一種智能家居控制系統(tǒng)

文｜石繼柱，龔星星，邊浩，康鵬姣，林如風

一種智能家居控制系統(tǒng)

文｜石繼柱，龔星星，邊浩，康鵬姣，林如風

在成長了二十多年后，智能家居有所前進，一些公司在無線物聯(lián)網(wǎng)關鍵科技領域獲得了前所未有的成就，但技術仍然較落后、觀點陳舊、創(chuàng)新乏力一直是中國傳統(tǒng)智能家居企業(yè)的整體特征。

一、智能家居控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀及問題

目前，國內市場上常見的近距離無線科技通常包括WiFi、藍牙、ZigBee等無線射頻。但是他們都有自己的不足，有的是先天的，有的是未經技術融合處理的。比如WiFi技術，由于其追求高帶寬，導致了諸如大量的數(shù)據(jù)攻擊，安全性不盡人意等問題。

因此，作為當下世界承認的最后100米重要科技處理辦法，ZigBee射頻信號有自己的協(xié)議規(guī)則,可以自己構建無線網(wǎng),傳遞信息時可確保數(shù)據(jù)的平穩(wěn)與安全,不易受強磁場等惡劣環(huán)境的左右，此類特點極為適合物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展需要。

眼下，正處于家居智能化時期，相關體系利用家庭分布總線將室內所有同信息關聯(lián)的通信設備、環(huán)境監(jiān)測、報警裝置、家用電器聚集到網(wǎng)絡節(jié)點里加以統(tǒng)一監(jiān)管，保持家電與環(huán)境的協(xié)調。但是目前的傳統(tǒng)智能家居系統(tǒng)一個普通的無線路由只能接入8～32個設備，數(shù)量太少，對于一個新時代的大酒店、大旅館、大別墅來說遠遠不足。本文將探討一種智能家居管控體系，在一個系統(tǒng)中接入更多的設備，可滿足各類大型家居系統(tǒng)的要求。

二、智能家居管控體系的新設計

總模式上我們采用兩個方法：第一是把WiFi信號轉成紅外信號，第二是實現(xiàn)將ZigBee信號轉紅外信號進而控制家居。該兩種模式的兼容，合成一個系統(tǒng)利于按需求進行調配。具體選擇如下：所需網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)少的房間就使用WiFi信號轉紅外信號的模式，所需網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)多的房間使用ZigBee信號轉紅外信號。該兩種模式的兼容優(yōu)勢在于根據(jù)房間所需網(wǎng)絡節(jié)點的個數(shù)多少來進行選擇，可以避免資源的浪費和滿足多節(jié)點的需求。一般來說，星形拓撲結構的ZigBee網(wǎng)絡能夠包容65000個節(jié)點。

基于以上的酒店智能設計，我們安排為：每個單房間一個的ZigBee模塊，一個樓層之間的WiFi進行單樓層組網(wǎng)，因為上面所述的第一個模式需要ZigBee信號轉紅外信號，所以需要一個WiFi信號轉成Zigbee信號的裝置，具體實現(xiàn)見下文。每個單樓層WiFi組網(wǎng)的WiFi信號都是通過該單樓層的路由發(fā)送的，該單樓層的路由連接家庭無線AP上，再通過家庭的無線AP統(tǒng)一一個端口接入網(wǎng)關，既可以在轉WiFi信號完成之后家庭內同一個WiFi下實現(xiàn)遙控連上WiFi打開APP進行控制家電；轉WiFi后，利用internet接網(wǎng)關的數(shù)據(jù)庫，再讓手機遠程操縱。

之所以采用每個房間都使用一個WiFi路由器連接該單樓層的WiFi路由，就是因為在大酒店這種較大區(qū)域情況下，如果只使用一個單樓層路由會存在可能死角問題，還有本文討論的WiFi路由接入節(jié)點不夠的問題。

針對WiFi接入設置復雜，功耗大的問題，ZigBee射頻有著天然的優(yōu)勢，采用ZigBee無線信號轉紅外信號，ZigBee功耗低，理論電池供電壽命為6到24個月，可滿足節(jié)能需要。

根據(jù)所需網(wǎng)絡節(jié)點個數(shù)多少靈活運用，將所需網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)少的房間WiFi信號轉紅外信號，所需網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)多的房間使用WiFi信號轉ZigBee信號再轉紅外信號，實現(xiàn)ZigBee與Wi fi的兼容，即可解決節(jié)點需求問題。

這里，ZigBee信號紅外轉換器通常包括主控模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊及紅外發(fā)射模塊三部分。51單片機管控紅外轉發(fā)器，射頻收發(fā)器擔負起同網(wǎng)關的無線通訊。此種設備可以準確獲取并解讀無線網(wǎng)關傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，利用三極管的放大功用驅使紅外發(fā)光管，將ZigBee數(shù)據(jù)轉換成紅外信號，再利用紅外發(fā)射二極管傳輸出去，可管控具備紅外操作功用的家電。

其是智能家居三層結構中的下層前端控制層中的一類設備，用戶通過移動設備發(fā)送操作指令，通過ZigBee傳遞給前端設備加以響應，由于ZigBee數(shù)據(jù)無法直接操作紅外設備，需要通過轉換器把ZigBee命令轉換成相關的紅外信號，以管控家電；利用紅外自學習來練習家用遙控器的按紐，實現(xiàn)操作；能夠與網(wǎng)關進行 ZigBee無線通信，并且連接的設備能達到16～32個；保存學習到的紅外編碼、紅外設備ID號；協(xié)議解析，是將網(wǎng)關發(fā)來的ZigBee數(shù)據(jù)根據(jù)協(xié)議轉換為相應的處理，例如自學習、控制、刪除等。綜上所述，ZigBee轉紅外設備負責將由網(wǎng)關發(fā)來的ZigBee命令進行解析，執(zhí)行命令對應的控制，在執(zhí)行完成后，將執(zhí)行狀態(tài)返回給網(wǎng)關。

其中，還需要WiFi信號轉成ZigBee信號，使用一個WiFi轉ZigBee轉換器。其采取ZigBee 無線通信技術接收橋梁健康檢測信息，并存儲數(shù)據(jù)，最后采用WiFi無線通信技術，完成對所接收數(shù)據(jù)的公開傳遞，以便于維修人員獲取監(jiān)測信息；此外，其還解決了有線傳輸擴展性弱、傳輸訊號受環(huán)境左右等不足。其采取小型封裝的芯片及元器件，攜帶起來極為便利。WiFi轉紅外設備：用戶通過移動設施發(fā)出操作命令，通過WiFi傳遞給移動設備加以響應。

三、結語

本文主要利用ZigBee容量大，能提供較多節(jié)點的特點，來解決節(jié)點不夠用的問題，并根據(jù)所需網(wǎng)絡節(jié)點個數(shù)多少靈活運用ZigBee轉紅外設備與WiFi轉紅外設備,實現(xiàn)ZigBee與WiFi的兼容。這就基本涵蓋了非紅外家電（普通家電）以及紅外家電的全方位智能控制。

作者單位：東北大學