智能家居控制系统设计

祝胜健 姬红旭 潘永兵 卢敏杰

嘉兴南湖学院 浙江嘉兴

0引言

随着现代社会的发展，互联网、人工智能、5G等科技迅速崛起，生活水平不断提高，人们对家居的需要也越来越多，不再仅仅局限于舒适和温馨，对其安全性与智能性也有了更高的要求。近年来，随着家居智能化的发展，智能家居概念已经逐渐被人们所熟知并且有些已经应用于生活之中。而智能控制系统是智能家居的重中之重，也有着非常多的优点。它布线简单、功能灵活多变，扩展容易而被人们广泛接受和应用，因此具有广阔的市场空间和应用前景。

在现代社会，大多数人工作繁重早出晚归。在回到家后更需要一个舒适的空间，而智能家居恰恰可以满足人们的需求。它在生活可以给我们提供许多便利，能让人们一回到家就有最舒适的环境，能够在发生危险时第一时间去通知到户主并及时作出反应。智能家居不仅能保证人们生活舒适和生命财产不受损失，还能减少家中不必要的支出，起到节能环保的作用，因此设计一套智能家居控制系统就显得尤为重要。

基于此，本文设计了一个包含智能调节室内温度和灯光，自动开关窗，智能安防以及危险报警等功能的智能家居控制系统。它能够使人们在繁重的工作之中不用分心于这些琐事，减轻了现在生活快节奏所带来的负担。

1系统总体设计方案

本文的智能家居控制系统主要由中央控制系统，安防系统，环境控制系统，媒体娱乐系统等组成。此次设计的整体思路在于可以让用户在外工作时，可以不用担心家中；可以在繁重的工作之中，还能有时间去享受生活；可以在发生突发情况时，保障用户的安全。

如用户外出工作时，中央控制管理系统会自动切断不使用电器的电源。当室内空气质量不佳时，会自动开窗通风，保证用户回到家可以享受室内舒适的空气。当检测到外面下雨时，会自动关闭窗户，以防止雨水飘到家中。用户即使在外工作也可以不用担心家中的安全，当有可疑人员时或家中发生突发情况时，报警系统就会启动并通知用户，使用户可以及时进行处理。

系统结构框图如图 1 所示：

图1系统结构框图

2主要功能子系统设计

2.1中央控制系统

中央控制系统是整个智能家居控制系统的核心，它控制着智能家居的安防系统，环境控制系统，多媒体娱乐系统等。它负责将各类型传感器采集到的信息数据进行处理并与用户设定值进行比对，然后判定是否需要下达指令进行调节。其中温湿度等数据通过LCD实时显示。所有的信息都通过ZigBee模块来发送和接收。

2.2安防系统

随着科技的发展，安全防护被愈加重视，智能安防是智能家居中不可或缺的。它可以分为人员入侵和安全隐患两部分。当红外传感器检测到有外来人员非法进入输内时，控制中心则立即启动摄像头和报警系统。摄像头会采集到入侵人员信息到中央控制系统，由中央控制系统发送到用户和小区安保人员的手机上，由保安第一时间赶到现场进行处理。

当房屋出现安全隐患，例如发生火灾时烟雾传感器会检测到烟雾含量并将烟雾转为电信号传送到中央处理系统进行烟雾浓度分析，当烟雾达到一定的阈值时，烟雾预警器就会响起，并将预警信息发送到户主手机上。当室内出现明火时，火焰检测模块接收火焰亮度，并将亮度转为电信号传送到中央处理系统，中央处理系统自动控制打开门窗并且根据火焰的强度来做出判断。严重时会自动拨打119报警并发出警报信息同时开启室内洒水器。与此同时中央系统会根据火源烟雾源的位置规划最佳逃生路线。

2.3环境控制系统

2.3.1温湿度控制

合适的温湿度，可以提升用户的生活质量，为用户提供良好的生活环境。我们首先通过红外传感器来用于判断室内是否有人，如果有人存在，再通过温湿度传感器来实时检测室内的温湿度数据并传输到控制中心与设定值进行比较。若没有达到或超过设定值，则控制中心下达指令到指定电器来调节室内的温湿度。

2.3.2智能窗控制

窗户作为家居主体非常重要一部分,它是负责同外界进行湿度、温度及空气交换的主要通道,与人们的健康密切相关。我们在室内通过二氧化碳、甲醛和粉尘传感器可以实时检测到室内的甲醛、粉尘含量以及二氧化碳浓度，当室内浓度超过设定值时，就通过控制中心下达指令开启窗户，这样一来可以有效的保障室内的空气状况。下雨了却没有关窗时，可以通过风雨传感器可以实时检测室外雨量和风速，检测到结果达到设定值时，控制中心就下达指令使窗户关闭，这样就可以有效减少屋内损失，让用户可以更安心。此外并将检测到的温湿度、二氧化碳浓度、甲醛和粉尘含量实时显示在LCD显示屏上，让用户对当前室内空气质量一目了然。

2.3.3灯光控制

在规定的时间内，系统通过光强度传感器来实时检测外界光线并传输到控制中心进行分析处理。当室内光线过亮时就将窗帘自动关上，或者在规定时间内如果室内光线过暗就自动将窗帘打开。然后控制中心根据室内的光线强度来自动调节室内灯光的明暗程度。当红外传感器检测到室内没人时，自动关闭屋内所有的灯光，这样还能起到节能环保的作用。

2.4媒体娱乐系统

媒体娱乐系统能够给让用户在繁重的工作之余放松下来，谋体娱乐系统主要是依靠语音控制模块。用户只需要说出自己的想法，就可以实现操控。音乐及视频可以在每个房间内根据自己的喜好单独播放和调节，还根据室内是否有人自动开启或关闭。媒体娱乐系统的实施能够给用户提供大大的舒适度。通过媒体娱乐系统，用户的可以在多种情景模式下选择自己喜欢的模式，每种模式下智能家居系统能够对各种电器设备进行自动设置，让用户能够随心所欲地享受生活。

3主要技术

3.1传感器技术

智能家居控制系统设计，传感器的作用至关重要，如果没有传感器，也将不存在智能家居的概念，先进传感器的应用将大大提高智能家居的应用效果。传感器是指能感受规定的被测量，并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。一般由敏感元件、转换元件、变换电路和辅助电源组成。

传感器是我们此次设计中非常重要的检测装置，我们是通过传感器技术来实时动态地获取精准的数据并进行数据处理和传输等。我们通过各类传感器来检测到我们所需要的物理量，比如温湿度、空气质量等，再通过其中的转换元件变换为另一种方便处理和传送的物理量，即电信号装置。然后传输到我们的控制中心来与我们设定的值进行分析和处理，之后给指定家居下达执行指令。这就是传感器技术实现的过程。

传感器对于信息的检测和传递有着重要意义，是让室内环境变得舒适、环保、安全的重要一环。随着传感器技术的不断发展，在人们生活方面的作用会越来越明显，同时也推动了智能家居的发展。

3.2 ZigBee技术

随着我国的科技正进入发展的快车道，ZigBee技术也正逐步被国内越来越多的用户接受，也在许多智能场景中进行应用。在现代化智能家居中，基本所有的智能家居都涵盖了无线技术。ZigBee技术是一种成本和功耗低、适合近距离传输的无线通信技术。它在智能家居中有着许多优势，首先是安装和维护都十分简单，它安装不需要复杂的布线，维护起来方便；再是具有自动组网和自主修复的功能，能够极大程度上使智能家居系统调试变得简单，容易扩展添加新设备；还具有双向通讯功能，使各个系统之前的模块的信息交互变得更加快捷，在进行数据信息传输时不容易被干扰，可靠性强。

因此在此次智能家居控制系统设计中我们采用ZigBee技术来进行数据信息传输。首先我们通过传感器模块来检测各类物理量，再将检测到的各类物理量通过ZigBee无线技术传输到中央控制系统的控制中心进行分析处理，然后通过ZigBee无线技术来下达指令给相应的系统和电器来进行调节。这就是本次系统设计该技术实现的流程。目前无线技术应用在生活的方方面面，随着ZigBee无线技术的快速发展，它在智能家居中的应用必然会更加广泛和重要。

4小结

综上，本文所设计的控制系统利用传感器进行数据采集 ，ZigBee 实现信号数据传输。该系统不仅提高了人们的生活水平，让用户在繁重的工作之余还可以享受生活的乐趣，使生活更加方便舒适。在外工作也不用担心家中的琐事，减轻了现在生活快节奏所带来的负担。还能在突发事件时最大限度的保障用户的安全，同时还能达到环保的目的。

基金项目：嘉兴学院南湖学院大学生研究训练项目（项目编号NH8517203026）

基金项目：嘉兴学院南湖学院大学生研究训练项目（项目编号NH8517203026）