時間：2023-05-06 18:29:10
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇智能家居論文，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
摘要：簡要介紹了電力線通信技術，分析了對利用電力線通信技術實現智能家居網絡的載波技術、網絡控制技術等組網關鍵問題，介紹了一種基于LonWorks技術的電力線智能家居網絡解決方案。
基于電力線通信技術的智能家居網絡系統，利用電力線通信技術通過電源插座完成家庭聯網，并為家庭網絡提供互聯網接入和多媒體音視頻業務，通過家庭服務器對接入家庭網絡的信息家電、安全系統實行監控和管理。
一、電力線通信技術概述
電力線通信技術(PLC)是把載有信息的高頻加載于電流，用電力線傳輸，通過調制解調器將高頻信號從電流中分離出來，傳送到計算機或其他信息家電，以實現信息傳遞的一種通信方式。目前PLC技術已經形成寬帶接入型與家庭網絡型兩種發展模式，家庭網絡型是指通過電力線在用戶家中組建高速LAN。這種模式的PLC只提供家庭內部聯網，即通過家庭的內部的普通電力線，進行組網連接家庭內部局域網。電力線通信技術有以下優點：信息家電可以通過電力線進行通信，無需另外布線，利用電源線實現智能家居網絡成本較低；電力網是覆蓋范圍最廣的網絡，PLC技術可以輕松地滲透到每個家庭，其應用范圍廣泛；網絡的接入點是電源插座，電源插座隨處可見，數目較多且接插方便；不需要撥號，接入電源插座即接入網絡；電力線載波通信較容易實現自動抄表、家居監控等功能。利用電力線載波通信技術實現智能家居網絡最方便。
二、電力線智能家居網絡的關鍵問題
2.1載波技術1)正交頻分多路復用技術。低壓電力線載波信道的傳輸特性的特點是具有時變性，衰減較大，而且各種干擾噪聲復雜。為提高電力線網絡的傳輸質量，電力線通信大都采用正交頻分多路復用技術(OFDM)進行調制。即將串行數據轉化為N個并行數據分配給N個不同的正交子載波，實現并行數據傳輸。這樣既可得到很高的數據傳送速率，又能夠有效地抑制碼間干擾。應用OFDM技術于電力線通信中具有明顯的優越性。OFDM頻帶不僅利用率高，而且抗干擾性強，可以克服電力線上固有的高噪聲、多徑效應和頻率衰減等現象，有效利用現有低壓電力線實現高速數字通信。2)擴展頻譜調制技術。這一技術的抗干擾和抗多徑效應也較強。因此，也有一些廠家采用這種技術開發電力通信產品。擴展頻譜調制技術在相對較寬的頻帶上擴展了信號頻譜，降低了信號的功率譜密度，降低了電磁輻射，削弱了對其他通信系統的干擾。而且接收端通過窄帶濾波技術提取有用信號，信號的信噪比很高，抗干擾性增強。另外，擴頻通信可以實現碼分多址。對于1Mbps左右的系統，應用擴頻技術就可以完全滿足傳輸容量的要求，且其設備簡單，擴頻調制方式較為經濟。當傳輸速率要求在10Mbps及以上時，擴頻技術實現起來較困難。在10Mbps及以上傳輸速率宜采用OFDM調制技術。
2.2網絡控制技術目前，家庭自動化網絡標準有許多種，較為成熟的有X210、CEBus和LonWorks等。1)X210是最早應用于家庭設備自動控制系統的。X210的控制模式為主從控制模式，信息是單向傳輸的，從控點只能接收主控點發來的信息，不能反饋。X210的系統信息的傳輸較慢(傳送一個指令需時0.883s)，抗干擾性能差，可用節點數為256個，只能用于普通家庭中的簡單控制和專項控制。但其價格十分低廉，而且安裝使用較方便，如僅組建一個簡單的家居智能網絡，可以考慮X210技術。2)CEBus是一個較完整的開放系統，美國電子工業協會(EIA)于1992年正式推出，并定為IS260/EIA2600標準。它定義了在幾乎所有傳送媒體(Medium)中信號的傳輸標準，并要求控制信號在所有的媒體中都要以相同的傳送速度(10Kbps)傳送，從而有效地避免信號傳輸中可能出現的“瓶頸”問題。CEBus的抗干擾能力比X210強，控制功能亦十分豐富。但接口技術比較復雜，價錢較貴，在中國的應用不多見。3)LonWorks是由美國Echelon公司于1990年12月開發成功的全分布式智能控制網絡技術。1997年8月，被EIA的集成家庭系統技術委員會定為家庭網絡(HomeNetworking)的標準。Lon2Works完全支持OSI的7成協議，具有良好的開放性、互操作性，其網絡系統組成以分布控制為控制模式。對于網絡家電來說，只需要將已定義的的網絡家電之間信息傳遞的語法和語義標準在應用層實現后，就能夠實現不同廠商之間產品的相互兼容。LonWorks的分布式架構使其具有獨立性，部分節點的故障不會造成系統癱瘓。LonWorks最基本的部件是同時具有通信與控制功能的神經元芯片，具有很強的通信能力和一定的數據處理能力。其抗干擾能力很強，其可靠度是這三種網絡控制技術最高的(約99.8%)，并具有完善的開發系統和工具。LonWorks的分布式架構，每一個控制裝置都可以有隨插即用的功能，減免了二次拉線造成的成本，并避免了重新布線的不便。LonWorks可擴展性強，在將來對系統升級時，可充分利用原有資源，降低升級的復雜性及成本。上述三類家庭自動化網絡技術都是各有其特點，組網時可根據實際情況進行選擇。但如果要組建一個統一的、操作性強、功能完善、可靠性高、可擴展性強的家居智能網絡，采用LonWorks技術是一個明智的選擇。
三、電力線智能家居網絡的組成
本文以LonWorks技術為基礎，采用電力線載波技術來構建家居智能網絡。該網絡以分布控制、集中管理為控制模式，其網絡系統可依靠網絡節點完成自治的控制功能，通信媒體采用電力線。主控節點與家用電腦相連，可控制從節點的功能配置并監控從節點的狀況，并且還負責與Internet的通信。通過主控節點可查看電表、水表、煤氣表的讀數，實現三表的集抄。從節點可接收從電力線傳來的控制信息，完成自治的控制功能，同時反饋家電的一些狀態信息。從節點由電力線網關、信息家用電器組成。在這個網絡系統中，電力網關是一個重要的部件，它用于對網絡信息的發送與接收。電力網關由基于LonWorks網絡系統的LonTalk網絡協議和神經芯片、電力線載波模塊和耦合電路組成。
【關鍵詞】智能家居；嵌入式技術；語音識別；智能化控制
一、前言
1980年在室內設計領域人們開始提出“智能家居”的構想[1]，該構想提出之初只是為實現對住宅內部的監控與管理。隨著網絡技術的發展，這一構想逐漸加入了網絡通信、信息家電、設備自動化等內容。這一構想是將系統、結構、服務和管理融為一體，實現高效、安全、便利、環保的居住條件。
二、智能家居的概念
智能家居是指將家庭中的各種智能化設備如家用電器、通訊裝置、家庭安防設備連接到家庭區域的智能化平臺上，這一連接通過家庭總線技術實現。通過該連接對遠程監控及管理家庭各項事務。實現智能家居的基礎是家庭網絡建設，主要聯網方式為有線、無線兩種。智能家居是實現對家庭照明系統、家電控制、安防的遠程控制，使家居環境在無人的條件下得到管理。
三、智能家居系統的工作原理
智能家居系統中家庭網絡終端是連接到PSTN上的，當用戶通過家庭電話對家用電器進行控制時，web服務器接收到由瀏覽器傳輸來的信號，然后管理中心的主機系統將信號傳輸給網絡終端，相關的家用電器接受來自網絡終端的信號完成對家用電器的遠程控制。控制完成后網絡終端將控制后的信息傳輸到管理中心主機系統，管理中心將這一信息寫入管理數據庫，并將最終控制信息反饋到用戶系統，如圖1，智能家居控制系統工作流程圖。
四、嵌入式技術在智能家居控制系統中的應用
（一）嵌入式語音識別在智能家居控制系統中的應用
大量詞匯連續語音識別和小詞表嵌入式語音識別是目前語音識別的兩個方向，智能家居控制系統中主要運用的是小詞表嵌入式語音識別[3]，主要體現在智能遙控、語音控制，兒童智能玩具等方面，由專門的硬件系統來保證小詞表嵌入式語音識別的正常運行。首先對設備進行語言信號的輸入，然后經過預處理及語言信息特征的提取得到一組能夠反應該語段信息的信號模型，然后將該信號模型輸入系統的語言信號模型庫進行信號匹配，最后得出此次語言信號的控制結果，將該結果作用于所控制的設備。簡單來說嵌入式語音識別的工作原理為：語言信號采集信號預處理信號特征提取模式匹配信號輸出。
1.信號預處理。語言信號具有非平穩性，任何外界條件都會對信號產生干擾，比如氣流、噪音等。在信號的預處理階段要剔除這部分不在控制信號內的干擾用因素，提取正確的控制信號。
2.信號特征提取。通過對語音聲學參數的計算，運用聲學特征計算方法得出提取的語言信號中反映控制參數的信息。線性預測系數、線性預測倒譜參數及Mel倒譜系數為常用的三種語言信息控制參數。
（二）嵌入式技術在家庭安防系統中的應用
安全防護智能化及消防報警的自動化是智能家居控制系統中的重要組成部分[4]。當家中出現破門入室、火災等緊急情況時安全防護系統及消防報警系統能夠自動啟動，保證家庭成員的快速安全撤離。在智能化防護與消防報警系統中，信號感應器位于室內當發生緊急情況比如火災時，位于室內的信號接收器接收到煙霧信號，將信號經過處理分析后傳輸到管理中心，管理中心將信號傳輸到網絡終端，由網絡終端下達應變信號即向值班室發出警報同時由安裝在室內的消防噴頭噴水滅火。
（三）嵌入式技術在家電設備智能化中的應用。家電設備智能化是智能家居控制系統得以實現的前提。根據用戶對于家電智能化的需求對家庭電器產品進行智能化控制，比如早晨伴隨著優美的鬧鐘鈴聲床簾緩緩拉開，使住戶在睜眼的一刻感受到清晨第一縷陽光的照射，此時早餐以悄無聲息的準備，豆漿機正在準備鮮美的豆漿，面包機在烤面包等等。這一切的起始信號都是鬧鐘鈴聲，將各個電器連接在一個系統中，當鬧鐘鈴聲響起時，系統接收到這一信號，通過信號的傳輸與轉換將控制信號輸出作用于各個電器，實現清晨的智能化生活。
（四）嵌入式技術在家居智化管理中關于節能環保方面的應用。現在社會的發展使人們的節奏越來越快，在家中呆的時間越來越短，因此為了資源的節約對于家居智能化的控制越來越受到人們的重視，比如白天工作時間家里沒人不需要開暖氣但又怕晚回家時家里太冷，可以考慮遠程控制，通過電話或電腦對家里的暖氣系統進行控制，在回家前一小時將暖氣開啟，這樣及節省了資源回家是有不至于太冷。再比如累了一天回家看看電視休息一下，此時房間內的燈光系統會根據用戶需求調節出最適合的光線強度，電視機可以自動調節出于環境相匹配的模式等。這一系列智能化的信號基礎都是用戶的需要與感知。
五、結束語
家是溫馨的代名詞，但現在人們生活壓力大、節奏快，已沒有充足的時間去營造溫馨的家庭氛圍，同時越來越多的人選擇獨居生活，老年人無人照顧等問題使家庭生活接受著改革。智能家居控制系統發的產生與發展是網絡社會帶給我們的福音。營造溫馨的氛圍不再需要提前回家，對老人生活不放心也可以通過遠程監控及其他的安全措施來保證他們的人身安全。家居智能化正在一步步走進我們的生活，即使現在不是每家都能系統化的享受智能化，也多多少少擁有智能化的家電。
參考文獻：
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[2]李新偉《智能家居檢測與控制終端的研究與設計》山東大學碩士學位論文；
[3]劉榮輝《基于智能家居控制的嵌入式語音識別系統研究》廣東工業大學碩士學位論文；
【關鍵詞】智能家居 GSM模塊 單片機
隨著網絡技術的發展，網絡化智能家居系統可提供遙控、家電控制、照明控制、窗簾自控、防盜報警、可編程定時控制及計算機控制等多種功能和手段，使生活更加舒適、安全和便利。本文設計的基于GSM網絡的智能家居監控系統由智能監控模塊、數據采集系統和用戶手機構成，通過GSM短信息的收發實現對家庭設備的遠程監控。
1 總體設計方案
系統由中心控制模塊和各分散控制模塊組成。中心控制模塊實現控制用戶手機和各分散控制功能模塊。選用AT89S52單片機作為該監控系統的核心控制元件。主控單片機模塊接收用戶手機發送的短信息，根據短消息的內容控制各子功能模塊；同時主控單片機模塊將家居系統的控制信息以短信形式發送到用戶手機，由單片機構成各控制模塊子系統。
1.1 系統硬件部分
根據任務需要，合理選擇單片機、傳感器、GSM模塊和設備來構成系統。為使硬件設計盡可能合理，系統的電路設計遵循了以下幾個方面：
（1）選擇標準化、模塊化的典型電路，提高設計的成功率和結構的靈活性。
（2）選用功能強、集成度高的電路或芯片。
（3）選擇通用性強、市場貨源充足的元器件。
（4）在對硬件系統總體結構考慮時，考慮通用性的問題，采用模塊化的設計方式。
（5）系統的擴展及各功能模塊的設計應適當留有余地，以備將來修改、擴展之需。
（6）在電路設計時，充分考慮應用系統各部分的驅動能力
最終確定采用AT89S52單片機作為處理芯片。西門子的TC35系列的TC35iGSM模塊，TC35i與GSM2/2+兼容、雙頻（GSM900/GSMl800）、RS232數據口、符合ETSI標準GSM0707和GSM0705，且易于升級為GPRS模塊。該模塊集射頻電路和基帶于一體，向用戶提供標準的AT命令接口，為數據、語音、短消息和傳真提供快速、可靠安全的傳輸，方便用戶的應用開發與設計。
1.2 系統軟件部分
軟件部分由以下幾部分構成：數據采集單元、手機短信信令識別與分析單元、GSM模塊TC35 modem接口程序部分、分析控制部分。其中數據采集部分和手機短信信令識別需要作實時處理；GSM模塊TC35 modem接口程序部分和分析控制部分則是根據采集和手機短信信令進行分時操作有利于提高系統效率。
2 系統軟件設計
軟件設計部分主要有數據采集部分、手機短信信令識別、TC35Modem接口程序部分、分析控制部分。其中數據采集部分和手機短信信令識別需要作實時處理；GSM模塊TC35Modem接口程序部分和分析控制部分則是根據采集和手機短信信令進行分時操作有利于提高系統效率。本智能家居監控系統軟件設計的內容主要有主控模塊程序、TC35Modem模塊通信程序、串口通信初始化程序和短消息的編碼解碼程序。軟件設計模塊如圖1所示。
2.1 單片機系統軟件設計
為了實現單片機與TC35I模塊的通信順暢，必須使二者的串口波特率一致，如果單片機F=11.0590MHZ，設置串行口波特率為9600，工作方式為方式3，Tl定時器采用工作方式2。其中串行口和定時器的工作方式和初值可以根據具體情況加以更改。
本系統的軟件設計是將整個短信處理模塊放入單片機的中斷服務子程序中。發送和接收串行口數據采用中斷方式進行，這樣可以大大節省CPU資源。當接收一幀數據進入一位寄存器，送入接收SBUF中，同時將Rl置1；當發送數據載入發送SBUF中開始向外發送，發送完畢后即將TI置1。無論Rl置1還是TI置1，均會激發串口中斷，執行中斷服務程序。響應中斷時，首先判斷中斷是接收程序還是發送程序，若為接收中斷則將SBUF中的數據存入接收隊列緩沖區；若為發送中斷便將待發送的數據幀發送到SBUF中。
2.2 短消息PDU模式編碼解碼程序
在GSM標準中，中文編碼采用UTF-8的編碼，不是目前國內常用的GB-2312編碼，因此需要對中文編碼進行轉換才能與采用GB-2312漢字庫相配合，方可正確顯示出短消息中漢字字型。由于UTF-8和GB-2312編碼之間不存在一一對應的線性關系，因此需要采用查表的方式進行轉換。
2.3 短消息收發程序設計
發送短信息的主要工作是將發送的內容進行相應的編碼，其次就是將發送所用的SMS服務中心號碼、目標號、有效時間和短信內容按照PDU編碼的格式發送出去。如果是接收短信息，其工作就是將接受到的短信息內容進行解碼，發送和接收的PDU串的結構是不同的。接收程序流程圖如圖2所示。
3 運行結果
運行結果如圖3所示。
4 結論
本文設計了一個基于GSM網絡的無線傳感智能家居監控系統。系統在運行中還有改進之處，還需進一步對程序結構進行優化。本設計只是智能家居控制中的一部分，目前國內很多公司都在致力于智能家居產品的開發，隨著相關技術的進一步發展，我國將全面普及智能家庭網絡系統和產品。
參考文獻
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[8]蘇江福.基于GSM網絡的智能家居監控系統設計與實現[D].哈爾濱工程大學碩士學位論文，2008.
【論文摘要】：智能家居是未來家庭生活的發展趨勢，闡述了智能家居的基本概念，說明了智能家居中的總線技術的特點和意義，比較了幾種主要的總線技術，指出了項目研究的重點。
智能家居是現代社會最熱門的話題之一，它的目標是通過網絡等信息通信技術手段實現對家居電器等的智能控制，使其能夠按照人們的設定工作運行，而不論距離的遠近。智能化與遠程控制是智能家居的兩大特點。目前，已經有越來越多的機構和個人開始了對智能家居的研究。
1. 智能家居的概念
智能家居（Smart Home）是以家為平臺，兼備建筑、自動化，智能化于一體的高效、舒適、安全、便利的家居環境。家居智能化技術起源于美國，最具代表性的是X-10技術，通過X-10通信協議，網絡系統中的各個設備便可實現資源的共享。因其布線簡單、功能靈活，擴展容易而被人們廣泛接受和應用。至今，X-10技術產品的銷售已超過兩億個，僅在美國一個國家，便有超過600萬個家庭在使用。自動化的智能家居不再是一幢被動的建筑，相反，成了幫助主人盡量利用時間的工具，使家庭更為舒適、安全、高效和節能。
隨著網絡技術的發展，特別是無線網絡的發展，網絡化智能家居系統可提供遙控、家電（空調，熱水器等）控制、照明控制、室內外遙控、窗簾自控、防盜報警、電話遠程控制、可編程定時控制及計算機控制等多種功能和手段，使生活更加舒適、便利和安全。
2. 智能家居中的總線技術
要實現家居的智能化，就必須實現家居的網絡化，使家居內的大部分電器設備能夠通過一定的方式連入網絡，從而實現這些設備的遠程控制和自動控制。家居電器的上網實質是網絡最后接入的1公里之內的問題，此類問題要求網絡可靠性高、信心量少，多個設備之間的互操作性強。就智能家居而言，如何把結構和性能不一的電器設備接入網絡，如何能夠實現這些設備的相互通信是在構建智能家居時主要考慮的問題，所以說，智能家居的關鍵技術其實就是網關技術和總線技術。文章主要討論的是其中的總線技術。
總線技術在智能家居行業當中，目前可以算是應用最為廣泛的一種技術手段。在總線技術下生成的智能家居系統，最大的特點是具有可擴展性，工程安裝也不是很復雜。由于科學技術的不斷發展，新生成許多總線協議下的智能家居系統的價格也不是很高，目前市場的銷售情況也很不錯。
智能家居中的現場總線控制系統通過系統總線來實現家居燈光、電器及報警系統的聯網以及信號傳輸，采用分散型現場控制技術，控制網絡內各功能模塊只需要就近接入總線 即可，布線比較方便。一般來說，現場總線類產品都支持任意拓撲結構的布線方式，即支持星型與環狀結構走線方式。燈光回路、插座回路等強電的布線與傳統的布線方式完全一致。"一燈多控"，在家庭應用比較普遍，以往一般采用"雙聯"、"四聯"開關來實現，走線復雜而且布線成本高。若通過總線方式控制，則完全不需要增加額外布線。是一種全分布式智能控制網絡技術，其產品模塊具有雙向通信能力，以及互操作性和互換性，其控制部件都可以編程。典型的總線技術采用雙絞線總線結構，各網絡節點可以從總線上獲得供電（24V/DC），亦通過同一總線實現節點間無極性、無拓撲邏輯限制的互連和通信，最高的信號傳輸速率和系統容量則分別為10KBPS和4G，完全能夠滿足現代智能家居的需要。
3. 主要的總線技術比較
目前，國際上家庭總線的標準主要有以下幾種：前述的X-10，日本的家庭總線(Home Bus)，歐洲標準安裝總線(EIB)和BatiBus，美國Echelon公司的LonWorks，HP公司的IRDACONTRAL等。其中，最受業界關注，應用最廣的是X-10、LonWorks和消費總線（CEBus）這三種。
3.1 X-10技術
X-10技術是世界上最早出現的，也是最簡單的智能家庭網絡系統，它的出現標志著家居智能化技術的成熟。在智能家居20多年發展過程中，X-10技術得到了極大的應用。它在美國的發展已經25年的歷史了，到目前為止美國的X-10用戶已經達到1000萬以上，X-10控制規格已成為當今美國家庭自動化控制規格的主要領導者。歐洲版的X-10發展也相當迅速并得到普及，漸漸的，這一技術開始進入亞洲。可以說，X-10是二十世紀最具代表性的家庭智能自動化產品。
X-10采用電力線作為其網絡通信介質，系統中的各個設備直接掛在電力線上就可以相互通信，X-10技術基于X-10協議，由發射器發出X-10控制信號，通過現有電力線網轉輸X-10信號到接收器，然后由接收器再對各燈具、用電器等用電設備進行控制。
但X-10采用的是電力線通信方式，容易受到干擾，系統的抗干擾性能比較差，且尋址空間小，對模擬量支持不夠，只能提供非常有限的功能。如果只要求這些有限功能，使用X-10可能是很合算的，但在需求日益豐富的今天，X-10有逐漸被取代的趨勢。
3.2 LonWorks
LonWorks是美國Echelon公司于1991年推出的，LonWorks技術為設計、創建、安裝和維護設備網絡方面的許多問題提供解決方案：網絡的大小可以是兩個到32385個設備，并且可以適用于任何場合。LonWorks提供從收發器到協議到軟件API的一個完整的、端到端的控制網絡解決方案。
LonWorks網絡中設備的通信是采用一種稱為LonTalk的網絡標準語言實現的。LonTalk協議由各種允許網絡上不同設備彼此間智能通信的底層協議組成。LonTalk協議提供一整套通信服務，這使得設備中的應用程序能夠在網絡上同其他設備發送和接收報文而無需知道網絡的拓撲結構或者網絡的名稱、地址，或其他設備的功能。LonWorks協議能夠有選擇地提供端到端的報文確認、報文證實和優先級發送，以提供規定受限制的事務處理次數。對網絡管理服務的支持使得遠程網絡管理工具能夠通過網絡和其他設備相互作用，這包括網絡地址和參數的重新配置、下載應用程序、報告網絡問題和啟動/停止/復位設備的應用程序。LonWorks可以在任何物理媒介上通信，這包括電力線，雙絞線，無線（RF），紅外（IR），同軸電纜和光纖。
LonWorks也有其弱點，主要是價格太高，光電開關的體積太大，對此，Echelon公司開發了一個智能型收發器－－PL3120芯片組，其中整合了Echelon公司的PLT－22電力線實體層和8位的Neuron芯片核心，這使得LonWorks被越來越多的高級建筑所采用。
3.3 CEBus
消費總線（CEBus）起源于1984年美國電氣工業協會的消費電器小組制定的家電互聯的規范，1992年，它被正式命名為CEBus規范(EIA600)。消費總線出現后，迅速得到IBM、HONEYWELL、MICROSOFT、INTEL-LON、DEMOSYS、LUCENT、PHILIPS、SIEMEMTS等國際著名公司的支持，在智能住宅和住宅自動化領域具有舉足輕重的影響。
消費電子總線網絡拓撲結構可以是總線型、星型、樹型或混合型。總線中的每個節點的地位是平等的，不需要一個主控設備。對于多節點競爭訪問網絡資源的解決方法是采用沖突檢測和沖突解決，網絡中各節點的控制關系通過綁定來實現，從而使整個家庭中的電器系統能成為一個智能的整體。
參照ISO的網絡協議建議書，消費電子總線可劃分為物理層、數據鏈路層、網絡層和應用層。CEBus在應用層定義了一種面向對象的、嚴格的設備描述語言CAL（Common Application Language），簡稱公共應用語言，其內容涵蓋了家庭中可能擁有的家電。公共應用語言采用了面向對象的方法，把任意一個家電設備按照功能分解成幾個預定義的對象模型。在面向對象的編程語言中，一個對象由數據和操作這些數據的函數組成。在消費總線中，這些對象也由數據（稱為實例變量）和操作（稱為方法）組成，不同的設備可以采用相同的對象，用相同的方法操作，但是控制結果隨設備的不同而有不同的意義。
CEBus以其簡便的協議、日臻完善的技術正日益成為消費電子設備互操作的企業標準，CEBus通訊的低層功能已實現了芯片化，所以接入設備比較便宜。目前，市場上此類芯片有LM1893、ST7536、SSC-P485、CEWay-Ⅲ等。隨著載波通訊技術的進一步成熟，CEBus將在儀器儀表、家庭自動化、智能樓宇建設、智能小區建設以及工業廠區建設中得到更為廣泛的應用。但由于CEBus接口技術比較復雜，價錢非常昂貴，因此CEBus在中國的應用也不多見。
4. 小結
隨著信息技術的高速發展，智能家居技術越來越受到人們的關注，是現代網絡技術研究的重點之一，而利用總線技術來實現智能家居又是智能家居技術發展的重要方向。文章中介紹的幾種主流總線技術都有各自的特點，就本項目而言，LonWorks網絡是一個不錯的選擇，是我們以后研究的重點方向之一。
參考文獻
【關鍵詞】單片機；智能家居；VB
一、引言
現代家庭已經從追求家居的豪華裝飾轉向家居智能化，享受智能化帶來的多元化信息，以及安全、舒適與便利的生活環境。廣闊的市場前景和實用價值，使智能家居已經成為國內外研究的熱點。目前智能家居控制系統實現的關鍵技術為兼容性強的家庭主控制器，有PC架構、單片機架構、嵌入式架構三大解決方案。但三者都有其自身的缺點：PC機架構系統昂貴的改線費用和繁瑣的改線工程也是令人難以接受的；單片機架構系統電路設計較復雜，系統穩定性不高，擴展能力不強；嵌入式架構系統開發周期長，標準不統一，市場價格比較高，應用面比較狹窄。本文介紹一種價格便宜、成本較低、和現有設備兼容性好的無線智能家居控制系統
二、系統總體設計
本智能無線家居控制系統主要由PC軟件，單片機控制器、家居控制終端和相關無線傳感器系統四個部分組成（如圖1所示）。
PC軟件是系統的靈魂，軟件編寫的好壞直接影響系統的性能。PC軟件的功能是給用戶提供操作界面、將用戶的指令（包括用戶預設指令）通過串口傳送給單片機控制器，并顯示報警信息。
單片機控制器是信息的交換中心。單片機控制器的功能是將PC機傳送給單片機的指令通過無線的方式發送給家居控制終端，同時它還可以將傳感器測得的信號傳送給PC。
家居控制終端是家居控制的執行機構，它可以接受無線控制指令并執行。家居控制終端包括各種無線開關、各種無線控制器、無線電磁閥門等。
相關傳感器可以探測各種威脅，并通過無線的方式發送給單片機。它包括無線煤氣傳感器、無線紅外傳感器等。
系統通過相關無線傳感器系統探測信號，并傳送給單片機，然后由單片機將信息傳送給PC機，實現報警，并通過PC操作人員的操作，將控制指令發送給單片機控制器，然后由單片機控制器將執行指令發送給家居控制終端。通過家居控制終端的執行完成對家庭中照明、安防等的控制。同時系統還可以利用無線網絡設備查詢和控制無線攝像設備，對家庭進行監控。在此基礎上，通過利用操作系統的網絡功能還可以遠程觀察和控制本系統。系統運行場景如圖2所示。
三、單片機硬件設計
本系統的硬件部分主要由計算機PC、單片機電路板、無線網絡設備、無線傳感器、無線控制器等部分組成，其中單片機電路部分是本文的設計重點，其結構框圖如圖3所示。
單片機電路分無線接收和解碼模塊、無線發射模塊、STC89C54RC單片機、MAX232、設備、串口等部分組成。
無線接收和解碼模塊主要由PT2272芯片及其附屬電路組成，它的主要功能是將相關傳感器探測到的報警信號接收并解碼，同時將解碼信號發送給單片機。無線發射模塊主要由PT2262芯片及其附屬電路組成它的主要功能是將單片機發送的控制信號發送給被控設備（如燈光控制器）。MAX232芯片及其電路主要是完成單片機和PC的通信。
STC89C54RC單片機是整個系統的中心，負責將無線接收和解碼模塊接收的信號經過MAX232芯片和串口發送給PC，同時PC發來的控制信號經過串口和MAX232芯片經過STC89C54RC單片機由無線發射模塊發送給控制單元。
四、軟件部分設計
本系統主要有上位機（PC）程序和下位機（單片機）程序兩個部分組成。上位機程序主要是在VB環境下完成的，包括界面、控制和通信等功能。下位機主要是在keil環境下完成的，包括控制和通信等功能。系統上位機主程序如圖4所示。
VB文件部分程序（噴水開關部分）如下：
'Label11
Me.Label11.AutoSize = True
Me.Label11.Font = New System.Drawing.Font（"宋體"，9.75！，System.Drawing.FontStyle.Regular，System.Drawing.GraphicsUnit.Point，CType（134，Byte））
Me.Label11.Location = New System.Drawing.Point（665，517）
Me.Label11.Name = "Label11"
Me.Label11.Size = New System.Drawing.Size（33，13）
Me.Label11.TabIndex = 620
Me.Label11.Text = "噴水"
Keil部分程序（校驗子程序和無線發送子程序部分）如下：
//校驗子程序
void crc_pro（void）
{
uchar a；
crc=0；
for （a=1；a
crc=crc+inbuff[a]；
if （crc==inbuff[34]）
crc_err_bz=0；
else crc_err_bz=1；
}
//無線發送子程序
void wuxian_fa_pro（void）
{
uchar a，b，c；
for （a=0；a
{
tongbu（）；
for （b=0；b
{
c=wuxian_buff[b]；
switch （c）
{
case 0： bit_0（）；break；
case 1： bit_1（）；break；
case 2： bit_f（）；break；
default：break；
}//switch c
}//for b
}//for 發送4次
}
五、結束語
本系統結合PC架構和單片機架構，同時將無線技術引入其中，發揮了二者的優點，避免了二者的缺點。同時在無線技術的選擇上，應用了315/433MHz射頻技術，價格便宜，成本較低，和現有設備兼容性好。綜上所述，本系統切合社會發展實際需要、技術可實現性、經濟性都很好，有一定的創新性和推廣潛力，非常有研究價值并有很強的現實意義。
參考文獻
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[5]朱仲英.傳感網與物聯網的進展與趨勢[J].微型電腦應用，2010（01）.
展會時間：2006年6月8日-10日
展會地址：蘭州體育館
展會介紹： 2005年8月經過甘、青、寧三省公安廳及消防總隊的共同努力我們成功的在蘭州召開了首屆中國西部（蘭州）國際社會公共安全及消防產品博覽會，國內外近200家知名企業來到蘭州參展。展會期間甘肅省安全技術防范學會組織了甘肅、青海 、寧夏3000多行業內專業觀眾和100多家包括公、檢、法、金融、房地產、交通等單位進行參觀采購。近年來隨著各地經濟的發展，相關安防展覽會也頻繁召開，展會質量參差不齊給很多安防企業造成沉重的負擔甚至經濟損失。“2006年第二屆中國西部(蘭州)國際社會公共安全及消防產品博覽會”將總結首屆展會及國內其他大展的經驗力求將第二屆西部（蘭州）安防、消防展覽會辦成甘、青、寧三地聯合打造一個真正意義上的“西部安防博覽會”。
2006第十一廣州國際照明及建筑電氣技術展覽會
展會時間：2006年6月8日-11日
展會地址：廣州國際會議展覽中心
展會介紹：照明及建筑展（Light+Building）的展會品牌及理念――基于燈光照明和建筑電氣技術的產品都與建筑有著密不可分的聯系，照明及建筑展（Light+Building）的發展理念是建立在當前照明與建筑的發展趨勢上，它是實力雄厚的、全面的和以未來為導向的。它將所有關于照明與建筑設計，即燈光照明和電鍍技術、建筑樓宇輸配電及工業控制系統、自動化、安防技術、綜合布線、電梯、停車庫設備及管理系統、太陽能、通風、供熱、制冷設備等帶到了同一個展覽中，整個展覽會將“建筑學相關系統”的各個部分有機的融為一體。為投資者、建筑設計師、建筑工程師、批發商、零售商、建筑發展、開發商提供一個全面的、獨特的、綜合的國際性展示、交流、采購、交易平臺。
第二屆中國國際數字城市建設技術研討會
展會時間：2006年6月10日-12日
展會地址：蘇州國際博覽中心
展會介紹：本次大會將由主題演講、專題講座、展覽展示、項目洽談、交流聯誼、現場、示范工程考察等活動組成，屆時將有近百名國務院相關部委領導、城市市長、相關國際機構代表和建設界、科技界、IT界、金融界、教育界等企業負責人和專業人士到會參與各類交流活動。
大會將以豐富的內容、高層次的背景、具有前瞻性的主題和互動的風格，贏得社會各界和傳媒的高度關注。作為全球電子信息產品的制造業中心，蘇州將以獨特的魅力迎來中外工商企業巨頭。
第十屆華南地區工業控制自動化國際展覽會
展會時間：2006年6月19日-21日
展會地址：深圳會展中心
展會介紹：“華南自動化展”自1997年7月舉辦第一屆以來，一直以強大的市場需求為依托。經過多年的精心培育，它已經成為中國及亞洲區自動化、儀器儀表、光機電一體化及液壓氣動等相關領域的專業國際盛會，為自動化產業的發展提供了理想的展示和交易平臺。
2006年，“華南自動化展”將以良好的姿態邁入第十屆，展場總面積預定為18000平方米，預設800余個展位，預計參觀人數為3.8萬人次。大會組委會將努力邀請國內外著名廠商及活躍在自動化行業的相關企業到會，并將更加注重觀眾質量的提高，致力為企業搭建更加有效的交流合作平臺。工業自動化對促進工業結構調整和產業升級具有十分重要的作用，它已經被國家列為當前優先發展的高技術產業化重點領域，也是走新型工業化道路的必然選擇。近年來，隨著國際產業轉移步伐的加快以及中國機械裝備工業、重化工業的強勢崛起，工業自動化產業迎來了新的發展機遇。
2006廣州國際綠色、環保、節能住宅新材料及新技術展覽會
展會時間：2006年7月19日-21日
展會地址：中國（廣州）出口商品交易會展館正館（廣州市流花路117號）
展會介紹：中國是一個發展中的大國，人口數量巨大，國土與資源有限。所以在中國倡導綠色、環保、節能建筑是非常符合中國國情的。住宅建設中節能、節地、節水、節材問題非常重要，它不僅關系到住宅能源消耗的問題，也涉及到地球上有限的資源合理利用。目前我國近400億平方米既有建筑中，99%屬高能耗建筑，其單位面積能耗約28%，再加上建材生產的能耗，用于建筑的能耗已占到社會總能耗的40%。從這些數據不難看出，建筑業是一個高能耗的行業。如果節能型建筑能大力推廣，其社會的經濟利益和對地球的資源利用都有積極的作用。
本屆展會將針對中國及亞洲鄰國的市場需求，使您的產品及服務得到合理的定位，并開拓一個戰略性的市場契機。我們誠邀來自世界各地的參展商參加本屆展會，相信我們的展會會成為您拓展國際市場，尋求良好商機的最佳選擇。
2006年中國（昆明）國際安防消防產品警用器材裝備展覽會
展會時間：2006年7月20日-23日
展會地址：昆明國際會展中心
展會介紹：由昆明市公安局、昆明市人民政府聯合主辦的以“夯實安全基礎、注重科技強警、拓展安技市場”為主題的2006年中國（昆明）國際安防、消防產品和警用器材、裝備展覽會將于2006年7月舉行。中國（昆明）國際安防、消防產品和警用器材、裝備展覽會，已成功舉辦了多次，為參展各方提供了交流合作、拓展市場的良好機會，也形成了眾多的合作伙伴和參展客戶，為展會的再次舉辦奠定了非常有利的基礎。2006年再次舉辦本屆展會，是順應市場的需求和眾多商家、客戶的要求設定的。我們衷心希望通過本屆展會的舉辦，為促進我省市安防技術的進步和行業發展，為新昆明的建設乃至整個云南社會治安綜合治理跨上一個新的臺階做出應有的貢獻。
第八屆中國國際工控自動化及儀器儀表(青島)展覽會
展會時間：2006年7月24日-27日
展會地址：青島國際會展中心
展會介紹：青島，名牌聚集的"制造之都"，半島制造業的龍頭，"青島強則半島強，半島強則山東強"。2003年7月，一個關于山東和青島未來發展的決策--《關于加快膠東半島制造業基地建設的意見》正式出臺。該意見明確規劃了半島制造基地的戰略目標：要建成日韓產業轉移的基地，成為世界級的制造業中心。在2005年展會規模的基礎上，2006年展會現已吸引的展團包括美國、韓國、日本、新加坡及中國港臺，并不斷加強吸引更多國際展團。2006年國內儀器儀表需求量將達到108億美元。制造業是工業化和現代化的主導力量，其發展水平是衡量國家或地區綜合實力和國際競爭力的重要標志。制造業的蓬勃發展必將帶動儀器儀表等一系列相關產品需求的不斷增加。
首屆中國智能產品與科技成果博覽會
展會時間：2006年8月1日-3日
展會地址：北京國際會議中心
展會介紹：智能產品(1)智能家居集成展區，含：智能家居中心，智能家電產品，智能視聽產品，智能玩具產品，智能游戲等；(2)智能裝置與智能系統展區，含：智能儀表與智能傳感器，智能檢測系統，智能設備，智能開發系統，智能制造系統，智能控制單元與系統，仿生與智能識別裝置，仿真設計與制造，智能教學設備，智能溫室技術與產品，及其他各類智能產品；(3)智能機器人展區，含：專用型機器人，通用型機器人，教學型機器人，游藝型機器人以及各類機器人開發系統；(4)智能建筑集成展區，含：智能場館，專用技防儀器儀表，數字化小區，以及其他與智能建筑集成配套的技術和設備；(5)智能交通展區，含：智能化交通設備與系統，智能化定位與導航系統，智能化高速路收費系統，車輛智能識別裝置，以及其它與交通管理、指揮、運行相關的智能化產品、技術、軟件、系統；(6)智能網絡展區，含：智能軟件，智能商務，智能診斷，目標判斷與分級系統，智能管理系統，智能決策軟件，智能網絡與終端，網絡會議系統，網絡教學系統，網絡監視與控制系統，以及其他智能網絡的平臺、系統；(7)智能通信展區，含：智能通信終端設備，智能通信技術，智能通信系統；(8)綜合展區，含：以上未涵蓋的各類智能產品、系統。
2006中國國際建筑、家居智能化及社區安防數字化展覽會
展會時間：2006年8月8日-10日
展會地址：北京?中國國際展覽中心
展會介紹：本次展會的展覽范圍為：1.建筑智能化：出入口控制系統, 門禁系統,生物識別系統,停車場自動管理系統,綜合布線系統，防盜報警系統，視頻監視系統，通信網絡系統，信息網絡系統；2.家居智能化：家庭自動化產品，家居布線系統，家庭網絡產品，電話通訊系統，可視對講系統，智能燈光控制，家庭中央控制系統，家庭安防系統，家庭娛樂系統，智能家居集成產品；3.社區安防數字化：小區電視監控系統，遠程視頻監控系統，防盜報警系統，可視對講系統，門磁、門禁系統，網絡廣播系統，緊急呼叫系統，消防報警系統，消防滅火、排煙、供水系統，小區智能聯網管理系統，家居報警聯網系統，智能抄表系統，物業管理系統等；4.其他：行業媒體、金融機構、相關產品和軟件等。
2006中國（北京）國際建筑電氣技術博覽會
展會時間：2006年8月8日-10日
展會地址：北京?中國國際展覽中心
展會介紹：展會活動內容：1.高規格的發展戰略論壇：屆時，政府部門的主管領導，以及知名專家學者及著名企業高層主管將出席會議，并就我國建筑電氣產業的發展現狀、相關政策法規、未來發展趨勢等項議題發表演講，為廣大參會人員提供一個把握市場脈搏的良機。2.高層次的專題交流會：來自國內外專家、學者、技術人員就本領域最新研發成果和應用，以及我國在此產業領域內的若干熱點問題進行深入探討和交流。同時征集論文,并經專家委員會評審,選出優秀論文在技術論壇上宣講。3.新技術新產品推介會：會議展覽期間，將適時為知名企業安排技術或產品推介專場，進一步推廣企業技術與產品，宣傳企業形象，提高企業知名度，擴大企業產品市場。
第十七屆中國（上海）國際建材及室內裝飾展覽會
展會時間：2006年8月18日-21日
展會地址：上海新國際博覽中心
展會介紹：上屆展會面積到3萬多平方米，共吸引了來自日本、法國、英國、德國、韓國、美國、荷蘭、意大利、俄羅斯、新加坡、丹麥等數十個國家參觀、參展，北京、上海、廣州、黑龍江、江蘇、浙江等20幾個省市和地區的350多家建材企業加盟。據門禁系統統計參觀者總量達到34145人次。其中國內觀眾占本次展會的94.7%，港澳臺0.6%，國外觀眾4.7%。其中國內地江浙滬占有75.1%。
通過展覽會結束后對參展商進行的問卷調查， 70%的參展商能夠接受本次參展費用，75%的參展商認為展覽會專業程度較高，70%的參展商覺得參展效果較好，50%的參展商有意向參加明年的展覽會。
上屆展會云集了國內建材領域主要知名企業，世界著名品牌也匯聚于此，如安洋、皇明、能率、拜爾、歐文斯科寧、圣戈班、堡密特、SKK、YKKAP、振興鋁、西蒙、金粵、卡帝士、康宇、信義、WOODONE、匯麗、斯米克、卡斯卡特、亞西亞、阿努克、亞士漆、上海市十佳櫥柜等業內頂級品牌均已齊集參展。體現了當今建筑材料的最高水準，并取得了良好的展覽效果。為上海世博場館建設和各類建筑工程，提供了最好的建材產品以備選用。
2006城市治安防控設備展覽會暨第十屆中國智能交通、警察裝備展覽會
展會時間：2006年9月5日-7日
展會地址：深圳會展中心
展會介紹：本次展會的展出范圍是：城市視頻監控及周界報警系統、城市治安防范設備、生物識別系統、智能交通及交通設施、警用裝備及反恐設備、門禁系統、貨物掃描系統、探測儀、感應器、掃描器、模擬訓練、特種車輛、應急反應、通訊監控系統、海陸空港口保安系統、安檢與保護設備、暴亂控制設備、網絡安全、危險物質探測器、移動目標跟蹤監控系統、車載監控系統。
2006第六屆上海智能家居、家庭自動化技術設備展覽會
展會時間：2006年9月8日-10日
展會地址：東方明珠-上海國際新聞中心
展會介紹：展會吸引了國內外眾多企業參展，得到業內人士和各省房產開發商的團體參觀，展會品牌度和買家認知度倍受業內推崇，已成為國內至關重要的展會之一。
以上海為中心的長三角，經濟快速發展，并日益崛起成為亞洲新的金融中心和商業中心。上海市是目前國內最具輻射力的市場，是國內外企業進行商業交流的重要窗口，是國際物資采購中心，同時也是國內外眾多企業推廣產品集中地。上海已經成為海內外廠商、買家登陸中國的首選城市。作為國際智能家居的盛會，主辦方為廣大的智能家居行業供應商、經銷商提供廣闊的貿易平臺，是參展商提升企業知名度、尋找貿易伙伴、拓寬業務渠道的最佳途徑。
目前廣東省他已經制定了規劃，到2010年智能家居的產值要占到整個IT行業的60％。這是一個相當大的比例。上海市、浙江省信息產業廳也制定了相關的創新計劃，也進行招標，智能家居也是其中的一塊。 國外已經看到中國智能家居市場開始要形成了，紛紛介入各種展覽會、討論會，甚至是支持國內某些企業發展某個東西，或者把他們的模塊拿過來，國外的企業窺于中國的市場，說明我們的智能家居要加快發展速度。
2006魯中（濰坊）社會公共安全產品及智能技術設備展覽會
展會時間：2006年9月18日-20日
[關鍵詞]居家安全；zigbee；智能檢測
中圖分類號：TD353 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）41-0256-01
在日常生活中，有時我們會擔心電器電源是否關閉、煤氣或天然氣閥是否關好、門窗是否鎖好等，而目前相關的檢測系統僅用于現代化程度較高的公寓或工農業生產，成本高昂，不能滿足大眾居家生活和規模較小的個體經濟生產的需要，鑒于此，我們希望能夠設計一種簡單、經濟、實用、靈活，能夠走進大眾生活的解決方案。
1 技術實現
1.1 系統架構
居家安全智能檢測系統是一款基于ZigBee組網的集多功能一體的檢測裝置。現目前主要由一個中央處理器、GSM短信通知模塊、還有四個檢測模塊（溫度采集模塊、家用電器開關檢測模塊、可燃氣體檢測模塊、家庭意外著火檢測模塊）組成。
中央處理器采用mini2440開發板控制，這是一款低價實用的ARM9開發板。我們通過系統移植將Linux系統移植到開發板，使用QT、C++編程實現簡單的界面控制軟件，再移植到開發板上實現主控顯示的功能。
1.2 方案選擇
系統功能的實現主要涉及三方面的內容：傳感器，無線網絡，人機交互。
傳感器
系統能夠識別的內容有：是否有電流，是否有火災的可能，是否有可燃氣體的泄露。市面上已經有相應的傳感器，可以直接輸出數字信號，主控芯片可以依據廠家提供的技術手冊進行辨別。
信號的傳送
信號的傳送主要包含兩個部分：室內局域交互，室外遠程交互。
室內局域交互
主要包括傳感器數據的采集上傳，動作命令的下達。就功能實現而言，應在室內搭建局域網絡。方案設計涉及有線、無線的選擇和多種的無線技術的取舍。
（1）無線與有線
無線局域網的網絡速度與以太網相當，一個 AP 最多可支持多達上百個用戶的接入，最大傳輸范圍可達到幾十公里，具有以下的鮮明特點：
具有高移動性，通信范圍不受環境條件的限制，拓寬了網絡的傳輸范圍。在有線局域網中，兩個站點的距離在使用銅纜（粗纜）時被限制在 500m ，即使采用單模光纖也只能達到 3000 m ，而無線局域網中兩個站點間的距離可達到50km 。
無線技術的取舍
目前在智能家居行業中，較為主流的無線技術一共有三種：WiFi、藍牙、和ZigBee。
（1）WiFi技術
基于WiFi技術的智能家居產品最為常見，其優勢在于傳輸速率快，且產品成本低，生活中也最為普及，對用戶來說，基于WiFi的智能家居組合最為省事，購買設備直接組網即可。
凡事都存在兩面性，WiFi雖然傳輸快、普及廣，但也存在著自身的技術劣勢：其最大的問題要屬安全性非常低，無線穩定性弱；功耗大也是其弱點之一，將導致其在家居領域的應用受限，例如智能門鎖、紅外轉發控制器、各種傳感器等不適宜使用；此外，WiFi的組網能力也相對較低，目前WiFi網絡的實際規模一般不超過16個設備，而實際家居環境中，僅開關、照明、家電的數量就已遠遠多于16個，顯然發展空間受到了一定的限制。
（2）Zigbee技術
ZigBee技術的安全性很高，至今全球尚未出現一起破解先例。其安全性源于其系統性的設計：采用AES加密（高級加密系統），嚴密程度相當于銀行卡加密技術的12倍；其次，Zigbee采用蜂巢結構組網，每個設備均能通過多個方向與網關通信，網絡穩定性高；另外，其網絡容量理論節點為65300個，足夠滿足家庭網絡覆蓋需求，即便是智能小區、智能樓宇等仍能全面覆蓋；最后，Zigbee具備雙向通訊的能力，不僅能發送命令到設備，同時設備也會把執行狀態反饋回來，這對終端使用體驗至關重要，尤其是安防設備，倘若你點擊了關門，卻不知道門是否真的已經鎖上，將會帶來多大的安全隱患；此外，Zigbee采用了極低功耗設計，可以全電池供電，理論上一節電池能使用10年以上，節能環保。
（3）藍牙技術
大家對藍牙技術的熟知，恐怕要屬手機上的藍牙功能了。其功耗以及成本都介于WiFi與Zigbee兩者之間，但傳輸距離最短，屬于一種點對點、短距離的通訊方式，因在移動設備或較短距離間傳輸，故藍牙產品會提供一些較為私人化的使用體驗，例如藍牙耳機、藍牙音箱、智能秤等，由于其傳輸距離較短，所以并不適合組建龐大的家庭網絡。
綜合考慮后，采用Zigbee技術進行局域網絡的搭建。
GSM應用
GSM模塊，是將GSM射頻芯片、基帶處理芯片、存儲器、功放器件等集成在一塊線路板上，具有獨立的操作系統、是一部手機開發人員使用ARM或者單片機通過RS232串口與GSM模塊通信，使用標準的AT命令來控制GSM模塊實現各種無線通信功能。基于GSM模塊產品的開發往往都是基于ARM平臺，使用嵌入式系統進行開發。有些GSM模塊具有“開放內置平臺”功能，可以讓客戶將自己的程序嵌入到模塊內的軟件平臺中。直接使用由正點原子開發的GSM模塊。該模塊以ATK-SIM900A為核心，可以直接通過串口與主控芯片進行交互[4]。GSM模塊通過AT指令進行通訊，本系統主要用到AT發短信指令“AT+CMGF=1”、“AT+CMGS=“手機號””。
2 項目總結
2.1 社會價值評估
（1）該系統的開發代表了當下嵌入式設備的新趨勢，我們不再從零開始，而是借鑒和整合現有的成果。隨著社會生活的不斷發展，人們對于智能化設備的要求也越來越高，開發的難度和復雜度也越來越大。模塊式產品的出現，使嵌入式設開發人員不必糾結于每個底層的實現，而能夠將精力集中于方案的設計和芯片的代碼的編寫，或直接整合現有的版塊，開發出更復雜的產品。
（2）居家安全智能檢測系統是物聯網技術應用于大眾生活的嘗試。我們將不同的內容整合到一個系統中，實現集中管理，如電流，煤氣，煙霧，進一步的電視，電腦，微波爐，門禁等。若能夠獲得相應的研發支持，可以在生活中產生良好的效益。
2.2 功能拓展
（1）加入網絡的版塊，實現當下移動應用的需要；
（2）可以加入門禁，警報等實現閉環居家控制功能；
（3）Zigbee節點的放置應參照應用系統環境，合理地安排布局。
3 結論
本論文提出的基于Zigbee的家居安全智能檢測系統，通過物物相聯實現即時將家里的情況快速自行處理，當發生意外時通過短信通知房主，實現了智能安全的監測和防護，為現代家居提供進一步的理論支撐與技術指導。
參考文獻
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關鍵詞：智能雞蛋盒；RT5350；LD1117；Android；Socket；JSON
中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2017）01-00-02
0 引 言
智能雞蛋盒作為智能家居的一類產品，它解決了人們一直煩惱的忘記家里雞蛋數量和忘記雞蛋是否新鮮的問題。本論文實現了把雞蛋數量和儲存時間等數據傳輸到Android客戶端，并記錄的功能，用戶可以隨時查看雞蛋盒里雞蛋的數量并檢查雞蛋是否新鮮。
1 智能雞蛋盒的設計
1.1 硬件電路的設計
在設計硬件方案時，需要考慮以下幾個因素：
（1）該智能雞蛋盒在低溫封閉的環境中工作，所以芯片以及其它元器件必須具備能在低溫環境下正常工作的能力；
（2）由于是在冰箱內工作，所以無線網絡要有一定的無線穿透能力。
經過一系列調研后，發現RT5350這款自帶無線功能的主控芯片能滿足本項目的基本要求，而其他元器件如電阻、電容、LED燈也能在低溫下正常工作。RT5350是Ralink公司在2010年左右推出的一款單芯片，其內部集成了基帶處理器、射頻、功率放大器以及一顆高性能的MIPS 24Kc CPU內核（最高主頻為360 MHz），一個基于Ralink RT5350的五端口百兆以太網交換機[1]，所以僅需很少的元器件就可以實現低成本的2.4 GHz 802.11n無線產品。本文將RT5350作為主控芯片，采用距離傳感器檢測雞蛋是否存在，不使用壓力傳感器的原因在于壓力傳感器的功能是檢測壓力大小，無法直接檢測雞蛋的有無，而距離傳感器可以比較直接的檢測出一定距離內是否有物體存在。
智能雞蛋盒與手C客戶端建立TCP/IP連接，通過距離傳感器檢測雞蛋數量，同時將這些數據通過引腳口的高低電平傳遞給主控芯片，主控芯片經過簡單處理后將這些信息通過TCP傳輸給手機客戶端。總設計框圖如圖1所示。
1.2 Android客戶端的設計
智能雞蛋盒Android客戶端整體的框架設計采用狀態欄ActionBar、切換頁面，使用ViewPager與Fragment進行界面顯示，使用ListView和自定義的Adapter展示數據列表，采用popWindow組件顯示雞蛋盒里雞蛋存放的時間[2]，選擇在Android3.0之后出現的ActionBar來實現標題顯示，為了能夠讓ActionBar的標題居中顯示，我們采用自定義的ActionBar。
在底部欄的選項卡里，文字采用TextView，圖片采用自定義的開源框架SVGView，原因在于傳統的Bitmap（位圖）通過在每個像素點上存儲色彩信息來表達圖像，而SVG是一個繪圖標準。與Bitmap相比，SVG放大后不會失真，且Bitmap需要為不同的分辨率設計多套圖標，而矢量圖則不需要。
2 智能雞蛋盒的實現
2.1 硬件電路的實現
本軟件設計是在虛擬機上的UBUNTU系統上對OpenWrt系統進行裁剪，并通過編寫程序來完成。首先要構建編譯環境，然后下載并配置OpenWrt，完成基本的配置后，編譯利用UBUNTU系統自帶的VI編輯器編寫驅動、程序以及MAKEFILE，最后對整個OpenWrt系統進行編譯，編譯完成后生成一個固件，利用串口調試助手SecureCRT和tftpd32軟件將固件燒錄到RT5350芯片上[3]。
2.2 硬件程序的編寫
硬件程序的編寫需先打開設備驅動節點并初始化，等待手機端連接，創建子進程發送心跳包并判斷連接是否斷開，實時監控接收到的指令并解析，實時監控雞蛋數量變更并發送雞蛋數量變更數據給手機端。程序整體框架圖如圖2所示。
開機后，穩壓電路會對電源電壓進行轉換，把電源電壓轉換成適合RT5350芯片工作的3.3 V電壓，之后RT5350芯片開始工作；OpenWrt系統啟動后，立即啟動Shell開機啟動腳本，對本軟件程序進行啟動；驅動程序會建立一個設備節點并對硬件電路進行初始化，此時硬件電路各部分開始工作，程序啟動時會打開字符設備驅動的節點，從而使程序能夠對硬件進行操作，同時再對硬件所映射的寄存器進行初始化，使各硬件電路開始工作；初始化完成后，建立Socket，程序填充TCP/IP網絡協議信息[4]，并開放特定端口等待手機端的連接；創建子進程發送心跳包并判斷連接是否斷開，子進程會不斷向手機端發送心跳包；程序實時接收手機端發送過來的信息并對信息進行指令解析，再根據相應的指令采取相應的動作；程序通過I/O口對ST188光電傳感器發送的信號進行采集，從而對雞蛋盒上存放的雞蛋數量進行監控，只要雞蛋數量發生變化，程序會立即識別并將雞蛋變更后的數量發送到手機端[5]。
2.3 Android客戶端的實現
Android客戶端的主要核心模塊是和硬件通訊以及把硬件采集的數據顯示到客戶端。該模塊主要技術包括Socket通訊、Service后臺、BrodcastReceiver通訊、Thread線程以及Java語言的反射技術。目前暫時定位8個雞蛋的原因是Socket通訊時，在硬件上的開發語言是C，而C的一個字符為8個字節，因此暫時定位發送一個通訊邏輯。根據需求分析，在與智能雞蛋盒通訊時，我們需要采用Socket長連接通訊機制，Socket基于TCP/IP協議，為Client、Service（C/S）連接方式。智能雞蛋盒硬件電路作為Server端，而App作為Client端， Client需要保持長連接，就需要通過發送心跳包來與Server保持長連接，并且Android系統的機制不能堵塞UI線程，無法在主線程操作網絡訪問，因此使用Service和Thread作為Socket通訊的線程，使用Timer定時器與Server端通訊發送心跳包。設備模塊實現圖如圖3所示。
3 智能雞蛋盒的測試
3.1 硬件電路的測試
系統測試設備見表1所列，硬件測試分為如下幾步進行：
（1）檢查該模塊電路的焊接是否正確，用萬用表針對每條線路與每個可疑的斷線點進行逐一排查，看是否有短路和斷路的地方。
（2）連接5 V電源，靜態檢查單片機RT5350芯片的電壓是否為5 V，是否正常工作，并檢查各元件是否有異常發熱現象。檢查距離傳感器是否正常工作，靈敏性是否達標。
（3）使用數字萬用表測量電源模塊，將電源電壓穩定在3.3 V左右。
（4）將編譯好的OpenWrt固件燒錄到RT5350核心板上，在確保程序正常后插上電源對雞蛋盒進行功能檢測，檢測的內容主要有雞蛋數量能否被正常檢測，雞蛋數量發生變化時能否及時將信號傳遞給手機端[6]。測試結果符合要求。
3.2 Android客戶端的測試
使用 Android[7]手機進行測試，打開Android客戶端，連接硬件，查看App顯示的雞蛋數量和儲存時間是否與實際符合。所使用的手機為HM NOTE 2（紅米 Note 2），Android系統版本為Android 4.4.4。測試結果符合要求。
4 結 語
智能雞蛋盒硬件電路的主芯片選擇了具有WiFi功能模塊的RT5350芯片，在嵌入式Linux系統上進行軟件編譯，運用TCP/IP通訊技術實現主芯片和手機客戶端的連接。智能雞蛋盒Android客戶端主要實現和硬件電路的通信，把硬件電路采集的雞蛋庫存及存放時間等參數傳輸到客戶端，方便用戶實時查看。
參考文獻
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對于中國而言，人工智能的發展更是一個歷史性的戰略機遇，對于緩解未來人口老齡化壓力、應對可持續發展挑戰、以及促進經濟結構轉型升級至關重要。
那么目前，人工智能在中國的發展條件如何，中國距離成為真正的人工智能強國還有多遠？7月13日，《中國人工智能發展報告2018》在清華大學主樓接待廳。
報 告中稱，目前中國人工智能的發展已經具備非常優越的條件，然而要成為真正的人工智能強國，中國還任重道遠。中國在論文總量和高被引論文數量上都排在世界第 一，但中國在人才總量，以及杰出人才占比偏低。在產業上，中國的人工智能企業數量排在全球第二，不過，中國人工智能領域的投融資占到了全球的60%，成為全球最“吸金”的國家。
報 告指出，中國必須加強基礎研究，優化科研環境，培養和吸引頂尖的人才，在人工智能的新基礎領域實現突破，保證人工智能發展的根基穩固。同時，要大力鼓勵產 學研合作，讓企業成為人工智能創新的主導力量。積極參與到人工智能全球治理機制的構建中，在人工智能未來的技術發展、風險防范、道理倫理規范制定等領域發 揮中國獨特的作用。
這份報告由清華大學中國科技政策研究中心、清華公共管理學院政府文獻中心、北京賽時科技有限公司、科睿唯安、中國信息通信研究院和北京字節跳動科技有限公司聯合。
論文總量世界第一，杰出人才占比偏低
報告中稱，在論文產出上，中國人工智能論文總量和高被引論文數量都是世界第一。中國在人工智能領域論文的全球占比從1997年4.26%增長至2017年的27.68%，遙遙領先其他國家。
高校是人工智能論文產出的絕對主力，在全球論文產出百強機構中，87家為高校。中國頂尖高校的人工智能論文產出在全球范圍內都表現十分出眾。
不僅如此，中國的高被引論文呈現出快速增長的趨勢，并在2013年超過美國成為世界第一。
但在全球企業論文產出排行中，中國只有國家電網公司的排名進入全球20。
從學科分布看，計算機科學、工程和自動控制系統是人工智能論文分布最多的學科。國際合作對人工智能論文產出的影響十分明顯，高水平論文中國通過國際合作而發表的占比高達42.64%。
專利申請上中國專利數量略微領先美國和日本。中國已經成為全球人工智能專利布局最多的國家，數量略微領先于美國和日本，三國占全球總體專利公開數量的74%。
全球專利申請主要集中在語音識別、圖像識別、機器人、以及機器學習等細分方向。中國人工智能專利持有數量前30名的機構中，科研院所與大學和企業的表現相當，技術發明數量分別占比52%和48%。
企業中的主要專利權人表現差異巨大，但中國國家電網近五年的人工智能相關技術發展迅速，在國內布局專利技術量遠高于其他專利權人，而且在全球企業排名中位列第四。
中國的專利技術領域集中在數據處理系統和數字信息傳輸等，其中圖像處理分析的相關專利占總發明件數的16%。電力工程也已成為中國人工智能專利布局的重要領域。
雖然在論文總量和高被引用論文數量上中國排名領先，但在人才投入上，中國表現并不突出。
根據該報告，截至2017年，中國的人工智能人才擁有量達到18232人，占世界總量8.9%，僅次于美國（13.9%）。高校和科研機構是人工智能人才的主要載體，清華大學和中國科學院系統成為全球國際人工智能人才投入量最大的機構。
然而，按高H因子衡量的中國杰出人才只有977人，不及美國的五分之一，排名世界第六。企業人才投入量相對較少，高強度人才投入的企業集中在美國，中國僅有華為">華為一家企業進入全球前20。
中國人工智能人才集中在東部和中部，但個別西部城市如西安和成都也表現十分突出。國際人工智能人才集中在機器學習、數據挖掘和模式識別等領域，而中國的人工智能人才研究領域比較分散。
中國人工智能企業數量全球第二，但投融資規模最大
報告稱，中國人工智能企業數量從2012年開始迅速增長，截至2018年6月，中國人工智能企業數量已達到1011家，位列世界第二，但與美國的差距還非常明顯（2028家）。
中國人工智能企業高度集中在北京、上海和廣東。在全球人工智能企業最多的20個城市中，北京以395家企業位列第一，上海、深圳和杭州也名列其中。中國人工智能企業應用技術分布主要集中在語音、視覺和自然語言處理這三個技術，而基礎硬件的占比很小。
風險投資上，從2013到2018年第一季，中國人工智能領域的投融資占到全球的60%，成為全球最“吸金”的國家。但從投融資筆數來看，美國仍是人工智能領域創投最為活躍的國家。
在國內，北京的融資金額和融資筆數都遙遙領先其他地區，上海和廣東的人工智能投資也很活躍。從2014年開始，國內人工智能投融資活動的早期投資的占比逐漸下降，投資活動日趨理性，但A輪融資還是占主導地位。
中 國人工智能市場增長迅速，計算機視覺市場規模最大。2017年中國人工智能市場規模達到237億元，同比增長67%。計算機視覺、語音、自然語言處理的市 場規模分別占34.9%、24.8%、21%，而硬件和算法的市場規模合計不足20%。預計2018年中國人工智能市場增速將達到75%。
一、如何提高學生學習興趣
在學生愿意主動來到課堂學習的前提下，吸引學生的學習興趣更為重要。為了可以讓學生興趣盎然地參與到教學過程中來，教師在能講述知識的前提下，還要能激發學生的學習動機，喚起學生的求知欲望。在這方面，教師可以結合實際應用，講述一些射頻集成電路在日常生活中的應用。比如，美國半導體產業協會（SIA）總裁兼執行長BrianToohey曾指出：“從物聯網、智能汽車、智能家居等市場都可以看出，半導體普遍出現在每一種產品類型中，而且正變得無處不在。”僅僅在我們每天使用的智能手機中就包含RF收發器、功率放大器、天線開關模塊、前端模塊、雙工器、濾波器及合成器等關鍵射頻元件。而且有報告指出，2011年這些射頻器件的市場規模為36億美元，預計2011~2015年的年復合增長率為5.6%，到2016年主要的射頻器件市場將達47億美元。此外，目前應用比較廣泛的WiFi及物聯網都與射頻集成電路有著密切的關系。這些切實應用由于與學生的生活以及將來的就業息息相關，因此，相關內容的講述能夠有效地激發學生的學習熱情。
二、如何讓學生成為課堂的主人
“以教師為中心”“以灌輸為主要形式”的傳統教學方式已經無法適應新時代的需求。如果教師僅根據教材對內容進行枯燥的講解，無法抓住學生的注意力，學生很容易溜號，影響課堂教學質量。因此可以通過引進研究型教學模式、師生互動來活躍課堂氣氛。所謂“研究型教學模式”即將教師由知識的傳授者轉變為學習的指導者，將學生由被動的學習轉變為主動的學習。如何使學生成為課堂的主人，在教學實踐中發現培養學生的問題意識是課堂教學的有效手段，教師可以通過創設開放的問題情景，引導學生進入主動探求知識的過程，使學生圍繞某類主體調查搜索、加工、處理應用相關信息，回答或解決現實問題。比如，以射頻技術在物聯網中的應用為開放課題，學生通過查資料，分析整理，更深刻體會了射頻技術在智能家居、交通物流、兒童防盜等方面的應用，使學生在學習過程中主動把“自我”融入到課程中，敢于承擔責任，善于解決問題。
三、讓學生走上講臺
學生是課堂的主人，因此，可以改變以往教師在講臺上講、學生坐在下面聽的傳統教學模式。讓學生走上講臺可以將傳統的講授方式轉換為專題研討的教學模式。教師可以提前布置專題內容，如射頻器件模型、射頻電路設計、射頻技術發展、射頻技術的應用及未來發展趨勢等。有個專題內容作為核心，學生可以在老師的指導下通過檢索資料，組織分析資料，最終走上講臺向老師和其他學生講述相關的內容。通過幾年的實踐，發現這樣可以增加學生學習的主動性和自覺性、同時也能使學生對相關的問題發表各自的觀點，形成對問題各抒己見、取長補短的研討學習方式，大大拓寬學生的知識面以及綜合表述能力。
四、通過實踐教學加深理解理論教學內容
理論教學是掌握一門技術的基礎，但實踐教學也是必不可少的。學生在掌握一定的基礎理論的同時，須要通過設計實踐來強化鞏固。實踐教學的引入，不僅能夠加深學生對理論知識的深入理解，洞悉細節，提高學生的動手能力，還可以培養學生創新思維及科研能力。因此，教師可以通過設置幾個開放的課程設計內容來讓學生主動研究探索。在本課程的教學中，本人已經有計劃地進行了實踐教學活動，例如，在實踐教學中，曾經給學生布置了“用于GPS的低噪放電路設計”的實踐設計。在該設計過程中，學生須要深入理解多方面知識，比如明確GPS的頻段、確定低噪放的電路結構，并有效評估電路性能等。為了課程設計的順利進行，學生須要進行查閱分析資料、軟件安裝、軟件學習、電路設計、課程論文撰寫等幾個環節的分析設計工作，并最終在實踐中系統深刻地理解掌握課程的理論內容，為以后的工作及深造打下堅實的基礎。
五、鼓勵學生參與科研項目
《CMOS射頻集成電路設計》已經屬于高年級的本科課程，學生已經具備了數字、模擬、數模混合、射頻集成電路設計方面的內容，完全可以參與到老師的項目中去，做到學以致用。同時，也鼓勵學生對課程感興趣的內容進行提煉成一個具體的科研觀點，積極參加各種創新項目的申請。這將對培養學生的創新思想、科研能力有很大的幫助。以上是本人在幾年的《CMOS射頻集成電路設計》課程的教學實踐中的一些體會。在教學過程中，我逐漸探索和完善教學方法，始終遵循教師是學習的指導者、學生是課堂的主體等幾條原則，取得了較好的效果。
作者：李志遠單位：黑龍江大學
關鍵詞：物聯網；綜合實訓平臺；物聯網集成；設計與開發
中圖分類號：TP393；G642 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2013）08-0088-03
0 引 言
物聯網已成為當前世界新一輪經濟和科技發展的戰略制高點之一[1]，在培養技術技能型物聯網人才的過程中，物聯網實訓平臺起著關鍵作用。目前，各廠家推出的設備主要有無線傳感器網絡實驗箱、RFID實驗箱等，為首批開設物聯網專業的院校提供了實訓平臺，但也存在著一些問題急需解決：實驗箱提供的實訓項目多為驗證性實驗，無法滿足基于真實項目的實訓要求；硬件平臺沒有形成統一標準，在應用系統開發過程中，兼容性差；物聯網應用領域呈現多樣化，在智能軟件開發過程中，存在大量的重復性工作等。
本文提煉出物聯網應用系統中的共，將復雜的基于硬件的編程通過函數的形式提供給用戶，設計開發物聯網綜合實訓平臺。在使用該平臺進行系統開發時，用戶只需借助某一高級語言（如C#），通過函數調用便可完成物聯網應用系統的搭建，并按照一定的業務規則通過配置參數（如閾值設置、警告觸發動作、數據展示方式等）來生成某一特定領域的智能應用系統。
1 平臺需求分析
1.1 平臺目標
大多數公司開發的物聯網應用系統實訓平臺主要能夠完成一些基礎實驗的驗證，如跑馬燈、串口通信、溫濕度傳感器實驗等，最后通過一個綜合項目，如智能家居的應用來訓練學生的綜合能力。這種實訓平臺偏向于底層開發的訓練，需要學生對硬件開發有一定基礎，具備一定的嵌入式開發能力，高職學生很難達到這一水平。
本實訓平臺的研制，使物聯網應用系統綜合集成平臺屏蔽對硬件的開發，直接用高級語言來實現傳感器節點間的通信，并通過封裝，完成執行結構的控制函數，使學生在使用該平臺時，只需根據項目功能要求，選擇合適的傳感器節點，通過系統參數的設置，就能拼裝出滿足需求的物聯網應用系統。
1.2 平臺用戶
本實訓平臺主要針對職業院校的學生，以訓練學生物聯網應用系統的集成能力，使學生了解無線傳感器網絡、RFID等基本的知識，掌握C#等編程語言和數據庫技術，具備物聯網應用系統的分析與設計能力。
1.3 平臺功能
本實訓平臺為高職學生了解和開發物聯網應用系統提供了一個孵化平臺，學生不必全部掌握復雜的基于硬件的編程，只需調用平臺提供的函數便可完成物聯網應用系統的搭建，根據實際項目的功能要求，按照一定的業務規則通過配置參數（如閾值設置、警告觸發動作、數據展示方式等）來生成某一特定領域的智能應用系統。
2 物聯網綜合實訓平臺架構設計
物聯網綜合實訓平臺中將傳感器采集的數據類型進行提煉，分成數字量輸入和模擬量輸入兩大類型的數據；將執行機構進行提煉，分成數字量輸出和模擬量輸出兩大類型。因此，整個綜合實訓平臺分成三個部分：第一部分完成數據采集功能，第二部分完成數據處理與分析功能，第三部分完成執行機構智能控制功能。教師可根據某一領域的具體應用案例，設計智能應用系統功能，學生根據系統功能，選擇合適的傳感器、設計系統流程和業務規則、設置系統參數，通過模塊化的編程實現智能化的控制，完成整個應用案例的模型搭建。物聯網綜合實訓平臺的功能框架如圖1所示。
3 物聯網綜合實訓平臺設計與實現
3.1 協調器、傳感器節點硬件設計與開發
協調器、傳感器節點的基本硬件功能模塊如圖2所示，主要由處理單元、無線收發單元、傳感單元和電源管理單元等幾部分組成。傳感單元主要由傳感器、數/模轉換模塊等構成，主要用于獲取信息，并將其轉化成數字信號；處理單元是傳感器節點的核心模塊，主要負責協調和控制傳感節點各部分的工作，各層的通信協議、數據融合等數據處理也是由處理單元來實現的；無線收發單元由無線射頻電路和天線組成，主要負責收發數據和交換控制信息；電源管理單元是任何電子系統的必備基礎模塊，為傳感器節點提供正常工作所需的能源。
3.1.1 處理單元
從處理器的角度來看，無線傳感器網絡節點可以分為兩類[2]：一類采用以ARM處理器為代表的高端處理器，該類節點的能量消耗比較大，多數支持DVS（動態電壓調節）或DFS（動態頻率調節）等節能策略，其處理能力較強，適合于圖像等高數據量業務的應用，一般采用高端處理器來作為網絡匯聚節點或網關節點；另外一類是采用低端微控制器為代表的節點，常見的有采用8/16位的單片機，該類節點的處理能力相對較弱，但能量消耗功率很小，一般用作前端數據采集節點。在選擇處理器時，應首先考慮系統對處理能力的需要，然后再考慮功耗問題。
無線傳感器網絡節點本質上是一個微型嵌入式系統，嵌入式微處理器與通用的微處理器最大的不同點就是嵌入式微處理器多數工作在用戶自己設計的系統中，嵌入式系統設計的差異性較大，因此選擇是多樣化的[3]。微處理器的選型應綜合考慮系統的性能、功耗、價格、開發工具的配備等因素，然后決定使用哪一種比較合適的處理器。
本文中選擇的CC2530包含一個高性能2.4GHzDSSS（直接序列擴頻）射頻收發器核心和一顆增強型工業標準的8位8051微控制器內核（運行時鐘為32 MHz）。它具有64/128/256KB可編程閃存和SKB的RAM，還包含模/數轉換器（ADC）、定時器（Timer）、AES128協同處理器、看門狗定時器（WatchDog Timer）、32 kHz晶振的休眠模式定時器、上電復位電路（Power on Reset）、掉電檢測電路（Brown out Detection）以及21個可編程I/O引腳。CC2530增強型8051內核使用標準8051指令集，具有8倍于標準8051內核的性能。
3.1.2 無線收發單元
無線傳感器網絡應用的無線通信技術通常包括IEEE802.11b、IEEE802.15.4（ZigBee）、Bluetooth、UWB、RFID和IrDA等，還有很多芯片雙方通信的協議由用戶自己定義，這些芯片一般工作在ISM免費頻段。
CC2530是IEEE802.15.4、ZigBee和RF4CE應用的一個真正的片上系統（SoC）解決方案，它結合了領先的RF收發器的優良性能，可確保短距離通信的有效性和可靠性。CC2530只需極少的元器件，電路包括晶振時鐘電路、射頻輸入/輸出匹配電路和微控制器接口電路三部分。芯片本振信號既可由外部有源晶體提供，也可由內部電路提供，由內部電路提供時需外加晶體振蕩器和兩個負載電容，電容的大小取決于晶體頻率及輸入容抗等參數。射頻I/O匹配電路主要用來匹配芯片的輸入輸出阻抗，使其輸入輸出阻抗為50 Ω，同時為芯片內部的PA及LNA提供直流偏置。
3.1.3 傳感單元
傳感器節點的主要功能是信息采集，它既可以采集模擬量，又可以采集數字量。本論文中主要包含溫度、濕度、光照等傳感器節點，對周圍的環境進行監測。
3.1.4 電池管理單元
電池的種類很多，無線傳感器網絡節點的電池一般不易更換，所以選擇電池非常重要。在設計本論文中的節點電源時，我們選擇了可充電的鋰聚合物電池作為電源，市場可購買到便宜的鋰聚合物電池，但這只是電池裸片，必須在電池兩端加上保護電路，嚴格避免鋰聚合物電池使用過程中出現過充、過放現象，否則會嚴重損害電池性能。
3.2 四類傳感器節點的軟件控制程序設計
四類傳感器節點（數字量輸入、模擬量輸入、數字量輸出、模擬量輸出）的軟件控制程序設計主要分三個部分：第一部分為串口通信編程，包括選擇串口名稱、設置通信速率、打開串口、串口數據發送和接收、關閉串口等功能；第二部分為協調器發送數據編程，通過ZigBee協議，完成協調器向各節點進行數據傳輸的功能；第三部分為節點數據返回編程，各節點將執行控制命令的結果通過ZigBee協議返回給協調器。
3.3 外接控制機構的設計與開發
外接控制機構主要是綜合實訓平臺中智能化控制部分，將傳感器采集的數據與數據庫中的標準值進行比較，根據預先設置的閾值做出執行判斷，輸出結果主要分數字量輸出和模擬量輸出兩種類型。這樣，用戶就可以根據實際案例中的應用情況，外接相關的操作設備便可完成智能化的控制。如在智能家居系統中，根據外界光線的強弱來控制是否開啟照明設備，通過外接控制結構中的數字量輸出模塊與LED燈相連接，即可實現該效果。
3.4 綜合平臺的集成
在數據集成部分，主要通過SQL Server數據庫技術，根據不同類型的傳感器節點設計不同的數據表，將采集的數據進行存儲，通過SQL查詢語句的編寫完成數據查詢、分析，實現綜合實訓平臺的實時數據查詢、歷史記錄查詢、智能化趨勢預測等功能，為集成平臺提供便捷的數據接口。
在系統軟件集成部分，主要是將傳感器節點采集的數據與數據庫中的標準值進行比較，根據不同的結果來控制相應的外接控制機構，實現應用系統的智能化功能。
4 結 語
基于本實訓平臺，可以設計各類物聯網應用系統的集成項目。例如，在設計智能家居系統時，只需根據項目需求，在模擬量輸入節點上接入溫濕度、光照度等傳感器，設置溫度、濕度、光照度的閾值，并選擇相應的執行操作，便能搭建簡單的智能控制系統，圖3所示便是這個智能控制系統的系統界面圖。。
參 考 文 獻
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關鍵詞：物聯網；智能電網；LED路燈；節能控制
中圖分類號：TP399 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2013）08-0070-03
0 引 言
物聯網最先起源于1999年麻省理工學院（MIT）自動識別中心提出的網絡無線射頻識別（RFID）系統[1-2]。2005年ITU在突尼斯舉行的信息社會世界峰會上正式提出了物聯網的概念，并了《ITU互聯網報告2005：物聯網 》。ITU報告中指出將任何時間、任何地點、連接任何人，擴展到連接任何物品，萬物的連接就形成了物聯網[3]。
物聯網被提出之后引起了廣泛地關注，研究人員對其做了大量研究。從技術角度來看，文獻[4]針對物聯網海量數據問題，提出了一種面向物聯網傳感器采樣數據管理的數據庫集群系統構架IoT-ClusterDB，為物聯網數據存儲與查詢處理提供了一種可行的解決方案[4]。文獻[5]研究物聯網的安全與隱私問題，利用可信計算技術和雙線性對的簽密方法提出了一個物聯網安全傳輸模型，滿足了物聯網的ONS查詢及物品信息傳輸兩個環節的安全需求[5]。從應用角度來看，文獻[6]將物聯網技術應用于購物引導系統，大大提高了工作效率，為了顧客節省等待時間[6]。文獻[7]將物聯網技術應用于電動汽車智能充換電服務網絡當中，實現了電動汽車電池高效有序的管理[7]。文獻[8]提出基于物聯網的遠程智能家居控制系統，將家居中的電器產品連入網絡，真正實現了智能化[8]。文獻[9]針對多車道復雜車輛行駛狀況，借助物聯網解決方案提出利用改進邊緣勢場函數來描述車輛行駛中動態產生威脅關系的方法[9]。
隨著計算機技術和通信技術的發展，路燈系統的功能越來越完善，智能化程度越來越高。而路燈系統所使用的傳感器如光強度傳感器、微波車輛檢測傳感器，不需要在所有的路燈上都安裝或者不需要安裝在路燈上。路燈節點與在其周圍分布的傳感器相互通信，構成一個無線傳感網絡，適合用物聯網方案來解決。
1 物聯網路燈體系構架
物聯網路燈系統分為四層：感知識別層、網絡構建層、管理服務層和綜合應用層[10]。在物聯網路燈系統中，路燈節點（包括其中的各種檢測、報警裝置）、光傳感器、微波車輛檢測器、攝像頭構成了傳感層。ZigBee無線傳感網絡、GPRS網絡、Internet構成了網絡層。管理服務層包括數據中心、控制中心服務器、智能手機、平板電腦等。綜合應用層包括智能電網、智能交通網絡、智能路燈。
在感知識別層中，光傳感器用于檢測光照強度，對路燈進行光控。由于相鄰路燈的光照強度基本相同，不需要每盞路燈都安裝光傳感器，系統中將路燈覆蓋區域進行分區，每區中安裝一個光傳感器即可。凌晨時車輛很少，系統用微博車輛檢測器檢測車輛的出現，然后適時開啟路燈。路燈上的攝像頭采集道路交通信息，為智能交通提供數據支持。
網絡構建層主要利用ZigBee、GPRS接入Internet。ZigBee終端節點和路由器將信息發送給協調器，協調器通過RS232與GPRS模塊連接，GPRS通過網絡將信息上傳給服務器。
管理服務層包括服務器、手機、平板電腦，通過這些設備對數據進行處理，將大規模數據高效可靠地組織起來，為上層應用提供支持平臺。
在綜合應用層中，物聯網路燈系統與智能電網進行交互，按照智能電網能耗要求進行亮度調節；同時系統將傳感器和攝像頭采集到的信息傳遞給交通管理系統，對數據處理后用于交通管理。圖1為物聯網路燈系統的構架圖。
2 物聯網路燈控制策略
凌晨車輛較少時，路燈系統不需要像傍晚車流量大時全功率開啟工作，無車時可以以最低亮度進行照明；而當車輛出現時，由于車輛很少，也可以以低于標準的亮度進行照明以節約能源。本文綜合考慮照明亮度和智能電網的節能要求，提出了物聯網路燈系統的照明策略。
2.1 系統工作流程及相關參數計算
（1）確定節能要求
系統首先由智能電網根據城市節能要求提出路燈系統期望能耗要求W，然后根據城市歷史車流量情況確定時刻t。在t之前車輛較多，路燈常亮；在t時刻之后車輛較少，路燈智能調節亮度。最后根據道路照明要求確定路燈常亮時的亮度A，并通過轉換系數計算出能耗aA。
（2）智能調節時期期望能耗計算
t時刻之前路燈亮度不變，能耗也不變，路燈節能主要是在智能調節時期。定義W1為智能調節期間期望總能耗，定義T（n1，n2）為n1～n2時刻之間的時間長度。
（3）單車期望能耗計算
定義P為單車期望能耗，N為智能調節期間歷史平均車流量，Ni為第前n天智能調節時期總車輛數目。根據智能調節時期期望總能耗W1和車輛歷史數據，可以確定智能調節期間每輛車經過時期望的能耗。
（4）單車動態能耗計算
每天智能調節時期經過的車輛一般與歷史平均數據不同，若車輛經過時以單車期望能耗對應的亮度照明，最終無法達到智能電網的能耗要求，所以要動態地調節路燈亮度。調節思想是，若當天智能調節時期車輛較多，路燈亮度就低一點（不能低于下限）；若車輛較少，路燈亮度就高一點，用第n輛車出現的早晚來預測當天車流量的大小。定義Q1為路燈亮度下限所對應的能耗，即出于安全考慮，路燈亮度不能低于Q1所對應的亮度。定義Q為單車動態能耗，Δ為波動調節參數，tn為第n輛車出現的時刻。用當天的T（t， tn）與歷史平均數據TN （t，tn）比較，預測當天車流量情況。若當天車輛較多超出了歷史數據，則超出的車輛以Q1對應的亮度進行照明。定義n{TN（t，tn）}為TN（t，tn）所對應n的值。
車輛數目不超過歷史數值
車輛數目超過歷史數值
2.2 能耗曲線
對于通過PWM方式調光的LED光源，其能耗正比于亮度，假設比例系數為a，智能電網對路燈系統能耗的要求為W，路燈從傍晚18點鐘點亮，一直持續到第二天早晨6點。18點到t點由于車輛較多，路燈以標準亮度A持續照明，t點到6點車輛很少路燈采取動態照明。當W、A、t確定后，t到6點時間段內的能耗也可確定。無車時路燈以αA的亮度照明（α為無車狀態亮度下限系數，0≤α
3 實驗與仿真
為測量物聯網路燈系統實際能耗與期望能耗之間的誤差，本文對這一系統進行了仿真測試。N=30，并且由于在智能控制期間車輛出現的時刻完全是隨機的，認為30天的平均數據汽車是等時間間隔出現的，則汽車出現的時刻為0.2，0.4，0.6，…，6。
每組實驗需要產生2次隨機數，第一次產生隨機數n，表示當天智能控制期間出現的車輛數，25
4 結 語
本文提出的應用于智能電網的物聯網路燈系統能夠根據車流量和智能電網能耗要求智能地調節路燈亮度，實驗仿真顯示系統的累計誤差較小，能夠符合實際的工程要求。論文提出的單車動態能耗計算公式中參數Δ取值分別為5%、10%、15%，后續的研究中可以嘗試對Δ進行動態取值，以求達到更好的調光和節能效果。仿真實驗當中，認為30天平均歷史數據中汽車是等時間間隔出現，可能會與實際情況有所差別，接下來的實驗中可以對平均歷史數據汽車出現時刻進行隨機模擬，以更好地貼近實際情況。
參 考 文 獻
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