基于Z—wave技術(shù)的智能家居離家場景實現(xiàn)方案

朱正坤 鐘縉光 施紀(jì)超

摘要：隨著網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和智能技術(shù)的快速發(fā)展以及人們對住宅的重視，智能家居行業(yè)也開始飛速發(fā)展，但目前智能家居行業(yè)仍存在系統(tǒng)不夠智能且各個家庭場景實際操作不夠完善的缺點。鑒于此，文章設(shè)計了一個智能家居離家場景方案，并利用Z—wave與Wi—Fi技術(shù)實現(xiàn)了智能家居的離家場景，具有一定的現(xiàn)實意義。

關(guān)鍵詞：智能家居;家庭自動化;Z—wave技術(shù)中圖法分類號：TN925

文獻標(biāo)識碼：A

Realization scheme of smart home away from home scene based on

Z-wave technology

ZHU Zhengkun，ZHONGJinguang，SHIJichao

（Jiangxi Environmental Engineering Vocational College，Ganzhou，Jiangxi 341000，China）

Abstract：With the rapid development of network communication technology and intelligent and people's attention to the housing， intelligent home also began to develop rapidly， but there are still intelligent system intelligent and the actual operation of each family scene is not perfect. In view of these shortcomings， this paper designs a smart home away from home scene scheme，and uses Z-wave and Wi-Fi technology to achieve the smart home away from home scene， has a certain practical significance.

Key words： smart home， home automation，Z-wave technology

1引言

隨著智能化應(yīng)用的飛速發(fā)展以及人們的生活理念和消費觀念的轉(zhuǎn)變，人們對家庭生活質(zhì)量的要求逐漸提高，而與普通家居相比，智能家居顯然更符合人們對家庭生活質(zhì)量的要求[1]。目前，智能家居存在功耗較高、系統(tǒng)不夠智能，同時各個家庭場景實際操作不夠完善的缺點。為克服這些缺點，本文設(shè)計了一個方案，即基于Z?wave通信協(xié)議連接各個系統(tǒng)，利用Wi?Fi模塊作為系統(tǒng)設(shè)備通信方式連接手機端與系統(tǒng)，可以實現(xiàn)智能家居離家場景各系統(tǒng)之間的聯(lián)動，滿足不同用戶的不同需求。

2 Z ?wave 組網(wǎng)技術(shù)

Z?wave是一種主要面向智能家居的無線通信技術(shù)。它的頻段為865～923MHz，以美國的908.42MHz 和歐洲的868.42MHz 為主，并且其覆蓋范圍能達到30～100m。與此同時，每一個Z?wave都擁有獨立的網(wǎng)絡(luò)地址，其最大可容納232個節(jié)點，并由控制節(jié)點進行分配[2]。

在現(xiàn)有的無線通信技術(shù)中，Z?wave在傳輸距離、傳輸頻率、安全性、功耗以及價格上都有一定的優(yōu)勢。

3硬件

3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

圖1為智能家居系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，系統(tǒng)以 ATMEGA328為核心，以Z?wave為傳輸手段，實現(xiàn)了離家場景下各系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的聯(lián)動，并通過網(wǎng)關(guān)以Wi?Fi模塊連接手機等移動設(shè)備，實現(xiàn)了用戶離家時對智能家居系統(tǒng)的遠程操控。

3.2硬件設(shè)計

本文所設(shè)計的系統(tǒng)采用 ATMEGA328芯片作為主控制器硬件，由窗戶窗簾控制系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、電力控制系統(tǒng)三個模塊組成，主要使用了風(fēng)雨傳感器、直線直流電機、步進電機、煙霧傳感器、紅外傳感器、水浸感應(yīng)器、自動報警模塊、燈光控制模塊以及家電控制模塊[3]。

ATMEGA328芯片作為本系統(tǒng)的主控制器，其具有高性能、低功耗 AVR 8位微控制器以及先進的 RISC 體系結(jié)構(gòu)和高耐力非易失性內(nèi)存段。同時，其還有微控制器的特殊功能，擁有內(nèi)部校準(zhǔn)的振蕩器以及外部和內(nèi)部中斷源，并且擁有六個睡眠模式，分別為空閑、ADC 降噪、電源保存、關(guān)閉、待機狀態(tài)和待機擴展。

在窗戶窗簾系統(tǒng)中，窗戶采用風(fēng)雨傳感器與直線直流電機模塊相結(jié)合，在下雨時或者開關(guān)窗戶時實現(xiàn)自動開關(guān)。窗簾采用步進電機模塊，通過步進電機模擬窗戶的開啟與關(guān)閉。在安防系統(tǒng)中，采用煙霧傳感器對火災(zāi)進行防范，采用紅外傳感器對可疑人員進行檢測，采用水浸感應(yīng)器對水龍頭進行檢測，并結(jié)合自動報警模塊，對用戶進行通知，提醒用戶水龍頭開關(guān)與否，或家中是否發(fā)生火災(zāi)以及是否有人進入家中。在電力系統(tǒng)中，燈光控制模塊、家電控制模塊采用智能開關(guān)，實現(xiàn)燈光以及家電的自動開啟與關(guān)閉[4]。

4軟件

在軟件設(shè)計方面，包括系統(tǒng)的運行、電力控制系統(tǒng)的設(shè)計、安防系統(tǒng)的設(shè)計和窗戶窗簾控制系統(tǒng)的設(shè)計四個部分，由此實現(xiàn)智能家居的離家模式。

4.1系統(tǒng)運行

圖2為系統(tǒng)運行示意圖，系統(tǒng)在監(jiān)測到用戶離家后，開始根據(jù)用戶的需求進行相關(guān)操作和判斷，并且在相關(guān)傳感器出現(xiàn)異常時對用戶的移動設(shè)備進行提醒和警告，還可隨時根據(jù)用戶的遠程操控進行相關(guān)操作和更改設(shè)置。

4.2電力控制系統(tǒng)

圖3為電力控制系統(tǒng)的程序流程圖，其可以自行監(jiān)測當(dāng)前的開啟狀況，根據(jù)用戶的選擇執(zhí)行相對應(yīng)的操作。其有著良好的適應(yīng)性—在短時間的適應(yīng)和調(diào)整后可以滿足不同用戶的個性化需求，且可以隨時執(zhí)行用戶的操作指令，有著良好的執(zhí)行能力。

4.3安防系統(tǒng)

圖4為安防系統(tǒng)的程序流程圖，安防系統(tǒng)擁有監(jiān)控模塊和傳感器模塊，是確保用戶在離開家后家中安全的系統(tǒng)。其中，監(jiān)控模塊可以確保家中財產(chǎn)安全，即便被人為盜竊，也會留下監(jiān)控錄像作為證據(jù)，協(xié)助相關(guān)部門抓獲罪犯;傳感器模塊則主要負(fù)責(zé)家中的安全，當(dāng)傳感器模塊出現(xiàn)異常時系統(tǒng)會監(jiān)測煙霧傳感器是否異常，如果煙霧傳感器正常，則說明家中的異常不是特別嚴(yán)重或者傳感器損壞，此時系統(tǒng)向用戶發(fā)出提示，用戶便可以利用監(jiān)控確認(rèn)后進行處理，如果是煙霧報警器異常，則可能是出現(xiàn)火災(zāi)或煙霧傳感器損壞，此時系統(tǒng)會立即向用戶告警，在用戶利用監(jiān)控確認(rèn)后進行處理，可以及時減少家中的損失[5]。

4.4窗戶窗簾控制系統(tǒng)

圖5為窗戶窗簾控制系統(tǒng)的程序流程圖，窗戶窗簾系統(tǒng)主要依靠風(fēng)雨傳感器對天氣進行判斷。該系統(tǒng)擁有窗戶模塊和窗簾模塊。其中，窗戶模塊在風(fēng)雨傳感器監(jiān)測到環(huán)境改變后，便會發(fā)送信息給用戶，提醒用戶當(dāng)前天氣，并自行執(zhí)行開窗或關(guān)窗指令;窗簾模塊則可以根據(jù)用戶的設(shè)置進行開或關(guān)操作，這可以滿足不同用戶的需求，使系統(tǒng)可以實現(xiàn)遠程訪問與操作，并對不同天氣情況做出判斷和實現(xiàn)相關(guān)操作。

5結(jié)束語

本文提出了一個智能家居離家場景方案，采用Z?wave技術(shù)解決了系統(tǒng)不夠智能和離家場景實際操作不夠完善的問題，為智能家居技術(shù)的應(yīng)用提供了一定的參考價值，具有一定的現(xiàn)實意義。但是，隨著科技的發(fā)展，人們對居住環(huán)境的要求也隨之提高，因此智能家居技術(shù)的發(fā)展仍有很長的路要走，尤其是在智能家居的遠程醫(yī)養(yǎng)結(jié)合、智慧養(yǎng)老以及個人信息的安全性等方面，需要更多科研人員的共同努力。

參考文獻：

[1]黃歡.基于云平臺支持多通信協(xié)議的智能家居平臺設(shè)計與實現(xiàn)[J].電腦知識與技術(shù)，2021，17（33）：74?77.

[2]王若晗，羅心烺，徐茂盛.Z?Wave無線通信技術(shù)在智能家居中的應(yīng)用探究[J].通信電源技術(shù)，2020，37（6）：202?203.

[3]羅軍.基于Z?Wave協(xié)議的家庭健康監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[ D].秦皇島：燕山大學(xué)，2017.

[4]楊勇.物聯(lián)網(wǎng)智能家居發(fā)展探究[ J].網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用，2022（5）：133?134.

[5]周游，方濱，王普.基于 ZigBee 技術(shù)的智能家居無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2005（9）：41?44.

作者簡介：

朱正坤（1996—），碩士，研究方向：智能產(chǎn)品開發(fā)與應(yīng)用。

鐘縉光（2003—），大專，研究方向：智能產(chǎn)品開發(fā)與應(yīng)用（通信作者）。

施紀(jì)超（2002—），大專，研究方向：智能產(chǎn)品開發(fā)與應(yīng)用。