智能家居控制系統中嵌入式技術的應用

謝孟喆

摘 要：針對嵌入式技術的應用，以智能家居控制系統為例，做了簡單的論述。智能家居控制系統中，利用嵌入式技術，依托無線通信技術，比如Zigbee技術等，能夠實現智能控制。基于嵌入式技術的智能家居控制系統設計，可供選擇的技術實現方法較多，需要結合實際需要，來選擇控制方法。

關鍵詞：嵌入式技術；Zigbee技術；無線技術；智能家居

現階段，智能家居控制系統發展的相對成熟，利用物聯網，實現萬物互聯，包括智能照明與安防監控等，為居住者提供了優質的服務。其中嵌入式技術的應用，是實現智能控制的主要技術，能夠滿足多設備情況下的系統控制，便于系統管理。用戶通過智能家居APP，利用微信或者其它應用，均能夠實現智能管理，具有較強的便利性。

1 智能家居控制系統概述

現階段，智能家居控制系統的應用，主要包括以下功能：1）智能安防系統。2）智能照明系統。3）智能影音系統。4）智能家電控制系統。5）智能門鎖系統。6）智能噴灌系統。7）智能門窗系統。8）智能睡眠系統等，利用綜合技術，實現智能控制，便于管理日常生活起居，保障家居管理的安全性與便利性，提升家居生活的現代化與科技化。

2 智能家居控制系統中嵌入式技術應用的基礎

2.1 以TinOS技術為基礎的嵌入式技術

TinOS嵌入式系統開發使用的是NesC語言，通過將各組件，按照設計方式，形成系統架構。此系統設計采取的是模塊化設計方法，能夠保障各項功能得以實現。雖然傳感器資源應用較少，但不會影響其功能。應用TinOS技術，能夠在無線傳感器網絡上高性能運行，發揮其管理作用。此技術類似于網絡協議，設有分管接收工作的底層硬件，同時還設置了具有數據編碼的綜合硬件層。基于TinOS技術，利用NesC語言，能夠按照人們對家居環境的要求，設計智能家居控制系統。此系統通過傳感器，實現環境信息探測與收集，借助Qt編程技術與API接口，能夠設計出功能強大且人性化的家居系統。

2.2 基于Zigbee技術的嵌入式技術

Zigbee技術為短距離無線電通信協議，為新型通信協議，為無線個域網，介于無線標記技術與藍牙之間。其依靠微小傳感器，基于802.15.4標準，實現協調，具有較高的通信效率。將此技術應用到智能家居系統中，利用無線電通信技術，實現家電設備連接，組成星型網絡架構，遵循由網絡協調器與路由器等節點組成的通信協議，實現網絡通信。此技術的應用能夠實現數據傳輸以及無線通信，為無線傳感器網絡運行實現的支撐技術，憑借功率小與能耗低等優點，被廣泛的應用。

2.3 以WI-FI為基礎的嵌入式技術

基于WI-FI的智能家居系統，是依靠智能傳感器、中央處理器等實現，用戶利用智能終端設備，比如手機，環境信息主要是通過服務器，傳遞給中央處理器，利用Internet進行連接，實現智能家居系統控制。此系統功能的實現，主要是依靠硬件支持，包括FPGA平臺、建立WI-FI系統、繼電器等，利用繼電器模塊，可以實現家電控制，利用WI-FI技術，能夠實現遙控。

3 智能家居控制系統中嵌入式技術的應用

智能家居系統中嵌入式技術的應用，形成嵌入式系統，主要分為軟件部分與硬件部分，具體包括出微處理器、操作系統、應用程序、外圍設備等，系統結構主要分為單芯片微處理嵌入式系統與多芯片微處理器嵌入系統。智能家居控制系統應用設計要點如下：

3.1 處理器的選擇

基于嵌入式技術的智能家居系統中，處理器為核心，在設計的過程中要選擇成本較低、功耗較低、性能較高的中央處理器，比如ARM Cortex-M3的設備，移植ARM7系列的設備，能夠實現用電成本節，提高系統性能。

3.2 無線射頻模塊設計

此模塊是實現智能家居系統通信的主要手段，利用此模塊，能夠實現傳感器和中央傳感器的無線通信，實現數據交換，同時可以實現控制器對家居內部設備的控制。在設計時，可以選擇nRF24L01，實現家居系統通信。此模塊抗干擾性能，使用的是免費頻段，能夠實現遠距離傳輸。

3.3 傳感器的選擇

在智能家居系統中，依靠傳感器，能夠實現數據采集，包括溫度數據信息與濕度信息等。在設計時，要選擇性能較高的溫度監控傳感器，比如DS18B20，除此之外還需要設置人體紅外探測器以及氣體監控傳感器等，實現環境信息監控。傳感器主要是通過I/O接口，實現和無線射頻模塊的連接，基于無線通信技術，實現和中央傳感器的連接與數據通信。

3.4 軟件監控平臺

在智能家居系統中，應用嵌入式技術，構建軟件監控平臺，是控制功能實現的重要基礎。智能家居系統主要包括操作系統和無操作系統，其中無操作系統主要是通過無限循環，來實現監控與數據提取，只能顯示數據值。操作系統除了具備無操作系統的功能外，還能夠實現對中斷事件的控制。上述功能的實現，均依靠軟件監控平臺。在設計時，采用C++語言，進行軟件編程與設計。

3.5 應用分析

在智能家居系統中，嵌入式技術的應用，主要體現在以下方面：1）應用于可視對講系統。此系統主要是應用于安防管理方面，當有人到訪時，住戶可以通過可視化系統看清來訪客人的面貌，以判斷是否允許進入，來訪人的信息將會同步到管理中心。2）應用于報警系統。通過在室內指定位置，安裝嵌入式報警系統，實現安全監測，當發生非法入侵事件時，此系統會自動報警，同時利用監控設備能夠獲得高清監監控圖像。3）應用于智能噴灌控制。基于嵌入式的智能家居系統應用時，用戶可以利用手機APP，預設澆灌時間，噴灌系統能夠按時按量進行澆水。4）智能睡眠系統。通過監控呼氣的頻率與心跳等，能夠及時發現異常情況，并且發出警報，以確保住戶的安全，同時能夠提供睡眠質量報告，改善住戶的睡眠質量。智能家居系統的應用，能夠更加方便快捷的管理住戶的生活起居，保證家居管理更加安全便利，可以體現舒適的環保控制系統，讓家庭生活變得更加的現代化，通過智能體系來管理整個家居的生活，能夠展現現代科技發展。

4 結束語：

綜上智能家居系統功能的實現，離不開嵌入式技術，為了能夠保障系統的應用性能，在設計系統時，需要合理選擇基礎技術，比如WI-FI技術與Zigbee技術等，發揮其優勢，通過合理配置智能設備，實現智能控制。

參考文獻：

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