家庭物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能家居系統(tǒng)的應(yīng)用

0 引言

　　智能家居系統(tǒng)是一個(gè)開(kāi)放的.使用了多項(xiàng)高新技術(shù)的智能化.人本化的集成型家居系統(tǒng)，它把寬帶互聯(lián)網(wǎng).家電設(shè)備.家居自動(dòng)化和家庭安全防護(hù)防盜有機(jī)地結(jié)合到一起.家庭智能控制器是家庭網(wǎng)絡(luò)的樞紐，通過(guò)家庭智能控制器可以對(duì)家庭網(wǎng)絡(luò)中的信息家電進(jìn)行中央監(jiān)控和遠(yuǎn)程控制.

　　現(xiàn)階段家庭系統(tǒng)接入互聯(lián)網(wǎng)的方式主要為有線接入，目前最流行的有線寬帶接入技術(shù)是ADSL（非對(duì)稱(chēng)數(shù)字用戶(hù)線）和HFC（同軸光纖混合網(wǎng)）.然而，現(xiàn)有的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)也具備了為數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)提供一定傳輸速率的能力，如ZigBee網(wǎng)絡(luò)理論上能夠提供高達(dá)250 Kb/s的傳輸速率，完全滿(mǎn)足信息家電控制信息傳輸?shù)囊?，所以說(shuō)，家庭網(wǎng)絡(luò)無(wú)線通信方式具有廣闊的發(fā)展前景[1.2].

　　智能家居系統(tǒng)由家庭物聯(lián)網(wǎng).家庭無(wú)線局域網(wǎng)及外部網(wǎng)3個(gè)網(wǎng)絡(luò)組成.家庭物聯(lián)網(wǎng)通過(guò)可靠的全覆蓋的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)（ZigBee.小無(wú)線.電力線載波等）組建的家庭物聯(lián)網(wǎng)；物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和管理中心組成.家庭無(wú)線局域網(wǎng)的通信模塊通過(guò)WiFi 組建的家庭高速局域網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)采用TCP/IP 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議.外部網(wǎng)可以是小區(qū)局域網(wǎng).有線電視網(wǎng).電話網(wǎng)和Internet等，大多采用比較成熟的技術(shù).

　　本文使用ZigBee 技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)家庭物聯(lián)網(wǎng)，通過(guò)智能插座控制各種家電設(shè)備及照明系統(tǒng)，將智能用電業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)計(jì)量.有序用電管理與智能控制結(jié)合的新一代智能家居系統(tǒng).

　　1 ZigBee 技術(shù)特點(diǎn)

　　ZigBee技術(shù)是近年來(lái)新興的一種無(wú)線技術(shù)，相比以太網(wǎng).GPRS及CDMA等遠(yuǎn)距離通信技術(shù)，具有短距離.低復(fù)雜度.低功耗.低速率.短時(shí)延.大容量.通信可靠性高等特點(diǎn)[3],與藍(lán)牙.WiFi等近距離無(wú)線通信技術(shù)相比，盡管傳輸速率低，但是具有功耗低，電池壽命長(zhǎng)的最大優(yōu)點(diǎn).ZigBee 采用的物理.MAC 層協(xié)議是IEEE 802.15.4,它工作在868 MHz,915 MHz 和2.4 GHz三種工業(yè)科學(xué)醫(yī)療（ISM）頻段，其中，2.4 GHz 頻段在全球免費(fèi)使用.綜上所述，ZigBee技術(shù)的特點(diǎn)非常適合應(yīng)用于智能家居系統(tǒng)，因此在紹興電力局智能小區(qū)試點(diǎn)中家庭物聯(lián)網(wǎng)采用ZigBee技術(shù).

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

　　本文的智能家居系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示.

　　整個(gè)系統(tǒng)由智能家居的網(wǎng)關(guān)和ZigBee 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)組成，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)家電.照明系統(tǒng).安防系統(tǒng)的控制等功能.

　　3 智能插座

　　智能插座主要用于控制電視機(jī).電冰箱等類(lèi)似電器設(shè)備，它不僅具有普通插座的通斷功能，還具備計(jì)量.通信等功能，支持遠(yuǎn)程管理，用戶(hù)可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要進(jìn)行選擇.智能插座主要由通信模塊.計(jì)量模塊.電源模塊.輸出控制電路.保護(hù)電路.按鍵電路和顯示模塊組成，主板電路芯片如圖2所示.

　　4 數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議

　　4.1 數(shù)據(jù)鏈路層

　　本協(xié)議為主.從結(jié)構(gòu)的半雙工通信方式.手持單元或其他數(shù)據(jù)終端為主站，智能插座為從站.每個(gè)智能插座均有各自的地址編碼.

　　通信鏈路的建立與解除均由主站發(fā)出的信息幀來(lái)控制.

　　每幀由幀起始符.從站地址域.控制碼.數(shù)據(jù)域長(zhǎng)度.數(shù)據(jù)域.幀信息縱向校驗(yàn)碼及幀結(jié)束符7個(gè)域組成.每部分由若干字節(jié)組成.

　　4.2 字節(jié)格式

　　每字節(jié)含8 位二進(jìn)制碼，傳輸時(shí)加上一個(gè)起始位（0）.一個(gè)偶校驗(yàn)位和一個(gè)停止位（1），共11位.其傳輸序列如圖3.D0 是字節(jié)的最低有效位，D7 是字節(jié)的最高有效位.先傳低位，后傳高位.

　　4.3 數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)

　　4.3.1 數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)結(jié)構(gòu)

　　數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)編碼用4個(gè)字節(jié)區(qū)分不同數(shù)據(jù)項(xiàng)，4個(gè)字節(jié)分別用DI3,DI2,DI1和DI0代表，每字節(jié)采用16進(jìn)制編碼.數(shù)據(jù)類(lèi)型分為7類(lèi)：電能量.最大需量及發(fā)生時(shí)間.變量.事件記錄.參變量.凍結(jié)量.負(fù)荷記錄.

　　4.3.2 幀格式

　　幀是傳送信息的基本單元.幀格式如圖4所示.

　　4.3.3 數(shù)據(jù)傳輸形式

　　數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)碼標(biāo)識(shí)單個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)或數(shù)據(jù)項(xiàng)集合.當(dāng)請(qǐng)求訪問(wèn)由若干數(shù)據(jù)項(xiàng)組成的數(shù)據(jù)集合時(shí)，可使用數(shù)據(jù)塊標(biāo)識(shí)碼.實(shí)際應(yīng)用以數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)編碼表定義內(nèi)容為準(zhǔn).

　　5 結(jié)語(yǔ)

　　本文在ZigBee技術(shù)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)家庭物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單.成本低.性能高.功耗低的智能家居系統(tǒng).該系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用在紹興電力局的智能小區(qū)試點(diǎn)項(xiàng)目上，所設(shè)計(jì)的智能家居系統(tǒng)具有電力特色，可以完成電力業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)計(jì)量.家庭用能信息管理.模式控制達(dá)到節(jié)約能源，減少能源消耗的目的.另一方面，智能家居具有可視對(duì)講.家電本地和遠(yuǎn)程控制.安防報(bào)警等家居智能化設(shè)計(jì)，使用戶(hù)享受家居智能化的舒適和方便的同時(shí)，也可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保.降低家庭能源消耗，從而達(dá)到生活智能化的目標(biāo)，為實(shí)現(xiàn)更好的智能家居系統(tǒng)提供了一個(gè)良好的解決方案.