一種智能家居控制系統

文｜石繼柱，龔星星，邊浩，康鵬姣，林如風

一種智能家居控制系統

文｜石繼柱，龔星星，邊浩，康鵬姣，林如風

在成長了二十多年后，智能家居有所前進，一些公司在無線物聯網關鍵科技領域獲得了前所未有的成就，但技術仍然較落后、觀點陳舊、創新乏力一直是中國傳統智能家居企業的整體特征。

一、智能家居控制系統的現狀及問題

目前，國內市場上常見的近距離無線科技通常包括WiFi、藍牙、ZigBee等無線射頻。但是他們都有自己的不足，有的是先天的，有的是未經技術融合處理的。比如WiFi技術，由于其追求高帶寬，導致了諸如大量的數據攻擊，安全性不盡人意等問題。

因此，作為當下世界承認的最后100米重要科技處理辦法，ZigBee射頻信號有自己的協議規則,可以自己構建無線網,傳遞信息時可確保數據的平穩與安全,不易受強磁場等惡劣環境的左右，此類特點極為適合物聯網的發展需要。

眼下，正處于家居智能化時期，相關體系利用家庭分布總線將室內所有同信息關聯的通信設備、環境監測、報警裝置、家用電器聚集到網絡節點里加以統一監管，保持家電與環境的協調。但是目前的傳統智能家居系統一個普通的無線路由只能接入8～32個設備，數量太少，對于一個新時代的大酒店、大旅館、大別墅來說遠遠不足。本文將探討一種智能家居管控體系，在一個系統中接入更多的設備，可滿足各類大型家居系統的要求。

二、智能家居管控體系的新設計

總模式上我們采用兩個方法：第一是把WiFi信號轉成紅外信號，第二是實現將ZigBee信號轉紅外信號進而控制家居。該兩種模式的兼容，合成一個系統利于按需求進行調配。具體選擇如下：所需網絡節點數少的房間就使用WiFi信號轉紅外信號的模式，所需網絡節點數多的房間使用ZigBee信號轉紅外信號。該兩種模式的兼容優勢在于根據房間所需網絡節點的個數多少來進行選擇，可以避免資源的浪費和滿足多節點的需求。一般來說，星形拓撲結構的ZigBee網絡能夠包容65000個節點。

基于以上的酒店智能設計，我們安排為：每個單房間一個的ZigBee模塊，一個樓層之間的WiFi進行單樓層組網，因為上面所述的第一個模式需要ZigBee信號轉紅外信號，所以需要一個WiFi信號轉成Zigbee信號的裝置，具體實現見下文。每個單樓層WiFi組網的WiFi信號都是通過該單樓層的路由發送的，該單樓層的路由連接家庭無線AP上，再通過家庭的無線AP統一一個端口接入網關，既可以在轉WiFi信號完成之后家庭內同一個WiFi下實現遙控連上WiFi打開APP進行控制家電；轉WiFi后，利用internet接網關的數據庫，再讓手機遠程操縱。

之所以采用每個房間都使用一個WiFi路由器連接該單樓層的WiFi路由，就是因為在大酒店這種較大區域情況下，如果只使用一個單樓層路由會存在可能死角問題，還有本文討論的WiFi路由接入節點不夠的問題。

針對WiFi接入設置復雜，功耗大的問題，ZigBee射頻有著天然的優勢，采用ZigBee無線信號轉紅外信號，ZigBee功耗低，理論電池供電壽命為6到24個月，可滿足節能需要。

根據所需網絡節點個數多少靈活運用，將所需網絡節點數少的房間WiFi信號轉紅外信號，所需網絡節點數多的房間使用WiFi信號轉ZigBee信號再轉紅外信號，實現ZigBee與Wi fi的兼容，即可解決節點需求問題。

這里，ZigBee信號紅外轉換器通常包括主控模塊、數據存儲模塊及紅外發射模塊三部分。51單片機管控紅外轉發器，射頻收發器擔負起同網關的無線通訊。此種設備可以準確獲取并解讀無線網關傳輸的數據，利用三極管的放大功用驅使紅外發光管，將ZigBee數據轉換成紅外信號，再利用紅外發射二極管傳輸出去，可管控具備紅外操作功用的家電。

其是智能家居三層結構中的下層前端控制層中的一類設備，用戶通過移動設備發送操作指令，通過ZigBee傳遞給前端設備加以響應，由于ZigBee數據無法直接操作紅外設備，需要通過轉換器把ZigBee命令轉換成相關的紅外信號，以管控家電；利用紅外自學習來練習家用遙控器的按紐，實現操作；能夠與網關進行 ZigBee無線通信，并且連接的設備能達到16～32個；保存學習到的紅外編碼、紅外設備ID號；協議解析，是將網關發來的ZigBee數據根據協議轉換為相應的處理，例如自學習、控制、刪除等。綜上所述，ZigBee轉紅外設備負責將由網關發來的ZigBee命令進行解析，執行命令對應的控制，在執行完成后，將執行狀態返回給網關。

其中，還需要WiFi信號轉成ZigBee信號，使用一個WiFi轉ZigBee轉換器。其采取ZigBee 無線通信技術接收橋梁健康檢測信息，并存儲數據，最后采用WiFi無線通信技術，完成對所接收數據的公開傳遞，以便于維修人員獲取監測信息；此外，其還解決了有線傳輸擴展性弱、傳輸訊號受環境左右等不足。其采取小型封裝的芯片及元器件，攜帶起來極為便利。WiFi轉紅外設備：用戶通過移動設施發出操作命令，通過WiFi傳遞給移動設備加以響應。

三、結語

本文主要利用ZigBee容量大，能提供較多節點的特點，來解決節點不夠用的問題，并根據所需網絡節點個數多少靈活運用ZigBee轉紅外設備與WiFi轉紅外設備,實現ZigBee與WiFi的兼容。這就基本涵蓋了非紅外家電（普通家電）以及紅外家電的全方位智能控制。

作者單位：東北大學