*******************實(shí)踐教學(xué)*******************蘭州理工大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院2023年春季學(xué)期物聯(lián)網(wǎng)綜合應(yīng)用實(shí)踐課程設(shè)計(jì)題目：基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居演示系統(tǒng)專業(yè)班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：成績(jī)：目錄TOC\o"1-3"\h\u摘要1前言2第一章物聯(lián)網(wǎng)的背景及開展歷程31.1物聯(lián)網(wǎng)介紹31.2物聯(lián)網(wǎng)的開展歷程3第二章基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)42.1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)42.2智能家居關(guān)鍵技術(shù)92.3Zigbee技術(shù)13第三章智能家居系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)163.1系統(tǒng)的需求分析163.2系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)173.3系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)203.4系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)21第四章遠(yuǎn)程控制客戶端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)224.1客戶端的功能與結(jié)構(gòu)224.2客戶端網(wǎng)絡(luò)通信的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)224.3數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)234.4各功能模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)24總結(jié)26致謝27參考文獻(xiàn)28摘要近年來(lái)，物聯(lián)網(wǎng)成為全球關(guān)注的熱點(diǎn)領(lǐng)域，被認(rèn)為是繼互聯(lián)網(wǎng)之后最重大的科技創(chuàng)新。物聯(lián)網(wǎng)的開展為智能家居引入了新的概念和開展空間，而智能家居是物聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)重要的應(yīng)用。本文將物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)引入智能家居系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一套完善、實(shí)用、可移植性好、方便易用、本錢低廉的智能家居系統(tǒng)。本文在充分研究物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域的根底之上，針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的重要應(yīng)用——智能家居，采用ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，提出了基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)的總體功能結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；依據(jù)家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的功能需求，采用TI公司的CC2530設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了協(xié)調(diào)器、路由器和終端節(jié)點(diǎn)的硬件部分；采用ZigBee2007協(xié)議棧設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)程序；在充分研究和分析ZigBee路由算法的根底上，采用了ADOV路由算法設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了路由程序；依據(jù)各個(gè)終端節(jié)點(diǎn)不同的控制方式和功能，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了終端節(jié)點(diǎn)的控制程序；對(duì)遠(yuǎn)程控制端的需求和功能進(jìn)行了深入的分析，利用VC++6.0設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了具有友好的人機(jī)交互界面、簡(jiǎn)單的操作方式和較強(qiáng)適應(yīng)性的遠(yuǎn)程控制端。經(jīng)過家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)測(cè)試和系統(tǒng)整體測(cè)試，本次設(shè)計(jì)的家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)能進(jìn)行正常的網(wǎng)絡(luò)的組建和維護(hù)，路由選擇功能正常，各個(gè)終端節(jié)點(diǎn)工作穩(wěn)定，可以通過遠(yuǎn)程控制端對(duì)微波爐、電動(dòng)窗簾、智能插座進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，能通過報(bào)警器節(jié)點(diǎn)和環(huán)境信息采集節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)的采集家庭的報(bào)警信息和溫濕度信息，通過不同的情節(jié)模式對(duì)家電及傳感器進(jìn)行及集中控制?？傮w而言，本系統(tǒng)根本滿足了智能家居的功能需求，工作穩(wěn)定可靠。關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)，智能家居，ZigBee，CC2530，遠(yuǎn)程控制端前言人類自身對(duì)日常生活舒適化和智能化需求永無(wú)止境地追求，一次次地推動(dòng)著信息產(chǎn)業(yè)的開展和革新。物聯(lián)網(wǎng)在智能家居領(lǐng)域的應(yīng)用也正是伴隨著新興技術(shù)的不斷涌現(xiàn)應(yīng)運(yùn)而生。物聯(lián)網(wǎng)是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后，世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次革命，是一種全新的計(jì)算模式的革命。如果說計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)停留在信息世界，那么物聯(lián)網(wǎng)將實(shí)現(xiàn)信息世界與物理世界的融合。物聯(lián)網(wǎng)將會(huì)帶來(lái)巨大的產(chǎn)業(yè)開展機(jī)遇，引發(fā)信息技術(shù)的重大變革?；谖锫?lián)網(wǎng)環(huán)境的智能家居系統(tǒng)是大量先進(jìn)技術(shù)融合的結(jié)果，其目的是將具有無(wú)線通信能力，處理能力和感知能力的微型芯片嵌入到日常的生活用品中去，從而建立一個(gè)對(duì)用戶透明的普適計(jì)算環(huán)境。通過感知、計(jì)算和無(wú)線通信無(wú)時(shí)無(wú)刻地為用戶提供效勞；通過自主學(xué)習(xí)用戶的行為習(xí)慣，智能地為用戶控制各種電器，創(chuàng)造更為舒適的環(huán)境；同時(shí)提供各電器耗能的實(shí)時(shí)反應(yīng)機(jī)制，在不影響用戶使用的前提下，幫助實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)，使得智能家居系統(tǒng)在智能化的同時(shí)也成為一個(gè)能源節(jié)約型系統(tǒng)。在用戶體驗(yàn)方面，智能家居系統(tǒng)也應(yīng)提供多種不同方式、不同平臺(tái)來(lái)迎合不同用戶的需要。智能家居系統(tǒng)相較之傳統(tǒng)的家居系統(tǒng)，更加強(qiáng)調(diào)用戶的使用體驗(yàn)，旨在提供應(yīng)用戶能夠隨時(shí)隨地又隨心所欲地調(diào)節(jié)家居環(huán)境的使用體驗(yàn)。因此，物聯(lián)網(wǎng)的開展為智能家居引入了新的概念和開展空間，而智能家居是物聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)重要的應(yīng)用。智能家居是通過計(jì)算機(jī)技術(shù)、布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)將家庭中零碎的、無(wú)序的子系統(tǒng)組織在一起，通過網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)對(duì)家居環(huán)境進(jìn)行管理和控制。但是目前大多數(shù)智能家居產(chǎn)品采用有線通信方式，存在布線麻煩、安裝困難等缺點(diǎn)。隨著新一代信息技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的興起，可以將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融入智能家居系統(tǒng)，解決了傳統(tǒng)智能家居系統(tǒng)的弊端。本文以STM32為核心處理器，基于ZigBee無(wú)線通信技術(shù)組建無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)，與GSM/GPRS和以太網(wǎng)技術(shù)融為一體，實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)智能家居的遠(yuǎn)程監(jiān)控。第一章物聯(lián)網(wǎng)的背景及開展歷程1.1物聯(lián)網(wǎng)介紹物聯(lián)網(wǎng)是顧名思義是物與物之間相互聯(lián)系的互聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)將傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、識(shí)別技術(shù)融為一體，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，進(jìn)行信息交換和通訊，這意味著人與物之間、物與物之間都可以通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息的交換和處理。物聯(lián)網(wǎng)具有三層構(gòu)架：第一層是用來(lái)識(shí)別和采集信息的感知層；第二層是網(wǎng)絡(luò)信息會(huì)聚層；第三層是應(yīng)用效勞層。物聯(lián)網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)物物相連的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。但需要聲明的是，雖然物聯(lián)網(wǎng)由傳統(tǒng)意義中以人為網(wǎng)絡(luò)主題轉(zhuǎn)換為以物為網(wǎng)絡(luò)主題，但物聯(lián)網(wǎng)的核心根底仍然是互聯(lián)網(wǎng)，可以說是某種意義上互聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)一步延展。在數(shù)據(jù)感知方面，打破了物體完全被動(dòng)感知的固有思維，它們被賦予了感知官能，可以主動(dòng)與任何其他物體實(shí)現(xiàn)信息交換和數(shù)據(jù)傳輸。物聯(lián)網(wǎng)與計(jì)算機(jī)之間有較大的聯(lián)系，其中，在計(jì)算機(jī)中的一些框架跟協(xié)議，同樣適用于物聯(lián)網(wǎng)，因此，物聯(lián)網(wǎng)在某種程度上來(lái)說，也被定義為能夠自主進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)框架配置的一種新型技術(shù)。由于其與計(jì)算機(jī)的淵源，該協(xié)議能夠與標(biāo)簽、識(shí)別碼、智能卡、一卡通等進(jìn)行一些互動(dòng)，而往往這種互動(dòng)是通過空間的電磁波實(shí)現(xiàn)的。由物聯(lián)網(wǎng)的特殊屬性不難發(fā)現(xiàn)，所謂的物聯(lián)，就是傳統(tǒng)意義上的物體之間的連接，包含數(shù)據(jù)、信息、以及其他的以物質(zhì)或者物體存在的參與者之間的通信，這類通信過程往往以非接觸的方式來(lái)進(jìn)行。也正是這種非接觸的通信方式，能夠使物聯(lián)網(wǎng)不受外在環(huán)境的影響，而僅僅通過空問上的“耦合〞或者電磁波的傳遞、接收而連接起來(lái)，因此如果物聯(lián)網(wǎng)物體間通信的平安性能夠得到保障，那么，可以預(yù)計(jì)，不久的將來(lái)，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用將使人類的生活方式發(fā)生質(zhì)的改變，比方安裝了智能家居系統(tǒng)的房屋能夠提供更為符合現(xiàn)代人生活節(jié)奏的平安、舒適等智能化效勞，因此，研究基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居系統(tǒng)，具有一定前瞻性。1.2物聯(lián)網(wǎng)的開展歷程隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、芯片技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的開展，物聯(lián)網(wǎng)也正在逐步壯大，由于物體的連接都是通過非接觸的空間連接，加之人工智能的開展，在物聯(lián)網(wǎng)中，物品能夠自主地進(jìn)行數(shù)據(jù)交換、信息傳遞和資源共享，但其核心，仍是射頻識(shí)別技術(shù)。通過閱讀文獻(xiàn)以及一些前瞻性文章，很容易推斷出，物聯(lián)網(wǎng)將在人工智能、距離感知等方面進(jìn)行模塊整合，其最終的開展趨勢(shì)，是實(shí)現(xiàn)人與物、物與物之問的交流對(duì)話，并由此而連接成一個(gè)“包含〞地球的網(wǎng)絡(luò)?！爸腔鄣厍颞暤母拍钍菉W巴馬擔(dān)任美國(guó)總統(tǒng)時(shí)首次提出的，其初衷，是用一種：智能的方式來(lái)改變現(xiàn)代生活的交流方式，通過對(duì)信息技術(shù)的革新，滿足社會(huì)、政府以及個(gè)人之間的交互方式，其最大的特點(diǎn)是高效、靈活、平安、便利。目前，美國(guó)對(duì)“智慧地球〞高度重視，并提升至國(guó)家戰(zhàn)略高度，與國(guó)家經(jīng)濟(jì)振興、確立本國(guó)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)息息相關(guān)。同樣，在歐洲和東亞，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)同樣得到十足的開展，很多興旺國(guó)家也加快第二代網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。總而言之，信息化的趨勢(shì)已經(jīng)普及全球主要國(guó)家，信息化所帶來(lái)的巨大影響，也給經(jīng)濟(jì)低迷的世界經(jīng)濟(jì)帶來(lái)一劑強(qiáng)心針。與此同時(shí)，在我國(guó)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)雖然起步較晚，但是政府對(duì)信息化的開展高度重視，2023年溫家寶總理在無(wú)錫微納傳感網(wǎng)工程技術(shù)研發(fā)中心的視察以及重要講話，開啟了中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)開展的新篇章。隨后，我國(guó)三大運(yùn)營(yíng)商的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)先后揭開神秘面紗，一一公之于眾，主要表現(xiàn)在物流信息化、校訊通、企業(yè)管理、公交視頻等諸多民生息息相關(guān)的領(lǐng)域。第二章基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)2.1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)2.1.1物聯(lián)網(wǎng)的定義2005年11月17日，國(guó)際電信聯(lián)盟〔ITU〕發(fā)布了《ITU以特網(wǎng)報(bào)告2005：物聯(lián)網(wǎng)》，報(bào)告認(rèn)為，物聯(lián)網(wǎng)是一種全新的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)，能夠隨時(shí)隨地實(shí)現(xiàn)人與人〔通過PC和非PC〕、人與物、物與物之間的交互。根據(jù)ITU的描述，在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，通過在各種各樣的日常用品上嵌入一種短距離的移動(dòng)收發(fā)器，人類在信息與通信世界里將獲得一個(gè)新的溝通維度，從任何時(shí)間、任何地點(diǎn)的人與人之間的溝通連接，擴(kuò)展到人與物、物與物之間的溝通連接。目前，不同領(lǐng)域的研究者對(duì)物聯(lián)網(wǎng)思考所基于的起點(diǎn)各異，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的描述側(cè)重于不同的方面，至今仍沒有提出一個(gè)權(quán)威、完整和精確的物聯(lián)網(wǎng)定義。就物聯(lián)網(wǎng)概念而言，目前較為公認(rèn)的物聯(lián)網(wǎng)的定義是：通過射頻識(shí)別(RFID)、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。通俗地說，通過裝置在物體上的傳感器、電子標(biāo)簽和全球定位系統(tǒng)等設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)將賦予物體智能，即可以實(shí)現(xiàn)人與物體的溝通與對(duì)話，也可以實(shí)現(xiàn)物體與物體之間的溝通與對(duì)話。2.1.2物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用覆蓋的范圍小到家庭網(wǎng)絡(luò)，大到工業(yè)控制系統(tǒng)、智能交通系統(tǒng)，甚至國(guó)家級(jí)、世界級(jí)的應(yīng)用，這種覆蓋并不是物與物的簡(jiǎn)單互聯(lián)，而是要催生很多具有“計(jì)算、通信、控制、協(xié)同和自治〞特點(diǎn)的智能設(shè)備與智能信息系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)的目標(biāo)就是要幫助人類對(duì)物理世界具有“透徹的感知能力、全面的任職能力和智慧的處理能力〞。目前在業(yè)界物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)被公認(rèn)為有三個(gè)層次，底層是用來(lái)感知數(shù)據(jù)的感知層，第二層是數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)層，最上面那么是內(nèi)容應(yīng)用層。物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。圖1物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)圖1.感知層物聯(lián)網(wǎng)感知層解決的是人類世界與物理世界的數(shù)據(jù)獲取問題，包括各類物理量、標(biāo)識(shí)、音頻、視頻數(shù)據(jù)。感知層位于三層架構(gòu)的最底層，是物聯(lián)網(wǎng)開展和應(yīng)用的根底，具有物聯(lián)網(wǎng)全面感知的核心能力。感知層運(yùn)用智能傳感器技術(shù)、身份識(shí)別以及其他信息采集技術(shù)，對(duì)物品進(jìn)行根底信息采集，同時(shí)接受上層網(wǎng)絡(luò)送來(lái)的控制信息，完成相應(yīng)執(zhí)行動(dòng)作。2.網(wǎng)絡(luò)層物聯(lián)網(wǎng)要求網(wǎng)絡(luò)層能夠把感知層感知到的數(shù)據(jù)無(wú)障礙、高可靠性、高平安性地進(jìn)行傳遞，所以網(wǎng)絡(luò)層要解決的是感知層所獲得的數(shù)據(jù)在一定范圍內(nèi)，尤其是遠(yuǎn)距離地傳輸問題，同時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層將承當(dāng)比現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)更大的數(shù)據(jù)量和面臨更高的效勞質(zhì)量要求，所以現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)尚不能滿足物聯(lián)網(wǎng)的需求，這就意味著物聯(lián)網(wǎng)需要對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行融合和擴(kuò)張，利用新技術(shù)以實(shí)現(xiàn)更加廣泛和高效的互聯(lián)功能。3.應(yīng)用層應(yīng)用是物聯(lián)網(wǎng)開展的驅(qū)動(dòng)力和目的。應(yīng)用層的主要功能是把感知和傳輸來(lái)的信息進(jìn)行分析和處理，做出正確的控制和決策，實(shí)現(xiàn)智能化管理、應(yīng)用和效勞，這一層解決的是信息處理和人機(jī)界面的問題。2.1.3物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)的多樣化、規(guī)模化與行業(yè)化的特點(diǎn)，使得物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)的技術(shù)種類非常多。具體而言，物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)包括自動(dòng)感知技術(shù)、移動(dòng)通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)、信息平安技術(shù)等。下面將對(duì)本次設(shè)計(jì)主要用到的自動(dòng)感知技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行介紹。1.自動(dòng)感知技術(shù)自動(dòng)感知技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)的根底，能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息，實(shí)現(xiàn)外部世界信息的感知。傳感器是物聯(lián)網(wǎng)感知層的主要器件，是物聯(lián)網(wǎng)中獲得信息的唯一手段和途徑，傳感器采集信息的準(zhǔn)確、可靠、實(shí)時(shí)將直接影響到控制節(jié)點(diǎn)對(duì)信息的處理和傳輸。傳感器的熱性、可靠性、實(shí)時(shí)性、抗干擾性等性能，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的性能起到舉足輕重的作用。自動(dòng)傳感技術(shù)的開展表現(xiàn)在智能傳感器與無(wú)線傳感器兩個(gè)方向。智能傳感器作為傳感網(wǎng)的根底與感知終端，其技術(shù)水平直接決定了傳感網(wǎng)的整體技術(shù)性能。智能傳感網(wǎng)是用嵌入式技術(shù)將傳感器與微處理器集成為一體，具有環(huán)境感知、數(shù)據(jù)處理、智能控制與數(shù)據(jù)通信功能的智能數(shù)據(jù)終端設(shè)備。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)〔WirlessSensorNetworksWSNs〕的定義如下：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由眾多傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，其目的是感知、采集和轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)覆蓋的感知對(duì)象的各種信息,并發(fā)送給觀測(cè)者。根據(jù)以上定義，傳感器節(jié)點(diǎn)、感知對(duì)象和觀測(cè)者是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的3個(gè)組成局部；無(wú)線網(wǎng)絡(luò)是傳感器之間、傳感器節(jié)點(diǎn)與觀測(cè)者之間的通信根底，用于在傳感器與觀測(cè)者之間建立通信路徑；感知、采集、處理、發(fā)送感知信息是傳感器網(wǎng)絡(luò)的根本功能。傳感器網(wǎng)絡(luò)中的局部或全部節(jié)點(diǎn)可以移動(dòng)。傳感器網(wǎng)絡(luò)的分布形狀也會(huì)隨著節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)而不斷地動(dòng)態(tài)變化。與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)相比，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)主要表達(dá)在：●感知范圍的擴(kuò)大：?jiǎn)蝹€(gè)人型傳感設(shè)備雖然能力較強(qiáng)，但感知范圍有限。而無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通過將大量能力較弱的傳感器散布于整個(gè)物理區(qū)域可以獲得較大的感知空間；●容錯(cuò)性能提高：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)密集分布，單位區(qū)域內(nèi)的多個(gè)傳感器在功能上是冗余的。這使無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)比單個(gè)大型傳感設(shè)備具有更強(qiáng)的容錯(cuò)能力。網(wǎng)絡(luò)中局部節(jié)點(diǎn)的損壞不會(huì)影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，大量的冗余節(jié)點(diǎn)可以接替這些損壞節(jié)點(diǎn)的工作，為用戶提供可靠的數(shù)據(jù)；●測(cè)量的準(zhǔn)確性提高：?jiǎn)蝹€(gè)傳感器由于能力較弱，測(cè)量的準(zhǔn)確性低于傳統(tǒng)的大型傳感設(shè)備。但多個(gè)傳感器通過數(shù)據(jù)融合可以提高測(cè)量的準(zhǔn)確性。尤其是位置接近的傳感器在對(duì)同一個(gè)物理量進(jìn)行測(cè)量時(shí)，數(shù)據(jù)融合可以增強(qiáng)同種信號(hào)(正確)的強(qiáng)度，弱化不相關(guān)的噪音；●本錢降低：雖然用大量的傳感器替代了一個(gè)大型傳感設(shè)備，但由于大型傳感設(shè)備在體積、可靠性、測(cè)量精度方面有嚴(yán)格的限制。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備本錢仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的大型傳感設(shè)備。此外，由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有很高的智能性，部署方便，可以長(zhǎng)期在無(wú)人干預(yù)的環(huán)境中自主工作，大大降低了使用和維護(hù)的本錢。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的上述優(yōu)勢(shì)使其在軍事、環(huán)境、醫(yī)療、家庭和其它的商用領(lǐng)域有著很高的應(yīng)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。2.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)高速開展、密切結(jié)合的產(chǎn)物，而互聯(lián)網(wǎng)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成功應(yīng)用?；ヂ?lián)網(wǎng)的應(yīng)用已經(jīng)對(duì)人類社會(huì)生活、政治、經(jīng)濟(jì)與科技的開展產(chǎn)生了重大影響，并且將繼續(xù)發(fā)揮重要的作用。物聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)的根底上形成與開展的，它將使互聯(lián)網(wǎng)從實(shí)驗(yàn)室、辦公室與家庭擴(kuò)展到更為廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是“以相互共享資源的方式互聯(lián)起來(lái)的自治計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的集合〞。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)具有以下幾個(gè)主要特征：組建計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的主要目的是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)資源共享，互聯(lián)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是自治的系統(tǒng)，聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)之間的通信必須遵循共同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。按覆蓋的地理范圍劃分，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可以分為廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)、局域網(wǎng)與個(gè)人區(qū)域網(wǎng)四類。2.1.4物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用應(yīng)用是物聯(lián)網(wǎng)存在的理由，是推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)開展的原動(dòng)力。物聯(lián)網(wǎng)是基于感知技術(shù)，融合各種應(yīng)用的效勞性網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)?！段锫?lián)網(wǎng)“十二五〞開展規(guī)劃》確定了智能工業(yè)、智能農(nóng)業(yè)、智能物流、智能交通、智能電網(wǎng)、智能環(huán)保、智能安防、智能醫(yī)療與智能家居九個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。目前全球范圍內(nèi)電能需求的不斷增加，地球環(huán)境的不斷惡化，電網(wǎng)的復(fù)雜程度不斷增加以及電力平安的要求不斷提高，電力行業(yè)面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。智能電網(wǎng)的建設(shè)升級(jí)任務(wù)擺到了各國(guó)政府面前。智能電網(wǎng)是以發(fā)電、輸電、變電、配電、用電、調(diào)度、效勞與信息等電力系統(tǒng)多個(gè)環(huán)節(jié)為對(duì)象，不斷研究新型電網(wǎng)控制技術(shù)與管理技術(shù)，優(yōu)化電力生產(chǎn)、輸變電與使用的全過程，到達(dá)“資源、效勞、效益、環(huán)境〞協(xié)調(diào)開展的目的。交通是支持一個(gè)國(guó)家與地區(qū)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)開展的命脈，也是涉及每個(gè)人日常生活的重要問題。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速開展，四通八達(dá)的公路網(wǎng)、立交橋四處可見，但是交通擁堵、交通事故頻發(fā)，已經(jīng)成為出行時(shí)最讓人頭疼的問題。智能交通系統(tǒng)是指通過在交通根底設(shè)施、交通工具中廣泛應(yīng)用信息技術(shù)與通信技術(shù)，從而提高交通運(yùn)輸系統(tǒng)的平安性、可管理性、運(yùn)輸效能，同時(shí)能夠降低能源消耗和對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響。智能交通系統(tǒng)〔ITS〕研究的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)“公路交通智能化〞。智能醫(yī)療是將物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域，借助數(shù)字化、可視化、自動(dòng)感知、智能處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)感知技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、智能技術(shù)與醫(yī)療技術(shù)的融合，患者與醫(yī)生的融合，大型醫(yī)院、?？漆t(yī)院與社區(qū)醫(yī)院的融合，將有限的醫(yī)療資源提供應(yīng)更多的人共享，把醫(yī)院的作用向社會(huì)、家庭以及偏遠(yuǎn)農(nóng)村延伸和輻射，提升全社會(huì)的疾病預(yù)防、疾病治療、醫(yī)療保健與健康管理水平。隨著經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的開展，以及歐洲、美國(guó)、日本和我國(guó)都先后步入老齡化社會(huì)，醫(yī)療衛(wèi)生社區(qū)化、保健化的趨勢(shì)日趨明顯，智能醫(yī)療必將成為物聯(lián)網(wǎng)中實(shí)用性強(qiáng)，貼近名聲、市場(chǎng)需求旺盛的重點(diǎn)開展領(lǐng)域。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛開展，以及人們居住理念的改變，人們更為關(guān)注的是一個(gè)高度平安、便捷、舒適的家居環(huán)境，隨之而提出了一連串的新概念：家庭自動(dòng)化、家庭數(shù)字化、家庭網(wǎng)絡(luò)化和家庭智能化等。物聯(lián)網(wǎng)智能家居基于家居內(nèi)實(shí)體〔包括設(shè)備、人和環(huán)境〕間的信息互聯(lián)，一方面可以實(shí)現(xiàn)對(duì)客觀環(huán)境以及用戶主動(dòng)行為更加全面、準(zhǔn)確、智能的感知和判斷，并通過各類設(shè)備的協(xié)同和聯(lián)動(dòng)，相互配合地主動(dòng)為用戶提供適用信息及效勞，從而真正構(gòu)建出“以人為中心〞的智能家居環(huán)境；另一方面家庭的各個(gè)子系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)也不再是獨(dú)立的孤島，可以與社區(qū)等外界信息和效勞相銜接，從而更加智能地滿足用戶在家庭中的多種需求，形成更加豐富、方便和更高品質(zhì)的生活模式。2.2智能家居關(guān)鍵技術(shù)2.2.1智能家居的定義智能家居是一個(gè)居住環(huán)境，是以住宅為平臺(tái)安裝有智能家居系統(tǒng)的居住環(huán)境，利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和綜合布線技術(shù)將與家居生活有關(guān)的各種子系統(tǒng)，將家居生活有關(guān)的設(shè)施集成，構(gòu)建高效的住宅設(shè)施與家庭日程事務(wù)的管理系統(tǒng)，提升家居平安性、便利性、舒適性、藝術(shù)性，并實(shí)現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的居住環(huán)境。智能家居的目標(biāo)是：將家庭中各種與信息相關(guān)的通信設(shè)備、家用電器和家庭保安裝置通過家庭總線技術(shù)〔HBS〕連接到一個(gè)家庭智能化系統(tǒng)上進(jìn)行集中的或異地的監(jiān)視、控制和家庭事務(wù)性管理，同時(shí)保持這些家庭設(shè)施與住宅環(huán)境的和諧與協(xié)調(diào)一致。與普通家居相比，智能家居不僅具有傳統(tǒng)的居住功能，提供舒適平安、高品位且宜人的家庭生活空間，還由原來(lái)的被動(dòng)靜止結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂心軇?dòng)智慧的工具，提供全方位的信息交換功能，幫助家庭與外部保持信息交流暢通，優(yōu)化人們的生活方式，幫助人們有效安排時(shí)間，增強(qiáng)家居生活的平安性，甚至為各種能源費(fèi)用節(jié)約資金2.2.2智能家居的功能需求人們對(duì)智能家居的功能需求主要表達(dá)在完善的平安保障、舒適的居住環(huán)境和便利的生活條件上。其中完善的平安保障包括家庭周界平安、出入平安、訪客控制和家庭防盜、防災(zāi)和求助的需求，是否有足夠的技術(shù)和人力上的支持保障，進(jìn)一步的需求還包括車輛平安、老人小孩起居的平安。舒適的居住環(huán)境主要是對(duì)家庭和家庭中的空氣、光線、色彩、音樂、溫濕度、純潔水以及能源利用方面舒適程度的需求，注重家庭環(huán)境的改善，包括持續(xù)的通風(fēng)、充足的光線、空調(diào)的合理利用、控制和家庭節(jié)能等。便利的生活條件包括住戶對(duì)家庭智能化〔如信息家電、家庭辦公和家庭自動(dòng)化控制〕需求的增加，以及住戶如何利用家庭網(wǎng)絡(luò)資源享受到各種與生活密切相關(guān)的社會(huì)效勞，這里的網(wǎng)絡(luò)資源將主要表達(dá)在寬帶網(wǎng)絡(luò)上，而寬帶網(wǎng)絡(luò)上的內(nèi)容效勞〔包括智能家居內(nèi)的和外部公共網(wǎng)絡(luò)上的〕將成為提高智能家居生活便利條件的關(guān)鍵因素。2.2.3智能家居系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)為了滿足人們對(duì)智能家居的功能需求，典型的智能家居系統(tǒng)的組成有：信息處理中心、家電智能控制系統(tǒng)、電動(dòng)門窗系統(tǒng)、家庭智能照明系統(tǒng)、安防報(bào)警系統(tǒng)、環(huán)境溫度控制系統(tǒng)等。1.信息處理中心信息處理中心是智能家居系統(tǒng)的核心，既是家庭信息的交通樞紐，又是家庭信息平安的保護(hù)神。信息處理中心主要功能是：實(shí)現(xiàn)家中不同的家電的互聯(lián)信息處理；家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)與外網(wǎng)的數(shù)據(jù)交流；處理遠(yuǎn)程操控命令、采集傳感器信息，處理監(jiān)控采集的視頻信息；解析報(bào)警信息并實(shí)時(shí)上報(bào)給用戶；實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶的權(quán)限認(rèn)證，確保家庭信息的平安性。信息處理中心相當(dāng)于智能家居網(wǎng)絡(luò)的效勞器，是一個(gè)獨(dú)立、智能、靈活多變、標(biāo)準(zhǔn)化的家居網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)接口單元，它通過各種途徑從多種多樣的外部網(wǎng)絡(luò)接收通信信號(hào)，然后通過家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)信號(hào)傳送到特定的用戶設(shè)備上，并將相應(yīng)信號(hào)反應(yīng)給外部通信節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)遠(yuǎn)程交互過程。信息處理中心的實(shí)現(xiàn)，PC機(jī)完全可以滿足要求，但以PC機(jī)為載體存在著一些缺點(diǎn)，如本錢昂貴，體積較大，不易移動(dòng)等，所以用其作為硬件載體性價(jià)比太低。目前在智能家居系統(tǒng)中，一般采用嵌入式開發(fā)平臺(tái)作為信息處理中心。2.家電智能控制系統(tǒng)家電智能控制系統(tǒng)主要通過弱電控制強(qiáng)電的方式，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)家電定時(shí)、開關(guān)、功能選擇和狀態(tài)監(jiān)測(cè)等功能。家電智能控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)的功能：家電的自動(dòng)和手動(dòng)控制，與其他設(shè)備之間的聯(lián)動(dòng)控制；家電狀態(tài)的實(shí)時(shí)上傳；通過互聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程控制，用戶可以在任何地方通過互聯(lián)網(wǎng)對(duì)家電進(jìn)行控制和狀態(tài)查詢。家電智能控制的優(yōu)點(diǎn)是：能方便的實(shí)現(xiàn)就地控制、場(chǎng)景控制、遠(yuǎn)程控制等；通過紅外或者協(xié)議信號(hào)控制方式，實(shí)現(xiàn)方便互不干擾；通過智能檢測(cè)器，可以對(duì)家里的溫度、濕度、亮度進(jìn)行檢測(cè)，并驅(qū)動(dòng)電器設(shè)備自開工作；系統(tǒng)可以根據(jù)生活節(jié)奏自動(dòng)開啟和關(guān)閉電路，防止不必要的浪費(fèi)和電氣老化引起的火災(zāi)。3.電動(dòng)門窗系統(tǒng)電動(dòng)門窗系統(tǒng)主要包括門窗上的電動(dòng)鎖和電動(dòng)窗簾，主要功能是：對(duì)門窗的自動(dòng)上鎖，以防止忘帶鑰匙、忘記鎖門窗的麻煩；對(duì)電動(dòng)窗簾的自動(dòng)控制、遠(yuǎn)程控制和場(chǎng)景控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭內(nèi)明亮度的控制，提供應(yīng)用戶舒適的居家環(huán)境。4.家庭智能照明系統(tǒng)家庭智能照明系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭內(nèi)所有燈光的智能管理，可以用遙控、電腦、等多種智能控制方式實(shí)現(xiàn)對(duì)燈光的開關(guān)、調(diào)光、全開全光及多種燈光效果的實(shí)現(xiàn)，從而到達(dá)智能照明的節(jié)能、環(huán)保、舒適、方便的功能。5.安防報(bào)警系統(tǒng)安防報(bào)警系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控非法入侵、火警和煤氣泄漏等的發(fā)生。主要實(shí)現(xiàn)功能是：對(duì)室內(nèi)煤氣、煙霧的檢測(cè)及預(yù)警；家中無(wú)人時(shí)，自動(dòng)布防；布防后，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)非法入侵行為；監(jiān)測(cè)到非法入侵后，通過網(wǎng)絡(luò)傳送給遠(yuǎn)程控制端，提示用戶有報(bào)警信息。6.環(huán)境溫度控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)環(huán)境信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，包括溫度和濕度信息。該系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)的功能：對(duì)室內(nèi)溫度和濕度信息的采集；當(dāng)用戶需要查詢環(huán)境信息的時(shí)候，通過網(wǎng)絡(luò)傳送溫度和濕度信息。2.2.4智能家居網(wǎng)絡(luò)的通信技術(shù)智能家居系統(tǒng)的外部網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)一般采用現(xiàn)有成熟的技術(shù)，包括互聯(lián)網(wǎng)、有線電視網(wǎng)、網(wǎng)等。智能家居內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的通信技術(shù)分為有線技術(shù)和無(wú)線技術(shù)。事實(shí)上，有線智能家居的控制信號(hào)穩(wěn)定，但問題也非常突出，除了布線繁雜、工作量大、維護(hù)困難以外，本錢高、不易組網(wǎng)也是不小的難題。例如，主人想再添加點(diǎn)智能設(shè)備，就要重新扒開墻體，埋入線路，確實(shí)麻煩。這些缺點(diǎn)最終導(dǎo)致有線方式的智能家居只停留在概念和試點(diǎn)階段，無(wú)法大規(guī)模推廣。很顯然，這種通過有線方式連接控制信號(hào)的智能家居，不具有較強(qiáng)的市場(chǎng)前途和開展?jié)摿?。相較之下，無(wú)線智能家居那么逐漸占據(jù)市場(chǎng)主流地位。主要原因在于，這種智能家居無(wú)需紛繁復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)布線；自動(dòng)組網(wǎng)、設(shè)備擴(kuò)展性強(qiáng)；功耗低，本錢低，符合現(xiàn)代綠色生活理念；維修效勞及時(shí)，能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)故障并修復(fù)。下面將重點(diǎn)概述幾種比擬通用的短距離低功率的無(wú)線通信技術(shù)，對(duì)各種技術(shù)進(jìn)行分析和比擬。紅外技術(shù)是一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)據(jù)通信技術(shù)，通訊距離一般在1米以內(nèi)。由于紅外線的傳輸不受無(wú)線電干擾，本錢低，因此應(yīng)用范圍很廣，家庭內(nèi)部主要表達(dá)在家用電器的紅外遙控、以及電子產(chǎn)品提供的紅外傳輸接口等。但是要對(duì)準(zhǔn)方向，且中間不能有障礙物，無(wú)法控制信息傳輸?shù)倪M(jìn)度。2.藍(lán)牙，是一種支持設(shè)備短距離通信〔一般10m內(nèi)〕的無(wú)線電技術(shù)，能在包括移動(dòng)、PDA、無(wú)線耳機(jī)、筆記本電腦、相關(guān)外設(shè)等眾多設(shè)備之間進(jìn)行無(wú)線信息交換。利用“藍(lán)牙〞技術(shù)，能夠有效地簡(jiǎn)化移動(dòng)通信終端設(shè)備之間的通信，也能夠成功地簡(jiǎn)化設(shè)備與因特網(wǎng)Internet之間的通信，從而數(shù)據(jù)傳輸變得更加迅速高效，為無(wú)線通信拓寬道路。由于藍(lán)牙的本錢比擬昂貴，使得其在大規(guī)模家居控制中的應(yīng)用受到很大的限制。3.RFID技術(shù)，即射頻識(shí)別技術(shù)，可通過無(wú)線電訊號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而無(wú)需識(shí)別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸。RFID技術(shù)可以用于家庭內(nèi)部的移動(dòng)物體的感應(yīng)、靜態(tài)物體的信息獲取等，通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)30米，數(shù)據(jù)傳輸速率和RFID標(biāo)簽信息長(zhǎng)度、編碼方式及每秒鐘要求讀取標(biāo)簽次數(shù)有關(guān)。我國(guó)為RFID使用頻率劃分了雙頻段:920MHz～925MHz、840MHz～845MHz。但由于目前制造技術(shù)復(fù)雜、生產(chǎn)本錢高、標(biāo)準(zhǔn)尚未統(tǒng)一等原因，RFID技術(shù)在智能家居應(yīng)用中大規(guī)模使用的環(huán)境不很成熟。4.ZigBee技術(shù)是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗個(gè)域網(wǎng)協(xié)議規(guī)定的一種短距離、低功耗無(wú)線通信技術(shù)。其突出特點(diǎn)是近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低本錢，具有自組網(wǎng)和自恢復(fù)能力。基于ZigBee的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)使用的工作頻段為868MHZ、915MHZ和2.4GHZ，最大數(shù)據(jù)傳輸速率為250kbps，通信距離在10米~100米。ZigBee技術(shù)是一種比擬完善的近距離低速率雙向無(wú)線通信技術(shù)，適合控制信息的發(fā)送和接收。按照ISO模型，ZigBee網(wǎng)絡(luò)分為4層從上向下分別為物理層〔PHL〕、網(wǎng)絡(luò)層〔NWK〕、媒體訪問控制層〔MAC〕和應(yīng)用層〔APL〕。如圖2所示。應(yīng)用層應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)層MAC層物理層ZigBee聯(lián)盟圖2ZigBee網(wǎng)絡(luò)分層5.超寬帶技術(shù)UWB〔ultrawideband〕是一種無(wú)線載波通信技術(shù)。它采用納秒級(jí)的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)，因此其所占的頻譜范圍很寬。由于UWB可以利用低功耗、低復(fù)雜度發(fā)射/接收機(jī)實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸，適用于室內(nèi)等密集多徑場(chǎng)所的高速無(wú)線接入。但是從目前實(shí)際情況下，UWB可能會(huì)干擾其他無(wú)線通信系統(tǒng)，該技術(shù)在智能家居方向的應(yīng)用也有待考量。2.2.5物聯(lián)網(wǎng)與智能家居近年來(lái)，物聯(lián)網(wǎng)成為全球關(guān)注的熱點(diǎn)領(lǐng)域，被認(rèn)為是繼互聯(lián)網(wǎng)之后最重大的科技創(chuàng)新。物聯(lián)網(wǎng)通過射頻識(shí)別〔RFID〕、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理。物聯(lián)網(wǎng)的開展也為智能家居引入了新的概念及開展空間，智能家居可以被看作是物聯(lián)網(wǎng)的一種重要應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)為家居智能化提供了技術(shù)條件，使智能家居成為可能，表現(xiàn)在：物聯(lián)網(wǎng)所包括的自動(dòng)感知技術(shù)、傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、信息協(xié)議交換、嵌入式技術(shù)等，使得物品具有數(shù)據(jù)化的身份標(biāo)識(shí)，借助家庭網(wǎng)關(guān)，數(shù)據(jù)可以電信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、廣電網(wǎng)上對(duì)內(nèi)和對(duì)外的流動(dòng)。智能家居是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用生活的具體表現(xiàn)，使一個(gè)抽象概念轉(zhuǎn)變成現(xiàn)實(shí)應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)推廣成為推動(dòng)智能家居開展的催化劑，智能家居系統(tǒng)逐步朝著網(wǎng)絡(luò)化、信息化、智能化方向開展，智能終端設(shè)備的產(chǎn)品也逐步走向成熟，尤其以ZigBee為代表的先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用，使得物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)往無(wú)線方向開展，也從一定程度上降低了產(chǎn)品的本錢，更容易推廣和接受。傳統(tǒng)的智能家居雖然也具備一定的系統(tǒng)性，提供了諸多應(yīng)用，但是沒有突出與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、感知技術(shù)的有機(jī)融合。把物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于家庭環(huán)境，實(shí)現(xiàn)對(duì)智能家居系統(tǒng)的全面提升。智能家居在我國(guó)已經(jīng)開展十多年的時(shí)間，但是智能家居行業(yè)還沒有開展到一定的規(guī)模，物聯(lián)網(wǎng)作為一個(gè)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，受到各興旺國(guó)家和新興經(jīng)濟(jì)體國(guó)家的大力推崇，智能家居行業(yè)作為物聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)重要組成局部將會(huì)受到了社會(huì)各界前所未有的關(guān)注，對(duì)智能家居行業(yè)的廠商來(lái)說將迎來(lái)難得的開展機(jī)遇。2.3Zigbee技術(shù)Zigbee是無(wú)線通信技術(shù)的一種典型代表，它在檢測(cè)和控制方面有廣闊空間，而且本身具有近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低傳輸速率、低本錢的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，這些與智能家居系統(tǒng)對(duì)家庭網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的要求不謀而合，已經(jīng)確定了其取代有線組網(wǎng)，成為無(wú)線組網(wǎng)的最正確選擇的地位；另一方面，市場(chǎng)上存在很多能夠支持ZigBee技術(shù)的芯片，例如TI公司的CC2430、CC2530、CCll01，飛思卡爾公司的MCl3XX系列等，廉價(jià)的價(jià)格，能大大地降低得智能家居系統(tǒng)的本錢，因此高額的性價(jià)比最有可能被百姓接受。ZigBee是一個(gè)由可多到65000個(gè)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊組成的一個(gè)無(wú)線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，每一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸模塊之間可以相互通信，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的距離可以從標(biāo)準(zhǔn)的75m無(wú)限擴(kuò)展。與移動(dòng)通信的CDMA網(wǎng)或GSM網(wǎng)不同的是，ZigBee網(wǎng)絡(luò)主要是為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化控制數(shù)據(jù)傳輸而建立，因而，它必須具有簡(jiǎn)單，使用方便，工作可靠，價(jià)格低的特點(diǎn)。每個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)不僅本身可以作為監(jiān)控對(duì)象，例如其所連接的傳感器直接進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，還可以自動(dòng)中轉(zhuǎn)別的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳過來(lái)的數(shù)據(jù)資料。除此之外，每一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)(FFD)還可在自己信號(hào)覆蓋的范圍內(nèi)，和多個(gè)不承當(dāng)網(wǎng)絡(luò)信息中轉(zhuǎn)任務(wù)的孤立的子節(jié)點(diǎn)(RFD)無(wú)線連接。ZigBee技術(shù)主要用于低數(shù)據(jù)傳輸速率并且傳輸距離要求不是很遠(yuǎn)的各種通信設(shè)備之間。ZigBee的名字主要來(lái)源于蜜蜂通過跳ZigZag形狀的舞蹈來(lái)傳遞所發(fā)現(xiàn)的食物的位置、距離和方向等信息，一只一只的傳遞下去，此種技術(shù)與蜜蜂的這種通信方式相類似。ZigBee聯(lián)盟那么于2001年成立，而在2002年下半年，以及四大半導(dǎo)體公司共同宣布加盟ZigBee技術(shù)聯(lián)盟，以研發(fā)名為“ZigBee〞的新一代無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)，而在2006年作為中國(guó)通信行業(yè)龍頭的華為公司亦參加了此聯(lián)盟。截至目前，該聯(lián)盟大約已有約27家成員企業(yè)，所有這些公司都參加了負(fù)責(zé)開發(fā)ZigBee協(xié)議物理層和媒體控制層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的工作組。ZigBee聯(lián)盟負(fù)責(zé)開發(fā)網(wǎng)絡(luò)層及以上的協(xié)議。ZigBee協(xié)議那么比藍(lán)牙技術(shù)、高速率個(gè)人區(qū)域網(wǎng)或802.11x無(wú)線局域網(wǎng)等技術(shù)更簡(jiǎn)單而實(shí)用。ZigBee使用的是波段，采用了跳頻技術(shù)，這和藍(lán)牙技術(shù)相似，可以說是同族兄弟了。但相比之下，ZigBee協(xié)議比藍(lán)牙更簡(jiǎn)單、速率更慢、功率及費(fèi)用也更低。ZigBee的根本速率是，傳輸半徑可擴(kuò)大到400米，并可得到更低的功耗和更高的可靠性。此外，單個(gè)ZigBee無(wú)線模塊就可與254個(gè)節(jié)點(diǎn)互聯(lián)，假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中參加路由節(jié)點(diǎn)，那么網(wǎng)絡(luò)最大承載量可支持65535個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備互聯(lián)。由于它的低延遲和低功耗性能優(yōu)越性，所以在支持鼠標(biāo)、鍵盤等電腦周邊產(chǎn)品和家庭自動(dòng)化儀器等低速率應(yīng)用時(shí)可以比藍(lán)牙做地更好，人們更希望能在無(wú)線玩具、傳感器網(wǎng)絡(luò)、家庭監(jiān)控、工業(yè)監(jiān)控和平安系統(tǒng)等眾多領(lǐng)域拓展ZigBee的應(yīng)用。ZigBee網(wǎng)絡(luò)采用的是無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，與蜜蜂的通信類似，網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)間通信以一跳或多跳的形式自動(dòng)建立網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)那么以ZigBee協(xié)議為根底進(jìn)行通信，與各種傳統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)相比，其主要優(yōu)點(diǎn)有以下幾個(gè)方面。(1)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性好。其設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)自己組織性能使網(wǎng)絡(luò)各個(gè)節(jié)點(diǎn)在無(wú)需人工干預(yù)的情況下自己組網(wǎng)并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜蝿?wù)，當(dāng)添加或去除網(wǎng)絡(luò)中某個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，其余節(jié)點(diǎn)可以自行尋找其他節(jié)點(diǎn)替代中轉(zhuǎn)信息，具有較強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)自愈能力。(2)本錢低。由于ZigBee聯(lián)盟已經(jīng)有二十多家，他們的研發(fā)實(shí)力都很強(qiáng)，好多公司均已在2003年正式推出自己的ZigBee芯片，競(jìng)爭(zhēng)較大，近年來(lái)應(yīng)用于主機(jī)端的芯片本錢將會(huì)比藍(lán)牙等模塊更具價(jià)格上的優(yōu)勢(shì)。(3)功耗低。它的超低功耗也使得在應(yīng)用中兩節(jié)普通AAA干電池即可使用6個(gè)月至2年的時(shí)間，這也是ZigBee的最大的一個(gè)優(yōu)勢(shì)。(4)網(wǎng)絡(luò)容量大。每個(gè)ZigBee設(shè)備可以與另外254臺(tái)節(jié)點(diǎn)設(shè)備相連接，而參加路由節(jié)點(diǎn)的ZigBee網(wǎng)絡(luò)最多可容納多達(dá)65000多個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)。(5)數(shù)據(jù)傳輸速率低。只有10kb/s—250kb/s，符合本設(shè)計(jì)需求。(6)工作頻段靈活。使用的頻段中2.4GHz全世界通用，歐洲使用868MHz，美國(guó)那么使用915MHz頻段，但這些均是免申請(qǐng)頻段，可以直接使用。(7)網(wǎng)絡(luò)延遲時(shí)間短。活動(dòng)設(shè)備信道接入延時(shí)和休眠激活延時(shí)均僅為15ms，而搜索設(shè)備延時(shí)時(shí)間到達(dá)30ms。根據(jù)ZigBee聯(lián)盟所設(shè)定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，按功能分其網(wǎng)絡(luò)設(shè)備劃分為三種：ZigBee協(xié)調(diào)器，ZigBee路由器，ZigBee終端設(shè)備。他們的功能分別如下?！?〕ZigBee協(xié)調(diào)器：它是個(gè)全功能的設(shè)備，包含所有的網(wǎng)絡(luò)功能，是3種設(shè)備中功能最全面亦最復(fù)雜的一種，特點(diǎn)是計(jì)算能力強(qiáng)、存儲(chǔ)量大。它的作用是發(fā)送網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)、建立并且管理一個(gè)網(wǎng)絡(luò)及網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)信息并且不斷地接收下級(jí)節(jié)點(diǎn)所發(fā)來(lái)的信息。〔2〕ZigBee路由器：它也是全功能設(shè)備在參加網(wǎng)絡(luò)后，協(xié)調(diào)器就會(huì)分配給它一定量的十六位地址空間，再由其分別分配給下級(jí)節(jié)點(diǎn)使用，方便每個(gè)節(jié)點(diǎn)接入或離開網(wǎng)絡(luò)，具有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)及路由之功能?！?〕ZigBee終端設(shè)備：其一般的簡(jiǎn)化的功能設(shè)備。只能自己的與上一級(jí)如協(xié)調(diào)器或路由器之間通信，包括獲取網(wǎng)絡(luò)地址等。在ZigBee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)中，組網(wǎng)時(shí)有三種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可供選擇：星型結(jié)構(gòu)，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和簇樹型結(jié)構(gòu)，圖3所示。圖3ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖在星狀結(jié)構(gòu)中無(wú)論是路由器或終端設(shè)備都是直接與協(xié)調(diào)器進(jìn)行通信，在ZigBee協(xié)調(diào)器那么負(fù)責(zé)運(yùn)作與維護(hù)著整個(gè)網(wǎng)絡(luò)；在簇狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)初始化和建立網(wǎng)絡(luò)的操作，而路由器那么對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行擴(kuò)展，終端設(shè)備的信息由路由器進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā),只不過在簇狀結(jié)構(gòu)中終端間的信息交換只能通過一級(jí)級(jí)向上傳遞到協(xié)調(diào)器，再由協(xié)調(diào)器將信息分發(fā)下去。ZigBee聯(lián)盟在協(xié)議根底之上，規(guī)定了ZigBee協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)層與應(yīng)用層協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。下面就網(wǎng)絡(luò)層與應(yīng)用層作簡(jiǎn)要介紹。ZigBee網(wǎng)絡(luò)層的主要功能就是確保正常工作，同時(shí)定義了一些必須的函數(shù)，并且為應(yīng)用層提供適合的效勞接口。網(wǎng)絡(luò)層提供了兩個(gè)必須的功能效勞實(shí)體來(lái)向應(yīng)用層提供效勞接口，它們分別是管理效勞實(shí)體和數(shù)據(jù)效勞實(shí)體。應(yīng)用層主要由用戶根據(jù)具體的應(yīng)用進(jìn)行自我開發(fā)，用以維持節(jié)點(diǎn)的各種功能，發(fā)現(xiàn)此節(jié)點(diǎn)工作空間范圍內(nèi)其他節(jié)點(diǎn)的工作，再根據(jù)效勞的需求為各個(gè)不同的節(jié)點(diǎn)提供通信效勞。ZigBee應(yīng)用層有三個(gè)不同的局部分別是：應(yīng)用支持子層、ZigBee設(shè)備對(duì)象和制造商定義的應(yīng)用對(duì)象第三章智能家居系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)的需求分析智能家居系統(tǒng)為住戶提供全方位的信息交換功能，幫助家庭和外部、使用者與家庭環(huán)境之間保持信息交流暢通，優(yōu)化人們的生活方式。一個(gè)完整的智能家居系統(tǒng)需要解決的問題包括：家電的遠(yuǎn)程控制即隨時(shí)隨地實(shí)現(xiàn)對(duì)家電的控制，方便用戶不在家時(shí)對(duì)家電進(jìn)行操作；智能照明即能對(duì)燈光進(jìn)行集中和遠(yuǎn)程控制，提供舒適的照明體驗(yàn)；電動(dòng)門窗即對(duì)電動(dòng)鎖、電動(dòng)窗簾的遠(yuǎn)程控制，確保家庭環(huán)境的平安，隨時(shí)調(diào)節(jié)家庭的光照；安防報(bào)警即通過視頻監(jiān)控和報(bào)警器隨時(shí)監(jiān)視家庭的平安狀況；環(huán)境信息采集即對(duì)溫度和濕度采集，隨時(shí)隨地的感知家庭的環(huán)境信息。目前智能家居系統(tǒng)雖然大局部都能解決以上的問題，但是存在的問題有：需要專業(yè)人員施工，專門公司維護(hù)，施工周期長(zhǎng)，施工費(fèi)用高，系統(tǒng)靈活性差，功能華而不實(shí)，維護(hù)維修難，擴(kuò)展能力低，很多工程建成后用戶根本無(wú)法更新升級(jí)。物聯(lián)網(wǎng)一個(gè)根本特征就是無(wú)處不在、無(wú)所不知。物聯(lián)網(wǎng)的目標(biāo)是開展綠色全無(wú)線技術(shù)，包括感知、通訊等等不僅要求極低功耗，而且要求全無(wú)線覆蓋、高可靠連接、強(qiáng)平安通訊、大規(guī)模組網(wǎng)、會(huì)自我修復(fù)?；谖锫?lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)的特點(diǎn)：安裝簡(jiǎn)單，使用方便，維護(hù)不用操心，具有較強(qiáng)的靈活性和實(shí)用性、擴(kuò)展隨心所欲，移植性好。設(shè)計(jì)原那么為以下幾點(diǎn)：1.滿足人們?cè)诜奖阈院褪孢m度方面的要求。2.高性價(jià)比。要充分考慮系統(tǒng)的性能和價(jià)格的要求，盡量降低本錢。3.通用性。要選擇兼容性好，符合國(guó)際通用協(xié)議的技術(shù)。4.可擴(kuò)展性。每個(gè)家庭的設(shè)備類型和個(gè)數(shù)不同，同樣的家庭內(nèi)的設(shè)備會(huì)更行換代，必須保證系統(tǒng)能方便的進(jìn)行增加和刪除，設(shè)備識(shí)別。5.可移動(dòng)性。必須保證設(shè)備在家庭內(nèi)部的移動(dòng)不受距離的限制，實(shí)現(xiàn)無(wú)盲區(qū)的數(shù)據(jù)傳輸。6.平安性。包括系統(tǒng)運(yùn)行過程的平安性和耐久性。3.2系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)主要由終端子節(jié)點(diǎn)、ZigBee路由節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、中央控制單元、GSM/GPRS和以太網(wǎng)通信單元等局部組成。中央控制器是該系統(tǒng)的核心，采用高性能、低本錢、低功耗的32位ARMCortex-M3內(nèi)核增強(qiáng)型處理器STM32F103R6芯片。智能家居系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)如圖4所示。圖4系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，本系統(tǒng)由三層構(gòu)架組成。第一層數(shù)據(jù)感知層，由各類傳感器搭載ZigBee無(wú)線通信模塊組成終端子節(jié)點(diǎn)，終端子節(jié)點(diǎn)將采集到的信息通過ZigBee無(wú)線通信模塊傳送給路由節(jié)點(diǎn)，由路由節(jié)點(diǎn)再將信息傳遞給ZigBee協(xié)調(diào)器；同樣，當(dāng)工作站或者運(yùn)行平臺(tái)發(fā)出命令時(shí)也是通過路由節(jié)點(diǎn)傳遞到各個(gè)終端設(shè)備。第二層網(wǎng)絡(luò)層，在該層中央控制器是核心，在系統(tǒng)中承當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中繼的作用，主要實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)器融合的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)信息與外部網(wǎng)絡(luò)之間通信構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)。在該層通過ZigBee收發(fā)模塊實(shí)現(xiàn)采集終端的數(shù)據(jù)和前端設(shè)備通信，通過GSM或者網(wǎng)絡(luò)形式實(shí)現(xiàn)與用戶通信，從而實(shí)現(xiàn)人與物之間的互聯(lián)。第三層應(yīng)用效勞層，借助GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)可以將采集信息傳送至手持設(shè)備、PC客戶端，實(shí)現(xiàn)用戶的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制，為用戶提供一個(gè)人機(jī)交互平臺(tái)。3.2.1家居檢測(cè)模塊該模塊由ZigBee無(wú)線通信模塊和傳感器組成，傳感器主要完成數(shù)據(jù)的采集。將溫濕度傳感器SHT11、煙霧傳感器MQ-6、氣敏傳感器TGS813和開關(guān)型可見光照強(qiáng)度傳感器ON9668連接到CC2530的P2.0-P2.4口上，實(shí)現(xiàn)家居環(huán)境檢測(cè)。3.2.2紅外監(jiān)測(cè)模塊該模塊采用豪恩公司的普通雙源被動(dòng)紅外傳感器LH-912E安裝在室內(nèi)，當(dāng)有人員入侵時(shí)進(jìn)行判斷報(bào)警。該探測(cè)器采用紅外融合微波技術(shù)，可以準(zhǔn)確無(wú)誤的判斷并實(shí)現(xiàn)報(bào)警。3.2.3家居控制模塊家居控制模塊主要完成燈光、空調(diào)和門窗的遠(yuǎn)程控制。燈光控制可以使用戶通過控制移動(dòng)設(shè)備完成對(duì)各燈具的開關(guān)、調(diào)光等操作。該模塊由AT89C52和光敏電阻、熱釋電傳感器和繼電器驅(qū)動(dòng)構(gòu)成。ZigBee無(wú)線收發(fā)模塊通過串口方式與燈具控制器相連，可將采集到的信息傳送到用戶，用戶通過即可控制燈光系統(tǒng)?？照{(diào)遠(yuǎn)程控制模塊實(shí)現(xiàn)用戶通過即可遠(yuǎn)程控制空調(diào)。但是在現(xiàn)今空調(diào)采用HBS總線方式，利用HBS總線通信模塊MM1192將空調(diào)控制器進(jìn)行改良,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制。3.2.4無(wú)線通信模塊本設(shè)計(jì)采用美國(guó)TI公司生產(chǎn)的CC2530射頻芯片來(lái)完成ZigBee組網(wǎng)通信。CC2530是一款內(nèi)部具有增強(qiáng)型8051微控制器內(nèi)核的無(wú)線微型控制器，它兼容2.4GHz、IEEE802.15.4協(xié)議和ZigBee技術(shù)的片上芯片，擁有128KB的系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存和8KBRAM；具有強(qiáng)大的5通道DMA，低功耗、低電流等特點(diǎn)。CC2530與STM32處理器連接也很簡(jiǎn)單，電路如圖5所示。圖5無(wú)線通信模塊3.2.5GSM/GPRS通訊模塊通訊模塊采用Siemens公司的新一代GSM/GPRS雙頻模塊MC35i，該模塊外圍電路簡(jiǎn)單，工作頻段可以是900MHz和1800MHz兩個(gè)頻段。該模塊集成基帶處理器和射頻電路，微處理器通過該模塊的異步串行收發(fā)器與其交互。MC35i需要外接天線，而且自帶SIM接口，硬件連接如圖6所示。圖6MC35i硬件電路圖3.3系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化的編程思想進(jìn)行，包括主程序、終端采集子程序、ZigBee無(wú)線通信子程序、RS232通信子程序。當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)后，系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行分析，如果正常執(zhí)行各局部子程序，當(dāng)有警報(bào)發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)翻開GSM/GPRS通訊模塊進(jìn)行報(bào)警。系統(tǒng)是基于ARM嵌入式的開發(fā)平臺(tái)進(jìn)行的，采用模塊式設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。圖7系統(tǒng)總體流程圖在系統(tǒng)中，Zigbee協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)情況選擇適宜的信息組建網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)，通過串口與中央控制器相連，實(shí)現(xiàn)信息會(huì)聚和用戶命令向下發(fā)放，Zigbee協(xié)調(diào)器是系統(tǒng)的橋梁。Zigbee協(xié)調(diào)器軟件流程如圖8所示。圖8協(xié)調(diào)器軟件流程圖3.4系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通過對(duì)智能家居系統(tǒng)的功能研究與設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)將智能家居系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為三個(gè)局部：遠(yuǎn)程控制網(wǎng)絡(luò)、家庭網(wǎng)關(guān)及家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。圖9為智能家居系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼彝?nèi)部網(wǎng)絡(luò)是物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)的感知層的具體實(shí)現(xiàn)，是互連家庭內(nèi)部各種電器、設(shè)備的局域網(wǎng)，提供信息數(shù)據(jù)傳輸和設(shè)備管理功能。家庭網(wǎng)關(guān)是連接家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和遠(yuǎn)程控制網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備，是整個(gè)智能家居網(wǎng)絡(luò)的核心，集中協(xié)調(diào)家居網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行。遠(yuǎn)程控制網(wǎng)絡(luò)主要負(fù)責(zé)通過互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議與家庭網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信，傳遞家庭內(nèi)部的狀態(tài)信息，發(fā)送家電的控制信息。第四章遠(yuǎn)程控制客戶端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)4.1客戶端的功能與結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)程控制端即客戶端，它通過發(fā)送控制命令對(duì)智能家電進(jìn)行控制，必要時(shí)反應(yīng)信息給用戶，同時(shí)通過監(jiān)測(cè)安防設(shè)備，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)提供報(bào)警及存儲(chǔ)報(bào)警信息?？蛻舳朔譃槲鍌€(gè)功能模塊：用戶信息管理、家電管理模塊、家庭安防模塊、情景模式模塊及系統(tǒng)狀態(tài)模塊。其中：●用戶信息管理模塊主要實(shí)現(xiàn)用戶身份的認(rèn)證，以保證家庭信息的平安?！窦译姽芾砟K主要實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的自動(dòng)識(shí)別，對(duì)房間和房間內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行管理，獲取用戶的控制命令，通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送控制命令。●家庭安防模塊主要是為了通過發(fā)送報(bào)警器控制命令，控制報(bào)警器的開啟與關(guān)閉，獲取報(bào)警信息，發(fā)出報(bào)警信息以通知用戶。●情景模式模塊主要是為了實(shí)現(xiàn)用戶通過選取預(yù)先定義好的各種家居設(shè)備組合工作模式和裝填，改變家庭內(nèi)部的狀態(tài)?！窦彝キh(huán)境信息采集模塊主要是為了獲取當(dāng)前家庭環(huán)境信息，以供用戶查詢。本次設(shè)計(jì)的客戶端主要是在PC機(jī)客戶端，開發(fā)工具為VC++6.0。4.2客戶端網(wǎng)絡(luò)通信的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)本次設(shè)計(jì)的客戶端的網(wǎng)絡(luò)通信是基于TCP連接的，網(wǎng)絡(luò)程序的設(shè)計(jì)接口是采用WindowsSockets。基于TCP的CSocket編程的客戶端的程序流程是：創(chuàng)立套接字。首先，創(chuàng)立一個(gè)套接字對(duì)象，然后利用Create()函數(shù)創(chuàng)立一個(gè)根本的套接字句柄。Create函數(shù)原型如下：BOOLCreate(UINTnSocketPort,intnSocketType,LPCTSTRlpszSocketAddress);//創(chuàng)立套接字函數(shù)，初始化套接字對(duì)象，對(duì)客戶端編程時(shí)選用默認(rèn)值即可?！?〕向效勞器發(fā)出連接請(qǐng)求。利用Connect()函數(shù)向效勞器發(fā)送連接請(qǐng)求。Connect函數(shù)原型如下：BOOLConnect(LPCTSTRlpszHostAddress,UINTnHostPort);//第一個(gè)參數(shù)為效勞器的IP地址，第二個(gè)參數(shù)為端口號(hào)。本次設(shè)計(jì)的效勞器地址要求用戶手動(dòng)輸入，端口號(hào)為5000.〔3〕效勞器端進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。利用Send()函數(shù)向效勞器發(fā)送數(shù)據(jù)，利用Recv()函數(shù)接收來(lái)自效勞器的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)與效勞器的數(shù)據(jù)通信。函數(shù)原型如下：intPASCALFARsend(SOCKETs,constcharFAR*buf,intlen,intflags);intPASCALFARrecv(SOCKETs,charFAR*buf,intlen,intflags)；//s為連接套接字，buf為數(shù)據(jù)，len為數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，在本次設(shè)計(jì)中數(shù)據(jù)長(zhǎng)度均為32位?！?〕關(guān)閉套接字。利用Close()在通信結(jié)束后，關(guān)閉套接字。4.3數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)本次設(shè)計(jì)的客戶端具有添加房間、刪除房間、在房間內(nèi)添加和刪除設(shè)備的功能，當(dāng)用戶進(jìn)行這些操作后，下次啟動(dòng)客戶端，需仍能看到上次進(jìn)行的修改。為此，客戶端的需要對(duì)設(shè)備的物理地址、設(shè)備名以及設(shè)備所在的房間號(hào)、房間名進(jìn)行存儲(chǔ)。因此本系統(tǒng)用到Access2007數(shù)據(jù)庫(kù)，在數(shù)據(jù)庫(kù)中建立了一個(gè)設(shè)備管理表用以存放數(shù)據(jù)。對(duì)應(yīng)的表格內(nèi)容如表1所示。表1設(shè)備信息表4.4各功能模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)4.4.1用戶信息管理模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)家庭遠(yuǎn)程控制中心可以對(duì)家電進(jìn)行操作，能對(duì)家庭信息進(jìn)行查詢，這些操作只允許家庭內(nèi)部成員進(jìn)行，所以需要權(quán)限認(rèn)證。用戶信息管理模塊主要是為了實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶身份信息的認(rèn)證，來(lái)保證家庭信息的平安。用戶信息管理模塊需