基于3g网络的智能家居系统设计大学毕业论文.doc

广西科技大学鹿山学院毕业设计（论文） 题 目：基于3G网络的智能家居系统设计系 别： 电子信息与控制工程系 专业班级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 职 称： 讲 师 二一四年五月二十日广西工学院鹿山学院本科生毕业设计（论文）摘要随着经济发展，人们生活水平提高，智能家居也得到快速发展。3G网络技术因其支持无线远程传输图像、音乐、视频及网页浏览等多种业务，成为智能家居行业发展的新技术。一个能实现远程控制、视频监控、多媒体通信等功能智能家居系统直接决定了智能家居的服务水平。因此对基于3G网络的智能家居系统的研究具有重要意义。本文对国内外智能家居现状进行分析后，根据人们需求，提出了一个通信距离长、可靠性高、服务完善的智能家居系统方案。本文主要结合3G、ZigBee、以太网等通讯技术解决智能家居内部网络组网的问题，并从硬件与软件两方面设计了家居系统的中枢设备家庭网关，实现3G网络接入智能家居系统。关键词：3G网络；智能家居；家庭网关；远程控制AbstractWith economic development, people's living standards improve, the smart home has also been rapid development. 3G wireless network technology because of its support for remote transmission of images, music, video, and web browsing and other business, the development of new technologies to become smart home industry. One can achieve remote control, video surveillance, multimedia communications and other functions of smart home smart home system directly determines the level of service. Therefore, the study of 3G network based smart home system is important. After this paper, smart home systems analysis and abroad, combined with the actual needs of the people, made a long distance communications, high reliability, improve services smart home system solutions. This paper combines 3G, ZigBee, Ethernet and other communications technology to solve the problem of intelligent home networking internal network, and from both hardware and software aspects of the design of the home system central home gateway device to achieve 3G network access smart home system.Keywords: 3G network ；smart home ; residential gateway；remote controlII目录1 绪论11.1 课题背景及意义11.2 智能家居的发展史11.3 智能家居的国外现状11.4 智能家居的国内现状21.5 本文章节安排21.6 章节小结32 智能家居系统通讯技术简介42.1 3G网络技术介绍42.1.1 3G网络技术的特点42.1.2 3G网络技术标准分析42.1.3 3G网络于智能家居的应用52.2 ZiBee技术简介52.3 以太网技术简介62.4 本章小结73 系统总体方案设计83.1 智能家居系统功能需求83.2 智能家居系统设计原则83.3 智能家居系统设计需要解决的问题93.4 智能家居系统服务框架设计103.5 智能家居系统的主要功能103.6 系统总体结构设计133.7 章节小结144 智能家居系统网络设计154.1 智能家居总体网络结构设计154.2 智能家居系统信息网络组网154.3 家庭传感网络及控制网络组网164.4 智能家居控制网络控制流程174.5 本章小结185 家庭网关平台设计195.1 家庭网关硬件设计195.2 家庭网关软件系统设计215.2.1 家庭网关软件构架设计225.2.2 3G网络通过PPP拨号接入到家庭网关的过程235.2.3 PPP技术实现3G网络接入235.3 章节小结24结束语25致谢26参考文献271 绪论1.1 课题背景及意义随着科技的发展，生活水平提高，人们也越来越向往安全、便捷、舒适、可靠的家庭环境。但是家用电器产品随着科技发展，家用电器产品种类越来越多，功能也越来越多，虽然部分家用电器已经实现智能化，但是人们被这些功能繁多，种类繁多的家居电器包围着，使生活也变得繁琐。人们需要一个能将众多家用电器整合起来统一管理的系统。在这背景下，如何设计一个可靠性高，功能齐全，控制简单的智能家居系统成为一个新的研究课题。智能家居是在20世纪末引进中国，在中国也有了十几年的发展，但是目前国内的智能家居存在着标准不规范、智能化不高、功能不齐全、价格昂贵等问题。针对这些问题，本文提出一种拓展性强，功能齐全、成本低、使传统的家用电器实现网络通信的智能家居理念。为人们创造一个舒适的家庭环境。1.2 智能家居的发展史智能家居的发展可以分为三个阶段：第一个阶段，电气化阶段，20世纪70年代，电子技术普及应用到家庭中，如冰箱、空调、微波炉、电风扇等等。但是这些电器都是相互独立的，不能联动控制。 第二个阶段，自动化阶段，20世纪80年代到90年代，随着科技发展，智能家居进入了自动化的阶段，紧急报警按钮，指纹锁，门磁开关等安保设备和一些家用电器已经可以部分联动。第三个阶段，即是家居智能化阶段，由于科技的迅速的发展，20世纪90年底中后期，住宅中的安防系统和通信设备等各种家用电器，通过总线技术进行管理、并实现行远程控制，无线控制等功能。1.3 智能家居的国外现状 随着人们生活水平的提高和科技的提高，人们越来越重视生活质量，而家居设备作为人们日常生活用品，其用得安全放心，用得舒心，用得省心，将提高人们的生活幸福指数，这就是智能家居的意义所在，而智能家居经过半个世纪的发展，已经进入一个相对成熟的阶段，1996年，英国提出环保，节能，生态和智能化的智能住宅概念，他们认为这是二十一世纪住宅建设的4大主题。1998年由英国BBC组织并用6个月的时间设计和现场组建了Iteger(中国称它为聪明屋)，它生态环保，如它有个生活水处理系统，可以将室内用水收集到地下水箱，经过处理，再用于洗车，浇花草等。它也节能，屋顶用了太阳能，地下用两个热泵提出大地的热量，并且设计了一套储存热量的系统，可以将夏天提取到的热量储存起来，成为冬天的热源。它也具有智能化，在住宅里安装视频监控系统，可监控住宅内外的场景，在门口安装了智能锁，在门窗处安装了震动和红外安防探头，这些都保证了住宅的安全，而家电采用红外遥控系统，可以控制室内的音频系统，对于像微波炉，电冰箱等也设置了相应的控制系统。聪明屋建好以后，智能住宅就备受关注，其他国家也争相发展,在诠释一个未来的家庭是什么样子的，韩国的Ubiquitous就是很好的例子，它向人们展现的未来家庭应该是，可以远程监控家庭内的信息，在家里，如买回来的东西放冰箱里，冰箱屏幕显示器会显示冰箱内物品的信息，如食品的有效期等。1.4 智能家居的国内现状20世纪90年代，中国才引进智能家居这一概念，经过十几年的发展，智能家居行业竞争也越来越激烈，国内涌现出如GKB数码屋、海尔U-home、科佳Omelife等这些技术相对成熟，拥有自己独特的智能家居理念的企业。如海尔U-home的“智慧居”其设计理念是“智慧物联，感知生活，多屏合一，集中控制，移动对讲，掌上操控，智能感知，舒适尽享”。该系统采用U-home2.0智慧物联核心技术，能将智能安防、灯光控制、远程抄表、门禁系统等各子系统相互连接；实现手机、电脑、智能终端都可实现对空调、热水器、地暖、新风、灯光、窗帘等设备的监控。能根据环境的温度、湿度、光线照度改变，并能自动调节空调、灯光、窗帘等设备等功能。虽然智能家居的发展现在已经很成熟，但是在我国，智能家居存在着许多问题，最主要的有智能家居的行业没有统一标准，产品接口参差不齐，不利于智能家居的发展。二是成本高，能享受智能家居系统带来的便利的只有小部份人群。智能家居的普及是社会发展的必然结果，而我国的智能家居正处于起步阶段，可见我国智能家居市场拥有着巨大的发展前景。1.5 本文章节安排本文章节安排如下所示：第一章主要写了课题的研究背景及意义，简要概括了家居系统的发展史及国内外发展现状。第二章是对智能家居通讯技术的介绍，分别简述了什么是3G网络，对3G网络的特点及标准进行分析，同时对ZigBee技术、以太网技术作了简要叙述，并将其与其相关的技术对比。第三章是智能家居系统总体方案设计，先对系统功能进行分析，明确了系统设计的原则，对要解决的问题进行分析，根据需求设计系统的服务功能。并对智能家居系统作整体设计，并作出系统总体结构图第四章是智能家居系统的网络设计，采用以太网技术与ZigBee技术组成家居系统内部网络。第五章是对智能家居系统的中枢家庭网关的设计，主要描述了智能家庭网关硬件和软件的相关信息。结束语1.6 章节小结本章简述了智能家居系统的研究背景及意义，介绍了智能家居的发展史与国内外现状。并简述了本文章节结构。2 智能家居系统通讯技术简介现在的智能家居系统通讯技术有以太网、令牌总线网、WI-FI、ATM网、蓝牙、3G网络和GigBee等通讯技术。其中以太网、令牌总线网为有线组网，一般用于家庭内部设备信息组网。后面三个为无线组网，而3G网络适合远程控制，GigBee则是短距离控制网络，适合家庭内部传感器组网，与控制网络组网。本文的家庭内部信息网络采用的是以太网技术组网，远程控制网络采用3G网络通讯技术，内部传感器网络与控制网络网采用zigbee技术组网。2.1 3G网络技术介绍国际电信联盟（ITU）在1985年提出第三代移动通信技术也叫高速数据传输的蜂窝移动通讯技术，简称3G，在1998年国际电信联盟（ITU）把15种无线接口技术标准类似的相融合，最终得到5种，而其中3种是由我国提出的，我国拥有其自主知识产权，它们是：CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA。3G业务繁多，代表业务有视频动画，Web网页浏览，电话/E-mail,OL游戏，电话会议等业务。2.1.1 3G网络技术的特点3G网络技术的主要的特点有：（1）3G网络拥有全球化的特征，用户不仅可以在国内可以进行通讯，甚至能提供全球漫游的业务。（2）3G网络传输数据快，传送速率能达到2Mbit/s。（3）3G网络可以实现可视电话功能，还可以传输高清晰的图像及视频等。（4）能多网互联，能够与因特网，第二代移动通讯网等网络相连。2.1.2 3G网络技术标准分析三种主流标准如表2-1所示:表2-1 三种主流3G标准比较对比类型CDMA2000WCDMATD-SCDMA载频带宽频率对，1.25/3.75MHZ频率对，5MHZ单频段，1,6MHZ多址方式DS-CDMA/MC-CDMADS-CDMATDMA/DS-CDMA频率重用率111码片速率1.2288/3.6864Mchip/s3.84Mchip/s1.28Mchip/s信道编码卷积码，Turbo码卷积码，Turbo码卷积码，Turbo码扩频码Walsh码，伪随机码OVSFOVSF制方式下行：QPSK上行：BPSK下行：QPSK上行：HPSKQPSK，8-PSK（可选）帧长20ms10ms10ms(分两个帧)每帧时隙数不分时隙157（6个业务时隙）最大速率2,4Mbit/s2Mbit/s2Mbit/s功率控制开环功控，快速闭环功控（800HZ）开环功控，快速闭环功控（1600HZ）开环功控，快速闭环功控（200HZ）接收机RakeRake联合检查基站间同步GPS同步异步同步2.1.3 3G网络于智能家居的应用3G技术是通信领域里的一项新技术，在我国从2009年开始推广，经过几年的发展，3G网络已逐渐融入到我们的生活中，给我们带来了全新的体验，3G网络也开始渗透进各个行业中，成为公共无线通信平台，而因为其无线通信互联网的功能，它可以作为智能家居外部通讯网络通讯，将PC机或手机接入家居的嵌入式网关，使得家居能远程监视和控制。2.2 ZiBee技术简介 ZiBee技术是一种短距离无线通信技术，主要应用在智能家居内部家居数据和控制网络的组网。Zigbee技术具有以下特点：（1）数据传送速率低，通讯距离短，通单点覆盖距离100M，传输速率为250Kbps，适合短距离传送数据。（2）节点耗能低，当ZigBee节点不工作时，会自动进入休眠状态，且因为传输的距离和速率都很低所以能减少能源消耗。（3）时延短，因为通讯的距离短，设备的反应速度也快，所以延迟时间也相对较短。（4）可靠性高，节点模块可以自动组成组网，有一个节点故障，附近的节点将自动调节网络，当两个节点较近时，可自动组网功能可避免节点发送数据重复。（5）网络可拓展性高，因为网络可以使用网状路由结构，可以支持65000个节点，所以网络可以根据需要拓展。（6）使用成本低。ZigBee技术与蓝牙、红外、蓝牙、RS285技术比较如表2-2所示：表2-2 蓝牙、红外、蓝牙、RS285技术比较项目蓝牙红外RS485ZigBee通讯速率1MbP1200bps10Mbp250Kbps峰值功能<150mW<150mW<150mW>3W待机功能<5mW<25mW<50mW约10mW通讯距离10m10m1200m100m通讯方向性无有无无是否需要布线不需要不需要需要不需要抗干扰能力好差一般好数据安全性高差差一般自搜索功能协议自带无无有施工难度简单简单难简单维护成本低低高低技术成熟度高高高高用电使用采集情况未使用普遍普遍一般功能模块成本81523483040应用于表箱内是否互联容易不可以可以可以应应用于采集器至集中器不可以不可以不方便不可以2.3 以太网技术简介以太网最早由施乐公司创造，在1980年开发为一个通讯标准，在以太网中，所有的计算机连接到一条同轴电缆上，采用具有冲突检测的载波感应多处访问方法，一般为总线型拓扑结构。传送速率最高可达1000M bit/s。在智能家居系统中，以太网技术被用来做家庭内部通信网络的组网技术。以太网与有线通讯技术对比如下表2-3所示：表2-3以太网、RS485、LonWorks技术对比通讯技术以太网RS485LonWorks最大速率1000Mbit/s35Mbit/s1.2Mbit/s最大距离100m1200m2500m拓扑结构星型/总线型总线型总线型传输介质光纤、双绞线、同轴电缆光纤、双绞线、同轴电缆双绞线、同轴电缆、电力线、射频、光纤2.4 本章小结本章主要介绍了3G网络技术、GigBee技术，以及以太网技术。分别分析了它们的特点及功能，与同类技术的比较。对三个通讯技术的介绍，为下文智能家居系统通讯网络设计提供技术支持。3 系统总体方案设计3.1 智能家居系统功能需求本文智能家居系统设计是为了满足人们日常生活所需要的服务而设计的，以下将对系统的主要功能进行分析，系统的主要功能包括以下几点：（1）智能灯光控制功能：灯光可以根据环境的变化，根据人的需要可以手动，远程，智能调节。（2）安防监控系统：可以实时远程监视住宅的环境情况，当有火灾、外界入侵、可燃气体泄漏、或者有毒气体入侵等影响安全的因素存在时，系统自动报警。为人们提供一个安全的家居环境。（3）智能电器控制：电器可以根据情况自动开启或关闭，也可以远程控制，智能调节，如空调的温度可以根据环境温度自动调节，电视在无人在家的情况下将自动关闭等。（4）场景智能调节功能：环境的温度湿度、背景音乐根据季节、节假日等将环境自动调节到让人最舒服的状态。（5）通信自动化功能：支持通信网络，电话通信，闭路电视等信息接收、共享功能。（6）远程控制功能：能通过移动终端对家居系统远程监视和控制。（7）家庭网关功能：智能家居业务繁多，要实现家居设备的统一管理，就需要一个平台能兼容多种通讯接口的家庭网关。所以一个好的智能家庭网关是智能家居系统必须具备的功能。 3.2 智能家居系统设计原则智能家居是为人们提供舒适、安全、便利的环境，提高人们生活的质量，所以设计应该具6个基本原则，如表3-1所示：表3-1 设计原则原则解释舒适性在家里面能让人身心上都能够感到舒适高效性能通过家居系统有效的管理家用设备，提高通讯，与外界信息交换等效率方便性可以手动、自动和远程控制家居，方便人们使用家居适应性当前科技发展迅速，产品更新日新月异，而该系统应该具备较强的适应性，根据需求可以对系统进行更新或拓展。安全性通过系统可以不但要保护人们的生命财产安全，并且要保护网络信息安全，防止信息数据被非法入侵破坏可靠性系统发生故障，能尽快发现解决，且故障影响范围小，系统能应付各种环境因素可能造成的问题3.3 智能家居系统设计需要解决的问题智能家居系统需要硬件平台和软件平台的支持，需要硬件平台包括各种传感器，智能开关，智能插座，家庭网关，电脑、冰箱、空调等单品智能化家用电器。软件平台包括发表在远程监控网站到Internet上的网页,手机、电脑等控制端的控制软件，家庭网关的控制程序等。除了硬件平台和元件平台外，智能家居系统网络组成也同样重要，智能家居系统网络是整个系统的神经网络，将所有硬件设备组合，连接起来才能形成一个完整的智能家居硬件系统。当前市场上的各种家用电器及其相关部件的功能及技术都很成熟了，本文就不一一研究开发，本文主要解决的一个问题是将这些硬件设备，通过相应的网络连接技术，组建一个功能齐全的智能家居系统。第二个问题是通过3G网络实现对该智能家居系统的远程控制，而经过调查与技术分析，实现3G网络远程控制有两种方法，一种是通过3G网络接入Internet，再通过路由连接到家庭网关的方式实现3G网络的远程控制功能。第二种方法是3G网络直接接入智能家庭网关中实现3G网络的远程控制功能。综合上述分析本文将主要解决的问题为：（1）智能家居系统服务功能设计（2）系统整体设计（3）智能家居系统网络设计（4）实现3G远程控制智能家居系统的功能，即基于3G网络的智能家庭网关设计3.4 智能家居系统服务框架设计根据现如今智能家居的发展水平，与人们的需求分析，本文描述的系统应该具备服务项目有：家居智能照明，家居安防系统，远程控制与监控，情景模式控制，智能厨房，音频共享，家居智能通讯，家居电器设备智能控制等服务。根据系统的服务项目做出了智能家居服务分布图如图3-1所示：安防系统远程控制与监控智能照明空调系统情景模式控制音频共享智能通讯物业管理智能厨房图3-1 智能家居服务分布图3.5 智能家居系统的主要功能（1）安防系统：安防系统是住宅的安全卫士，系统的主要功能通过对环境的检测，当发现异常情况时，可及时向用户报警，提高家庭的安全性。安防系统主要监控住宅里的水、电、气的使用安全及家庭防盗等信息，当发现有异常情况事，就自动报警，将报警信息通过声光通知现场人员，。由防盗报警子系统、火灾报警子系统、门禁系统、及视频监控系统等四个子系统组成。安防系统组成如图3-2所示：红外人体传感器、震动传感器、报警电话、报警装置等组成防盗报警系统安防系统火灾探测器、声光报警装置、控制器等组成火灾报警系统门磁、读卡器、控制器等门禁系统摄像头、云台、控制装置、显示装置等视频监控图3-2 安防系统组成（2）智能照明功能:照明灯具根据室内照度，自动调节亮度，也可以根据设定好的情景调节灯光亮度，如书房灯光亮度应该高，适合阅读。创造一个可以根据功能需要灵活调节灯光，且节能环保，给家庭营造舒适的视觉环境，系统主要由调光器、灯具和传感器及控制元件等设备组成。系统组成图如图3-3所示：灯具可见光传感器调光器智能照明控制元件图3-3照明系统组成（3）智能通信：通讯网络是系统的中枢神经系统，主要包括计算机网络，视频电话系统，有线电视系统等通信系统。实现住宅内部与外部网络进行声音、图像，视频等多媒体信息的高速传送、共享等服务。系统组成如图3-4所示：智能通信传真服务手机网络闭路电视可视电话电话通讯通信网络图3-4智能通讯系统组成（4）空调系统：空调系统主要是对室内空气温度、湿度、气流进行调节。当室内温度过高或过低时，系统自动开启空调，将室内温度调节到最适合人体的温度。为用户提供一个舒适、健康的空气环境。空调系统主要由定风量系统、空气处理系统、变风量系统、传感器、新风通风控制系统等子系统模块组成。系统组成如图3-5所示：空调系统新风通风控制系统湿度传感器温度传感器定风量系统变风量系统空气处理系统图3-5 空调系统组成（5）情景模式控制：可以按人生活的时间进行预设，如早起情景，设好起床时间，起床时间到时，会响起音乐，自动调节灯光。离家模式，当系统检测到用户离开家时，或者用户将家居系统调为离家模式，一些不必要的家居系统就会自动关闭，如室内照明会关闭，而冰箱不会关闭。本系统主要预设的情景模式有早起模式，离家模式，回家模式，节日模式等。情景模式组成如图3-6所示:情景模式早起模式离家模式影院模式酒吧模式图3-6 情景模式组成图（6）智能窗帘系统：智能窗帘系统和普通窗帘的区别就在于，窗帘不仅可以手动控制还可以手机远程控制，并根据室内室外的亮度自动开关，系统主要由可见光传感器，控制系统，窗帘等设备组成。窗帘系统组成如图3-7 所示：可见光传感器控制开关智能窗帘系统窗帘信号模块图3-7窗帘系统（7）智能家电控制：智能厨房主要能对电磁炉、冰箱、饮水机，煤气炉，消毒柜等厨房电器电源的开关进行控制，一般采用智能开关和智能插座来实现。3.6 系统总体结构设计根据系统服务功能，将各个子系统硬件通过家庭网关结合起来，形成一个完整的智能家居系统，系统的总体结构如图3-8 所示：多媒体安防系统家电控制数字插座移动网络、无线接入、固定网络、闭路电视.温度、湿度、红外人体传感器光控模块、声控模块电动窗帘、电动门锁控制模块手机 笔记本 电话空调饮水机电视冰箱火灾探测器 门磁 声光报警笔记本 电话 电视家庭网关信息分配与共享传感器网络灯光控制节能灯、白炽灯、日光灯家庭控制中心物业管理 远程控制 图3-8系统总体结构图系统说明：系统的分为简单的三部分，一是数据采集，二数据传送，三是数据分析，三是数据处理。数据采集：系统里面安装了很多传感器、探测器（有温度传感器，湿度传感器，光照度传感器）这些传感器是系统的眼睛，鼻子是用来识别采集环境信息的，如温度传感器，在接收到环境温度时，就会将环境温度转换为电信号传到家庭网关，家庭网关将接收到的信息进行处理，分三路传输出去，一路传送到空调终端设备，空调终端接收到控制信号就打开空调对室内温度进行调控，一路传送到家庭控制中心，用户可通过家庭控制中心查看传感器传送来的信息，并且可以手动控制设备终端动作。一路通过家庭网关与外部网络连接，用户可以通过外部网络的终端设备对家居终端设备进行远程监控。数据分析：数据分析是家庭控制中心，远程控制终端，家庭网关等设备组成。接收到的信息可以通过家庭控制中心的服务器自动分析信息数据，或者通过移动终端手机，电脑等接收到信息后人为的分析数据，再发出控制指令，智能家庭网关也具备部分的自动分析数据的功能，而有的直接将信息反馈到家用电器中，家用电器根据设置自动调节，空调的温度控制就是如此。数据处理：数据处理模块由家用电器的各种终端设备来完成，如空调、照明灯具、电视等终端设备。3.7 章节小结本章是系统的总体方案设计根据系统功能需求及设计原则，对系统的服务功能进行设计，并对主要系统的功能服务进行分析。并且做出整体系统图。4 智能家居系统网络设计智能家居系统由各种各样的传感器和各种智能开关，智能插座，还有丰富的家用设备组成，而这些家用设备是用什么技术连接起来的，是本章主要研究的问题，本章节先进行了智能家居系统总体网络设计，根据家居系统的网络分为两个部分，外部网络，内部网络，下面将根据网络的功能需求进行设计。4.1 智能家居总体网络结构设计智能家居系统的网络结构分为三部分：系统内部网络（内部网络又分为信息网络、和控制网络）、系统外部网络和家庭网关，智能家居系统总体网络结构图如图4-1 所示： 客户端 终端 平板手机 外部网络 家庭智能网关 内部网络 笔记本 3G网络 以太网 以太网 台式电脑 internet ZigBee 传感器 控制开关等设备图4-1 智能家居系统总体网络结构智能家居系统内部信息网络采用以太网技术，而智能家居系统的控制网络、传感器网络采用ZigBee网络技术组网家庭网关是外部网络连与内部网络链接的一个中介平台，通过家庭网关进行内部网络与外部网络的信息数据交换。第五章会详细介绍。外部网络主要是方便用户从PC端，或者手机端，通过Internet网络接入到家庭网关中，再通过家庭网关数据交换，访问内部网络中的设备。系统无线远程控制智能家居系统是通过3G网络技术来实现的，而3G网络通过作为网关服务接入互联网的方式，实现对智能家居系统的远程监控。4.2 智能家居系统信息网络组网智能家居系统信息网络采用的是标准以太网技术组网，因其传输速率可达到10M bit/s，已经能满足家庭内部网络通信。在以太网中，电脑，笔记本等设备链接到一条同轴电缆上，采用竞争机制和总线型拓扑结构。通过集线器、交换器、网桥等设备使电脑和打印机等终端连接起来。具体流程如图4-2所示：家庭网关以太网控制器以太网电脑电脑以太网设备控制器4-2智能家居系统终端网络图4.3 家庭传感网络及控制网络组网传感器主要对住宅内部外部的温度、湿度、光照度、有无人员在等信息进行收集信息。当采集到信息时，就将信息传送到控制器，控制器分析判断数据，才发出控制指令，控制相应的终端设备。如温度传感器将温度变化转换为电信号传到智能家庭，将报警信息处理后，通过直接给设定的报警号码发报警短消息或者拨打电话。传感器只能单向传输信息（如图4-3所示），但是实际应用时，单个传感器可以与多个家居电器设备对应，也可以与多个传感器对应。如系统检测到有人在家，那相应的家居设备就开启，如照明系统等，空调系统等。可见光传感器检测到室内光线照度低于预设的数值时，窗帘会打开，如果窗帘打开后室内的照度依然达不到设定的照度，就会打开室内照明，并调节灯光亮度。而同时温度传感器检测到室内温度高于预定的值时，就会联动开启中央空调调节问题，而这时，空调的动作等级就要高于窗帘对于灯光控制的，即开启空调时，窗帘就要自动关闭。气敏传感器红外人体传感器可见光传感器器湿度传感器温度传感器火灾探测器消防设施家居设备开关照明灯具窗帘中央空调图4-3 传感器与终端设备映射图 传感器网络主要采用ZigBee技术，在每个传感器上都设置ZigBee设备，用以将传感器采集到的信息，转换为无线信号传送到家庭网关的ZigBee控制设备中。在家庭网关中也设置了ZigBee设备，用于接收传感器传来的信息，和发送控制指令到控制端。在控制开关，数字插座，同样也设置了ZigBee设备，主要用用于接收控制终端发射来的控制指令，并传送到控制开关及插座进行控制。具体网络结构图如图4-4所示：家庭网关ZigBee控制器控制器ZigBee设备（控制开关）ZigBee设备（数字插座）ZigBee设备（传感器）电冰箱、电视照明灯具温湿度传感器图4-4 ZigBee网络结构4.4 智能家居控制网络控制流程系统控制可以分为三种控制流程:流程A：用户通过控制电脑PC端或者移动手机端监控界面，发出指令通过以太网接入家庭网关，家庭网关再将控制信号传送到灯光音乐、安防报警、传感器监测和视频监控等设备实现远程控制。流程B:用户通过发出声音或手势动作发出控制信息,声音传感器接收到控制语音后通过Zigbee网络向家庭网关传送信息，家庭网关将信息处理后将信息传到灯具或者音频设备,实现灯光音频设备控制。流程C:PC或手机控制终端当接收到室内播放音乐的信息时，控制端发出关闭语音控制指令，关闭语音控制功能，避免音乐对语音控制系统产生干扰。当住户睡觉时，可以通过控制端关闭手势控制功能，防止睡觉过程误动作会打开灯光，影响睡眠。具体流程如图4-5 所示：流程A：家庭网关视频监控灯光音频Zigbee以太网PC/手机端传感器检测安防报警流程B：ZigbeeZigbee灯光音频家庭网关声音/动作流程C：家庭网关声音、动作Zigbee以太网PC/手机 图4-5 智能家居系统控制流程图4.5 本章小结本章主要对智能家居系统的网络进行设计，分别对智能家居内部网络，传感器网络进行设计，内部网络控制。为家居系统中众多的设备提供简易，可靠的组网技术。5 家庭网关平台设计智能家居的中央连接枢纽是家庭网关，是系统内部网络和外部网络数据交换的业务平台，是整个智能家居系统的核心，系统的各个子系统的功能业务都要通过它来实现3G网络接入。家庭网关要具有接入功能和管理功能。接入功能包括： （1）网络接入与网络路由功能家庭网关支持多种接入方式，包括与外部网络通信，与网络路由等功能。 （2）网络接口多样性 家庭网关必须能够提供丰富的网络接口，包括以太网、3G网络Wi-Fi、ZigBee、蓝牙等，以