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智能家居控制系统设计

摘要：伴随物联网产业的源起与飞速发展，人们的生活已离不开智能化带来的便利与享受。目前，家居智能化已成为当今的主流发展趋势，影响到人们的日常生活，智能化、信息化的生活方式，成为当今世界研究的热点问题。而这一切发展的最终目的是为人们提供一个舒适、便捷、高效、安全的生活环境，智能家居控制系统的发展也日渐满足人们对居住环境的多方面需求。智能家居控制系统不仅能给人们带来不一样的精神享受，更重要的是可以为人们节省宝贵时间。在本设计中，智能家居灯光控制系统采用无线通信技术与移动设备进行通信，通过移动设备发送指令来实现物与物之间的数据传输，实现对家居的远程控制，这样的方式能很好地缓解人们的生活节奏，带来方便的同时，满足人们对生活品质的要求，实现随时随地对家居的管控能力。

关键字：智能家居；系统设计；措施

1智能家居系统结构

从系统结构的角度来讲，智能家居系统可以分为传感器、执行器、控制中枢、通信网络和人机接口。传感器：主要是将环境中的各种量收集起来，常见的量有：温度、湿度、亮度、音量、是否有人、水浸、燃气等。传感器将收集的这些量发送给控制中枢。执行器：用于根据控制中枢发出的指令来完成动作，执行器主要是智能插座、智能开关、万能遥控器、电动窗帘、推窗器、智能门锁和智能家电等。控制中枢：用于根据用户的需求和设定，判断传感器发送来的条件变量是否满足要求，如果满足的话就发出控制指令让执行器执行，或者协调一些执行器按顺序执行某些场景动作。有的厂家会将控制中心独立出来，称为智慧中心或者网关，有的厂家会将控制中心将传感器做在一起，也有的厂家将控制中心和执行器做在一起，但实现的功能都是一样的。有的厂家会给控制中心单独制作一个显示屏，直接安装在墙壁上，用于控制整个智能家居，更多的厂家是直接使用手机APP控制，两种方式各有利弊，显示屏操作方便但位置固定，手机携带方便但不便于多人操作，两者结合倒是不错的选择，当然这个还要按照自己的需求来确定。通信网络：智能家居组件之间的通讯以及和用户之间的通讯都需要网络支持。智能家居组件之间一般使用专用的网络通讯方式，例如ZigBee、433MHz的射频、蓝牙MESH等等，这些是智能组件之间的通讯，用户一般不需要考虑细节。智能家居系统一般使用WiFi或者网线接入网络，可以和系统的后台服务器通讯，同时还可以和用户的手机APP、智能音箱等设备通讯。人机接口：人机接口用于将用户的指令发送给智能家居系统，同时将智能家居系统的反馈和何种状态信息告知用户。常见的人机接口有手机APP、智能音箱、智能控制器。近年来，智能音箱发展迅速，因为自然语音是人类用起来最舒服的方式，用自然语言的方式和智能家居系统沟通，不但轻松上手，还不需要改变生活习惯。

2控制系统硬件设计

该智能家居系统由温度和烟雾数据采集模块、GSM远程控制模块、防盗功能模块、预防儿童跌倒模块等几个模块组成。

2.1设计控制开发板

开发板处理器通常可以选择相应的ARM处理器，可以兼容多种不同的8位和16位设备并使用相应的32位简化指令集处理器架构，相应的芯片采用相应的S3C2440微处理器，支持主频400MHz，最高可达522MHz，集成16/32位RISC嵌入式微处理器和ARM920T核心，采用液晶显示器连接以太网RJ45接口。连接3个串口到USBSlaveB，USBHost类型接口以及采用相应的PWM控制蜂鸣器。通过使用摄像头接口不断连接到相应的开发板扩展接口的34PinGPIO引脚，使其最后能够准确地连接到40Pin系统的总线接口。射频模块的开发板通常采用相对较为开放的ISM频段，其中的有效工作范围通常是433MHz/868MHz/915MHz，其频率调制器通常集成在nRF905芯片本身，通过不断调节不同家庭之间的工作指令，并使用芯片的接收器和解调器能够准确接收不同控制命令的不同频率。使用功率放大器时可以通过控制同一指令不同功率的各项家用设备，从而防止其中因功率转换不当，而发生相应的安全事故。

通过利用调节器发送以及接收相应的控制命令的32B数据，从而可以将传输速率调整到50Kb/s，并外接433MHz天线。在控制开发板上设置相应的S003nRF905无线数据传输模块，确保数据传输模块的工作频率范围控制在422.4-473.5MHz之间。通过一定的内置通信信道，满足多点通信以及相应的调频群控模式。不断采用相应的SMA接口连接其中的外部天线，从而不断增强控制信号的收发功能。系统硬件芯片采用STM32、nRF905以及相应的家电设备构成设备节点。通过I/O端口不断连接相应的射频以及STM32，可以模拟相应的SPI总线连接的稳定效果。在设计了相应的控制开发板之后，通过采用设计主控制电路，从而实现各项电路的主控制功能。

2.2主控制电路设计

当设计的主要控制电路根据不同