基于wsn智能家居系统方案设计

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1、基于WSN智能家居系统方案设计摘要：介绍了智能家居的背景、功能和研究现状，通过对比传统有线组网方式和无线传感网络技术，提出了基于无线传感网络的智能家居系统设计方案，包括总体结构、家庭网关、小区服务器、无线传感节点的设计，从而解决了有线施工布线带来的困扰；文中同时研究了一套通用的WSN智能家居平台，该平台具有推动相关技术验证及实现的价值。关键词：物联网；智能家居；无线传感网络；系统设计中图分类号：TP29文献标识码：A文章编号：2095—1302(2012)10—0057—030引言20世纪80年代初，随着大量采用

2、电子技术的家用电器的面市和住宅电子化(HomeElectronics,HE)的出现，在80年代中期，将家用电器、通信设备与安保防灾设备各自独立的功能综合为一体后，便形成了住宅自动化(HomeAutomation,HA)概念。而在80年代末，由于通信与信息技术的发展，出现了对住宅中各种通信、家电、安保设备通过总线技术进行监视、控制与管理的商用系统，这在美国称为SmartHome,也就是现在智能家居的原型［1］。一般情况下，无线传感器网络(WirelessSensorNetwork,WSN)大多由部署在监测区域内大量

3、的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信形成一个多跳自组织的网络系统。该系统能实时监测、感知和采集网络分布区域内监视对象的各种信息并加以处理，从而完成数据采集和监测任务［2］。将WSN技术与传统智能家居相结合，便可形成目前主流的智能家居系统，本文将基于WSN来讨论智能家居系统的设计方案。1国内外智能家居的发展现状在智能家居发展过程中，美国一直处于领先水平。近年来，以美国微软公司及摩托罗拉公司等为首的一批国际知名企业，先后跻身于智能家居的研究与开发中，例如微软开发的“梦幻之家”、IBM公司开发的“家庭主任”、摩托罗拉

4、公司开发的“居所之门”等［3］。在我国的《国家中长期科学和技术发展规划纲要》的重点领域中，无线传感器网络及智能信息处理也被列为信息产业中7个主题之一［4］。目前的智能家居主要都是高成本产品，出现各种档次和百家争鸣的景象，其市场化普及尚需时日。我国的智能家居系统还处于从无到有的初级阶段，如何建立一个高效率、低成本、与国际标准接轨的系统已成为当前社会的一个热点问题。在智能家居的发展中，目前还存在协议、标准、接口等不规范，家居内有线组网方式非常麻烦，而传统无线组网方式又太昂贵，系统运行不可靠、不稳定等问题。用无线传感器

5、网络取代传统智能家居系统中以RS485总线或CAN总线的有线组网方式，无需施工布线，安装简便，可以方便地形成智能家居网络。传统家居系统和WSN家居系统的对比如表1所列。2智能家居系统的功能分析智能家居以住宅为平台，将与家居相关的安防、电器、节能、医疗等设备有机结合起来，并对其进行单独或集中控制管理，从而创造出高效、舒适、安全、环保的居住环境。主要的系统功能由以下一些子系统组成：(1)可视对讲系统：包括呼叫户主、对讲、摄像、室内监视室外、室外密码开门等；(2)照明控制系统：可提供灯光的调控、开关、场景控制；(3)家

6、居安防系统：即红外报警、窗磁门磁、传感器报警、远程监控等；(4)电器控制系统：对窗帘、通风设备、空调器、红外家电进行控制；(5)手持设备、PC控制：通过平板电脑、智能手机，网页浏览器随时随地控制家中设备；(6)节能控制系统：自动监控能耗状况，对耗能进行管理，过载自动断电；(7)网络视频监控：在有网络的任何地方，通过网页都可以看到家中的情景。这些子系统主要是从功能的角度进行划分的，实际上，它们是一个整体，某些模块可能同时在几个子系统中发挥作用，而且各个子系统之间也可以建立非常紧密的联系。3智能家居系统设计方案本系统

7、由无线智能网关、小区服务器、分布式家电控制、网络接口、控制终端设备等部分组成。系统功能设计如下：(1)由各类传感器分别检测收集居室的温度、湿度、烟雾、CO、甲烷、安防参数以及电、气、水能耗等家居信息;(2)将所有传感器节点采集到的信息上传到网关，由网关采集并转发数据到服务器；(3)服务器后台接收到网关上传的数据后，将其转发到手持设备，并存储到数据库中，若前台页面需要显示相关数据，可以随时从数据库中读取；(4)用户手持设备或远程PC的控制命令通过GPRS或Internet与服务器相连，服务器后台接收到相关的命令之后

8、转发给网关，再由网关下发控制命令，以实现手机或远程PC控制设备的功能。智能家居系统的核心部分是多功能网关，基于IEEE802.15.4E协议的无线传感器网络具有近距离、低功耗、低成本的特点，可以移植到多种嵌入式设备中。由于IEEE802.15.4E设备工作在2.4GHz频段，采用自组织方式组网，对网络内部的设备数量没有限制，新添加的设备节点会被网络自动发现，因而提升了网络