执行，使您感受和领略科技时尚生活的完美和简捷，高效。六、网络远程控制 在办公室，在出差的外地，只要是有网络的地方，您都可以通过Internet来登陆到您的家中，在网络世界中通过一个固定的智能家居控制界面来您家中的电器，提供一个免费动态域名。主要用于远程网络控制和电器工作状态信息查询，例如您出差在外地，利用外地网络计算机，登陆相关的IP地址，您就可以控制远在千里之外您自家的灯光，电器，在返回住宅上飞机之前，将您家中的空调或是热水器打开…七、全球视频监控功能在任何时间、任何地点直接透过局域网络或宽带网络，使用浏览器（如IE），进行远程影像监控，语音通话。另外还支持远程PC机、本地SD卡存储，移动侦测邮件传输、FTP传输，对于家庭用远程影音拍摄与拍照更可达成专业的安全防护与乐趣。八、安防报警功能进行外部人员出入管理，防止入侵、煤气泄漏、火灾报警、安全防范。九、影音设备共享功能家庭影音控制系统包括家庭影视交换中心（视频共享）和背景音乐系统（音频共享）。是家庭娱乐的多媒体平台，它运用先进的微电脑技术、无线遥控技术和红外遥控技术，在程序指令的精确控制下，把机顶盒、卫星接收机、DVD 、电脑等多路信号源，能够根据用户的需要，发送到每一个房间的电视机、音响等终端设备上 ,实现一机共享客厅的多种视听设备。您的家庭就是一个独特设计的AV影视交换中心。客厅的DVD影碟机、数字电视机顶盒、卫星电视接收机等任意4种视听设备共享到5个房间观看并可以遥控；（卧室房、卫生间、书房等房间任选其二加上客厅）为您家中的CD/TV/FM/MP3音源（或数字电视机顶盒、卫星电视机顶盒、IPTV、网络在线电影、DVD等）音视频设备解决共享问题，为您解决音视频设备的异地遥控、换台、音量操作目的，如同您在卧室安装一个数字电视机顶盒（VCD、DVD）卫星电视机顶盒一样的效果，及其方便。十、背景音乐系统简单地说，就在任何一间房子里，包括客厅、卧室、厨房或卫生间，均可布上背景音乐线，通过 1个或多个音源，(CD/TV/FM/MP3 音源)可以让每个房间都能听到美妙的背景音乐配合AV影视交换产品，可以用最低的成本，不仅实现了每个房间音频和视频信号的共享，而且可以各房间独立的遥控选择背景音乐信号源，可以远程开机、关机、换台、快进、快退等，是音视频、背景音乐共享和远程控制的最佳的性价比设计方案！十一、数字家庭娱乐系统“数字娱乐”则是利用书房电脑作为家庭娱乐的播放中心，客厅或主卧大屏幕电视机上播放和显示的内容来源于互联网上海量的音乐资源、影视资源、电视资源、游戏资源、信息资源等等。安装“笑仙居数码娱乐终端”后，家庭的客厅、卧室、起居室等地方都可以获得视听娱乐内容。安装简单，用网络面板和一根超五类线连接设备。十二、综合布线系统 是通过一个总管理箱将电话线、有线电视线、宽带网络线、音响线等被称为弱电的各种线统一规划在一个有序的状态下，以统一管理居室内的电话、传真、电脑、电视、影碟机、安防监控设备和其他的网络信息家电，使之功能更强大、使用更方便、维护更容易、更易扩展新用途.实现电话分机，局域网组建，有线电视共享等。十三、指纹锁您一定有过这样的尴尬：由于某种原因忘记带了家中的房门钥匙，或是家中亲人或客人造访，您恰恰不能立即赶回等等!如果这个时候能在单位或遥远的外地用手机或是电话将房门打开，该是多么方便呀！并且在单位或遥远的外地用手机或是电话“查询”一下家中指数码指纹锁的“开，关”状态，是不是让您更会感到安全！世界顶尖生物识别，指纹技术与密码技术的完美结合，三项独立开门方式：指纹、密码和机械钥匙，安全方便十四、新风空气调节有一种设备既不用整日去开窗（有的卫生间是密闭的），就能定时为您更换经过过滤的新鲜空气哪（外面的空气经过过滤近来，同时将屋内的浊气排除）！十五、宠物保姆拨通家里的电话，就能给自己心爱的宠物喂食，还能听到它的声音，这该是一件多么富有情趣和时尚的生活！研制开发了具有高科技水平、操作简易的电话远程控制，自动定时控制，遥控控制的宠物喂食机……十六、手机控制最近几年数字通信技术、网络技术迅猛发展，大家有目共睹，人们越来越渴望享受更方便、更快捷、更智能、更舒适的数字智能家居生活，传统家居生活中，很多家电如空调、彩电、家庭影院等都是用遥控器控制开关、选节目，您有没有想过使用您手中的手机控制这些家用电器呢？现在手机控制家电已不是梦，智能家居的发展让我们实现对生活的向往，让我们享受智能家居带来的新生活。通过一些列的软硬件的设置，我们可以实现控制的数字化，实现智能数字家居生活。(摘自ZigBee123网页） |
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