一、基于ZigBee技术的智能家居系统研究与设计
ZigBee技术
ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。
ZigBee是一种新兴的无线通信技术，它具有短距离、低功耗、低成本和低数据速率等特点。而智能家居的特点就是网络传输数据量小，对带宽要求低，但是需要的网络实时性好，延迟要短，要求接入方便，系统续航能力久、可扩展性强并且后期维护简单。这无疑使ZigBee技术成为了首选，因为ZigBee技术的主要应用领域就是工业控制、电子设备和楼宇自动化等，它的特点决定了ZigBee技术能很好地满足智能家居系统的需求。
1系统总体方案
智能家居系统网络大致可分为外部网（因特网）、内部网（ZigBee自组网）和家庭网关。其中，家庭网关是核心部分，本系统以移植在tiny6410开发板上的Boa服务器作为家庭网关，它负责家庭内部网络和外部网络的连接和协议转换。下面介绍内部网，这里的内部网就是ZigBee自组网，根据家庭布局采用树状或者星形网络拓扑。ZigBee自组网包括各个终端节点，这些节点配合继电器控制家庭中各种电器开关、温湿度传感器等家庭中需要被监控的设备对象，从而达到远程监控功能。从通信的角度讲，每个节点即为一个终端，它们相互间通过ZigBee协议进行无线通信。这里暂不考虑内部网络不同的协议转换问题。
智能家居系统的总体结构框图如图1所示。
图1智能家居总体结构图
2智能家庭网关设计
本文设计的家庭网关要处理来自Internet的数据，要求实现家庭网关的硬件必须提供强大的网络支持，同时需要支持TCP/IP协议，因此需要操作系统来支持多任务。家庭网关是一个由硬件和软件共同组成的功能实体，将Boa服务器移植到ARM开发板作为网关使用。Boa是一个单任务的小型HTTP服务器，源代码开放、性能优越，特别适合应用在嵌入式系统中，家庭网关结构图如图2所示。
图2家庭网关结构图
Boa服务器的建立较为简单，主要步骤包括：在开发主机上对其进行解压然后交叉编译，接着配置服务器，主要是修改boa.conf文件，配置完成后就可以进行移植了，移植成功后安装完毕就可以运行Boa服务器软件了。在构建好的嵌入式平台上运行Boa服务器以及串口读写应用程序，结合静态网页和动态CGI程序可以让命令从网页下达到嵌入式服务器。通过CGI技术可以实现Web服务器和串口读写应用程序的调用，从而达到数据（也就是命令）从网页到服务器再通过串口写入ZigBee家庭内部网络的这样一条正向的流程。当命令发送至ZigBee家庭内部网络后，紧接着读写应用程序读取ZigBee的反馈数据（主要是LED状态以及传感器读数），读取后存入ARM板子里的SQlite数据库以供稍后的CGI程序调用并显示在网页上。
3ZigBee家庭内部网设计
从发展趋势来看，无线自组网是智能家居网络未来的发展方向。ZigBee是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术。其是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案，相对于现有的各种无线通信技术，ZigBee将是最低功耗和成本的技术之一。介于智能家居的规模，即网络中传输的数据量不大、节点较多等考量，实现家庭内部网络拓扑选择星形结构。
ZigBee节点的硬件设计较为简单，本节点采用TI公司的CC2430芯片，在单个芯片上整合ZigBee射频（RF）前端、内存和微控制器。它使用一个MCU（加强型8051），具有128KB可编程闪存和8KB的RAM，还包含ADC、定时器、AES128协同处理器。数据采集单元选用一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器DHT11.
家庭内部网络系统的软件系统是以IARSystem公司的IAREmbeddedWorkbench为开发环境、以TI公司的ZStack协议栈为开发基础设计的。ZigBee协议栈2006基于IEEE802.15.4标准制定，该协议的突出优点是：组网能力强、适应面广、可靠性高、节能性好。ZStack协议栈由实现ZigBee协议不同功能的程序文件和库函数组成。
4ZigBee协议
ZigBee协议是家庭内部网的基础也可以说是核心，它的底层是IEEE802.15.4，包括物理层和MAC层。ZigBee工作在868MHz、915MHz和2.4GHz3个频段，而真正需要关心是网络层和应用层。网络层的主要功能就是路由，路由算法是它的核心，优秀的算法能节省ZigBee的能源消耗，缩短延迟。网络层上面是应用层，它主要规定了一些与应用相关的功能，也就是开发人员直接打交道的对象。
本系统采用的协议栈工作流程如图3所示。
图3ZigBee家庭内部网结构图
在智能家居ZigBee内部自组网络中，协调器作用最为关键，它上接智能家居系统“大脑”也就是家庭网关，下接ZigBee自组网其他路由和终端设备，同时起到一个无线接口的功能。如图3所示，协调器接收应用程序从串口发来的命令并对其解析，解析命令获取要控制的终端地址和控制命令，然后向指定的终端节点发送解析后的新的控制命令，寻址方式是点对点方式，通过协调器分配的网络地址来发送，ZigBee自组网中的命令结构如图4所示。终端收到命令后作出相应动作并反馈自己的状态给协调器，协调器收到反馈数据后会自动通过串口发回给家庭网关，也就是嵌入式服务器，并由应用程序来读取。以上就是ZigBee家庭内部网工作流程。
图4命令结构
本文实现了智能家居监控系统的远程控制功能，整个系统架构简单，即建立嵌入式家庭网关和ZigBee家庭内部网络，其功能齐全，并且可根据实际情况和个人需求增减传感器以节约成本，可为任何家庭提供量身订制的智能家居监控服务。本系统可以根据家庭环境的改变随时添加设备节点，安装方便，实现了智能家居的人性化控制。此项技术将Web技术与嵌入式技术结合并扩展，在此项目设计上稍加改动即可添加更多功能的传感器，此项技术也可以广泛地运用在工业、农业和商业各个领域。
二、智能家居设计方案
智能家居设计方案
一、智能家居的组成
1、安防监控系统:装上UPS电源，家里没电后会自动报警，装上红外幕帘和探头可以侦测到入侵报警，装上水侵探测器和提升泵，防止下雨，空调漏水，锅炉冻裂等，装上煤气探测器，煤气泄漏会自动报警，并打开新风系统。通过网络包括3G可以远程查看家里状况，也可以通过移动侦测摄像头把在区域内的动态变化拍照上传到指定的邮箱。
2、智能中控系统回家后开空调发现凉的太慢了，或者开地暖和热水器热的太慢，下雨或风沙家里的窗户没关，家里的遥控太多，打开影院，还要用好几个遥控器，然后还要起身关灯，智能中控系统让您所有的设备随时随地想开就开。
3、背景音乐系统在您的客厅，厨房，书房，卧室，浴室，花园等，无论您是在阳台晒太阳，还是在厨房做饭，或者是在浴室泡澡，您都能通过智能背景音乐系统听到您想听的高保真立体声音乐。
4、智能窗帘系统客厅窗帘太高怎么办，或者您躺在床上就想开关窗帘怎么办，没关系，智能电动窗帘让你的生活更加方便简单。
5、网络覆盖系统家里装几个漏油器，相互切换很不方便，或者地下室手机无信号，那么装修前做一套整宅网络覆盖系统吧
6、智能灯光系统通过数据总线，可以在显示器或IPAD上知道每路灯光的工作状态，或通过红外探测器，安装在一些地方，比如卫生间，门口，车库，实现有人灯亮，无人灯灭，这样更节能更环保，也可以通过电脑编程，把不同的灯组成场景，比如一键离开模式，关闭所有灯光。
7、楼宇对讲系统家里没人，可是有人来访，没关系您可以通过3G手机网络视频对讲。
8、智能新风系统当房间里二氧化碳或VOC超标时，智能新风系统会自动打开工作，或者当您的房间过干时智能新风系统会给您加湿。
二、智能家居优势智能家居系统是通过安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。
三、智能家居装修方案推荐
智能家居已经成为当今装修的趋势，它给我们的生活带来了很多便利。智能家居技术不断发展，越来越多的人开始认识到它的价值，越来越多的家庭也开始进行智能化改造。下面，我将为大家介绍一些智能家居装修方案。
一、安防系统
安防系统是智能家居的基础。它可以通过安装智能门锁、监控摄像头、门窗传感器等设备，实现对家庭安全的全面监控和管理。当有人非法入侵时，系统会及时发出警报，以保证家庭安全。
二、智能照明系统
智能照明系统可以根据不同的场景，自动调节灯光亮度和色温，以满足不同的需要。例如，在看电影时，可以调节灯光亮度为最低；在工作时，可以调节为较亮的灯光。此外，智能照明系统还可以设置定时开关，方便家庭的管理。
三、智能窗帘系统
智能窗帘系统可以根据不同的时间和天气状况，自动打开和关闭窗帘。例如，在天黑时，可以自动关闭窗帘，以保护家庭隐私；在阳光充足时，可以自动打开窗帘，以增加室内采光。
四、智能音响系统
智能音响系统可以将音乐和语音控制集成在一起。家庭成员可以通过语音指令，控制音响播放音乐或讲故事。此外，智能音响系统还可以连接智能手机，以实现随时随地播放音乐。
五、智能空气净化系统
智能空气净化系统可以监测室内空气质量，并根据不同的污染物浓度，自动调节空气净化器的工作强度，以保证室内空气质量的健康和安全。
六、智能家具系统
智能家具系统可以让家具与智能设备相连接，实现更加便利的操作。例如，可以通过手机控制智能沙发的按摩和加热功能，或者通过智能床垫监测睡眠状况。
以上就是几种智能家居装修方案的介绍。当然，智能家居技术还有很多其他的应用，例如智能厨房系统、智能家电系统等。在选择智能家居系统时，需要结合自身需求和实际情况进行选择，以达到最佳的效果。