北京丽宫别墅是香港周大福集团斥巨资打造的别墅社区，项目一期87栋别墅拥有8种户型，户型面积在685m2～1500m2，设计为纯欧式花园大宅。别墅位于顺义区中央别墅区的温榆河畔，紧邻3300米绿化带，周边拥有机场高速、机场北线、京承高速、京顺路等多条路网，5分钟即可到达首都国际机场，15分钟便可直抵朝阳商务核心区及燕莎使馆区。新国际展览中心近在咫尺。
设计说明
整房控制系统能控制家庭中的全部设备，本期方案控制对象包括：远程控制、安防报警、智能灯光、电动窗帘、背景音乐。整房控制系统配置非常灵活，业主可以根据自己的需求选择需要控制的对象进行控制，并可以按照需求进行增加、删减、组合调整。
别墅中的智能家居可划分为6个子系统，它们是：智能灯光系统、家庭背景音乐系统、人体感应系统、安防控制系统、智能电器控制系统、电动窗帘系统。整房控制系统不但能单独控制各种家庭设备，而且可使包含这些设备的各个子系统相互配合、协调工作，从而形成一套高品质的智能服务体系。
方案设计
下面针对不同的功能区域所安装设备进行详细的功能阐述：
1.地下一层
(1)更衣室／走廊／楼梯间
此区域灯光采用智能化控制，业主选用系统中配置的触摸屏、智能触摸遥控器来控制，也可以在面板本地控制、手机或者互联网远程控制。此区域还配置了人体感应系统，当业主经过此区域，系统自动打开灯光，当业主离开后系统自动延时关闭灯光。
(2)桑拿室／卫生间／游泳池／雪茄吧
此区域的灯光采用智能化控制，业主选用系统中配置的触摸屏、智能触摸遥控器上来控制，也可以在面板本地控制、手机或者互联网远程控制。
(3)沙发区／台球室
灯光采用智能化控制。另外在本房间还未业主配置了电动窗帘系统，业主再也不用去窗帘本处去用手拉电动窗帘了，使生活更方便了，控制方式同智能灯光控制方式。
(4)舞池区
此处的灯光采用的智能化控制，可以组合6种不同的场景模式，业主可以用系统中配置的触摸屏、智能触摸遥控器上来控制，也可以在面板本地控制、手机或者互联网远程控制。智能网络转发器可以把其它家电遥控器(红外)集中的我们的智能遥控器上，避免了业主为一大堆的遥控器而感到苦恼，用一个智能遥控器就可以控制所有的家电。此区域还为业主配置了电动窗帘系统和背景音乐系统。此处的电动窗帘既可以在本地控制同智能灯光系统。另外此处的背景音乐系统可以使业主在本房间共享其它房间优美的音乐，控制方式同智能灯光系统。
(5)锅炉房
2.地上一层
(1)会客厅
会客厅的灯光采用智能化控制，可以用系统中配置的触摸屏、智能触摸遥控器上来控制，也可以在面板本地控制、手机或者互联网远程控制。此区域还为业主配置了电动窗帘系统和背景音乐系统。此处的电动窗帘既可以在本地控制同智能灯光系统。另外此处的背景音乐系统可以使业主在本房间共享其它房间优美的音乐，控制方式同智能灯光系统。
(2)钢琴厅
钢琴厅的灯光采用智能化控制，还配置了电动窗帘控制系统，业主再也不用用手拉窗帘幕布了使生活更方便了，控制方式同智能灯光控制方式。
(3)餐厅
餐厅配置了智能灯光控制系统、电动窗帘系统和背景音乐系统。电动窗帘既可以在本地控制同智能灯光系统。另外此处的背景音乐系统可以使业主在本房间共享其它房间优美的音乐，控制方式同智能灯光系统。
(4)厨房
厨房除了设有智能灯光控制系统，还放置了一个智能声音报警器，方便业主有紧急情况呼叫保姆使用。
(5)玄关
玄关配置了一个功能强大的触摸屏，方便业主进到家里和离家的是时候，控制家里的任何被控设备，当我们进到家的时候玄关的灯光会自动亮起，同时背景音乐响起，窗帘自动打开，让业主真正感觉到家的温馨和浪漫。
(6)过道
过道处配置了人体感应系统，当业主经过此区域，系统自动打开灯光，当业主离开后系统自动延时关闭灯光。另外此区域还配置了视频监控系统，系统24小时实时监控此区域的情况，方便业主远程监控家里面的情况。
3.地上二层
(1)客卧
客卧采用智能灯光控制系统，在卧室还配置了智能双控开关，在床头就可以控制本房间的灯光及卫生间，衣帽间里面的灯光，再也不用担心晚上起来摸黑。
(2)儿童房
4.地上三层
系统设计以C8051F330单片机为主站，以STC89C52单片机为各子站微控制器，主站和各子站使用SPI通讯协议通讯，从而实现对家居环境的监测，利用GSM模块的短消息收发功能，实现实时远程安防。
【关键词】智能家居GSM模块传感器
随着经济的发展、社会信息化程度不断提高，智能家居的概念逐步走进人们的生活。自从世界上第1幢智能建筑1984年在美国出现后，不少发达国家也纷纷提出了各种有关智能家居的方案。近年来，我国智能家居市场逐步壮大，智能家居的概念深入人心，智能家居应具有安全、舒适的生活环境，便利的通讯方式，综合的信息服务，智能化的家庭系统。
本设计针对智能家居安防系统，提出了基于51单片机，利用GSM模块收发短消息，实现实时监控家居情况，通过SPI通讯协议使主站与各子站进行数据通讯交流，该系统集成有密码门禁、热释电人体红外感应检测、气体烟雾检测、温度检测、报警模块等功能于一体，实现系统自动感应外界环境变化进行实时反馈的功能，为家居安全以及人身财产提供一个管理便捷、操作简易，具有可靠保障的家居生活环境。
1系统总体设计
主要包括有安防系统的8个模块：主站、GSM模块、密码门禁、热释电人体红外感应模块、照明系统、烟感模块、温度模块、报警模块。主站是由微控制器C8051F330单片机构成；利用SPI总线搭建星型网络，以一主多从的多机通讯方式实现各个模块之间的数据交流。系统上电后各子站正常工作，当系统检测到异常情况，如传感器检测到的数值超过了预先设定的数值，该模块将通过总线将指令传递给主站，主站启动报警模块，并向GSM模块发送短消息，把信息传送给屋主，从而避免了突况的发生。利用UART接口，实现主站与PC机之间的数据交流，实现利用PC机作为主站的输入和输出终端。系统设计框图如图1。
2系统硬件设计
主站C8051F330是使用SiliconLabs的专利CIP-51微控制器内核。该主站需要对多个模块不间断传送的数据进行及时的处理，对指令的执行效率要求高，此款单片机使用与MCS-51完全兼容的CIP-51指令系统，CIP-51跟传统的MCS-51相比，拥有更高的指令执行效率。其内部集成的25MHz的高速晶体振荡器，震荡频率超过普通51单片机支持最高频率的2倍，能高效率的处理各子站间频繁的通讯交流。
各子站由单片机STC89C52控制，其数量多、功能强、使用灵活的并行I/O接口，满足系统设计的最大接口数，如密码门禁中最小系统与矩阵键盘、12864液晶显示器、步进机、AT24C02存储芯片接口等，无需外扩接口，操作方便；其内部还自带定时/计数器、中断系统等功能。
2.1GSM/GPRS无线模块
本系统采用的是SIMCom有限公司提供的SIM900A模块。该款模块的尺寸大小只有24mm×24mm×3mm；采用省电技术，在SLEEP模式下最低耗流只有1.0mA，几乎可以满足开发应用中对空间尺寸、低功耗的要求。该模块提供天线接口引脚与串在IO口线中的22电阻连接SIM卡。该模块具有标准AT命令接口，使用不同的编解码模式可以进行GSM语音、混合中/英文的短消息发送；此外，该模块上的串口和调试串口有助于开发应用，方便程序的调试。
2.2门禁系统
智能门禁系统的出现是家居安防系统中不可或缺的一部分，本系统设计电子密码门禁，该门禁包括两种模式：管理模式和用户模式，用户可根据自己的需要设置密码。密码存储在AT24C02存储芯片上，由矩阵键盘输入密码，并由12864液晶显示器显示结果。该模块设计框图如图2所示。
2.3多传感器
2.3.1烟雾传感器
家居安防系统中对除了防盗报警功能外对家居生活气体的探测尤为重要。本设计采用烟雾传感器MQ-2，该传感器外形小，气体响应快，性能稳定，低功耗，常适用于煤气、烟雾的监测。其广泛的探测范围，适用于家庭气体：液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氢气、烟雾等的监测。还具有长期的使用寿命和可靠的稳定性。MQ-2传感器输出为模拟量，单片机处理的是数字信号，需要利用A/D转换器，将模拟量转换成数字量送给单片机进行数据的处理；声光报警电路里使用蜂鸣器作为报警用，同时还用LED灯进行相应的指示。
本设计使用的A/D转换芯片是ADC0808，该芯片具有8个通道的模拟输入线（IN0～IN7），且有三态输出能力，既可与各种微处理器相连，也可单独工作。输入输出与TTL兼容。可在程序控制下对任意通道进行A/D转换，获得8位二进制数字量（D7～D0）。模拟输入部分有8路多路开关，可由3位地址输入ADDA、ADDB、ADDC的不同组合来选择，ALE为地址锁存信号，高电平有效，锁存这三条地址输入信号。模块设计框图如图3。
2.3.2温度传感器
面对众多的温度传感器，本设计采用高精度，高可靠性的由DALLAS（达拉斯）公司生产的DS18B20的温度传感器。超小的体积，抗干扰能力强，精度高，附加功能强等特点。该款芯片内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM，有其自身系列号，可在总线上连接多个DS18B20，温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。测温范围为-55℃～+125℃，在-10℃～+85℃范围内，精度为±0.5℃。该模块设计框图如图4。
2.3.3DYP-ME003红外人体感应模块
DYP-ME003人体感模块是基于红外线技术的自动控制产品，灵敏度高，可靠性强，超低电压工作模式。具有全自动感应、光敏控制、温度补偿等特点。一旦人进入其感应范围则输出高电平，人离开感应范围则自动延时关闭高电平，输出低电平。输出高电平信号：可方便与各类电路实现对接。其与单片机工作流程图如图5。
3系统软件设计
在硬件设计的基础上，采用模块化思想进行软件编程，主站C8051F330单片机使用SPI通信协议，在软件设计中采用轮询方式，不间断地对各子站传送的数据进行检测。当接收到传感器预设的警报值或者门禁报警、管理模式的指令时，系统跳到指定的中断程序，执行该中断程序，完成后退出，继续循环检测。GSM模块能接收/发送语音、中文/英文等格式信息，对于发送语音、中文需要复杂的PDU编码格式，而在本系统中Text模式单独地发送英文消息就足以系统的功能要求。
GSM模块的部分程序代码如下：
printf（"AT+CMGF=1＼r"）；/*选择短信消息格式为文本模式（非中文）*/
delay_ms（3000）；
printf（"AT+CSCS=＼"GSM＼"＼r"）；/*设置选择TE字符集为GSM7位默认字符*/
printf（"AT+CSMP=17，167，0，250＼r"）；/*设置短信模式（手机自动保存模式）*/
printf（"AT+CMGS=＼"135xxxxxxxx＼"＼r"）；/*填入接收短信的目标号码*/
printf（sms_text）；/*短信内容*/
puts（&end_char）；/*短信内容后加“0x1a”结尾，以16进制发送*/
3.1电子密码门禁
本系统设计电子密码门禁，由STC89C52单片机控制，系统第一次上电后，初始化数据，设定初始密码并存储在AT24C02上，键盘扫描是否有按键按下，检测按下的按键是否为用户模式，若是，输入正确的6位数字密码，开门。否则，系统不予以响应；该门禁系统还支持用户随时随地修改门锁密码，当用户需要修改密码时，通过手机发送预设的短消息指令给GSM模块，由GSM模块把修改密码的指令发送给主站，并由主站传送对应的指令给密码门禁系统上的STC89C52单片机，把修改的密码存入AT24C02芯片并标记新的密码生成。
3.2传感器
系统对于住宅环境中的有毒气体以及温度检测分别采用烟雾传感器模块、温度传感器模块，当系统正常工作时，实时采集现场数据，由各子站的STC89C52单片机处理数据，并把数据传送给主站，一旦传输的数值超过预先设定的值，即气体浓度超过100mg/m3或者温度传感器检测到房间温度值超过40℃时，主站传指令给报警系统，此时报警系统开启，并通过GSM短消息模块发送信息给主人做好防范措施。
该系统除了环境检测传感器之外还有防止外人入侵的红外照明系统，红外系统工作时，一旦检测到有人，先询问主站，门锁是否正常开启，若是，门口、客厅的灯光会自动亮起；否则，报警系统启动。对于各个房间的灯光，可根据主人的需要，通过手机发送相应的GSM消息开启或者关闭灯光。
4结论
经实验，本系统在运行情况上良好，能实时监测家居人员情况，对气体、温度进行实时监测、并通过GSM模块进行短信息收发。适用范围广，成本低，能满足一般家庭的需要，本系统将在后续的开发中实现更高的灵活性。
参考文献
[1]倪伟，张粤.智能家居安防系统的设计[J]，淮阴工学院学报，2009（05）.
[2]朱敏玲，李宁.智能家居发展现状及未来浅析[J].电视技术，2015（04）.
[3]万隆.单片机原理与实例应用.北京：清华大学出版社，2011.
作者简介
李力（1965-），四川省人。现为广东科学技术职业学院广州学院副教授。主要研究方向为计算机技术，嵌入式应用与开发。
陈巧珠（1994-），现为广东科学技术职业学院2012级学生。
关键词：智能家居；装饰设计；住宅
随着时代的进步，科学技术的发展，智能家居这一崭新的概念已经进入到了我们的家居生活，如今的现代人容易接受新鲜事物，且体验到了科技发展下的家居自动化优势，令生活更加方便、安全、舒适，如通过阳光的照射强度变化可控制窗帘的开关，通过对室内温度的感应变化空调可以自动开关，从如今的家居装饰市场的发展状态看来智能家居必然成为今后的发展趋势。
一智能家居
智能家居又称为智能住宅，是利用先进的控制、遥感、探测、计算机、通讯等技术设备组建起来的新型智能化的家庭居住场所。智能家居系统中室内的门、窗、照明、家电、燃气、水等设施都是通过家庭智能网络联通、联系工作。智能家居系统融合安全防范、智能控制、自动化办公和休闲娱乐为一体，具有自动识别、自动控制、事故报警和智能管理等功能，为人们提供一个安全、舒适、方便、快捷的生活空间。
二国内外智能住宅的发展
三住宅智能装饰设计
（1）住宅智能装饰的设计步骤
智能家居的装饰设计应该以家居的使用功能和业主需求为重，设计中必须经过用户的需求分析、系统设计、施工深化设计等必要环节，既要做到技术先进、经济合理、维修方便，又要留有可扩充改进的余地，根据以上需求一般应具备如下三个主要步骤。
1）用户需求分析阶段
设计前应与用户进行沟通包括室内环境的布局、家电种类、位置、设备型号、安防级别、控制形式、风格要求等基本内容再此基础上，并与用户进行沟通，认真听取用户最后意见对设计方案进行完善，记录需求说明，完善设计方案。
2）方案系统设计阶段
方案系统设计阶段是设计人员在用户给定的条件下构思出对应的设计方案，经多次对比分析，从中挑选出一个最佳设计方案。方案系统设计的内容应包括：方案设计规定依据（即依照国家的规定，能够达到的性能指标）、方案功能描述、所需设备清单以及系统设计原理图。
3）施工深化设计阶段
方案的系统设计只是从理论完成了功能设计，在正式施工前还要对方案进行下一步的深化设计，深化设计方案是对系统设计方案的进一步修正、细化和补充阶段，主要内容是：重审系统设计方案；绘制设备布局图和管线图；明确每个设备的具体安装固定、接线方法；制定辅材采购清单；制定施工进度计划表等。
（2）住宅智能装饰的设计方法
1）功能要求
智能装饰装修的功能要求，主要是指对安防系统、照明系统、环境控制、家电控制、视听系统、办公自动化及智能控制系统等方面性能、档次及数量的要求。
2）器材选购
选购器材的档次应根据用户经济条件而定。选购器材的原则是应选取那些既能满足设计要求，价格又便宜的器材，即选取性能价格比高的智能器材。
3）室内布线
4）安装和调试
安装要注意外观的美观性要求，导线尽量隐蔽；导线要具有质量规范性要求；连接处要使用规范的接插件；强电与弱电导线要留有规定距离；应严格按设计图的布线安装。调试应事先准备好调试步骤、调试的组件，并确定最后进行总调的方法，有时还须提前准备模拟方案对项目进行调试。
5）验收和评估
最后阶段将进行综合验收与评估，综合验收是试运行整个系统的运行情况，测试各部分在整个系统中工作的稳定性，通过系统验收以后对系统完成的具体情况进行最终评估，评估其功能是否达到标准，是否合乎用户的要求以及性能价格等综合性的评估。
四结论
[1]顾牧君.智能家居设计与施工[M].上海：同济大学出版社，2004．
[2]韩江洪.智能家居系统与技术[M].合肥：合肥工业大学出版社，2005．
关键词：STC单片机智能家居STC15F2K60S2传感器智能家居系统
21世纪是物联网的时代，在科技日新月异、生活水平大幅提高的今天，对于家居环境人们也提出了更高的要求！20世纪70年代美国就提出了智能家居的概念，发展到今天，家智能家居系统已颇为成熟。一般来说智能家居系统是利用网络技术、通信技术将家用电器、通信设备、安保装置等进行有机整合，并进行远程控制和管理的家居系统。智能家居正在日渐兴起，由于其便捷化、人性化、自动化、智能化的特点，受到越来越多的国人追捧。
1设计方案
本系统设计采用STC15F2K60S2芯片为处理核心单片机作为控制核心，应用物联网技术将GSM模块、语音模块、温湿度传感器、土壤温湿度传感器、雨滴传感器、烟雾传感器、光线传感器、人体红外传感器、电机、按键、LED点阵屏、LCD12864液晶屏等功能模块有机融为一体，通过检测家居环境，并将检测到环境参数通过单片机控制以RS485通讯的方式传递给上位机，上位机根据检测到的环境参数作出相应反应，实现了室内外温湿度显示、制灯、窗、窗帘、浇水的自动控制、煤气、烟等有毒气体自动报警及防盗功能，提供了一个轻松、安全、舒适、快捷的家居环境解决方案。如图1所示。
2系统的实现
2.1GSM远程控制的实现
GSM模块是一个类似于手机的通讯模块，它可以发送短消息，通话等，GSM网络覆盖面非常广，并且不会受到距离的限制，成本也低，本系统中主要使用了消息通信功能。GSM模块通过使用AT指令进行控制，本系统用STC15F2K60S2单片机来对它进行控制，根据接收到的指令信息作出相应的指令动作。在本系统中GSM模块是最重要的通信模块，监控终端系统的通信大部分都是由GSM发送SMS短消息给下位单片机进行控制的模式来完成。如图2所示。
2.2智能防盗报警模块的设计
2.3温湿度控制功能的实现
此模块的主要功能是监控室内温湿度，系统由温湿度传感器、报警电路、显示电路、核心单片机组成。温湿度传感器作为系统的触角，实时地将室内的湿温度数据转换成数字信号后传输给STC15F2K60S2芯片，STC单片机对采集到的数据进行分析处理后通过报警电路将数据发送给报警系统进行处理。同时上位软件也会对数据进行分析，按预设的命令，根据温湿度信息自动的启动或关闭空调等电器设备，达到智能调节室内温湿度的效果。如图4所示。
2.4烟雾控制模块
MQ5气体传感器采用二氧化锡（SnO2）作为气敏材料，相对其它气体材料，SnO2电导率低，反应灵敏。当传感器感应到监测点环境中存在如甲烷、一氧化碳、乙烯、氢气等可燃气体时，烟雾传感器根据电导率的变化反应出可燃气体浓度的变化。在固定的周期内，系统将取得的烟雾信号变成电信号，然后送出模拟信号，再给AD采集电路采集由单片机进行分析处理，判断是否超过预设报警值，系统是否启动报警。当烟雾浓度或温度超过报警设定值时，报警器会发出蜂鸣声，同时智能控制系统通过GSM通信方式，远程开启电动门窗和风扇，排出可燃气体，从而保障安全，避免火灾和爆炸事故的发生。如图5所示。
2.5上位软件的制作
上位软件采用VC++语言开发，为用户提供了一个良好的人机对话界面，实现了对各个子系统的控制、管理、协调、通信、维护的作用，其最主要的功能核心是对各子系统中的下位单片机的通信控制。在本系统中主要包含安居安防模块、环境控制模块、家庭管理模块、远程控制系统和设备控制系统、家庭网络系统六个子系统组成。在室内网络与远程PC网络连通的情况下，用户可以通过对上位软件的操作，通过GSM远程控制家中各种电器设备。
3结语
系统设计布线简单、功能灵活，扩展容易，成本较低，突破距离的限制，实现快速、实时地远程控制家用电器、室内外温湿检测、自动报警、烟雾监控等功能。在物联网技术快速发展，人民物质生活水平快速提高的今天，智能家居系统必将迎来新的发展机遇，各种功能也将越来越完善，为人们提供更加轻松、安全、有序、舒适、高效、智能的生活w验，必将成为未来家居模式的发展趋势。
[1]南忠良，孙国新.基于ZigBee技术的智能家居系统设计[J].电子设计工程，2010（07）：117-119.
【关键词】智能家居;Zigbee;低功耗;嵌入式
Abstract：Tomakethetraditionalhouseholdappliancescapableofnetcommunication，asmarthomemonitoringembededsystembasedonZigbeetechnologyisdesignedwhichcanprovidelow-costsmarthomeuserexperienceundertheexistinghousingconditions.Torealizelowpowerconsumingdesign，thesystemfirstlychooseshardwarebasedonlowpowerconsumingandcostprinciples.Secondly，itadoptspowermanagementmechanismtodesigntwoWSNsensornodesleepmodesofthetiming-externalinterruptionandtiming-receivingendlaunching.Thetestingresultshowsthatsuchsleepmodescansaveabout67%PowerConsumptionwithnodespoweredbytwo5thbatteries.
Keyword：SmartHome;Zigbee;LowPowerConsuming;EmbededSystem
引言
为使传统的家电设备具备联网功能，使普通用户在现有住宅条件下都能体验到低成本的智能家居生活，提出一种基于ZigBee的嵌入式智能家居控制解决方案。Zigbee作为一种新兴的无线通信技术，具有近距离，功耗低，低成本、自配置和灵活的网络结构等优点[1-2]，使其适合于组建家庭内部网络，既省去了布线的麻烦，又为家居设备制定了统一的标准，同时还满足了美观的需求。为方便系统的设计、维护及升级，以嵌入式微处理器ARM为主控中心，同时结合Web和GPRS技术，实现用户通过手机或远端PC机对家居环境、设备状态进行远程监控功能。当今人们对于绿色环保追求越来越看重，因此电子产品的耗电问题也是非常的突出，低功耗设计成为智能家居产品的重要指标之一。为实现低功耗需求，系统首先以低功耗、低成本为原则进行硬件选型设计，其次针对传感器网络节点中电池供电生存周期短将导致家庭内网功能失效等缺陷，设计了定时-外部中断和定时-接收端发起这两种节点休眠模式，从而降低节点的功耗，延长节点的电池寿命，以满足现代智能家居系统低成本、高效率、低功耗、高灵活性的要求。
1.系统设计方案
为实现家居设备远程控制智能化，提出了一种基于ARM、Zigbee和GPRS技术的智能家居监控系统，系统总体设计如图1所示：
图1系统设计总体框图
2.硬件选型低功耗设计
2.1主控制中心
选用SamsungS3C2440微处理器为系统的主控中心。S3C2440的内核为ARM公司设计的32位ARM920T的RISC处理器，实现了MMU，AMBABUS和Harvard高速缓冲体系结构，平均功耗为0.7mW/MHz，通过提供一套完整的通用系统外设，无需配置额外的组件，从而减少了整体系统成本，为手持设备和一般类型应用提供了低价格、低功耗、高性能微控制器的解决方案。
关键字：物联网；智能家居；网关
中图分类号：TP273文献标识码：BDOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2013.08.006
本文著录格式：[1]孙维，孙岩.支持异构外设接入的智能家居系统[J].软件，2013，34（8）：16-19
0引言
随着科学技术的发展和居民生活水平的提高，人们对住宅的要求不再仅仅局限于一个可供休息、居住的场所。能够提供安全、舒适、智能、通讯与信息服务的“智能家居”正成为人们追求的居住目标和技术研究的热点[1]。智能家居作为家庭信息化的实现方式，已成为社会信息化发展的重要组成部分。从个人、公共服务以及政府需求来看，凸显出发展智能家居产业的迫切性，智能家居系统的开发和建设势必成为未来国家经济发展的必然趋势[2]。
为了解决各个厂商产品不兼容的问题，本文提出了一种支持异构外设接入的智能家居系统设计方案，首先描述了此智能家居系统的总体架构，然后对其中针对异构外设接入的网关部分进行了详细设计，进而对各部分功能进行了测试和验证，最后对本文进行了总结。
1系统总体架构
本文中设计的支持异构外设接入的智能家居系统由设备层、网关层、Web管理层、Android终端控制层构成，如图1所示。以下是对四层的简要介绍：
设备层：设备层是整个智能家居系统框架的最下层，主要由两类设备组成。一是本系统自带的一些传感器和控制设备节点；二是从第三方厂家购买的一些家居设备，系统提供了基于IP和Zigbee的接入方式，可以很方便地嵌入以此为通信协议的第三方设备。
网关层：家居网关是整个智能家居系统的核心，网关通过IP或Zigbee与智能节点设备进行通信，实现对环境参数（温度、湿度、光照、CO2浓度等）的监控和电器设备的控制。网关是实现多种异构外设接入的核心层。
Android客户端：随着智能手机的日益普及，手机成为智能家居的一部分是智能家居系统未来的发展趋势。因此，本系统除了通过Web管理之后，还开发了基于Android的控制终端，通过让用户使用Android手机或者平板就能实现对家居设备的操作和控制，极大地方便了用户也减少了用户的经济成本。智能手机或平板通过无线网络比如WIFI或者3G联网之后，当用户智能手机或平板上进行控制操作后，控制命令通过网络传到智能家居控制网关进而控制相应的家居设备。
2家居网关的设计
之所以能够比较方便地加入第三方的设备，具有开放能力的家居网关起到了关键的作用。本系统中的家居网关主要由连接管理模块、消息处理模块、驱动文件管理模块、数据库模块、规则处理模块组成。各模块间的组织关系如图2所示，下面详细介绍下各模块的功能：
2.1连接管理模块
连接管理模块为设备提供了接入智能家居系统的通道，鉴于当前智能家居设备大多采用的是Wifi或者Zigbee通信协议，网关目前支持IP和Zigbee的设备接入，以后将逐步支持红外和串口的设备。如果是IP设备，增加节点时网关通过对外建立一个TCP的网络连接与设备进行数据通信；如果是Zigbee设备，只要设备和网关的Zigbee网络信道相同，便可以接入系统。在设备加入系统之后，连接管理模块便负责设备的数据接收上传，同时负责下发网关对设备的控制命令
同时，网关一直监听Socket的指定端口，当有来自Web服务器或者Android客户端的连接时，接收其中的数据并且进行解析，看是否是系统支持的操作，如果是的话，则将其进行封装发送至消息处理模块进行处理，不是的话则直接丢弃。
2.2消息处理模块
消息处理模块是此家居网关的核心模块。消息处理模块维持了一个线程安全的消息队列，接收来自其他模块的消息，不断地进行轮询处理。消息处理模块类似于生产者消费者模型中的消费者，而其他与之交互的模块则相当于生产者。消息队列体系结构提供了松耦合通信的编程结构，这样设备之间彼此是透明的。借助于此，当有一个第三方设备要加入系统时，只需编写对应的驱动处理文件，驱动通过预定义的接口与消息处理模块进行交互，而由于驱动采用的是Lua脚本，这样便可以不更改系统代码而动态地嵌入系统当中，而且不影响其它设备的工作。消息处理模块的设计如图3所示：
2.3驱动文件管理模块
驱动文件管理模块是负责具体与对应设备进行数据逻辑交互的模块。在增加一个新的设备节点时，只需写好其对应的驱动文件即可。驱动文件是一个XML格式描述的文档，主要包括了事件部分、命令部分和Lua脚本部分。这里对实际设备进行了抽象：一个设备其实最终只有两方面的属性，一是接收外部的控制命令之后自身能做什么，比如电灯可以对其进行打开和关闭，这即是驱动文件的命令部分；二是自身的状态变化要能够通知到外部，比如电灯每次控制之后的亮度状态变化，这即是驱动文件的事件部分。借助于Lua语言良好的嵌入能力，网关把与具体设备进行通信的逻辑部分预先写到Lua脚本之中，通过网关开放的接口与网关进行交互。这样，当有一个新的设备时，无须改动系统本身，只需要编写对应的Lua处理脚本即可，然后动态地加载设备对应的驱动文件到网关，以此可以方便地实现对于异构设备的接入。驱动文件的格式如图4所示：
2.4数据库操作模块
数据库操作模块负责存储设备节点数据以及Web页面对节点的配置信息，包括节点名称、IP地址、MAC地址、当前状态值信息以及用户配置的控制规则等。Web页面和Android客户端上信息展示需要的数据也都通过数据库操作模块读取数据库。本系统使用的数据库是Sqlite，这是一种嵌入式、轻量级、跨平台的关系型数据库。
2.5规则处理模块
智能家居最方便的地方就是可以根据环境的状态值或者用户预先设定的一些条件进行自动化的控制。该模块就是用来处理用户配置好的包括定期、周期以及条件触发型控制规则，当触发条件满足的时候，该模块会发送一个对应的条件满足消息到消息队列中，消息队列根据预先定义的规则执行相应的动作。
3测试结果
针对上述设计，基于FriendlyARM开发板实现了家居网关和Web管理系统，基于Android2.3版本在三星TabP7510平板电脑上实现了移动控制客户端。系统接入了一些自身的设备包括顶灯、音响、空调等，同时为了检测对于异构外设的接入，系统接入了一款基于Wifi通信的第三方可调光灯设备。结果表明，整个系统运行稳定，达到了预期设想的结果。Web服务器端运行界面如图5所示，Android客户端运行界面如图6所示：
4总结
[1]钟建国.基于Internet的智能家居控制终端的设计与实现[J].现代电子技术，2008，31（16）：109-115.
ZHONGJG.DesignandImplementationofInternet-basedSmartHomeControlTerminal[J].ModernElectronicsTechnique，2008，31（16）：109-115.（inChinese）
[2]童晓渝，房秉毅，张云勇.物联网智能家居发展分析[J].移动通信，2010，34（9）：16-20.
TONGXY，FANGBY，ZHANGYY.IOTSmartHomeDevelopmentAnalysis.MobileCommunications，2010，34（9）：16-20.（inChinese）
[3]刘兵.智能家居系统互联互通的设计与实现[D].北京：北京邮电大学，2013.
LIUB.TheDesignandImplementationoftheInterconnectionofSmartHomeSystems[D].Beijing：BeijingUniversityofPostsandTelecommunications，2013.（inChinese）
[4]张云勇，房秉毅.基于物联网的智能家居技术标准化现状及发展建议[J].移动通信，2010，34（15）：25-29.
ZHANGYY，FANGBY.TheStandardizationPresentSituationandDevelopmentProposalofSmartHomeTechniqueBasedonIOT[J].MobileCommunications，2010，34（15）：25-29.（inChinese）