家庭物聯網技術在智能家居系統的應用

0 引言

　　智能家居系統是一個開放的.使用了多項高新技術的智能化.人本化的集成型家居系統，它把寬帶互聯網.家電設備.家居自動化和家庭安全防護防盜有機地結合到一起.家庭智能控制器是家庭網絡的樞紐，通過家庭智能控制器可以對家庭網絡中的信息家電進行中央監控和遠程控制.

　　現階段家庭系統接入互聯網的方式主要為有線接入，目前最流行的有線寬帶接入技術是ADSL（非對稱數字用戶線）和HFC（同軸光纖混合網）.然而，現有的無線通信網絡也具備了為數據通信業務提供一定傳輸速率的能力，如ZigBee網絡理論上能夠提供高達250 Kb/s的傳輸速率，完全滿足信息家電控制信息傳輸的要求，所以說，家庭網絡無線通信方式具有廣闊的發展前景[1.2].

　　智能家居系統由家庭物聯網.家庭無線局域網及外部網3個網絡組成.家庭物聯網通過可靠的全覆蓋的無線網絡（ZigBee.小無線.電力線載波等）組建的家庭物聯網；物聯網絡有網絡節點和管理中心組成.家庭無線局域網的通信模塊通過WiFi 組建的家庭高速局域網，網絡采用TCP/IP 標準協議.外部網可以是小區局域網.有線電視網.電話網和Internet等，大多采用比較成熟的技術.

　　本文使用ZigBee 技術來設計家庭物聯網，通過智能插座控制各種家電設備及照明系統，將智能用電業務的網絡計量.有序用電管理與智能控制結合的新一代智能家居系統.

　　1 ZigBee 技術特點

　　ZigBee技術是近年來新興的一種無線技術，相比以太網.GPRS及CDMA等遠距離通信技術，具有短距離.低復雜度.低功耗.低速率.短時延.大容量.通信可靠性高等特點[3],與藍牙.WiFi等近距離無線通信技術相比，盡管傳輸速率低，但是具有功耗低，電池壽命長的最大優點.ZigBee 采用的物理.MAC 層協議是IEEE 802.15.4,它工作在868 MHz,915 MHz 和2.4 GHz三種工業科學醫療（ISM）頻段，其中，2.4 GHz 頻段在全球免費使用.綜上所述，ZigBee技術的特點非常適合應用于智能家居系統，因此在紹興電力局智能小區試點中家庭物聯網采用ZigBee技術.

2 系統設計方案

　　本文的智能家居系統結構如圖1所示.

　　整個系統由智能家居的網關和ZigBee 無線網絡組成，主要實現對家電.照明系統.安防系統的控制等功能.

　　3 智能插座

　　智能插座主要用于控制電視機.電冰箱等類似電器設備，它不僅具有普通插座的通斷功能，還具備計量.通信等功能，支持遠程管理，用戶可以根據實際應用需要進行選擇.智能插座主要由通信模塊.計量模塊.電源模塊.輸出控制電路.保護電路.按鍵電路和顯示模塊組成，主板電路芯片如圖2所示.

　　4 數據傳輸協議

　　4.1 數據鏈路層

　　本協議為主.從結構的半雙工通信方式.手持單元或其他數據終端為主站，智能插座為從站.每個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出的信息幀來控制.

　　每幀由幀起始符.從站地址域.控制碼.數據域長度.數據域.幀信息縱向校驗碼及幀結束符7個域組成.每部分由若干字節組成.

　　4.2 字節格式

　　每字節含8 位二進制碼，傳輸時加上一個起始位（0）.一個偶校驗位和一個停止位（1），共11位.其傳輸序列如圖3.D0 是字節的最低有效位，D7 是字節的最高有效位.先傳低位，后傳高位.

　　4.3 數據標識

　　4.3.1 數據標識結構

　　數據標識編碼用4個字節區分不同數據項，4個字節分別用DI3,DI2,DI1和DI0代表，每字節采用16進制編碼.數據類型分為7類：電能量.最大需量及發生時間.變量.事件記錄.參變量.凍結量.負荷記錄.

　　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 數據傳輸形式

　　數據標識碼標識單個數據項或數據項集合.當請求訪問由若干數據項組成的數據集合時，可使用數據塊標識碼.實際應用以數據標識編碼表定義內容為準.

　　5 結語

　　本文在ZigBee技術的基礎上設計家庭物聯網技術，設計了一種結構簡單.成本低.性能高.功耗低的智能家居系統.該系統已經應用在紹興電力局的智能小區試點項目上，所設計的智能家居系統具有電力特色，可以完成電力業務的網絡計量.家庭用能信息管理.模式控制達到節約能源，減少能源消耗的目的.另一方面，智能家居具有可視對講.家電本地和遠程控制.安防報警等家居智能化設計，使用戶享受家居智能化的舒適和方便的同時，也可以實現節能環保.降低家庭能源消耗，從而達到生活智能化的目標，為實現更好的智能家居系統提供了一個良好的解決方案.