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摘要：随着人们生活水平的提高以及科学技术的发展，智能家居逐渐成为未来家居生活的发展方向；本文通过对智能家居发展和研究，对无线物联网的智能家居系统设计进行了简要的分析。
关键词：无线物联网；智能家居；设计
引言：
智能家居是以住宅为平台，利用网络通信技术、综合布线技术、自动控制技术、音频视频技术和安全防范技术等将家居生活有关的设备集成，形成智能家居系统的居住环境。本文设计了一种智能家居无线物联网系统，支持多种通信方式，可以控制多种家居设备。
一、背景概述
随着科学技术的不断发展，物联网技术、计算机技术、无线通信技术等在人们的生活和工作中得到广泛的应用，给我们的生活方式带来了很大的便利。在“互联网+”的风潮和国家政策层面的大力支持与引导下，物联网应用技术得到快速的发展，在医疗卫生、数字农业、智能交通、家居生活等领域的应用也越来越广泛。近两年智能家居作为智慧城市的核心组成部分之一，迅速发展起来，智能家居正在被越来越多的人所接受。
国内智能家居的技术发展已经具有了一定的研发规模和技术积累，各式各样的智能产品逐渐出现在人们的家庭生活当中，但是还存在很多问题，如部分产品价格昂贵、扩展性差、信号传输不稳定、实用性差以及没有统一的技术标准和规范等等。传统智能家居系统多是采用有线通信的方式进行家居的组网，实现数据信息的共享和传输。固然有线通信方式具有传输稳定、传输速度快以及技术相对成熟等优点，但它也有其无法克服的弊端。有线通信需要进行大量布线，造成系统的可扩展性差，灵活度低，而且花费很高的成本。
二、系统的设计原则及需求
1.系统设计原则
智能家居系统的成功推广需要依靠集成度高、智能先进的智能化系统，同时最为重要的是整体系统的设计应具有稳定性、可靠性以及合理性，智能家居系统设计成本、模块兼容性、功能操作便捷性、系统运行安全性以及各种人性化的多个方面的因素共同来决定。因此，设计满足要求的智能家居系统需要遵守相关的设计原则，只有这样才能确保系统能够达到人们的要求，更好的实现智能化管理家居设备，为人们创造一个舒适便捷的生活环境。为了使智能家居系统能够稳定高效的运行，达到预期的设计目标，在智能家居系统的设计过程中应遵守下面的几条原则：
（1）稳定性原则
系统设计过程中最为重要的一条原则就是稳定性，任何硬件的设计和功能的实现都必须在不影响系统能稳定运行的前提下进行。
（2）易操作性原则
系统控制家居的多种设备，控制方式和控制过程会有很大的不同，在设计过程中以操作简单，容易上手为目标，完成系统的控制。
（3）普适性原则
智能家居网关的设计是面向普通家庭的家居环境，在此基础上进行相关的设计，已求达到符合许多普通家庭的使用要求。
（4）可维护性原则
当系统出现故障或是外部运行环境发生变化时，能够做到及时方便的进行维护，保证系统正常稳定运转。
（5）实用性原则
从功能要求和实际家居环境角度出发，考虑家居生活对设备和功能的实际需求，以设计满足舒适、绿色、高效的家居环境为目标，剔除华而不实的功能设计。
（6）兼容性和可扩展性
近些年随着智能家居系统快速发展，不同厂家根据自身技术的发展，设计了不同的协议标准应用与智能家居系统，导致智能家居设备不能具有很好的兼容性。所以，在设计智能家居系统时要充分考虑到各个系统之间的兼容性问题，设计能够兼容多种协议标准的控制器。终端设备通讯及功能模块要具有可扩展性和可替换性，当终端设备无法进行功能扩展或是损坏时，可以使用其他设备进行替换，这就要求我们在进行系统设计时考虑到控制器能够具有很好的可扩展性。
2.系统需求分析
智能家居系统的主要涉及功能如下：
（1）智能照明设备控制：智能照明设备的控制可以通过多种方式实现，如移动客户端可以单个开启，也可以实现一键全开。在本地家庭内的用户也可以通过触摸屏显示模块进行相关的控制操作；
（2）自动窗帘控制：用户可以通过客户端进行远程自动控制窗帘的开关，根据需求进行控制窗帘开合的大小，以求达到用户适宜的要求；
（3）家居环境参数采集：如温度、湿度、有毒气体等环境参数采集；
（4）安全检测及报警：可以通过传感器模块与报警器模块，实现对家居环境的安全监测，当检测到有毒有害气体或是烟雾时，实现自我报警处理，及时的通知用户进行处理；
（5）支持多客户控制：智能家居系统可以支持多个终端用户的控制请求，并且能协调处理不同终端用户的请求。
三、无线物联网智能家居系统的架构
第一层，感知控制层。这层主要是终端节点设备，作为智能家居系统的功能执行单元，这些终端节点设备是由ZigBee子节点和传感器模块或控制器模块共同组成。控制器模块是智能家居系统的主要执行机构，实现由终端用户发来的各种控制指令。传感器模块主要有温湿度传感器、烟雾传感器等，用来实时采集监测家居环境的温度、湿度、有毒气体等各项环境参数。
第二层，网络通信层。主要由嵌入式网关、ZigBee协调器、LCD显示模块、Wi-Fi模块以及外围设备等模块共同构成。嵌入式网关作为智能家居系统的关键组成部分，担负着组家庭内部网络，同时也可以通过搭载的无线Wi-Fi模块和局域网路由器进行连接，实现接入互联网的功能。
第三层，应用服务层，这层是智能家居系统的管理平台，智能家居系统的管理平台由手机客户端APP实现，给用户提供一个友好的交互界面。通过TCP协议进行通信，客户端通过Wi-Fi或移动网络与嵌入式网关上搭建的TCP服务器建立连接，客户端与服务器相互进行数据通信，数据信息由嵌入式网关进行处理，通过串口将相关的指令发送给协调器，再由ZigBee协调器通过ZigBee无线网络转发给ZigBee子节点，实现由手机客户端APP管理和控制智能家居系统的管理平台。
智能家居系统的整体结构框图
结束语：
综上所述，伴随着人们物质生活水平的不断提高，人们对家居生活质量和家居智能化都提出了更高的要求。因此，对智能家居系统系统设计原则和需求进行分析，从实际的应用角度出发，运用结合了嵌入式技术、ZigBee技术、传感器技术以及Wi-Fi技术等技术进行设计。由于嵌入式系统具有功耗低、体积小、成本低等特点，并且能够进行软硬件的裁剪，适合应用于智能家居系统的要求。
参考文献：
[1]基于Zigbee技术的无线传感器网络的设计与实践[J].王永强，王远飞，陆欣.数码世界.2017（03）
[2]基于ZigBee技术的智能家居系统设计[J].何勉，许军.仪器仪表用户.2017（01）