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摘要：

主要對基于物聯網的新型智能家居控制系統的設計展開了研究，從系統整體設計、系統硬件設計、嵌入式網關設計和系統監控頁面設計四方面對基于物聯網的新型智能家居控制系統的設計進行了詳細的介紹，以期能為相關設計提供參考和借鑒。

關鍵詞：

物聯網；智能家居控制系統；嵌入式網關；監控頁面

隨著科技的不斷進步和社會信息化腳步的不斷加快，物聯網技術逐漸得到了迅速的發展，融合了信息采集、數據通信、數據存儲、數據分析、節能環保等一系列物聯網技術的智能家居控制系統也逐漸走進了人們的生活。智能家居控制系統是以信息傳輸網絡為硬件平臺，各種網絡技術為軟件支撐平臺，通過現場總線將家庭生活中所用的通信設備、家居設備和家庭安全防范設備連接起來的一種智能控制系統。該系統能滿足人們對家居環境安全性、方便性、舒適性和可控制性的需求，具有良好的市場前景。鑒于此，筆者將對智能家居控制系統的設計進行詳細的介紹。

1系統總體設計

根據智能家居控制系統的功能需求，將其分為四個子系統：①環境監控子系統，主要作用是將室內的溫濕度、光照度等環境因素控制在適宜的范圍內。②安防監控子系統，主要作用是監控室內的防盜、火災、燃氣泄漏等安全狀況。一旦出現緊急情況，系統將自動報警，且使執行機構產生相應的動作。③遠程抄表子系統，主要作用是采集并顯示室內的水、電、煤氣數據，月底發送數據報表。④供電控制子系統，主要作用是確保機電設備正常用電，并以室內的溫濕度、光照度、安防等為對象進行優化控制。在設計時，應兼顧各個系統之間的交互聯動控制，在組態軟件Kingview的基礎上開發具有開放性的智能家居綜合管理系統。

2系統硬件設計

為實現上述智能家居的總體設計，采用無線傳感網絡通信技術ZigBee和嵌入式ARM技術構建家庭WEB網關平臺，通過紅外傳感器、氣敏傳感器、濕敏傳感器、溫度傳感器和無線智能插座等設備實現相應的功能。本文僅選擇其中兩個具有代表性的子系統來介紹具體的設計情況。

2.1環境監控子系統的設計環境監控子系統主要包括溫濕度和光照的檢測兩部分。溫濕度檢測是非常重要的一環，本設計選用數字式集成溫濕度傳感器SHT11來實現該功能。SHT11的檢測精度能夠滿足家庭使用需求，其檢測信號通過無線傳感網絡傳送到家庭WEB網關平臺，并通過家庭網關進行后續信號的處理。無線傳感網絡采用ZigBee技術。ZigBee這種新型的無線網絡具有抗干擾、低功耗、易組網等特點，能夠滿足物聯網行業的需求。本設計選用的ZigBee芯片為CC2430芯片。該芯片是世界上首款符合ZigBee標準的射頻單芯片，其頻率為2.4GHz，由CHIPCON公司設計，適用于多種ZigBee標準的無線網絡節點以及與之相關的路由器、協調器和終端設備等。CC2430芯片集成度很高，只需較少的外圍器件就可以組建一個完整的系統進行信號的接收和發送。在硬件電路的基礎上，配合相應軟件就可以實現溫濕度信號的采集和報警。為了實現對溫濕度的檢測和控制，除了由上述溫濕度檢測電路向家庭網關傳送數據外，還需要設計一個接收控制命令的執行機構。本文選用以標準CC2430模塊為核心的智能插座，并在外圍擴展繼電器控制電路，根據開關命令實現繼電器的通電和斷電。繼電器的通電和斷電由CC2430的一個輸出引腳控制。智能插座硬件節點電路如圖1所示。當三極管由導通變為截止時，繼電器線圈會出現較大的感應電勢，為了保護三極管，在繼電器兩端反向串聯一個續流二極管4418，以吸收該電勢。

2.2安防監控子系統的設計安防監控子系統的硬件電路結構如圖2所示。其中，氣敏傳感器負責檢測燃氣的泄漏情況。本設計選擇QM-N5型氣敏傳感器，當其檢測到燃氣泄漏時，電導率迅速升高，將此信號放大后通過CC2430模塊傳送給主控器。熱釋電紅外傳感器是基于熱電效應的紅外傳感器，其熱電系數高于熱電偶，由傳感探測元、干涉濾光片和場效應管匹配器三部分組成，通過配套的菲尼爾透鏡，能夠檢測到一定范圍內的人體輻射，并進行防盜報警。火災報警選用煙霧傳感器，當檢測到煙霧時，傳感器的電阻值發生變化，并輸出相應的信號進行報警。

3嵌入式網關設計

物聯網網關在智能家居控制系統中占據非常重要的地位，它起著承上啟下的作用，是連接服務器與終端設備的樞紐，且負責運營商網絡和家庭內部網絡的交互訪問。此外，用戶對家居設備的遠程控制和管理也需要通過物聯網網關完成。本設計的物聯網網關采用S3C2440芯片作為主控制器。S3C2440是以ARM920T為核心的RISC微處理器。該芯片具有低功耗和高性能的特點，能夠滿足設計需求。家庭網關系統結構如圖3所示。主控制器S3C2440和ZigBee模塊、3G模塊的連接通過USB接口實現。

4監控界面設計

利用北京亞控科技發展有限公司開發的組態軟件Kingview6.53來設計監控界面。Kingview軟件是用于過程控制和數據采集的專用軟件，提供資源管理模式的操作界面，使用靈活，支持多種主流硬件設備，包括艾默生、歐姆龍、西門子等各廠家的PLC系列、智能儀表系列、智能模塊系列、板卡系列等。Kingview軟件具有較強的通信功能，并提供OPC接口、網絡等功能，在國內市場占有很大的比例。

4.1基于Kingview的設備驅動設計Kingview軟件將與其通信的設備都看作是外部設備。為實現與外部設備的通信，Kingview軟件內置了大量設備的驅動程序，以此作為通訊接口。在運行期間，Kingview軟件通過驅動程序和外部設備收發數據。每一個驅動程序都是Kingview軟件的一個COM對象。這種通信方式使驅動程序和Kingview軟件組成一個完整的系統。Kingview軟件驅動程序是其與硬件設備連接的樞紐，本設計中的通信協議采用小端模式，即默認數據格式為低字節數據在前。該協議定義了光強感測設備、燈光控制設備、溫濕度檢測設備、電能檢測設備、人體檢測設備、燃氣泄漏檢測設備、智能插座、幕布控制設備共八類設備。利用驅動加載工具將驅動加載到Kingview軟件中需要以下三步：①給該驅動配置一個描述文件（擴展名為.des）。該描述文件不能單獨使用和操作，只能配合驅動文件一起安裝使用。②在建好.des文件后，利用驅動開發包工具加載安裝驅動。③打開Kingview軟件的工程管理器，點擊“設備”，然后再點“新建”，出現“設備配置向導”，在“設備驅動”一欄即可看到新加載的驅動。

4.2基于Kingview的監控界面設計監控界面是使用者操控底層設備的界面，通過監控界面可以實現對家居設備的全面檢測和實時控制。利用Kingview軟件開發工程的一般步驟如下：設計圖形界面，即定義畫面；定義設備；構造數據庫，即定義變量；建立動畫連接；運行和調試。

5結束語

綜上所述，智能家居控制系統的應用使得家庭生活更安全、方便，提高了人們的生活質量，具有良好的應用前景。本文設計的基于物聯網的智能家居控制系統不僅能夠將整個家居中可連接到網絡的所有電氣設備有機整合到一起，并對這些設備進行有效控制，還能夠實現對整個系統的實時監控和管理，具有實現簡單、性能穩定、適用范圍廣、安全、可靠等優點，值得被廣泛推廣和應用。

參考文獻

［1］姜宇航.基于物聯網的智能家居控制系統設計［D］.長春：吉林大學，2014.

［2］徐健.基于物聯網的遠程智能家居控制系統的設計［J］.信息與電腦（理論版），2015（15）。

作者：范明中 單位：深圳市天健智能樓宇科技有限公司