智能家居论文精选(九篇)
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第1篇：智能家居论文范文
摘要：简要介绍了电力线通信技术，分析了对利用电力线通信技术实现智能家居网络的载波技术、网络控制技术等组网关键问题，介绍了一种基于LonWorks技术的电力线智能家居网络解决方案。
基于电力线通信技术的智能家居网络系统，利用电力线通信技术通过电源插座完成家庭联网，并为家庭网络提供互联网接入和多媒体音视频业务，通过家庭服务器对接入家庭网络的信息家电、安全系统实行监控和管理。
一、电力线通信技术概述
电力线通信技术(PLC)是把载有信息的高频加载于电流，用电力线传输，通过调制解调器将高频信号从电流中分离出来，传送到计算机或其他信息家电，以实现信息传递的一种通信方式。目前PLC技术已经形成宽带接入型与家庭网络型两种发展模式，家庭网络型是指通过电力线在用户家中组建高速LAN。这种模式的PLC只提供家庭内部联网，即通过家庭的内部的普通电力线，进行组网连接家庭内部局域网。电力线通信技术有以下优点：信息家电可以通过电力线进行通信，无需另外布线，利用电源线实现智能家居网络成本较低；电力网是覆盖范围最广的网络，PLC技术可以轻松地渗透到每个家庭，其应用范围广泛；网络的接入点是电源插座，电源插座随处可见，数目较多且接插方便；不需要拨号，接入电源插座即接入网络；电力线载波通信较容易实现自动抄表、家居监控等功能。利用电力线载波通信技术实现智能家居网络最方便。
二、电力线智能家居网络的关键问题
2.1载波技术1)正交频分多路复用技术。低压电力线载波信道的传输特性的特点是具有时变性，衰减较大，而且各种干扰噪声复杂。为提高电力线网络的传输质量，电力线通信大都采用正交频分多路复用技术(OFDM)进行调制。即将串行数据转化为N个并行数据分配给N个不同的正交子载波，实现并行数据传输。这样既可得到很高的数据传送速率，又能够有效地抑制码间干扰。应用OFDM技术于电力线通信中具有明显的优越性。OFDM频带不仅利用率高，而且抗干扰性强，可以克服电力线上固有的高噪声、多径效应和频率衰减等现象，有效利用现有低压电力线实现高速数字通信。2)扩展频谱调制技术。这一技术的抗干扰和抗多径效应也较强。因此，也有一些厂家采用这种技术开发电力通信产品。扩展频谱调制技术在相对较宽的频带上扩展了信号频谱，降低了信号的功率谱密度，降低了电磁辐射，削弱了对其他通信系统的干扰。而且接收端通过窄带滤波技术提取有用信号，信号的信噪比很高，抗干扰性增强。另外，扩频通信可以实现码分多址。对于1Mbps左右的系统，应用扩频技术就可以完全满足传输容量的要求，且其设备简单，扩频调制方式较为经济。当传输速率要求在10Mbps及以上时，扩频技术实现起来较困难。在10Mbps及以上传输速率宜采用OFDM调制技术。
2.2网络控制技术目前，家庭自动化网络标准有许多种，较为成熟的有X210、CEBus和LonWorks等。1)X210是最早应用于家庭设备自动控制系统的。X210的控制模式为主从控制模式，信息是单向传输的，从控点只能接收主控点发来的信息，不能反馈。X210的系统信息的传输较慢(传送一个指令需时0.883s)，抗干扰性能差，可用节点数为256个，只能用于普通家庭中的简单控制和专项控制。但其价格十分低廉，而且安装使用较方便，如仅组建一个简单的家居智能网络，可以考虑X210技术。2)CEBus是一个较完整的开放系统，美国电子工业协会(EIA)于1992年正式推出，并定为IS260/EIA2600标准。它定义了在几乎所有传送媒体(Medium)中信号的传输标准，并要求控制信号在所有的媒体中都要以相同的传送速度(10Kbps)传送，从而有效地避免信号传输中可能出现的“瓶颈”问题。CEBus的抗干扰能力比X210强，控制功能亦十分丰富。但接口技术比较复杂，价钱较贵，在中国的应用不多见。3)LonWorks是由美国Echelon公司于1990年12月开发成功的全分布式智能控制网络技术。1997年8月，被EIA的集成家庭系统技术委员会定为家庭网络(HomeNetworking)的标准。Lon2Works完全支持OSI的7成协议，具有良好的开放性、互操作性，其网络系统组成以分布控制为控制模式。对于网络家电来说，只需要将已定义的的网络家电之间信息传递的语法和语义标准在应用层实现后，就能够实现不同厂商之间产品的相互兼容。LonWorks的分布式架构使其具有独立性，部分节点的故障不会造成系统瘫痪。LonWorks最基本的部件是同时具有通信与控制功能的神经元芯片，具有很强的通信能力和一定的数据处理能力。其抗干扰能力很强，其可靠度是这三种网络控制技术最高的(约99.8%)，并具有完善的开发系统和工具。LonWorks的分布式架构，每一个控制装置都可以有随插即用的功能，减免了二次拉线造成的成本，并避免了重新布线的不便。LonWorks可扩展性强，在将来对系统升级时，可充分利用原有资源，降低升级的复杂性及成本。上述三类家庭自动化网络技术都是各有其特点，组网时可根据实际情况进行选择。但如果要组建一个统一的、操作性强、功能完善、可靠性高、可扩展性强的家居智能网络，采用LonWorks技术是一个明智的选择。
三、电力线智能家居网络的组成
本文以LonWorks技术为基础，采用电力线载波技术来构建家居智能网络。该网络以分布控制、集中管理为控制模式，其网络系统可依靠网络节点完成自治的控制功能，通信媒体采用电力线。主控节点与家用电脑相连，可控制从节点的功能配置并监控从节点的状况，并且还负责与Internet的通信。通过主控节点可查看电表、水表、煤气表的读数，实现三表的集抄。从节点可接收从电力线传来的控制信息，完成自治的控制功能，同时反馈家电的一些状态信息。从节点由电力线网关、信息家用电器组成。在这个网络系统中，电力网关是一个重要的部件，它用于对网络信息的发送与接收。电力网关由基于LonWorks网络系统的LonTalk网络协议和神经芯片、电力线载波模块和耦合电路组成。
第2篇：智能家居论文范文
目前我国各地房价不断上涨的现象引起了广泛关注，也引发了关于房地产市场是否过热以及是否存在泡沫的争论。从目前的判断依据看，常用的参照指标是国际通用的房价收入比，它也是制定住房政策的重要依据。1989年香港大学的专家伯纳德.李诺在一份研究报告中指出：“在发达国家，房价收入比在1.8～5.5:1之间，……在发展中国家，该数一般在4～6:1之间。当然也有例外，……”。随后，世界银行在1992年出版的《中国：城镇住房改革的问题与方案》一书中，全文引用了上面的论点。其后，联合国人类住区中心也在一份文稿中予以引用。近年来，国内研究房价收入比的大多文章，几乎都引用了上述文献的结论，即“4～6倍的合理区间”；也都沿用了其中房价收入比的计算方法，即房价=单价X面积指标。
然而，从研究结果看，不少学者对同一地区或同一城市采用房价收入比指标分析，却得出了不同的结论。究其原因，有学者认为是对房价收入的特性和合理取值范围认识不够；有的认为是计算方法存在严重缺陷：当前的房价收入比主要计算新房市场，而忽略了旧房市场，没有考虑住房结构，低估了我国居民的购房支付能力；有的认为是“由于概念上的非统一性，往往导致认识与时间中错误与混乱”；还有人认为对房价收入比经济涵义的模糊认识，当属根本性的致因。
笔者通过文献检索和对比分析，认为房价收入比的应用目前存在以下方面的问题。
首先，对房价收入比的概念存在认识差异。如有的认为它是“一个国家或城市的平均房价与每产居民的平均收入之比”；有的认为“房价收入比应是一个地区(国家)某一时期上市销售的某一类型商品住房的单套平均房价与对应收入档次居民家庭相同时期户均每年收入中可用于购房支出之间的比值”；而联合国人类住区中心的《城市指标指南》则认为，房价收入比是指“居住单元的中等自由市场价格与中等家庭年收入之比”。认识上的差异自然会导致研究结论不一致。
其次，房价收入比概念本身就缺乏严格的经济意义。无论是李诺最初提出的概念，还是人们后来的修正，房价收入比都不过是一种替代性的经验指标，并不具备严格的经济意义。显然，人们不可能将其全部收入都用于住房消费。此外，不同国情、不同收入群体和不同消费习惯，都会影响人们对住房消费的实际支出。缺乏严格经济意义的房价收入比本身就具有明显的缺陷。
人们对房价收入比的认识差异以及该指标本身存在的不足，都说明这一指标并不具备可比性，也影响了该指标应用的可信度。例如，北京师范大学金融研究中心在2006年3月的《中国房地产金融安全评估报告》中，计算得出我国东部城市的房价收入比达到了13倍，远远超过了国际上6倍的警戒线，并得出结论：我国70%的城镇居民没有购房能力。事实果真如此吗？如果不是，那又如何评价房价高低和居民购房能力呢？
二、居民购房能力与房价水平分析
本文的思路是，根据不同收入阶层居民可支配收入中合理用于住房消费的部分，测算他们各自的购房能力，然后分别与住房市场相应供应层次的住房价格进行比较，从而对住房市场和住房价格水平进行判断。
根据国际经验，居民将其1/3的家庭月收入用于住房消费是一条警戒线，越过此警戒线，将出现较大的还贷风险，并可能影响居民的生活质量。美国银行明确规定，居民每月偿还按揭贷款及与住房相关的税费，不得超过税前收入的28%。而在我国，椐新浪网2006年4月一项有15，014人参与的调查显示，91.1%的人购房采用了按揭，其中54.1%的人月供占收入20%一50%，有31.8%的人月供占收入50%以上，超过了我国银监会《商业银行房地产贷款风险管理指引》中“应将借款人住房贷款的月房产支出与收入比控制在50%以下(含50%)”的警戒线。2006年4月17日《中国青年报》报道：居民购房已成为不能承受之重，逾三成房贷族成“房奴”。这些居民在享受有房一族心理安慰的同时，生活质量却大为下降，不敢轻易换工作，不敢娱乐和旅游，害怕银行加息，担心生病、失业，更没时间好好享受生活。因此，本文认为月供不超过月收入的30%为合理界限，以此来衡量居民的购房能力与房价关系。
(一)测算依据
1.基本假设和条件
假定购房人有积蓄或有亲友资助因而具有支付首付款(房价30%)的能力，余款通过20年按揭贷款方式支付，月等额还款以居民家庭当前月收入的30%支付，以目前利率作为固定利率进行计算，忽视居民家庭收入增加、利率调整以及通货膨胀等的影响，以此为基础分析不同收入阶层居民的房价承受能力。
按照建设部的有关规定，房地产市场提供的住宅产品可按面积大小和价格高低区分为高档商品住宅、普通商品住宅和经济适用房。其中，高收入家庭购买高档商品住宅；中高收入家庭购买普通商品住宅；中低收入家庭购买经济适用房。而廉租房是由政府向最低收入家庭提供的政策性补助用房，不在本文的研究范围之内。
2.相关指标求取
(1)家庭收入。首先根据各地区具体情况，按收入水平将城市居民分为高收入家庭、中高收入家庭、中低收入家庭和低收入家庭四类；然后根据政府公布的统计资料，分别计算上述各类别中不同收入段的加权平均数，得出各类收入家庭各自的平均可支配收入；考虑到我国居民的灰色收入，同时我国有很多居民在住房制度改革时，都以较低价格购买了公有住房，当他们再次购房时，一般要卖掉旧房再买新房，因而这些居民实际购房能力相对较高，为此本文将分别计算出的各收入阶层家庭平均可支配收入都乘以修正系数1.2作为计算依据。低收入家庭主要依靠政府提供廉租房解决住房问题，本文不做具体分析。
(2)面积。本文指的面积是根据某年某市统计资料得出的住宅产品销售平均单套面积S(由于很多地方的统计资料都缺乏分类统计，一般只有平均面积和平均价格，因此本文采用了这样的面积和价格指标。
对于分类统计比较详实的地方，可以按当地住房供给结构、相应价格分类别进行具体分析)。如果该市分类统计较翔实，则分别按高档商品住宅、普通商品住宅和经济适用房计算各类别加权平均单套面积。
(3)价格。本文指的价格是根据某年某市统计资料得出的住宅产品平均销售价格Pm。如果该市分类统计较翔实，则可按高档商品住宅、普通商品住宅和经济适用房分别计算它们各自的加权平均价格Pmj(j=1，2，3)。
(二)测算结果分析
以某收入阶层家庭月平均可支配收入*1.2*30%(记为A)为基准，推算出该收入阶层家庭20年贷款期以月等额还款方式支付70%房价的累计现值Y，则该阶层居民能够承受的房价为Paj=Y÷0.7。设i为月住房商业贷款利率，n为还款期(12*20)，则有：
Y=A÷i*[1-1÷(1+i)n]
将Paj与Pm(或Pmj，下同)进行比较，如果Paj＞Pm，则说明房价在该收入阶层居民可承受的范围之类，因而房价是合理的；如果Paj＜Pm，则表明房价超出了该收入阶层居民的承受能力，该收入阶层居民为了偿还按揭贷款，不得不削减其他方面的开支，因而可能导致他们的日常生活水平下降；如果Paj远远小于Pm，说明住房价格过高，或者住宅市场供给结构严重失衡。
三、结论
第3篇：智能家居论文范文
[关键词]无线技术；智能家居；远程控制；手机app；概述；过程
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）47-0252-01
前言
智能家居系统让您轻松享受生活。当你出门在外，您可以通过手机app来远程遥控您的家居各智能系统，例如在回家的路上提前打开家中的空调和热水器；到家开门时，借助门磁或红外传感器，系统会自动打开过道灯，同时打开电子门锁，安防撤防，开启家中的照明灯具和窗帘迎接您的归来；在公司上班时，家里的情况还可以显示在手机上，随时查看……这样的智能家居远程控制系统或许是每个生活在快生活节奏的人梦寐以求的。基于无线技术的智能家居远程控制系统，可以通过我们随身携带的手机来进行远程控制，只需要开发安装一款app，那么这样的生活就在眼前。在这样的现实状况面前，本文选择从关于智能家居远程控制概述以及利用手机app实现智能家居远程控制过程两个方面展开论文，就如何开发、利用以及实现这一控制系统和过程进行一番探究，为智能家居的研究和发展提供可行性的建议或意见。
一、关于智能家居远程控制概述
智能家居是利用先进的计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术、医疗电子技术依照人体工程学原理，融合个性需求，将我们的家居生活的一切起居活动通过网络化综合智能控制和管理，实现家庭生活更加安全，节能，智能，便利和舒适，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。智能家居具有实用性便利性、可靠性、标准性以及方便性等特性。智能家居远程控制，顾名思义，就是通过无线网络技术，利用移动终端实现家居生活的远距离集中控制。本文论述中的是一款通过手机app来远程控制家中门卫系统、灯光系统、空调、热水器等设备的开启和关闭；从而实现出门在外时候对住房的实时控制和检测。
二、利用手机app实现智能家居远程控制过程
如何利用手机app来实现智能家居远程控制过程。本文的论述中该手机系统利用各类家居传感器来实现相应的功能。控制系统主要由：手机app远程控制终端、控制单元、数据采集系统、执行器、检测控制以及接口和电源部分组成。
通过利用手机app来实现远程控制的基本原理是：首先手机app上面的系统控制器由通过接收远端――住房内发送来的信号，通过转换器进行信号转换、解码之后，再将这些处理后的信号传输给控制中心的单元集中一一处理。控制中心根据传输过来的信号进行处理后，根据具体的指令发出相应的处理信号，通过控制电路、执行器做出相应的反应。从信号的接收、指令发出以及信号的处理，这样下来一个控制过程就完成了。由图可知，系统主要由振铃检测电路、模拟摘挂机电路、DTMF音频解码电路、语音提示电路、中央处理单元、控制电路、电源电路等组成。
智能家居远程控制可以实现许多功能，真正意义上的实现智能家居，其功能如下图分布：
从该功能分布系统图中，我们可以看出：智能家居的控a制终端为手机app，通过在手机app上进行指令的编辑、发送给控制系统，从而驱动智能家居中的各个控制系统，根据需求调动控制系统，实现各个功能。系统的原理图大概如上所述，而在手机app上程序的设计和开发上，软件架构主要选用了操作系统，操作系统初步方案选定为u＼C-OS II 或者Free RTOS，然后在上面编写相应的程序，通过操作系统，使得整体的硬件资源集成在一起，实现统一的调度，另外在该系统中选用GUI图形界面，使得显示可以更加的人性化，并且根据实际情况可以增加触摸屏等功能。其指令操作软件的主要流程如下图所示：
手机app上复位初始化之后，然后不断向控制模块发出指令进行扫描查询，当查询到相应的信号后，手机app上的控制器变化对信号进行处理，然后根据信号的处理结果，发出是否启动软件。若启动软件之后，则app会根据手机上发出的控制命令，选择相应的电器、控制电路和系统，进入系统控制菜单，打开相应的电器和系统，之后等待回应即可。整个利用手机app来实现智能家居远程控制的系统原理、控制以及实现过程大概就是这样。
结语
基于无线网络技术的智能家居远程控制无疑是未来家居生活发展的趋势，也是日益增长的生活需求与社会经济快速发展之下的必然产物。如何最大限度的利用好无线网络技术，让我们的智能家居远程控制系统日臻完美，让我们真正享受到智能家居的现代家居生活给我们带来的便利是我们每个行业内工作者为之奋斗的目标。虽然当下的智能家居的远程控制系统开发和建设初见规模，但是存在的问题和漏洞还是不容小视，这也就需要我们不断的付出努力，进行更为深层次的分析和探究。
参考文献
[1] 瑞朗智能家居整体方案[J].IB智能建筑与城市信息.2005（11）.
[2] 朱顺兵，张九根.智能家居系统的关键技术与设计[J].建筑电气.2003（05）.
第4篇：智能家居论文范文
关键词：ZigBee，智能家居，前景展望
0 引言
智能家居，又称为智能住宅（SMART HOME），是以住宅为平台，利用综合布线技术、自动控制技术、网络通信技术、安全防范技术、音视频技术将家居生活有关的设备集成，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。智能家居起源于上世纪80年代的美国，随着我国人民生活水平的不断提高，已经有越来越多的厂商和个人开展了对智能家居的研究，并有各类相关产品问世。
传统的智能家居更多的是通过有线的方式进行组建，比如常见的Ethernet、CEBus、X-10等，其中得到最广泛应用的是X-10，主要是因为其相对低廉的价格和用户可自行装设的特点。，前景展望。CEBus的性能虽然高于X-10，但是由于售价较高而难以得到普及。Ethernet主要用于高速数据传输网络，用于家庭自动化控制则会受到电缆布线的限制。而日益兴起的无线技术能否在智能家居领域占有一席之地并得到广泛的应用呢？
和采用有线网络的通信技术的智能家居产品相比较，无线技术解决方案最吸引人的地方是安装布置的灵活性、低廉的安装费用和在智能家居系统进行重新布置时的可移动性。尽管无线通信技术和有线相比较有明显的优势，而且无线局域网技术和蓝牙技术已经在市场上获得了巨大的成功，但无线通信技术在智能家居领域应用相对还是较少。这主要是因为目前没有一项标准化的，获得各厂商一致认可的无线通信技术适合在智能家居领域进行广泛的推广，而且现有的一些针对智能家居领域无线通信产品的价格偏高，导致无线通信技术在智能家居的应用停滞不前。随着近年来人类在微电子机械系统（MEMS）、 无线通信、数字电子方面取得的巨大成就，使得发展低成本、低功耗、小体积、短通信距离的多功能传感器成为可能。近年来所涌现出来的一项新的无线通信技术—— ZigBee技术将改变这种状况。ZigBee技术产品以其低成本、低功耗、低传输速率、优秀的组网能力，被广泛认为将在未来的几年中对智能家居行业产生重大的影响。
1 ZigBee技术介绍
ZigBee技术是建立在IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers，美国电气电子工程师学会）802.15.4基础上的无线通信协议，它是一个短距离、低功耗协议，特别适合设计应用在小型的建筑物自动化设备中，比如温度自动调节装置、灯光控制设备、环境传感器等。
2000年的12月，IEEE成立了IEEE 802.15.4工作组，致力于开发一种可应用在固定、便携或移动设备上的，低成本、低功耗的低速率无线连接技术。2001年8月，美国霍尼韦尔等公司发起成立了ZigBee联盟，他们提出的ZigBee技术被确认为IEEE 802.15.4标准。2002年，摩托罗拉、飞利浦和三菱等企业加盟ZigBee联盟，06年中国的华为公司也加入了该联盟。现联盟内有180多个成员企业，包括软件供应商、系统集成商和终端产品商。2003年，IEEE 802.15.4标准获得通过，并在2004年12月推出了ZigBee技术规范1.0版本。2006年，推出ZigBee 2006，比较完善。2007年底，推出ZigBee PRO。
ZigBee技术能够在低功耗下提供短距离、低速的数据传输，使用普通干电池的ZigBee无线传感器能够持续运行2～3年的时间。，前景展望。，前景展望。另外ZigBee技术优秀的组网能力使得它和其他无线通信技术在智能家居系统中的应用相比尤其具有无可比拟的优势。具体地分析，ZigBee技术有如下几点优势：
（1）低成本，ZigBee技术是免协议专利费的，而且每块芯片的价格大约为2美元左右。
（2）低功耗，在低耗电待机模式下，两节五号干电池可支持1个节点工作半年至两年时间甚至更长。，前景展望。
（3）低速率，ZigBee工作在20～250kbps的较低速率，在不同频带间分别提供250kbp(2.4GHz)、40kbps(915MHz)和20kbps(868MHz)的原始数据吞吐率满足低速率传输数据的应用需求。
（4）短时延，ZigBee的响应速度较快，一般从睡眠转入工作状态只需15ms，节点连接进入网络只需30ms，进一步节省了电能。相对而言，WIFI需要3s，而蓝牙则需要3~10s。
（5）大容量，ZigBee可采用星状、树状和网状网络结构，由一个主节点管理若干子节点，最多一个主节点可管理254个子节点，同时主节点还可由上一层网络节点管理，最多可组成65000个节点的大型网络。
（6）高安全性，ZigBee提供了三级安全模式，包括无安全设定、使用访问控制列表(ACL)防止非法获取数据以及采用高级加密标准(AES 128)的对称密码，以灵活确定其安全属性。
基于上述特点可看出ZigBee主要应用于短距离范围内并且数据传输速率不高的各种电子设备之间，其典型的传输数据类型有周期性数据（如传感器数据）、间歇性数据（如照明控制）和重复性低反应时间数据等。因此ZigBee技术十分适合应用于智能家居系统之中。
2 ZigBee技术在智能家居中的应用前景
目前，ZigBee的开发以大厦自动化设备、产业、医疗及家庭自动化等领域为目标。尤其在自动仪表领域，ZigBee拥有很高的关注度。市场调研公司In-Stat预测，支持ZigBee及IEEE802.15.4的芯片组的合计供货量到2011年将从06年的500万个增至1亿2000万个。但在智能家居市场，由于竞争技术较多，ZigBee成为唯一标准的可能性很低，但因为自身的技术特点，发展前景还是值得期待的。另一家市场调研机构ABI Reserch对ZigBee技术持有非常乐观的态度。该公司的一份预测数据显示，2005年到2012年，ZigBee市场的年均复合增长率为63%，而到2012年ZigBee市场份额将达3.5亿。目前国际上智能家居领域专家们的共识是，ZigBee技术在智能家居中的应用将不可阻挡，但是多种无线技术并存的局面将会持续比较长的时间，能否完全取代其它技术，成为智能家居领域的首选，还要多方面的共同努力，进一步完善技术，加快标准化的脚步。，前景展望。
3 结束语
随着我国经济的飞速发展，智能家居的数量也会越来越多，Zigbee技术与智能家居系统的结合有着广泛的应用前景，本文主要探讨了该技术在智能家居系统中的应用，并对技术的应用前景做了展望。这种方式在现实生活中具有很强的应用性，相信在不远的将来，会有越来越多由Zigbee技术延伸而出的设备投入应用，并将极大地改善我们的生活。，前景展望。需要关注的一个问题是，虽然目前我国智能家居中所使用的系统及产品大多被国外的大公司所垄断，但是ZigBee技术的出现将给我国开发自主的具有世界先进水平的智能家居系统及产品提供一个崭新的契机。
参考文献
[1]吕九一，陈楠.基于Zigbee技术的家庭无线传感网络应用研究[J]，科技广场，2009，第 11期
[2]白建波，张小松，路诗奎.ZigBee技术及其在楼宇自动化系统中应用的思考[J]，智能建筑与城市信息，2006，第1期
[3]飞思卡尔中国有限公司．飞思卡尔的802.15.4ZigBee——轻松实现无线连接[J]．半导体技术，2004（7）：80～81
[4]ZigBee Alliance.ZigBee Specification[M].2007.
[5]王永春.Zigbee技术在智能家居中的应用[J]，智能建筑与城市信息，2009，第1期
第5篇：智能家居论文范文
【关键词】Zigbee；CC2530；智能家居
0.引言
近年来，物联网成为全球关注的热点领域，我国在制定“十二五”规划时更是将物联网纳入“十二五”专题规划。智能家居属于物联网的一个重要分支，基于物联网的智能家居表现为利用信息传感设备将家居生活有关的各种子系统有机地结合在一起，并与互联网连接起来，进行监控、管理信息交换和通讯，实现家居智能化。本文介绍了基于802.15.4的Zigbee无线网络协议的智能家居控制系统的实现。
1.系统总体设计
本智能无线家居控制系统主要由网站、PC软件、Zigbee网络协调器、Zigbee控制与采集节点四个部分组成（如图1所示）。该系统主要实现本地和网络对家庭电器的控制，以及模拟场景的智能控制。
图1 系统总体框图
网站为用户提供一个远程控制家电的系统，用户通过远程访问家庭的嵌入式服务器来获得当前家庭的情况并向设备发送控制指令。
PC软件是系统的灵魂，软件编写的好坏直接影响系统的性能。PC软件的功能是给用户提供操作界面，将通过网络或本地的控制指令用户的指令通过串口传送给Zigbee协调器，并且存放Zigbee协调器传送的各个节点的状态信息，并显示报警信息，其中数据库是网络与本地控制数据交换中心。
Zigbee协调器是信息的交换中心。Zigbee协调器的功能是接收PC传送的指令并通过无线的方式发送给Zigbee控制采集节点和接收由Zigbee控制采集节点发送的信息并且向上位机（PC）发送。
Zigbee控制与采集节点是家居控制的执行机构，它可以接受无线控制指令并执行。控制节点主要用于控制家庭的开关电器设备，如电灯、电扇以及具有红外控制器的设备，如电视，空调等。采集节点主要用于实时监测家庭安全隐患，如煤气泄漏，火灾等。Zigbee控制与采集节点都具有向Zigbee协调器反馈当前状态的功能。
系统通过相关Zigbee节点采集信息，并传送给Zigbee协调器，然后由协调器将信息传送给PC机，PC机将节点的信息存入数据库之后，实现报警和实时的状态显示，并通过PC操作人员的操作，将控制指令发送给Zigbee协调器，然后由Zigbee协调器将执行指令发送给Zigbee相关节点。通过节点的执行完成对家庭中照明、安防等的控制。同时系统还可以利用无线网络设备查询和控制无线摄像设备，对家庭进行监控。通过网络访问智能家居控制系统网站，用户可以观察到家庭的基本情况，用户还可以使用网站的控制指令，向数据库写入控制指令，当PC软件检测到数据库的内容发生变化时，便向Zigbee协调器发送控制指令。
2.单片机硬件设计
图2 电路板结构框图
本系统的硬件部分主要由计算机PC、协调器与节点电路板、无线网络设备、传感器模块等部分组成，其中协调器与节点电路部分是本文的设计重点，其结构框图如图2所示。
本系统才用TI公司的CC2530芯片作为协调器和节点的控制芯片，CC2530是一款无线单片机，工作在2.4GHZ的频段，采用802.15.4通信协议。
Zigbee协调器与节点在硬件电路设计上基本无区别，主要通过软件编程让其工作在协调器或节点模式。
Zigbee协调器主要通过RS232串口接口于与PC机通信，MAX232芯片是用于串口通信的芯片。Zigbee节点主要提供控制（如灯光控制）和采集（如温度采集）接口。
Zigbee协调器是底层通信系统的核心，主要是接收节点信息向PC机反馈以及接收PC机控制指令向节点转发。
3.软件部分设计
本系统主要有网站、上位机（PC）程序和下位机（协调器和节点）程序三个部分组成。网站主要用编程，用到了C#语言，Dreamweaver8 ，Visualstudio 2008等一些网络编程工具，数据库用Access数据库实现。
上位机程序主要是在Visualstudio2008环境下完成的，采用VB语言编程，实现包括界面、控制和通信等功能。下位机主要是在IAR Embedded Workbench环境下完成的，采用C语言编写，实现包括控制和通信等功能，下位机采用的芯片是TI公司出的CC2530芯片，并且针对这块芯片TI公司有完整的Zigbee协议栈，本系统正是基于Z-Stack 2007编写而成的，在原有的Z-Stack的基础上编写自己的应用程序来完成系统的功能。系统上位机主程序界面如图3所示。
图3 系统上位机主程序界面
网站文件部分程序（更新温度程序）如下：
protected void update（）
{
string a = "0.00"；
string b = "0.00"；
/*选择温湿度进行更新*/
OleDbConnection conn = new OleDbConnection（constr）；
OleDbCommand cmd = new OleDbCommand（"select 传感器数据2 from devicedata where 设备名称='TEMPERATRUE'"， conn）；
conn.Open（）；
OleDbDataReader dr = cmd.ExecuteReader（）；
while （dr.Read（））
{ a = dr["传感器数据2"].ToString（）；
}
dr.Close（）；
conn.Close（）；
Labeltempds1820.Text = a + "℃"；
}
4.结束语
本文介绍了基于Zigbee无线网络智能家居控制系统的实现，它具有本地和网络访问等多种控制方式，同时根据不同的场景设置能够达到智能控制，让人们生活得更加舒适与放心。本系统所采用的CC2530芯片具有低功耗，体积小，（2.4GHz）无线发射的特点，并且其对应的Z-Stack具有完善的功能，能够保证通信系统的有效性、可靠性和安全性。综上所述，本系统切合社会发展实际需要、技术可实现性、经济性都很好，有一定的创新性和推广潜力，非常有研究价值并有很强的现实意义。
【参考文献】
[1]关勇.物联网行业发展分析.北京邮电大学学位论文，2010.
[2]唐亮.我国物联网产业发展现状与产业链分析.北京邮电大学学位论文，2010.
第6篇：智能家居论文范文
【关键词】智能家居；泛在性；垂直切换；实时性
A Vertical Handoff Solution in Heterogeneous Wireless Networks for the Use of Smart Home
LIAO Wen-jin
（College of Communication & Information Engineering Nanjing University of Post & Telecommunition， Nanjing Jiangsu 210003，China）
【Abstract】Aimed at the need of the ubiquitous control of smart home system by multi-mode terminal， this paper uses vertical handoff in the current remote control system and introduces a heterogeneous wireless vertical handoff solution. The key point of this solution is that vertical handoff is divided into near-end handoff and far-end solution， considering the terminal’s mobility and position. The near-end handoff solves the problem of terminal authentication and packet loss when changing from WLAN or WCDMA to Zigbee. The far-end handoff provides a best network and can improve the real-time control for multi-mode terminal visiting smart home system by mobility- adaptive handoff algorithm.
【Key words】Smart home；Ubiquity；Vertical handoff；Real time
0 引言
当前移动蜂窝网络技术、无线局域网技术以及无线个域网技术被广泛使用，多无线网络覆盖与终端多模化，使移动终端具备了多网络接入能力。在此情况下，拥有多模终端的用户希望泛在（任何时间、任何地点）控制智能家居系统，采用像GSM网络[1]这种单一的网络模式已不能满足多模终端远程控制智能家居系统的需要。
目前智能家居系统控制的实现方案多集中在家庭侧，通过在家庭网关上实现家庭内部无线网络与Internet的互联互通来达到控制的目的[2-3]。这些方案虽然利用家庭无线网关解决了内外无线网络协议间转换的问题，却没有考虑多模终端泛在控制的应用场景。在异构无线网络环境下，多模终端会基于所处的无线网络环境及位置自主地进行网络选择或垂直切换，以期获得最佳的网络服务。因此本文将垂直切换技术应用到智能家居系统控制中，设计一种垂直切换方案，以支持多模终端泛在控制智能家居系统的应用场合。
1 异构网络切换结构
本文以基于Zigbee技术组网的智能家居系统为例，将Zigbee、WLAN及WCDMA作为多模终端远程访问智能家居系统的三种异构无线网络接入方式。图1给出了一种实现智能家具系统泛在访问与控制的异构网络切换结构。
图1 网络切换结构
该切换结构基于多模终端位置将垂直切换分为远程端切换和近程端切换。远程端切换主要针对多模终端远程访问控制智能家居系统的需要，积极主动地感知所处网络环境与状况的变化，及时触发网络切换，从而为多模远程访问智能家具系统始终提供最佳的网络状态与连接服务。近程端切换主要针对多模终端从外部进入到家庭网络环境（Zigbee网络），出于网络费用的考虑而由WLAN或WCDMA切换到Zigbee网络的情况。
2 近程端切换方法
2.1 网络切换的考虑
当多模终端由WLAN或WCDMA向Zigbee网络切换时，存在着两个问题：一是切换的认证问题，即多模终端在网络切换前后的身份认证问题；二是切换所带来的丢包问题，这主要是由于切换时的网络暂时中断引起的。
针对上述两个问题，这里提出基于网关协助的网络切换方法，即由家庭网关实现多模终端身份认证与丢包重传。网关为每个访问智能家居系统的多模终端提供唯一的ID并为开辟一个数据暂存区。当切换发生时，网关会将到该多模终端的数据暂存，多模终端进入Zigbee网络后会向网关请求认证其ID，网关确认后，将对应的暂存数据通过Zigbee网络发送给该终端。
2.2 网络切换触发机制
为了保证多模终端切换并接入到一个稳定的Zigbee网络，将Zigbee网络的链路质量指示LQI作为触发切换的指标。
当多模终端发现Zigbee网络时，以周期T对网络的LQI信息采样，获得n个采样值。用样本均值表征网络的状况水平：
■ =（■LQIi）/n （1）
可以切换到Zigbee网络的条件如下：
■>LQIo 切换■≤LQIo 不切换 （2）
其中LQIo表示Zigbee网络可接入的LQI最小值。
3 远程端切换方法
远程端切换的目标是为远程控制智能家居系统的多模终端，提供最佳的网络连接，以提高远程控制的实时性。接收信号强度（Received Signal Strength， RSS）作为网络状况的表征常被用为网络切换的判决指标。终端通过扫描无线网卡RSS的变化来触发切换，其切换常采用一种固定阈值的切换算法[4]。考虑到终端的移动性，这里提出了一种移动自适应的网络切换算法。
3.1 网络发现
网络发现是整个切换过程很重要的一步。考虑到WLAN覆盖范围小而WCDMA覆盖范围大，因此在网络发现阶段多模终端主要通过扫描无线网卡发现附近可用的WLAN为切换过程提供网络选择。这些可用的WLAN构成了一个候选网络集合C。论文[4]采用了固定阈值与迟滞电平来选择一个无线网络进入C的方法。但是该方法缺乏对网络稳定性的考虑，当多模终端选择接入到一个不稳定的无线网络时，极易产生乒乓效应，降低了切换的效率。为此，这里引入网络波动度作为选择一个网络进入C的判断指标。
多模终端定期扫描无线网卡，对其周围的WLAN以周期T进行均匀采样，样本序列记为（RSS1，RSS2，L，RSSN） 。对于每一个WLAN，RSS的波动度S计算公式为：
S=■RSSi-■/ N （3）
式中■为对应WLAN的RSS样本均值，它体现的是网络当前RSS的平均水平。
对于某个WLAN，判断它能成为一个候选网络的公式如下：
S
其中σo为RSS的稳态阈值，它表示MT进行正常通信所能忍受的最大网络波动。
3.2 网络切换判决
3.2.1 当前服务网络为WCDMA时的切换
考虑到WCDMA的带宽低，因此多模终端在移动的过程中总是试图切换到带宽高的WLAN。在这种情况下，触发切换的条件是发现是否有可用的WLAN，主要的依据是判断C是否为空。若C不为空，则选择■最大（距离终端最近）的WLAN作为切换的目标网络。
3.2.2 当前服务网络为WLAN时的网络切换
为了使切换算法具有移动自适应性，这里定义了一个阈值动态调节因子：
ΔRSS=RSS1×α■ （5）
其中RSS1为调节系数，k为比例因子，v为终端移动速率。（RSS -■）反映了终端移动行为，（RSS-■）>0说明其在做接近AP的运动，此时切换并不那么紧迫，因此ΔRSS给个较小值；相反，终端正在远离AP，速度越快，切换越紧迫，因此ΔRSS给个较大值。
网络触发切换的条件如下：
RSS
切换时，当C为空时或终端速度多快时（v>vo）将直接切换到WCDMA网络，否则将从C中选择切换的目标网络。
3.3 网络切换执行
切换执行是当切换触发时，多模终端向网关进行注册并获取注册确认的过程。整个注册过程完成终端身份的认证与数据传输通道的变换。当多模终端首次访问智能家居系统并认证通过后，网关为其分配一个唯一ID号。切换时，网关利用ID识别终端身份，防止未授权的访问。多模终端发现新的接入点之后通过动态IP地址分配协议获取新的IP地址，然后向网关发送包含ID与IP地址的注册数据包，网关进行确认之后，多模终端将数据发送的通道切换到新的接入点上，完成切换过程。
4 结束语
本文在现有的智能家居远程控制系统中引入了垂直切换机制，设计了多模终端在近程端与远程端的网络切换方法，满足了多模终端泛在控制智能家居系统的应用需求。此外，本文提出的切换方案虽然是针对智能家居应用提出的，但同样也适用于像智能交通、智能农业与智慧医疗等物联网的其他应用场合，因此具有较好的应用价值。
【参考文献】
[1]郑一力，李胜，王永泽，等.一种远程无线智能家居控制系统[P].中国专利，CN102880158A，2013-01-16.
[2]满莎，杨恢先，彭友，等.基与ARM9的嵌入式无线智能家居网关设计[J].计算机应用，2010（9）：2541-2544.
[3]郭稳涛，何怡刚.智能家居远程控制系统的研究与设计[J].计算机测量与控制，2011（9）：2109-2112.
第7篇：智能家居论文范文
【关键词】无线控制；远程控制；温度控制；安防控制；能源管理
1.引言
近年来随着人民生活水平和知识层次的不断提高，人们也将注意力越来越多的放在了生活环境的安全性、舒适性和便利性上，因此也就产生了对家居智能化的需求；与此同时，在科学技术方面，计算机控制技术与电子信息通讯技术的飞速发展也促成了智能家居系统的出现。开发智能家居相关产品不仅能够满足人们生活的需要，对整个社会信息化进程的推动作用也不可忽略。
我们基于上海未来伙伴机器人有限公司创新套件设计了一套智能家居控制系统，利用结构部件、连接部件和传动部件以及传感器完美得组合在一起，通过能力风暴控制器、单片机系统、无线模块、GSM模块等，实现了家居的无线控制、远程控制、温控、安防控制等功能，使人们的生活更加便捷、安全、舒适。
2.系统总体设计方案
家居智能的基本目标是，将家庭中各种与信息相关的通信设备、家用电器和家庭安防装置连接到一个家庭智能化系统上进行集中或者异地的监视、控制和家庭事务性管理，并保持这些家庭设施与住宅环境的协调。根据智能家居所需要的功能，我们按照与家庭所处位置的远近，将系统归纳为远程控制、无线遥控控制和本地集中控制三种控制方式。
远程控制通过手机发送短信形式进行控制，此方案主要用到GSM模块和单片机，手机发送指令到GSM模块的SIM卡，然后根据用户的指令来控制家电设备或者接收报警信号并向用户报告。使人们身在外地就可了解家中的各种状态。
无线控制功能是通过无线发射接收模块实现近距离控制功能，主要包括对家电的近距离控制和接收报警信号，节省了无线通信不必要的费用，也省去了花在综合布线上的费用和精力。其主要电路由51单片机模块电路、无线发射接收电路、能力源控制器、AS-UⅢ智能机器人组成。
“自动+手动”控制包括路灯、太阳能草坪灯、走廊灯控制的自动控制，可节约能源。空调、花园浇水、窗帘是采用“自动+手动”控制，既可以自己通过按键控制开关，也可以自动控制。
3.硬件电路设计
3.1 无线控制系统
用户通过终端控制器发射指令，由接收系统对电饭煲、热水器、排风扇进行开关控制。用户通过终端控制器发射相关指令，接收系统对大门、车库门、房门也可进行开关。采用AT89C51单片机，通过功能按键选择以上的开关控制，由12864液晶显示器进行显示相关状态，同时蜂鸣器起到报警的作用，使用2400bit/s无线模块实现近距离无线控制。无线终端控制器的框图如图1（左图）所示。接收系统通过解码实现对家用电器、门等控制。同时门上安装磁敏传感器检测门的位置，使门实现自动开关功能。接收系统的框图如图1（右图）所示。
无线终端器的电路原理图见图2所示，电源为5V直流电，12864液晶显示器中RP1可以调节显示器的亮度，S1-S6为无线终端控制器的功能选项按钮，S7为单片机复位按钮。AY1为蜂鸣器，当单片机20脚输出低电平时，Q1导通，蜂鸣器开始鸣响。2400bit/S为无线模块，当接收到无线信号时，单片机进行解码，并通过12864与蜂鸣器显示相关数据。
3.2 远程控制系统
用户通过手机发送短信，GSM模块接收到手机的指令，通过单片机进行远程控制电饭煲、浴室热水器、浴室换气扇等的开关。控制系统框图如图3所示。
手机发送指令给GSM指定号码，从而实现远程控制的功能。指令表见表1。
3.3 “自动+手动”控制
3.3.1 温控系统
卧室内，用户可以“手动”设定空调的温度，使室内的温度控制在人体舒适度范围之内，当室内温度和设定温度有偏差时，就会“自动”启动空调开关，并且会自动进行制冷或制热的选择。控制框图如图4所示。
3.3.2 自动洒水系统
通过传感器检测土壤湿度，土壤干燥时启动洒水系统为花草浇水，当湿度达到一定值时，洒水机停止工作，或人为进行洒水系统的开关。控制系统的框图如图5所示。
3.3.3 风力发电系统
当风力达到一定时，风力发电系统自动工作，由存储装置储存电能，供电给用电器。
3.3.4 自动太阳能草坪灯系统
白天，通过屋顶上的4块太阳能板进行蓄电，晚上，电池给草坪灯进行供电，控制器采用5251专用芯片进行光线检测、升压驱动。
3.3.5 灯光控制系统
利用光敏传感器检测太阳光，当白天接收到太阳光时，路灯灭。晚上接收不到太阳光时，路灯点亮；利用声音传感器检测走廊声响，当有人走过发出声音时，传感器接收到信号，走廊灯亮，延时10秒后，走廊灯熄灭；利用光敏传感器检测环境明亮程度，当早上接收到太阳光时，电机正转，窗帘打开；晚上光线比较弱时，电机反转，窗帘关闭，框图如图6所示。
3.4 安防系统
本系统设计的安防系统包括防火系统、防盗系统和紧急求救系统。框图如图7所示。
利用温度传感器检测室内温度，当发生火灾时，温度升高，启动报警功能，房屋周围4个LED灯闪烁，喇叭声音报警，同时灭火系统（喷水）启动。并通过无线模块向终端控制器发送一个信号，终端控制器报警以及时提醒房主，同时，GSM模块也向房主发送短信进行提示。
利用红外反射、接收装置安装在门上，当大门关闭时，如果有人进入，启动报警，无线控制终端显示盗贼进入，并报警，提醒房主及时处理，同时，GSM模块也向房主发送短信。
当别墅内人员（尤其是弱势群体的老人和小孩），出现紧急情况时，按下呼叫按钮，启动紧急呼叫系统，报警器会发出“呜呜～”的报警声，同时GSM模块也向房主发送短信，表示家中有紧急情况。
4.软件程序设计
本系统用的软件主要采用上海未来伙伴机器人有限公司提供的VJC流程图编程和单片机C语言编程相结合，VJC流程图编程更加直观形象，流程图采用模块化编程的形式，接近人类自然语言，流程图程序的形式与标准流程图完全一致，简单易学，是学习单片机C语言编程的基础。编译好的流程图下载到能力源控制器，然后进行程序的调试，最后实现其功能。
4.1 走廊灯路灯程序
4.2 风力发电与自动洒水
5.制作和调试
本系统利用上海未来伙伴机器人有限公司创新套件设计了一套智能家居控制系统，将结构部件、连接部件和传动部件以及传感器完美得组合在一起，搭建成一套家居系统的框架，再通过能力风暴控制器、单片机系统、无线模块、GSM模块等，实现了智能家居控制系统。实物如图10所示，经过调试，系统都完成了以上功能。
6.总结
本套智能家居控制系统具有以下创新点：
（1）无线控制和远程控制相结合，既能进行近距离无线遥控控制也能进行远距离控制。
（2）具有太阳能、风力发电装置，为晚上草坪灯供电，起到了很好的节能作用。
本套智能家居控制系统通过模拟实物制作和调试，都能达到智能家居的功能，达到预期的效果。在应用到实际家庭中，也能实现这些功能。因此对开发智能家居控制系统有一定的借鉴意义。
参考文献
[1]潘庆浩，古鹏.智能家居控制系统技术问题的研究与探讨[J].计算机工程应用技术，2008（6）.
[2]张周.ZigBee技术研究及其在智能家居中的应用[D].厦门大学硕士学位论文，2007.
[3]古鹏，温武，陈耀华.新型单片机芯片实现家居智能控制的单元设计[J].电脑知识与技术，2008（7）.
第8篇：智能家居论文范文
关键词：虚拟现实；智能实验室；物联网；ZigBee ；OSG
中图分类号： TP31 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2013.07.016
文本著录格式：[1]白雪飞，赵文深，崔岩松，等.基于现代智能实验室的三维场景用户界面设计[J].软件，2013，34（7）：41-45
0 引言
随着通信技术的发展和物联网技术的日趋成熟，传统的实验室逐渐向现代智能化实验室转变，实现了诸如远程查看实验室温湿度，监控实验室中的照明，门禁，投影仪，摄像头等设备状态的功能。此外智能实验室中还可以安装通用的智能插座，方便灵活地控制其他各种电器设备。现代智能实验室多采用分布式结构，通常由一个web服务器和一定数量的传感节点，和控制节点组成。传感节点采集设备信息汇总到web服务器，而控制节点则根据web服务器的指令来操作相应的硬件设备，web服务器则以二维GIS的形式展示实验室的结构、内部设施、电器设备状态，同时提供控制电气设备的接口，实现了实验室的远程监控和管理。
但是该智能实验室系统以二维的形式展示三维的信息，存在一定的信息缺失，同时场景缺乏真实感，操作界面单一，用户体验不佳。而三维虚拟现实技术则很好地弥补了二维展现形式的缺陷。虚拟现实是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身临其境一般，可以及时、没有限制地观察三维空间内的事物。虚拟现实技术与智能实验室物联网系统有机结合[1，9-10]，将满足用户对实验室空间信息的迫切需求，增加场景的逼真度，以及操作的直观性和乐趣性。
1系统框架
如图1所示：本系统的总体框架有三个层次构成：最底层是由各种控制节点，传感节点，以及ZigBee节点组成的网络层，该层主要负责节点状态信息的采集和上传[2]。中间是服务层，它由一个web服务器组成，主要负责信息汇总，数据计算，与节点控制。最上层是显示层，也是本文要重点讲述的虚拟现实场景用户界面。
1.1 ZigBee网络层与服务层构成
本文中介绍的智能实验室节点网络采用ZigBee无线网络技术结合JavaWeb服务，组织和管理实验室智能控制节点，如图2所示。
1.1.1 ZigBee局域网络：
每一个智能实验室中都必须有一个ZigBee网络协调器（Coordinator），若干个ZigBee路由器（Router）和网络终端设备（end device）。其中ZigBee网络协调器的职责是建立和初始化设备，管理网络节点，存储关联节点路由信息等。ZigBee网络路由器主要负责搜索网络，传输数据，发送请求，起到路由的作用。ZigBee网络终端设备，则是相应的功能硬件设备，如温湿度传感器，门禁，智能开关等[3]。
1.1.2 网关
网关又称为协议转换器，是一种网络互连设备，用于连接不通通信协议的两种网络系统。在本系统中采用基于linux操作系统的ARM处理器作为网关，连接ZigBee无线局域网络和外部Internet网络[4]。
1.1.3 Web服务器。
在一个智能实验室系统中Web服务器是不可或缺的。它向下汇聚传感器节点采集的数据，指令控制ZigBee终端设备；向上为用户提供监控实验室设备的用户接口，是人机交互的关键环节。本论文中的Web服务器是利用Java语言构建并运作的，以web页面的形式，展现实验室的二维结构布局和设备分布。
1.2虚拟现实显示层构成
1.2.1三维模型
智能实验室模型的建立直接决定了虚拟环境场景的逼真程度。本系统最终采用3ds Max软件，以北邮校园为背景，建立智能实验室的室内外三维模型，再现室外真实环境和室内桌椅，实验设施布局，温湿度传感器，灯光，门禁，投影仪，以及智能节点等。
1.2.2 osg虚拟引擎，实时驱动渲染。
OSG（OpenSceneGraph）是一款高性能跨平台的3D图形开发库，完全由C++和OpenGL编写而成，具有跨平台和开源的突出优点。OpenSceneGraph在对OpenGL封装的基础之上，建立一个面向对象的框架，使得编程者可以摆脱底层的繁杂建模，便于应用程序的开发和管理[5]。此外它还提供了大量的优化算法，提升运行时性能，提供几乎所有主流数据格式的数据接口，以及对脚本语言的支持。因此其广泛应用于可视化仿真、游戏、虚拟现实、高端技术研发等领域。
现智能实验室的虚拟现实接口，必须建立基于OSG的人机交互接口，实现以下功能：
（1）场景漫游功能：使用户可以在虚拟环境中自由行走，犹如漫游于真实场景之中。
（2）碰撞检测功能：此功能保证人在虚拟环境中自由移动，但不会“穿越”墙等障碍物。
（3）点选场景中物体的功能：使人能够选中，拾取，释放虚拟环境中的某个物体。
（4）场景控制功能以及菜单功能：场景控制指虚拟场景中照明开关，门禁，投影仪的等控制，并在点选某设备时弹出菜单，显示该设备的参数信息。
（5）与web服务器的通信接口。当人在虚拟场景中关闭的某一盏灯时，osg程序要向web服务器发送指令，关闭真实场景中的照明灯。然后osg程序再检测真实场景中的照明状态，在虚拟场景中再现照明状态。
2针对智能实验室虚拟现实接口的关键技术
本系统采用3ds Max建模工具进行三维建模，利用Visual Studio 2008建立C++工程，引用osg三维渲染库，进行虚拟场景的渲染，漫游控制，碰撞检测，拾取物体等动态控制。
2.1三维建模
智能实验室场景的生成过程具体包括实景获取、建模、场景材质设置和真实感贴图、虚拟现实系统初始化、模型对象化导入与实时呈现几个部分，其中三维建模是核心部分，其质量好坏直接影响智能实验室虚拟场景的呈现效果[6]。
智能实验室三维模型流程如图3所示，对于室外建筑和室内设施，其轮廓多为规则的几何体，故用一个长方体构建起其建筑轮廓，再增加门、窗、台阶、周围花草树木、室内设施等构成三维场景的模型。而纹理则通过高像素的相机拍摄，但由于受建筑物高度、拍摄距离、透视关系、光照条件等因素的影响，拍摄的图片比例失调，不能直接用作纹理，需要用PhotoShop等图像处理软件对照片进行裁切变换等处理，使之成为正射状态，最终以JPG格式保存，形成贴图库。贴图的长度和宽度应是2的幂次的整数，否则贴图在后期可视化中将不能正常显示。
拍摄的过程中要注意相机镜头的法线尽量与建筑物垂直，尽量避免仰视拍摄和俯瞰拍摄，如图4所示：正确的拍摄角度可以大大的减少图像的后期处理压力。
2.2 osg场景控制
建立好智能实验室三维模型以后，剩下的工作就是在osg中进行实时渲染驱动，主要包括漫游控制，碰撞检测，拾取物体，和web服务器通信等。如图5所示：
2.2.1漫游控制
Osg中场景的漫游涉及到两个主要的类：osgGA：：GUIEventHandler和osgGA：：CameraManipulator。
osgGA：：GUIEventHandler是osg引擎中的事件处理类，它可以捕捉鼠标和键盘的操作。定义一个osgGA：：GUIEventHandler的子类，即可自定义某个鼠标或键盘事件触发的操作，如按下W、S、A、D键 分别向前、向后、向左、向右移动模型等。而osgGA：：CameraManipulator继承自osgGA：：GUIEventHandle，专门用于相机视角的调整。其setByMatrix（const osg：：Matrixd & matrix）和setByInverseMatrix（const osg：：Matrixd& matrix）方法是其特有的用于调整相机视角的角度和位置的方法。自定义一个继承自osgGA：：CameraManipulator的类，由继承关系，该类具有捕捉事件的能力，根据捕捉到的键盘事件，自由的调整相机视角和相机的位置。
2.2.2碰撞检测
本系统从实现的复杂度和运算开销角度考虑，采用射线体相交测试的方案进行碰撞检测，即用一个描述用的正方体或者球体包裹住3D物体对象（或者对象的主要部分），之后根据该包装盒的位置、距离等信息来计算，某一个时刻T，对象物体是否与其他的物体发生了碰撞和交叠。
如图6所示，在进行相交测试时，首先连接物体A的旧位置与新位置构成一条线段，然后创建一个IntersectVisitor交叉访问实例，并把线段加载入该交叉访问实例，初始化访问实例位于场景图的根节点，然后线段跟随其遍历场景层次，与场景对象进行相交测试[7]。
2.2.3拾取物体
拾取物体是指用鼠标点击虚拟场景中的某一个物体之后，可以选中该物体，取消选中该物体，并能检测出点击的是哪一个物体等。本系统使用射线相交法实现物体拾取的目标，即通过遍历模型结构树，检测视点与鼠标选择点之间所确定的射线与哪个实体相交，从而确定被选中的实体。
如图7所示：OSG引擎首先捕获鼠标的单击事件，然后获得鼠标点击的位置，进而运用射线相交法得到一个相交物体的集合，最后运用模型节点的唯一性标志 NodeName筛选出用户所要选取的模型结点。
2.3封装ActiveX插件，与web服务器互动、通信
如何将osg虚拟环境嵌入到网页中，并与web服务器通信，实现在虚拟环境中对现实场景中设备的控制呢？ 将osg工程封装成基于MFC的ActiveX 控件为上述问题提供了解决方案。
2.3.1 ActiveX技术
ActiveX控件是基于组件对象模型（COM）的可重用软件组件，广泛的应用于桌面以及web应用中。ActiveX作为组件可以嵌入到web网页中，网页程序就成为了组件的容器。ActiveX控件为我们提供了两种机制：“事件机制”，“方法和属性机制”。“事件机制”用来实现当某种条件满足时，控件主动通知控件容器发生了某些事情。“方法和属性”机制用来实现组件容器主动通知控件发生了某些事情。
2.3.2完整的通信过程
虚拟环境与真实场景的完整通信流程如图8所示，通过“事件机制“和“方法属性机制”，完成了“虚拟环境事件触发web服务器指令，web服务器反馈信息更新虚拟环境中节点状态”的通信过程[8]。
当用户在虚拟场景中单击灯的开关时，首先通过osgGA：：GUIEventHandler检测到用户单击了鼠标左键，并通过“拾取物体”技术，判断出用户单击的是灯的开关，此时利用ActiveX的事件机制，在ActiveX内部触发开灯事件（假设灯状态由关到开），通知web容器（这里的容器指网页）灯被打开，再由嵌入到网页中的JavaScript指令向web服务器发消息，消息中包含灯所属控制节点的编号，以及“开或关”的状态，由服务器和ZigBee节点去将指定的灯打开。
与此同时，Web服务器存在一个独立的线程，不停的检测ZigBee网络上传的各个节点的状态数据。当检测到某个灯的状态由“关”设置成了“开”，服务器便通过Web容器，利用ActiveX中的“方法和属性”机制，调用ActiveX中预留出的关灯方法，将虚拟场景中的指定的灯关闭。
3 虚拟现实接口的实现，以及测试结果
本系统所设计的智能实验室三维虚拟现实接口，在原来智能实验室的基础上，增加了三维立体的展现形式。并且经过了实际的测试和实验：虚拟环境中开灯，真实环境中灯会相应被开启；真实环境中将灯关闭，虚拟环境灯会随之置成关闭状态，实现了虚和实的有机统一。三维场景的效果如图10所示，和二维GIS的表现形式（图9所示）相比，大大增加了场景的“逼真度”，接口的“易操作性”，改善了用户体验。
4结束语
本论文在现有的智能实验室物联网系统基础之上，提出了基于虚拟现实的三维虚拟场景接口。重点阐述了三维建模、利用osg进行场景渲染驱动，以及虚拟场景与实际场景的有机连接等关键技术。实际的测试和检验，证明基于虚拟现实的三维用户界面，不仅实现了“实验室设施受控于三维场景”、“三维场景反映实验室设备状态”的功能，而且明显增强了展现形式的真实性和直观性，改善了用户体验。同时此系统所用到的技术和方案，可进一步拓宽应用范围，直接应用到现代智能家居领域，也是虚拟现实与智能家居的有机结合。
参考文献
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第9篇：智能家居论文范文
[关键词]超声波 定位系统 无线电波 智能家居
中图分类号：TM121.1.3 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2015）25-0012-02
引言
现在无线电定位技术已经得到了很广泛的应用，但是无线电定位技术对于某些小距离、小范围的定位显得有些大材小用，换句话说就是有些浪费成本。超声波传输距离远，传输速度相对于无线电小的多，对于处理器的速度要求及处理精度并不是很高，需要运算的数据量远小于无线电波，运算的速度要求也小于处理器去处理光电信号的速度要求，所以在小空间、小范围的定位中，超声波定位具有很大的优势，可以大幅节省硬件成本，减少CPU的运算工作量，对于智能家居等类似的行业具有很好的开发前景。
1.定位原理
无线电定位是通过各个定位点的无线电波频率来识别各个定位点的，从而获取定位点的坐标信息，参考无线电的定位原理，超声波的定位原理与无线电定位类似，主节点发出位置获取信号，定位节点一旦收到就将自己的信息信号发出。如图1，节点P（x，y，z） 表示需要定位的人或物，节点A、B、C构成定位系统的参考网络，由A、B、C发出的超声波到达节点B的时间可以得到PA、PB、PC三条线段的距离即主节点到三个定位结点间的距离。
由图中几何关系可以得到
，（T为环境摄氏温度）
然而在实际的系统中，由于超声波在空气中的传播速度会衰减，传输距离有限，而且容易受到障碍物的影响，三个定位节点可能远远不够的，可能会出现盲区，即定位节点发出的超声波可能达不到或者可以达到的节点不够3个，这时算出的坐标位置可能就会出错，为了避免类似情况的发生，为保证定位精度更加准确，活动范围更广，可以使用较多的定位点，呈矩阵状合理分布，同时每个定位点有自己的位置坐标，主节点只要测得三个不同节点的距离，就可以计算出主节点在系统中的坐标。为了减小误差，定位的高度及定位点间的距离应该经过反复测试，以得到最佳的高度及间距。
2 系统组成方案及硬件实现
系统组成如图2所示，整个系统主要由主节点、PC上位机及若干个定位节点组成。其中，主节点及定位节点主要由微处理机系统、无线电收发电路、超声波接收电路或超声波发射电路组成。
2.1 微处理机系统
微处理机选用Atmegal16单片机，它有16K字节的系统内可编程Flash（具有同时读写的能力，即RWW），512 字节EEPROM，1K 字节SRAM，32个通用I/O 口线，是高性能低功耗的8位单片机。
2.2 超声波发射电路
超声波发射电路是定位节点的主要功能模块，主要用来向主节点发送超声波，主节点依据超声波传来的时间来计算出主节点与点位节点间的距离。
2.3 超声波接收电路
超声波接收电路是主节点的主要功能模块，主要用来接收定位节点发来的超声波。
2.4 无线电发射接收电路
无线电发射模块采用的芯片是NRF24L01，主节点上的无线发射模块主要由两个功能：第一个功能是依次向各个节点发射带地址编码无线信号，一旦有定位节点接收到主节点发射来的对应自己编码的无线电信号，该定位节点会将自己的地址编码立即反馈给主节点，同时定位节点向主节点发射超声波信号，主节点一旦收到定位节点发来的反馈信号就立即开启定时器定时，在设定时间范围内如果收到该节点发来的超声波信号，通过声速与时间的乘积就可以得到主节点与此结点间的距离，一旦主节点得到三个不同定位节点间的距离，然后依据定位节点的地址编码来获取这三个定位节点的位置坐标，依据前面推导的类似的公式就可以得到主节点的坐标位置；第二个功能是向连有PC机的节点发送坐标位置数据以供PC机实时显示坐标位置。定位节点的无线发射模块主要用来接收主节点的无线信号，一旦接收到主节点的无线信号就将自己的编码迅速的反馈给主节点，以通知主节点进行计时。
3 系统控制软件组成
3.1 主节点软件设计
主节点程序设计流程如图3，初始化的过程主要包括数据初始化，寄存器配置初始化，及系统硬件的自检过程。主结点的软件设计主要功能有：1.能够识别定位节点的坐标位置；2.实现捕获超声波传输时间的精准计时；3.通过相对距离及坐标位置的几何关系计算出主节点的坐标位置；4.对位置坐标结果进行数字化滤波处理，减小误差。
3.2 定位节点软件设计
定位节点程序设计流程如图4，定位节点功能相对简单，主要是提供节点坐标位置，提醒主节点进行开始计时等。
3.3 数字滤波处理技术
由于超声波本身的传输衰减性，外界物体的干扰，以及硬件本身设计上的种种不足，所得到的坐标位置结果会不可避免的存在误差，不仅能够很好的处理数据结果，大幅度减小误差，还可以减小硬件上的投入，节省成本。数字滤波处理技术，有很多种，而且各有特点。单一的方法很难实现精准的滤波，多种滤波方式结合起来使用会有很好的滤波效果。这里选用的滤波方式主要有：限幅滤波法，中位置滤波法、算术滤波法平均滤波法。如图4，当主节点以一个三角形移动时经过滤波处理后PC机显示的主节点位置坐标信息，误差基本上能够满足要求。
4 结束语
经过硬件参数的反复调整实验，以及各种滤波处理，可以将主节点的定位误差控制在5～10cm以内，单点对单点的定位误差控制在1cm，控件可以在5立方米以内。系统的不足还有很多，定位系统坐标还需合理优化，位置精度还不够精确，硬件设计还需反复测试优化。
参考文献
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（基金项目：天津职业技术师范大学校级项目KJ14-12）
（基金项目：GJ201408）
