智能家居系统工程案例

-.z.智能家居系统工程案例目录案例一：智能家居实训平台31概述32系统方案32.1智能家居系统组成32.2系统构造组成32.3网络拓扑图33实施方案33.1智能家居真实场景33.2模型版智能家居34实训平台设计34.1系统硬件设计34.1.1环境监测34.1.2电器控制局部34.1.3智能安防局部34.1.4综合控制系统34.3模拟智能家居34.3.1模拟智能家居布局效果图34.3.2智能家居实训平台配置清单34.4软件平台及实验的设计34.4.1智能家居管理平台34.4.1.1系统配置34.4.2模拟仿真平台3附录1：传感器模块参数列表3案例一：智能家居实训平台1概述该案充分考虑到工程特点和主流技术相结合的需求，将"移动改变生活〞这句话变成实际，为学生提供一个"体验+实践〞的开放环境。从进入实验室的那一刻起，"聪明、平安〞无处不在。无处不再的门禁系统将潜在的危险阻挡在电梯间之外，安保系统将全程记录你出现位置，始终将你的平安放在第一位，但是聪明的它只会默默的守护你。这一切的一切只需要你轻轻晃动的你手机即可完成，无卡的为难将离你远去。访客的到来将在家中对讲显示屏上清晰反映，提前一步开启你温暖的笑容黄昏步入家中，温暖的洗澡水、**播放的音乐、缓缓闭合的窗帘，伴随着厨房设备清脆的提示音你可以享受为自己预备好的晚餐了。这一切是真实的、这一切是聪明的。对！这就是智能家居。清晨的喧闹即将开场的时候，在你关门的一瞬间。家，寂静了，安静了，省电模式将呵护着你的口袋；平静中平安模式紧紧的保护着这个温馨的家，始终如一的守护她，随时随地通过3G网络反映出家中情况，让你在前进的道路中无后顾之忧。在智能家居开发实验室中，不仅让学生、教师深切体验到智能家居的"聪明、平安、舒适〞，我们还会提供二次开发接口，让学生、教师去DIY，去动手开发自己专属的智能家居，在一个愉快、开放的环境中学习掌握物联网中的关键技术。2系统方案2.1ÖÇÄܼҾÓϵͳ×é³É智能家居系统是以信息化为平台，将智能家电控制、室内环境监测、安防监控、异常报警求助、无盲区全景监视系统、背景音乐等系统进展统一管理，室内通过遥控器任意控制，室外可通过手机或电脑进展远程控制，对家里的情况了如指掌。2.2ϵͳ½á¹¹×é³Éͼ2.1ϵͳ½á¹¹¿òͼ2.3ÍøÂçÍØÆËͼͼ2.2ϵͳÍøÂçÍØÆËͼ3实施方案3.1ÖÇÄܼҾÓÕæʵ³¡¾°以物联网科研平台为根底，提供一套真实的智能家居场景。效果图如下：图3.1智能家居实景²Î¿¼ÅäÖãºÖÇÄܼҾÓÍø¹ØPC·þÎñÆ÷ÍøÂçÉãÏñÍ·£¨´øÔÆ̨¿ØÖÆ£©RFID¶ÁдÆ÷220VÖÇÄÜ¿ª¹Ø¡¢ÖÇÄÜÒ£¿ØÆ÷£¨¿ØÖƵçÊÓ¡¢ÒôÏì¡¢¿Õµ÷¡¢·çÉÈ¡¢ÕÕÃ÷µÆµÈ£©µç¶¯´°Á±¡¢µç¶¯ÁÀÒ¼Ü3GͨÐÅÄ£¿éÎÞÏß̽²âÆ÷£¨Î¶ȡ¢Êª¶È¡¢¹â¸Ð¡¢ÓêÑ©¸ÐÓ¦¡¢ÑÌÎí¡¢Ñ¹Á¦¡¢ºìÍâ¶Ô¹Ü£©特点：体验性强，用户可以体验既定的执行策略，比方就餐场景、娱乐场景、睡眠场景等，感受物联网带来的智能，对物联网有系统的感知，同时实验平台开放开发接口，用户可以加载Python脚本来对实验室内的设备进展读写操作，可实现不同设备的联动控制，定制自己的智能家居系统，比方通过室内温度采集，当温度值超过一定阈值，则开启风扇或空调，同时可考虑更多因素〔节能、制冷效果等〕，决策是同时开风扇和空调还是只开其中一个设备，完全提供应学生一个开放式环境；3.2Ä£ÐÍ°æÖÇÄܼҾÓ以物联网科研平台为根底，在一个机柜中模拟出智能家居的环境，与真实的智能家居系统功能相似，只是尺寸比例不同，模型板家居系统全部模块化，与真实家居系统采用统一的硬件及软件接口，效果图如下ͼ3.2ÖÇÄܼҾÓÄ£ÐÍ°æ²Î¿¼ÅäÖãºÖÇÄܼҾÓÍø¹ØPC»úÉãÏñÍ·RFID¶ÁдÆ÷ÖÇÄÜ¿ª¹ØµÆ¹â£¨°×³ãµÆ¡¢±¨¾¯µÆ¡¢LEDÊýÂë¹Ü£©3GͨÐÅÄ£¿éÎÞÏß̽²âÆ÷£¨Î¶ȡ¢Êª¶È¡¢¹â¸Ð¡¢Óê¸Ð¡¢ÑÌÎí¡¢Ñ¹Á¦¡¢ºìÍâ¶Ô¹Ü¡¢¼ÌµçÆ÷¿ØÖÆ£©特点：将所有的模块浓缩到一个模拟的智能家居模型里，几个学生一组可以在这个平台上开发验证程序，并通过LED灯、数码管对结果进展显示，到达相对直观的演示效果。模型板家居系统全部模块化，与真实家居系统采用统一的硬件及软件接口，基于我们提供的开发接口，学生可以将自己开发的模块参加到真实的环境中进展验证体验。比方，学生在模型板上开发控制程序可直接加载到真实环境中，进展验证。4实训平台设计4.1ϵͳӲ¼þÉè¼Æ4.1.1»·¾³¼à²â基于zigbee的传感器采集模块，在室内组成环境监测传感网络，负责室内传感数据的采集，主要包括温度、湿度、光感、雨雪感应、烟雾、压力数据的采集，另外，根据实际需要可扩展其他传感器，为其他电器控制执行策略提供数据根底，无线采集模块搭载传感器详细参数列表请见附录1传感器详细参数列表。无线温湿度传感器对室内温湿度进展采集，由学生设置采集周期及告警阈值，来控制风扇、空调等设备；无线光感传感器对室内管线进展采集，由学生设置采集周期及告警阈值，当环境光线低于或高于设定值时，控制灯或者窗帘的联动控制；无线雨感传感器对室外天气情况进展监测，部署在室外，根据室外天气情况，发出告警短信或对晾衣架进展控制；无线烟感传感器对室内环境情况进展监测，一旦发生火情，第一时间短信告警并采取其他联动措施；ͼ4.1ÎÞÏßÎÂʪ¶È²É¼¯Ä£¿é4.1.2µçÆ÷¿ØÖƲ¿·Ö控制局部主要基于zigbee的无线反应控制模块，包括智能开关及智能红外遥控，控制器只需要接在220V电源线上即可无需另行布线，实现对空调、风扇、电视、音响、节能灯的控制。下列图3.2为智能红外遥控器，可以对需要操作的红外遥控键盘进展学习，由效劳器平台进展记录存储，并通过zigbee无线模块进展下发，实现对空调、风扇、电视、音响的控制。ͼ4.2ÖÇÄܺìÍâÒ£¿ØÆ÷无线智能开关由zigbee220v继电器控制模块构成，实现对室内照明灯的控制。室内照明灯主要包括2个电视墙射灯，客厅大灯1个，其他3个普通照明灯；智能窗帘及晾衣架控制器，包括导轨、步进电机、zigbee无线模块，主要安装于两个窗户处，实现窗帘及晾衣架的无线控制；ͼ3.3µçÆ÷¿ØÖÆʾÒâͼͼ4.3µçÆ÷¿ØÖÆʾÒâͼ4.1.3ÖÇÄÜ°²·À²¿·Ö智能安防系统是由各种智能探测器和智能网关组成，构建房间内的主动防御系统。智能红外对射探测器，通过红外线反射进展布防，当有人闯入的时候发出报警；智能烟雾探测器，探测出烟雾浓度超标后发出报警；智能门禁探测器，基于RFID读卡器，只有有权限的人员才能够进入实验室，同时可实现考勤管理。另外在特定功能区域区分RFID权限级别，只有授权用户才可以操作控制电视；室内监控，监控住宅内的状况，实现实时观察、录像、录像调用、云台控制功能。通过手机、效劳器平台可随时观察监控区域内的情况，实现远程监控功能。整个安防系统可实现手机、网关、电脑软件等方式接收报警信息，并能实现布防、撤防的设置。ͼ4.4°²·ÀÉ豸ʾÒâͼ4.1.4×ۺϿØÖÆϵͳ综合控制系统包括智能家居网关、智能家居综合管理软件等局部组成，实现对房间的设备的综合管理，软件平台详细方案请参见软件平台方案。4.1.4.1ÖÇÄܼҾÓ×ۺϹÜÀí智能家居综合管理对室内所有设备进展实时管理，通过ZigBee无线传感器网络、wifi，对家庭中多种传感器状态进展监测和控制，其内置多种应用场景，如娱乐场景、睡眠场景、离家场景等。智能家居管理平台背景可以根据实际场景进展切换，室内所有设备都有唯一的物理地址，通过智能家居演示平台可以对对应的每个节点友好名、节点类型、网络ID等参数进展配置修改，实现对每个节点的读写控制。在图形化仿真平台中，学生使用友好名就可以对相应设备进展控制，并且生成、加载相应的控制脚本程序，实现自己的智能家居系统。ͼ4.5ÖÇÄܼҾÓʵѵƽ̨4.1.4.2À©Õ¹¹¦ÄÜ物联网实验平台除了硬件提供统一的对扩展接口外，软件平台也提供了一套通用的数据采集和控制通信协议，便于新增设备的接入。ͼ4.6µ÷ÊÔÐÅÏ¢½âÎö´°¿Úµ÷ÊÔÐÅÏ¢½âÎö´°¿Ú¶ÔÕû¸öʵÑéƽ̨µÄͨÐÅÏûÏ¢Á÷³Ì½øÐÐʵʱ¸ú×Ù¡¢½âÎö¡¢ÏÔʾ¡£±ÈÈ罫RFID²Ù×÷¹ý³ÌÖеÄÁ÷³ÌÏêϸµÄÕ¹ÏÖ³öÀ´£¬ÈÃѧÉúÊìϤRFIDÿ¸ö²Ù×÷µÄÏêϸ¹ý³Ì£¬²¢ÇÒ»ùÓÚÎÒÃÇÌṩµÄͨÐÅЭÒé½øÐжþ´Î¿ª·¢Ê±£¬¿ÉÒÔ×÷Ϊµ÷ÊÔ¹¤¾ß£¬È¥¸ú×Ù¶¨Î»ÎÊÌ⣬±ãÓÚÀ©Õ¹³ö¸ü¶à×Ô¼ºµÄÓ¦ÓóÌÐò¡£4.1.4.3Python¶þ´Î¿ª·¢Python是一种面向对象的解释性的计算机程序设计语言，也是一种功能强大而完善的通用型语言，已经具有十多年的开展历史，现在已成熟且稳定，目前已在计算机及通信领域应用广泛。软件平台提供了可二次开发的功能，目的是帮助学生学习和掌握Python语言，深入参与到物联网的实验中来，自己动手编写脚本控制传感器，切身的体会到物联网的应用。我们的二次开发模块还可以帮助学生组合各类传感器，搭建一个物联网的应用环境，实现学生从做实验到设计实验的跨越，让学生学习到知识的同时也充分体会到学习物联网的乐趣。4.3Ä£ÄâÖÇÄܼҾÓ4.3.1Ä£ÄâÖÇÄܼҾӲ¼¾ÖЧ¹ûͼͼ3.7Ä£ÄâÖÇÄܼҾӲ¼¾ÖЧ¹ûͼ4.3.2ÖÇÄܼҾÓʵѵƽ̨ÅäÖÃÇåµ¥类别序号产品名称单位数量备注综合控制系统1多媒体智能网关至尊版〔7寸TFT数字屏〕个1含协调器，含摄像头23G模块个1报警短信，及终端控制3Wifi模块个1摄像头无线传输环境监测系统4无线温湿度、光感传感模块个15无线压力传感模块个1安防系统6红外探测器个1一个用于门禁防护7烟雾报警器个18无线RFID读写器个1一个门禁管理电器控制9无线电动窗帘套1步进电机控制10无线开关控制器个2控制2个灯其他11三周加速度传感器个1人体跌倒或物体位移12数码显示屏个1模拟显示空调、风扇、电视等设备运行状态13数码管个3显示温度、湿度4.4Èí¼þƽ̨¼°ÊµÑéµÄÉè¼Æ为了让学生能够对物联网的根本要素和整体概念有一个理解。由浅入深的学习和掌握物联网的相关知识，充分激发学生学习的兴趣。智能家居实训平台分为智能家居管理平台和模拟仿真平台。智能家居管理平台对室内所有设备及系统参数进展配置管理，并内置典型的应用场景，意图让学生对物联网在智能家居中的应用有系统的感知，并且为后续的实验提供参考；模拟仿真平台主要包括传感器的认知实验模块、物体控制实验模块及综合应用实验模块，意图为学生提供实践操作的环境，由浅入深的掌握物联网应用的关键技术。4.4.1ÖÇÄܼҾӹÜÀíƽ̨ÔÚÖÇÄܼҾӹÜÀíƽ̨ÖУ¬Ö÷Òª°üÀ¨ÁËϵͳÅäÖᢽڵ㲼¾Ö¡¢³¡¾°¹ÜÀíÈý¸ö²¿·Ö¡£Í¼3.8ʵÑéƽ̨Æô¶¯»­Ãæ4.4.1.1ϵͳÅäÖÃ在该模块中，实现系统运行参数配置，主要包括传感器参数配置、效劳器IP配置、串口配置、密码管理。传感器参数配置，可以设置传感器状态、采集值超出阈值时是否报警、采集周期、阈值、量程上下限等。ͼ3.9´«¸ÐÆ÷ͨÓòÎÊýÅäÖÃ4.4.1.2½Úµã²¼¾Ö首先将要布置的传感器拖拉到左边实验室平面图中，并与实际位置相对应。右键点击该传感器，则弹出右键菜单，选择"进入传感器配置〞菜单后，选择系统自动获取的传感器类型，并与传感器物理地址绑定，完成了传感器与实际传感器的关联，完成关联后的示意图如下：ͼ3.12½Úµã¹ÜÀí½çÃæ4.4.1.3³¡¾°¹ÜÀí在场景管理中，可以预设不同场景中的物体属性，用户可以通过智能终端或者系统提供的场景选择画面选择不同的场景，用户也可以选择自定义模式添加不同的场景。双击场景可直接切入仿真平台，对控制逻辑进展查看，在自定义模式下，学生可以参考预置的场景对控制逻辑进展修改，学生也可通过选择确定的物体进展直接控制。ͼ3.10ÖÇÄܼҾӳ¡¾°¹ÜÀí4.4.2Ä£Äâ·ÂÕæƽ̨4.4.2.1´«¸ÐÆ÷µÄÈÏ֪ʵÑé传感器作为物联网感知层中最重要的元素，首先让学生对传感器的性能指标有一个初步的了解，点击左边相应的传感器，在右边的参数介绍区会显示相应的传感器信息，同时在这个模块，学生可以通过相应的按钮来进展相关的实验，例如以图片或动画的方式先对传感器原理进展讲解，并可以进展温湿度数据的实时显示，通过外界条件改变，感知数据曲线的变化，这样让学生有一个比拟直观的认识。ͼ3.11´«¸ÐÆ÷»ù´¡ÊµÑéʵÑé¾ÙÀý˵Ã÷【实验名称】温度传感器实验。【实验目的】了解无线温度传感器的工作原理，通过实训平台展现如何由物理量转变为电信号，再到实际温度值，再到数据的传输。并通过实际动手感受温度值的变化，引发学生对响应速度、采集周期等问题的思考，激发学生学习和探索知识的兴趣。【实验准备】启动智能家居实验室，保证所有设备都工作正常，在实验PC机上启动实验平台软件，并完成软件与试验箱的连接。【实验步骤】1、在实验平台节点管理窗口下，确认无线温度传感器在线；2、在传感器认知实验界面中，选择温度传感器认知实验；3、通过动画学习了解无线温度传感器的工作原理，了解物理量到实际温度值的转化过程；4、用手触摸传感模块，观察下方实时温度曲线变化，观察曲线的变化速度，引发对响应速度及采集周期的思考；4.4.2.3×ÛºÏÓ¦ÓÃʵÑé考虑到局部学生有可能对Python知识不了解，无法编写脚本来控制传感器，阻碍学习传感器和Zigbee的知识，我们的软件平台提供自动生成Python脚本功能，学生以自动生成的例如为根底，轻松掌握Python的根底语法知识，进而可以自己设计传感器综合应用实验。自动生成Python的界面如下列图3.13所示。ͼ3.13×Ô¶¯Éú³ÉPython½çÃæͼ整个模块的功能是提供基于控件拖拽的可视化界面编程方式，界面左边是控件区，其中传感器控件区中的所有传感器控件都是当前已开启并处于正常工作状态下的传感器，单击传感器控件区下方的刷新按钮可根据当前的各传感器状态更新传感器控件区中的传感器图标数量，实现了画图时图标和实际工作传感器的绑定，学生拖动传感器画图时，自动绑定传感器的短地址、友好名等信息到控件的属性中，无需学生进展任何设置，就可以生成Python脚本。界面的右边是画图区，学生通过拖动控件区的通用控件和传感器控件，连线后形成流程图，单击工具栏中的生成Python脚本了。4.4.2.4ѧÉú×ÔÉè¼ÆÓ¦ÓÃʵÑé为了让学生从认知物联网到感知物联网，我们的软件平台提供让学生自己设计物联网智能家居应用实验的功能。学生可通过拖动传感器控件，连线成流程图后就可生成Python脚本，执行生成的Python脚本就可获得对智能家居中电器的控制，如下列图3.14及3.15所示。软件平台还可以保存学生设计的应用实验，在需要使用时加载到软件平台中，就可以恢复到学生保存时的实验环境，方便学生在该实验环境的根底上再进展深入的实验。ͼ3.14ѧÉú×ÔÉè¼ÆÓ¦ÓÃʵÑéͼ3.15ѧÉú×ÔÉè¼ÆÓ¦ÓÃʵÑéÉú³ÉµÄPython附录1：传感器模块参数列表表1传感监测模块参数列表模块性能参数功能光感传感器功能特点：1、可以在所有光源〔包括太阳光〕下工作。2、双通道模数转换器可以同时独立测量环境光和近距离红外光。3、智能中断方案：可以分别配置环境光和接近感应的中断阈值。可以配置触发中断之前需要到达阈值的次数：1/4/8/16次到达阈值后再触发中断。4、非线性：0.5%。5、环境光检测的输出数据直接和光强成正比。6、环境光检测可以选择125或2000勒克斯〔lu*〕的量程。7、消除环境中红外噪声〔包括阳光〕。8、超低功耗：典型工作电流为138μA。9、易用性：I2C通讯接口。10、内部温度补偿。11、小巧的〔毫米〕封装。12、I2C通讯接口匹配电压为。13、传感器供电电压为。14、符合RoHS标准。1、监测室内环境光线；2、近距离红外光可做渐进感应，