时间：2023-05-06 18:29:10
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇智能家居论文，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
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。
【关键词】智能家居；嵌入式技术；语音识别；智能化控制
一、前言
1980年在室内设计领域人们开始提出“智能家居”的构想[1]，该构想提出之初只是为实现对住宅内部的监控与管理。随着网络技术的发展，这一构想逐渐加入了网络通信、信息家电、设备自动化等内容。这一构想是将系统、结构、服务和管理融为一体，实现高效、安全、便利、环保的居住条件。
二、智能家居的概念
智能家居是指将家庭中的各种智能化设备如家用电器、通讯装置、家庭安防设备连接到家庭区域的智能化平台上，这一连接通过家庭总线技术实现。通过该连接对远程监控及管理家庭各项事务。实现智能家居的基础是家庭网络建设，主要联网方式为有线、无线两种。智能家居是实现对家庭照明系统、家电控制、安防的远程控制，使家居环境在无人的条件下得到管理。
三、智能家居系统的工作原理
智能家居系统中家庭网络终端是连接到PSTN上的，当用户通过家庭电话对家用电器进行控制时，web服务器接收到由浏览器传输来的信号，然后管理中心的主机系统将信号传输给网络终端，相关的家用电器接受来自网络终端的信号完成对家用电器的远程控制。控制完成后网络终端将控制后的信息传输到管理中心主机系统，管理中心将这一信息写入管理数据库，并将最终控制信息反馈到用户系统，如图1，智能家居控制系统工作流程图。
四、嵌入式技术在智能家居控制系统中的应用
（一）嵌入式语音识别在智能家居控制系统中的应用
大量词汇连续语音识别和小词表嵌入式语音识别是目前语音识别的两个方向，智能家居控制系统中主要运用的是小词表嵌入式语音识别[3]，主要体现在智能遥控、语音控制，儿童智能玩具等方面，由专门的硬件系统来保证小词表嵌入式语音识别的正常运行。首先对设备进行语言信号的输入，然后经过预处理及语言信息特征的提取得到一组能够反应该语段信息的信号模型，然后将该信号模型输入系统的语言信号模型库进行信号匹配，最后得出此次语言信号的控制结果，将该结果作用于所控制的设备。简单来说嵌入式语音识别的工作原理为：语言信号采集信号预处理信号特征提取模式匹配信号输出。
1.信号预处理。语言信号具有非平稳性，任何外界条件都会对信号产生干扰，比如气流、噪音等。在信号的预处理阶段要剔除这部分不在控制信号内的干扰用因素，提取正确的控制信号。
2.信号特征提取。通过对语音声学参数的计算，运用声学特征计算方法得出提取的语言信号中反映控制参数的信息。线性预测系数、线性预测倒谱参数及Mel倒谱系数为常用的三种语言信息控制参数。
（二）嵌入式技术在家庭安防系统中的应用
安全防护智能化及消防报警的自动化是智能家居控制系统中的重要组成部分[4]。当家中出现破门入室、火灾等紧急情况时安全防护系统及消防报警系统能够自动启动，保证家庭成员的快速安全撤离。在智能化防护与消防报警系统中，信号感应器位于室内当发生紧急情况比如火灾时，位于室内的信号接收器接收到烟雾信号，将信号经过处理分析后传输到管理中心，管理中心将信号传输到网络终端，由网络终端下达应变信号即向值班室发出警报同时由安装在室内的消防喷头喷水灭火。
（三）嵌入式技术在家电设备智能化中的应用。家电设备智能化是智能家居控制系统得以实现的前提。根据用户对于家电智能化的需求对家庭电器产品进行智能化控制，比如早晨伴随着优美的闹钟铃声床帘缓缓拉开，使住户在睁眼的一刻感受到清晨第一缕阳光的照射，此时早餐以悄无声息的准备，豆浆机正在准备鲜美的豆浆，面包机在烤面包等等。这一切的起始信号都是闹钟铃声，将各个电器连接在一个系统中，当闹钟铃声响起时，系统接收到这一信号，通过信号的传输与转换将控制信号输出作用于各个电器，实现清晨的智能化生活。
（四）嵌入式技术在家居智化管理中关于节能环保方面的应用。现在社会的发展使人们的节奏越来越快，在家中呆的时间越来越短，因此为了资源的节约对于家居智能化的控制越来越受到人们的重视，比如白天工作时间家里没人不需要开暖气但又怕晚回家时家里太冷，可以考虑远程控制，通过电话或电脑对家里的暖气系统进行控制，在回家前一小时将暖气开启，这样及节省了资源回家是有不至于太冷。再比如累了一天回家看看电视休息一下，此时房间内的灯光系统会根据用户需求调节出最适合的光线强度，电视机可以自动调节出于环境相匹配的模式等。这一系列智能化的信号基础都是用户的需要与感知。
五、结束语
家是温馨的代名词，但现在人们生活压力大、节奏快，已没有充足的时间去营造温馨的家庭氛围，同时越来越多的人选择独居生活，老年人无人照顾等问题使家庭生活接受着改革。智能家居控制系统发的产生与发展是网络社会带给我们的福音。营造温馨的氛围不再需要提前回家，对老人生活不放心也可以通过远程监控及其他的安全措施来保证他们的人身安全。家居智能化正在一步步走进我们的生活，即使现在不是每家都能系统化的享受智能化，也多多少少拥有智能化的家电。
参考文献：
[1]原林，于伸《嵌入式技术在智能家居控制系统中的应用》自动化技术与应用 2006年第25卷第1期；
[2]李新伟《智能家居检测与控制终端的研究与设计》山东大学硕士学位论文；
[3]刘荣辉《基于智能家居控制的嵌入式语音识别系统研究》广东工业大学硕士学位论文；
【关键词】智能家居 GSM模块 单片机
随着网络技术的发展，网络化智能家居系统可提供遥控、家电控制、照明控制、窗帘自控、防盗报警、可编程定时控制及计算机控制等多种功能和手段，使生活更加舒适、安全和便利。本文设计的基于GSM网络的智能家居监控系统由智能监控模块、数据采集系统和用户手机构成，通过GSM短信息的收发实现对家庭设备的远程监控。
1 总体设计方案
系统由中心控制模块和各分散控制模块组成。中心控制模块实现控制用户手机和各分散控制功能模块。选用AT89S52单片机作为该监控系统的核心控制元件。主控单片机模块接收用户手机发送的短信息，根据短消息的内容控制各子功能模块；同时主控单片机模块将家居系统的控制信息以短信形式发送到用户手机，由单片机构成各控制模块子系统。
1.1 系统硬件部分
根据任务需要，合理选择单片机、传感器、GSM模块和设备来构成系统。为使硬件设计尽可能合理，系统的电路设计遵循了以下几个方面：
（1）选择标准化、模块化的典型电路，提高设计的成功率和结构的灵活性。
（2）选用功能强、集成度高的电路或芯片。
（3）选择通用性强、市场货源充足的元器件。
（4）在对硬件系统总体结构考虑时，考虑通用性的问题，采用模块化的设计方式。
（5）系统的扩展及各功能模块的设计应适当留有余地，以备将来修改、扩展之需。
（6）在电路设计时，充分考虑应用系统各部分的驱动能力
最终确定采用AT89S52单片机作为处理芯片。西门子的TC35系列的TC35iGSM模块，TC35i与GSM2/2+兼容、双频（GSM900/GSMl800）、RS232数据口、符合ETSI标准GSM0707和GSM0705，且易于升级为GPRS模块。该模块集射频电路和基带于一体，向用户提供标准的AT命令接口，为数据、语音、短消息和传真提供快速、可靠安全的传输，方便用户的应用开发与设计。
1.2 系统软件部分
软件部分由以下几部分构成：数据采集单元、手机短信信令识别与分析单元、GSM模块TC35 modem接口程序部分、分析控制部分。其中数据采集部分和手机短信信令识别需要作实时处理；GSM模块TC35 modem接口程序部分和分析控制部分则是根据采集和手机短信信令进行分时操作有利于提高系统效率。
2 系统软件设计
软件设计部分主要有数据采集部分、手机短信信令识别、TC35Modem接口程序部分、分析控制部分。其中数据采集部分和手机短信信令识别需要作实时处理；GSM模块TC35Modem接口程序部分和分析控制部分则是根据采集和手机短信信令进行分时操作有利于提高系统效率。本智能家居监控系统软件设计的内容主要有主控模块程序、TC35Modem模块通信程序、串口通信初始化程序和短消息的编码解码程序。软件设计模块如图1所示。
2.1 单片机系统软件设计
为了实现单片机与TC35I模块的通信顺畅，必须使二者的串口波特率一致，如果单片机F=11.0590MHZ，设置串行口波特率为9600，工作方式为方式3，Tl定时器采用工作方式2。其中串行口和定时器的工作方式和初值可以根据具体情况加以更改。
本系统的软件设计是将整个短信处理模块放入单片机的中断服务子程序中。发送和接收串行口数据采用中断方式进行，这样可以大大节省CPU资源。当接收一帧数据进入一位寄存器，送入接收SBUF中，同时将Rl置1；当发送数据载入发送SBUF中开始向外发送，发送完毕后即将TI置1。无论Rl置1还是TI置1，均会激发串口中断，执行中断服务程序。响应中断时，首先判断中断是接收程序还是发送程序，若为接收中断则将SBUF中的数据存入接收队列缓冲区；若为发送中断便将待发送的数据帧发送到SBUF中。
2.2 短消息PDU模式编码解码程序
在GSM标准中，中文编码采用UTF-8的编码，不是目前国内常用的GB-2312编码，因此需要对中文编码进行转换才能与采用GB-2312汉字库相配合，方可正确显示出短消息中汉字字型。由于UTF-8和GB-2312编码之间不存在一一对应的线性关系，因此需要采用查表的方式进行转换。
2.3 短消息收发程序设计
发送短信息的主要工作是将发送的内容进行相应的编码，其次就是将发送所用的SMS服务中心号码、目标号、有效时间和短信内容按照PDU编码的格式发送出去。如果是接收短信息，其工作就是将接受到的短信息内容进行解码，发送和接收的PDU串的结构是不同的。接收程序流程图如图2所示。
3 运行结果
运行结果如图3所示。
4 结论
本文设计了一个基于GSM网络的无线传感智能家居监控系统。系统在运行中还有改进之处，还需进一步对程序结构进行优化。本设计只是智能家居控制中的一部分，目前国内很多公司都在致力于智能家居产品的开发，随着相关技术的进一步发展，我国将全面普及智能家庭网络系统和产品。
参考文献
[1]黄欣荣.基于GSM短信模块的家庭防盗报警系统的设计[J].中国新通信，2010（06），19-22.
[2]曾志永，凌振宝，王君.基于GSM技术的智能家居系统的设计[J].电子技术应用，2005（10），33-35.
[3]齐赵毅，陈杰浩，罗颖等.基于GSM的智能家居远程监控系统[J].科技信息，2013（04），19.
[4]申利民，刘冬香.基于GSM智能家居控制系统的设计[J].传感器世界，2011，17（1）：32-36.
[5]王骐，何嘉斌.单片机控制GSM模块实现短信收发的软件设计[J].单片机与嵌入式系统的应用，2005.
[6]马忠梅.单片机的C语言应用程序设计[M].北京：北京航天航空大学出版社，2007.
[7]邱文静.基于GSM短信息的家居设施遥控监测系统设计[D].南京：南京理工大学硕士学位论文，2009.
[8]苏江福.基于GSM网络的智能家居监控系统设计与实现[D].哈尔滨工程大学硕士学位论文，2008.
【论文摘要】：智能家居是未来家庭生活的发展趋势，阐述了智能家居的基本概念，说明了智能家居中的总线技术的特点和意义，比较了几种主要的总线技术，指出了项目研究的重点。
智能家居是现代社会最热门的话题之一，它的目标是通过网络等信息通信技术手段实现对家居电器等的智能控制，使其能够按照人们的设定工作运行，而不论距离的远近。智能化与远程控制是智能家居的两大特点。目前，已经有越来越多的机构和个人开始了对智能家居的研究。
1. 智能家居的概念
智能家居（Smart Home）是以家为平台，兼备建筑、自动化，智能化于一体的高效、舒适、安全、便利的家居环境。家居智能化技术起源于美国，最具代表性的是X-10技术，通过X-10通信协议，网络系统中的各个设备便可实现资源的共享。因其布线简单、功能灵活，扩展容易而被人们广泛接受和应用。至今，X-10技术产品的销售已超过两亿个，仅在美国一个国家，便有超过600万个家庭在使用。自动化的智能家居不再是一幢被动的建筑，相反，成了帮助主人尽量利用时间的工具，使家庭更为舒适、安全、高效和节能。
随着网络技术的发展，特别是无线网络的发展，网络化智能家居系统可提供遥控、家电（空调，热水器等）控制、照明控制、室内外遥控、窗帘自控、防盗报警、电话远程控制、可编程定时控制及计算机控制等多种功能和手段，使生活更加舒适、便利和安全。
2. 智能家居中的总线技术
要实现家居的智能化，就必须实现家居的网络化，使家居内的大部分电器设备能够通过一定的方式连入网络，从而实现这些设备的远程控制和自动控制。家居电器的上网实质是网络最后接入的1公里之内的问题，此类问题要求网络可靠性高、信心量少，多个设备之间的互操作性强。就智能家居而言，如何把结构和性能不一的电器设备接入网络，如何能够实现这些设备的相互通信是在构建智能家居时主要考虑的问题，所以说，智能家居的关键技术其实就是网关技术和总线技术。文章主要讨论的是其中的总线技术。
总线技术在智能家居行业当中，目前可以算是应用最为广泛的一种技术手段。在总线技术下生成的智能家居系统，最大的特点是具有可扩展性，工程安装也不是很复杂。由于科学技术的不断发展，新生成许多总线协议下的智能家居系统的价格也不是很高，目前市场的销售情况也很不错。
智能家居中的现场总线控制系统通过系统总线来实现家居灯光、电器及报警系统的联网以及信号传输，采用分散型现场控制技术，控制网络内各功能模块只需要就近接入总线 即可，布线比较方便。一般来说，现场总线类产品都支持任意拓扑结构的布线方式，即支持星型与环状结构走线方式。灯光回路、插座回路等强电的布线与传统的布线方式完全一致。"一灯多控"，在家庭应用比较普遍，以往一般采用"双联"、"四联"开关来实现，走线复杂而且布线成本高。若通过总线方式控制，则完全不需要增加额外布线。是一种全分布式智能控制网络技术，其产品模块具有双向通信能力，以及互操作性和互换性，其控制部件都可以编程。典型的总线技术采用双绞线总线结构，各网络节点可以从总线上获得供电（24V/DC），亦通过同一总线实现节点间无极性、无拓扑逻辑限制的互连和通信，最高的信号传输速率和系统容量则分别为10KBPS和4G，完全能够满足现代智能家居的需要。
3. 主要的总线技术比较
目前，国际上家庭总线的标准主要有以下几种：前述的X-10，日本的家庭总线(Home Bus)，欧洲标准安装总线(EIB)和BatiBus，美国Echelon公司的LonWorks，HP公司的IRDACONTRAL等。其中，最受业界关注，应用最广的是X-10、LonWorks和消费总线（CEBus）这三种。
3.1 X-10技术
X-10技术是世界上最早出现的，也是最简单的智能家庭网络系统，它的出现标志着家居智能化技术的成熟。在智能家居20多年发展过程中，X-10技术得到了极大的应用。它在美国的发展已经25年的历史了，到目前为止美国的X-10用户已经达到1000万以上，X-10控制规格已成为当今美国家庭自动化控制规格的主要领导者。欧洲版的X-10发展也相当迅速并得到普及，渐渐的，这一技术开始进入亚洲。可以说，X-10是二十世纪最具代表性的家庭智能自动化产品。
X-10采用电力线作为其网络通信介质，系统中的各个设备直接挂在电力线上就可以相互通信，X-10技术基于X-10协议，由发射器发出X-10控制信号，通过现有电力线网转输X-10信号到接收器，然后由接收器再对各灯具、用电器等用电设备进行控制。
但X-10采用的是电力线通信方式，容易受到干扰，系统的抗干扰性能比较差，且寻址空间小，对模拟量支持不够，只能提供非常有限的功能。如果只要求这些有限功能，使用X-10可能是很合算的，但在需求日益丰富的今天，X-10有逐渐被取代的趋势。
3.2 LonWorks
LonWorks是美国Echelon公司于1991年推出的，LonWorks技术为设计、创建、安装和维护设备网络方面的许多问题提供解决方案：网络的大小可以是两个到32385个设备，并且可以适用于任何场合。LonWorks提供从收发器到协议到软件API的一个完整的、端到端的控制网络解决方案。
LonWorks网络中设备的通信是采用一种称为LonTalk的网络标准语言实现的。LonTalk协议由各种允许网络上不同设备彼此间智能通信的底层协议组成。LonTalk协议提供一整套通信服务，这使得设备中的应用程序能够在网络上同其他设备发送和接收报文而无需知道网络的拓扑结构或者网络的名称、地址，或其他设备的功能。LonWorks协议能够有选择地提供端到端的报文确认、报文证实和优先级发送，以提供规定受限制的事务处理次数。对网络管理服务的支持使得远程网络管理工具能够通过网络和其他设备相互作用，这包括网络地址和参数的重新配置、下载应用程序、报告网络问题和启动/停止/复位设备的应用程序。LonWorks可以在任何物理媒介上通信，这包括电力线，双绞线，无线（RF），红外（IR），同轴电缆和光纤。
LonWorks也有其弱点，主要是价格太高，光电开关的体积太大，对此，Echelon公司开发了一个智能型收发器－－PL3120芯片组，其中整合了Echelon公司的PLT－22电力线实体层和8位的Neuron芯片核心，这使得LonWorks被越来越多的高级建筑所采用。
3.3 CEBus
消费总线（CEBus）起源于1984年美国电气工业协会的消费电器小组制定的家电互联的规范，1992年，它被正式命名为CEBus规范(EIA600)。消费总线出现后，迅速得到IBM、HONEYWELL、MICROSOFT、INTEL-LON、DEMOSYS、LUCENT、PHILIPS、SIEMEMTS等国际著名公司的支持，在智能住宅和住宅自动化领域具有举足轻重的影响。
消费电子总线网络拓扑结构可以是总线型、星型、树型或混合型。总线中的每个节点的地位是平等的，不需要一个主控设备。对于多节点竞争访问网络资源的解决方法是采用冲突检测和冲突解决，网络中各节点的控制关系通过绑定来实现，从而使整个家庭中的电器系统能成为一个智能的整体。
参照ISO的网络协议建议书，消费电子总线可划分为物理层、数据链路层、网络层和应用层。CEBus在应用层定义了一种面向对象的、严格的设备描述语言CAL（Common Application Language），简称公共应用语言，其内容涵盖了家庭中可能拥有的家电。公共应用语言采用了面向对象的方法，把任意一个家电设备按照功能分解成几个预定义的对象模型。在面向对象的编程语言中，一个对象由数据和操作这些数据的函数组成。在消费总线中，这些对象也由数据（称为实例变量）和操作（称为方法）组成，不同的设备可以采用相同的对象，用相同的方法操作，但是控制结果随设备的不同而有不同的意义。
CEBus以其简便的协议、日臻完善的技术正日益成为消费电子设备互操作的企业标准，CEBus通讯的低层功能已实现了芯片化，所以接入设备比较便宜。目前，市场上此类芯片有LM1893、ST7536、SSC-P485、CEWay-Ⅲ等。随着载波通讯技术的进一步成熟，CEBus将在仪器仪表、家庭自动化、智能楼宇建设、智能小区建设以及工业厂区建设中得到更为广泛的应用。但由于CEBus接口技术比较复杂，价钱非常昂贵，因此CEBus在中国的应用也不多见。
4. 小结
随着信息技术的高速发展，智能家居技术越来越受到人们的关注，是现代网络技术研究的重点之一，而利用总线技术来实现智能家居又是智能家居技术发展的重要方向。文章中介绍的几种主流总线技术都有各自的特点，就本项目而言，LonWorks网络是一个不错的选择，是我们以后研究的重点方向之一。
参考文献
【关键词】单片机；智能家居；VB
一、引言
现代家庭已经从追求家居的豪华装饰转向家居智能化，享受智能化带来的多元化信息，以及安全、舒适与便利的生活环境。广阔的市场前景和实用价值，使智能家居已经成为国内外研究的热点。目前智能家居控制系统实现的关键技术为兼容性强的家庭主控制器，有PC架构、单片机架构、嵌入式架构三大解决方案。但三者都有其自身的缺点：PC机架构系统昂贵的改线费用和繁琐的改线工程也是令人难以接受的；单片机架构系统电路设计较复杂，系统稳定性不高，扩展能力不强；嵌入式架构系统开发周期长，标准不统一，市场价格比较高，应用面比较狭窄。本文介绍一种价格便宜、成本较低、和现有设备兼容性好的无线智能家居控制系统
二、系统总体设计
本智能无线家居控制系统主要由PC软件，单片机控制器、家居控制终端和相关无线传感器系统四个部分组成（如图1所示）。
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、将用户的指令（包括用户预设指令）通过串口传送给单片机控制器，并显示报警信息。
单片机控制器是信息的交换中心。单片机控制器的功能是将PC机传送给单片机的指令通过无线的方式发送给家居控制终端，同时它还可以将传感器测得的信号传送给PC。
家居控制终端是家居控制的执行机构，它可以接受无线控制指令并执行。家居控制终端包括各种无线开关、各种无线控制器、无线电磁阀门等。
相关传感器可以探测各种威胁，并通过无线的方式发送给单片机。它包括无线煤气传感器、无线红外传感器等。
系统通过相关无线传感器系统探测信号，并传送给单片机，然后由单片机将信息传送给PC机，实现报警，并通过PC操作人员的操作，将控制指令发送给单片机控制器，然后由单片机控制器将执行指令发送给家居控制终端。通过家居控制终端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。在此基础上，通过利用操作系统的网络功能还可以远程观察和控制本系统。系统运行场景如图2所示。
三、单片机硬件设计
本系统的硬件部分主要由计算机PC、单片机电路板、无线网络设备、无线传感器、无线控制器等部分组成，其中单片机电路部分是本文的设计重点，其结构框图如图3所示。
单片机电路分无线接收和解码模块、无线发射模块、STC89C54RC单片机、MAX232、设备、串口等部分组成。
无线接收和解码模块主要由PT2272芯片及其附属电路组成，它的主要功能是将相关传感器探测到的报警信号接收并解码，同时将解码信号发送给单片机。无线发射模块主要由PT2262芯片及其附属电路组成它的主要功能是将单片机发送的控制信号发送给被控设备（如灯光控制器）。MAX232芯片及其电路主要是完成单片机和PC的通信。
STC89C54RC单片机是整个系统的中心，负责将无线接收和解码模块接收的信号经过MAX232芯片和串口发送给PC，同时PC发来的控制信号经过串口和MAX232芯片经过STC89C54RC单片机由无线发射模块发送给控制单元。
四、软件部分设计
本系统主要有上位机（PC）程序和下位机（单片机）程序两个部分组成。上位机程序主要是在VB环境下完成的，包括界面、控制和通信等功能。下位机主要是在keil环境下完成的，包括控制和通信等功能。系统上位机主程序如图4所示。
VB文件部分程序（喷水开关部分）如下：
'Label11
Me.Label11.AutoSize = True
Me.Label11.Font = New System.Drawing.Font（"宋体"，9.75！，System.Drawing.FontStyle.Regular，System.Drawing.GraphicsUnit.Point，CType（134，Byte））
Me.Label11.Location = New System.Drawing.Point（665，517）
Me.Label11.Name = "Label11"
Me.Label11.Size = New System.Drawing.Size（33，13）
Me.Label11.TabIndex = 620
Me.Label11.Text = "喷水"
Keil部分程序（校验子程序和无线发送子程序部分）如下：
//校验子程序
void crc_pro（void）
{
uchar a；
crc=0；
for （a=1；a
crc=crc+inbuff[a]；
if （crc==inbuff[34]）
crc_err_bz=0；
else crc_err_bz=1；
}
//无线发送子程序
void wuxian_fa_pro（void）
{
uchar a，b，c；
for （a=0；a
{
tongbu（）；
for （b=0；b
{
c=wuxian_buff[b]；
switch （c）
{
case 0： bit_0（）；break；
case 1： bit_1（）；break；
case 2： bit_f（）；break；
default：break；
}//switch c
}//for b
}//for 发送4次
}
五、结束语
本系统结合PC架构和单片机架构，同时将无线技术引入其中，发挥了二者的优点，避免了二者的缺点。同时在无线技术的选择上，应用了315/433MHz射频技术，价格便宜，成本较低，和现有设备兼容性好。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[D].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[D].北京邮电大学学位论文，2010.
[3]物联网“十二五”规划锁定十大领域[J].中国证券报，2010.
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[5]朱仲英.传感网与物联网的进展与趋势[J].微型电脑应用，2010（01）.
展会时间：2006年6月8日-10日
展会地址：兰州体育馆
展会介绍： 2005年8月经过甘、青、宁三省公安厅及消防总队的共同努力我们成功的在兰州召开了首届中国西部（兰州）国际社会公共安全及消防产品博览会，国内外近200家知名企业来到兰州参展。展会期间甘肃省安全技术防范学会组织了甘肃、青海 、宁夏3000多行业内专业观众和100多家包括公、检、法、金融、房地产、交通等单位进行参观采购。近年来随着各地经济的发展，相关安防展览会也频繁召开，展会质量参差不齐给很多安防企业造成沉重的负担甚至经济损失。“2006年第二届中国西部(兰州)国际社会公共安全及消防产品博览会”将总结首届展会及国内其他大展的经验力求将第二届西部（兰州）安防、消防展览会办成甘、青、宁三地联合打造一个真正意义上的“西部安防博览会”。
2006第十一广州国际照明及建筑电气技术展览会
展会时间：2006年6月8日-11日
展会地址：广州国际会议展览中心
展会介绍：照明及建筑展（Light+Building）的展会品牌及理念――基于灯光照明和建筑电气技术的产品都与建筑有着密不可分的联系，照明及建筑展（Light+Building）的发展理念是建立在当前照明与建筑的发展趋势上，它是实力雄厚的、全面的和以未来为导向的。它将所有关于照明与建筑设计，即灯光照明和电镀技术、建筑楼宇输配电及工业控制系统、自动化、安防技术、综合布线、电梯、停车库设备及管理系统、太阳能、通风、供热、制冷设备等带到了同一个展览中，整个展览会将“建筑学相关系统”的各个部分有机的融为一体。为投资者、建筑设计师、建筑工程师、批发商、零售商、建筑发展、开发商提供一个全面的、独特的、综合的国际性展示、交流、采购、交易平台。
第二届中国国际数字城市建设技术研讨会
展会时间：2006年6月10日-12日
展会地址：苏州国际博览中心
展会介绍：本次大会将由主题演讲、专题讲座、展览展示、项目洽谈、交流联谊、现场、示范工程考察等活动组成，届时将有近百名国务院相关部委领导、城市市长、相关国际机构代表和建设界、科技界、IT界、金融界、教育界等企业负责人和专业人士到会参与各类交流活动。
大会将以丰富的内容、高层次的背景、具有前瞻性的主题和互动的风格，赢得社会各界和传媒的高度关注。作为全球电子信息产品的制造业中心，苏州将以独特的魅力迎来中外工商企业巨头。
第十届华南地区工业控制自动化国际展览会
展会时间：2006年6月19日-21日
展会地址：深圳会展中心
展会介绍：“华南自动化展”自1997年7月举办第一届以来，一直以强大的市场需求为依托。经过多年的精心培育，它已经成为中国及亚洲区自动化、仪器仪表、光机电一体化及液压气动等相关领域的专业国际盛会，为自动化产业的发展提供了理想的展示和交易平台。
2006年，“华南自动化展”将以良好的姿态迈入第十届，展场总面积预定为18000平方米，预设800余个展位，预计参观人数为3.8万人次。大会组委会将努力邀请国内外著名厂商及活跃在自动化行业的相关企业到会，并将更加注重观众质量的提高，致力为企业搭建更加有效的交流合作平台。工业自动化对促进工业结构调整和产业升级具有十分重要的作用，它已经被国家列为当前优先发展的高技术产业化重点领域，也是走新型工业化道路的必然选择。近年来，随着国际产业转移步伐的加快以及中国机械装备工业、重化工业的强势崛起，工业自动化产业迎来了新的发展机遇。
2006广州国际绿色、环保、节能住宅新材料及新技术展览会
展会时间：2006年7月19日-21日
展会地址：中国（广州）出口商品交易会展馆正馆（广州市流花路117号）
展会介绍：中国是一个发展中的大国，人口数量巨大，国土与资源有限。所以在中国倡导绿色、环保、节能建筑是非常符合中国国情的。住宅建设中节能、节地、节水、节材问题非常重要，它不仅关系到住宅能源消耗的问题，也涉及到地球上有限的资源合理利用。目前我国近400亿平方米既有建筑中，99%属高能耗建筑，其单位面积能耗约28%，再加上建材生产的能耗，用于建筑的能耗已占到社会总能耗的40%。从这些数据不难看出，建筑业是一个高能耗的行业。如果节能型建筑能大力推广，其社会的经济利益和对地球的资源利用都有积极的作用。
本届展会将针对中国及亚洲邻国的市场需求，使您的产品及服务得到合理的定位，并开拓一个战略性的市场契机。我们诚邀来自世界各地的参展商参加本届展会，相信我们的展会会成为您拓展国际市场，寻求良好商机的最佳选择。
2006年中国（昆明）国际安防消防产品警用器材装备展览会
展会时间：2006年7月20日-23日
展会地址：昆明国际会展中心
展会介绍：由昆明市公安局、昆明市人民政府联合主办的以“夯实安全基础、注重科技强警、拓展安技市场”为主题的2006年中国（昆明）国际安防、消防产品和警用器材、装备展览会将于2006年7月举行。中国（昆明）国际安防、消防产品和警用器材、装备展览会，已成功举办了多次，为参展各方提供了交流合作、拓展市场的良好机会，也形成了众多的合作伙伴和参展客户，为展会的再次举办奠定了非常有利的基础。2006年再次举办本届展会，是顺应市场的需求和众多商家、客户的要求设定的。我们衷心希望通过本届展会的举办，为促进我省市安防技术的进步和行业发展，为新昆明的建设乃至整个云南社会治安综合治理跨上一个新的台阶做出应有的贡献。
第八届中国国际工控自动化及仪器仪表(青岛)展览会
展会时间：2006年7月24日-27日
展会地址：青岛国际会展中心
展会介绍：青岛，名牌聚集的"制造之都"，半岛制造业的龙头，"青岛强则半岛强，半岛强则山东强"。2003年7月，一个关于山东和青岛未来发展的决策--《关于加快胶东半岛制造业基地建设的意见》正式出台。该意见明确规划了半岛制造基地的战略目标：要建成日韩产业转移的基地，成为世界级的制造业中心。在2005年展会规模的基础上，2006年展会现已吸引的展团包括美国、韩国、日本、新加坡及中国港台，并不断加强吸引更多国际展团。2006年国内仪器仪表需求量将达到108亿美元。制造业是工业化和现代化的主导力量，其发展水平是衡量国家或地区综合实力和国际竞争力的重要标志。制造业的蓬勃发展必将带动仪器仪表等一系列相关产品需求的不断增加。
首届中国智能产品与科技成果博览会
展会时间：2006年8月1日-3日
展会地址：北京国际会议中心
展会介绍：智能产品(1)智能家居集成展区，含：智能家居中心，智能家电产品，智能视听产品，智能玩具产品，智能游戏等；(2)智能装置与智能系统展区，含：智能仪表与智能传感器，智能检测系统，智能设备，智能开发系统，智能制造系统，智能控制单元与系统，仿生与智能识别装置，仿真设计与制造，智能教学设备，智能温室技术与产品，及其他各类智能产品；(3)智能机器人展区，含：专用型机器人，通用型机器人，教学型机器人，游艺型机器人以及各类机器人开发系统；(4)智能建筑集成展区，含：智能场馆，专用技防仪器仪表，数字化小区，以及其他与智能建筑集成配套的技术和设备；(5)智能交通展区，含：智能化交通设备与系统，智能化定位与导航系统，智能化高速路收费系统，车辆智能识别装置，以及其它与交通管理、指挥、运行相关的智能化产品、技术、软件、系统；(6)智能网络展区，含：智能软件，智能商务，智能诊断，目标判断与分级系统，智能管理系统，智能决策软件，智能网络与终端，网络会议系统，网络教学系统，网络监视与控制系统，以及其他智能网络的平台、系统；(7)智能通信展区，含：智能通信终端设备，智能通信技术，智能通信系统；(8)综合展区，含：以上未涵盖的各类智能产品、系统。
2006中国国际建筑、家居智能化及社区安防数字化展览会
展会时间：2006年8月8日-10日
展会地址：北京・中国国际展览中心
展会介绍：本次展会的展览范围为：1.建筑智能化：出入口控制系统, 门禁系统,生物识别系统,停车场自动管理系统,综合布线系统，防盗报警系统，视频监视系统，通信网络系统，信息网络系统；2.家居智能化：家庭自动化产品，家居布线系统，家庭网络产品，电话通讯系统，可视对讲系统，智能灯光控制，家庭中央控制系统，家庭安防系统，家庭娱乐系统，智能家居集成产品；3.社区安防数字化：小区电视监控系统，远程视频监控系统，防盗报警系统，可视对讲系统，门磁、门禁系统，网络广播系统，紧急呼叫系统，消防报警系统，消防灭火、排烟、供水系统，小区智能联网管理系统，家居报警联网系统，智能抄表系统，物业管理系统等；4.其他：行业媒体、金融机构、相关产品和软件等。
2006中国（北京）国际建筑电气技术博览会
展会时间：2006年8月8日-10日
展会地址：北京・中国国际展览中心
展会介绍：展会活动内容：1.高规格的发展战略论坛：届时，政府部门的主管领导，以及知名专家学者及著名企业高层主管将出席会议，并就我国建筑电气产业的发展现状、相关政策法规、未来发展趋势等项议题发表演讲，为广大参会人员提供一个把握市场脉搏的良机。2.高层次的专题交流会：来自国内外专家、学者、技术人员就本领域最新研发成果和应用，以及我国在此产业领域内的若干热点问题进行深入探讨和交流。同时征集论文,并经专家委员会评审,选出优秀论文在技术论坛上宣讲。3.新技术新产品推介会：会议展览期间，将适时为知名企业安排技术或产品推介专场，进一步推广企业技术与产品，宣传企业形象，提高企业知名度，扩大企业产品市场。
第十七届中国（上海）国际建材及室内装饰展览会
展会时间：2006年8月18日-21日
展会地址：上海新国际博览中心
展会介绍：上届展会面积到3万多平方米，共吸引了来自日本、法国、英国、德国、韩国、美国、荷兰、意大利、俄罗斯、新加坡、丹麦等数十个国家参观、参展，北京、上海、广州、黑龙江、江苏、浙江等20几个省市和地区的350多家建材企业加盟。据门禁系统统计参观者总量达到34145人次。其中国内观众占本次展会的94.7%，港澳台0.6%，国外观众4.7%。其中国内地江浙沪占有75.1%。
通过展览会结束后对参展商进行的问卷调查， 70%的参展商能够接受本次参展费用，75%的参展商认为展览会专业程度较高，70%的参展商觉得参展效果较好，50%的参展商有意向参加明年的展览会。
上届展会云集了国内建材领域主要知名企业，世界著名品牌也汇聚于此，如安洋、皇明、能率、拜尔、欧文斯科宁、圣戈班、堡密特、SKK、YKKAP、振兴铝、西蒙、金粤、卡帝士、康宇、信义、WOODONE、汇丽、斯米克、卡斯卡特、亚西亚、阿努克、亚士漆、上海市十佳橱柜等业内顶级品牌均已齐集参展。体现了当今建筑材料的最高水准，并取得了良好的展览效果。为上海世博场馆建设和各类建筑工程，提供了最好的建材产品以备选用。
2006城市治安防控设备展览会暨第十届中国智能交通、警察装备展览会
展会时间：2006年9月5日-7日
展会地址：深圳会展中心
展会介绍：本次展会的展出范围是：城市视频监控及周界报警系统、城市治安防范设备、生物识别系统、智能交通及交通设施、警用装备及反恐设备、门禁系统、货物扫描系统、探测仪、感应器、扫描器、模拟训练、特种车辆、应急反应、通讯监控系统、海陆空港口保安系统、安检与保护设备、暴乱控制设备、网络安全、危险物质探测器、移动目标跟踪监控系统、车载监控系统。
2006第六届上海智能家居、家庭自动化技术设备展览会
展会时间：2006年9月8日-10日
展会地址：东方明珠-上海国际新闻中心
展会介绍：展会吸引了国内外众多企业参展，得到业内人士和各省房产开发商的团体参观，展会品牌度和买家认知度倍受业内推崇，已成为国内至关重要的展会之一。
以上海为中心的长三角，经济快速发展，并日益崛起成为亚洲新的金融中心和商业中心。上海市是目前国内最具辐射力的市场，是国内外企业进行商业交流的重要窗口，是国际物资采购中心，同时也是国内外众多企业推广产品集中地。上海已经成为海内外厂商、买家登陆中国的首选城市。作为国际智能家居的盛会，主办方为广大的智能家居行业供应商、经销商提供广阔的贸易平台，是参展商提升企业知名度、寻找贸易伙伴、拓宽业务渠道的最佳途径。
目前广东省他已经制定了规划，到2010年智能家居的产值要占到整个IT行业的60％。这是一个相当大的比例。上海市、浙江省信息产业厅也制定了相关的创新计划，也进行招标，智能家居也是其中的一块。 国外已经看到中国智能家居市场开始要形成了，纷纷介入各种展览会、讨论会，甚至是支持国内某些企业发展某个东西，或者把他们的模块拿过来，国外的企业窥于中国的市场，说明我们的智能家居要加快发展速度。
2006鲁中（潍坊）社会公共安全产品及智能技术设备展览会
展会时间：2006年9月18日-20日
[关键词]居家安全；zigbee；智能检测
中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）41-0256-01
在日常生活中，有时我们会担心电器电源是否关闭、煤气或天然气阀是否关好、门窗是否锁好等，而目前相关的检测系统仅用于现代化程度较高的公寓或工农业生产，成本高昂，不能满足大众居家生活和规模较小的个体经济生产的需要，鉴于此，我们希望能够设计一种简单、经济、实用、灵活，能够走进大众生活的解决方案。
1 技术实现
1.1 系统架构
居家安全智能检测系统是一款基于ZigBee组网的集多功能一体的检测装置。现目前主要由一个中央处理器、GSM短信通知模块、还有四个检测模块（温度采集模块、家用电器开关检测模块、可燃气体检测模块、家庭意外着火检测模块）组成。
中央处理器采用mini2440开发板控制，这是一款低价实用的ARM9开发板。我们通过系统移植将Linux系统移植到开发板，使用QT、C++编程实现简单的界面控制软件，再移植到开发板上实现主控显示的功能。
1.2 方案选择
系统功能的实现主要涉及三方面的内容：传感器，无线网络，人机交互。
传感器
系统能够识别的内容有：是否有电流，是否有火灾的可能，是否有可燃气体的泄露。市面上已经有相应的传感器，可以直接输出数字信号，主控芯片可以依据厂家提供的技术手册进行辨别。
信号的传送
信号的传送主要包含两个部分：室内局域交互，室外远程交互。
室内局域交互
主要包括传感器数据的采集上传，动作命令的下达。就功能实现而言，应在室内搭建局域网络。方案设计涉及有线、无线的选择和多种的无线技术的取舍。
（1）无线与有线
无线局域网的网络速度与以太网相当，一个 AP 最多可支持多达上百个用户的接入，最大传输范围可达到几十公里，具有以下的鲜明特点：
具有高移动性，通信范围不受环境条件的限制，拓宽了网络的传输范围。在有线局域网中，两个站点的距离在使用铜缆（粗缆）时被限制在 500m ，即使采用单模光纤也只能达到 3000 m ，而无线局域网中两个站点间的距离可达到50km 。
无线技术的取舍
目前在智能家居行业中，较为主流的无线技术一共有三种：WiFi、蓝牙、和ZigBee。
（1）WiFi技术
基于WiFi技术的智能家居产品最为常见，其优势在于传输速率快，且产品成本低，生活中也最为普及，对用户来说，基于WiFi的智能家居组合最为省事，购买设备直接组网即可。
凡事都存在两面性，WiFi虽然传输快、普及广，但也存在着自身的技术劣势：其最大的问题要属安全性非常低，无线稳定性弱；功耗大也是其弱点之一，将导致其在家居领域的应用受限，例如智能门锁、红外转发控制器、各种传感器等不适宜使用；此外，WiFi的组网能力也相对较低，目前WiFi网络的实际规模一般不超过16个设备，而实际家居环境中，仅开关、照明、家电的数量就已远远多于16个，显然发展空间受到了一定的限制。
（2）Zigbee技术
ZigBee技术的安全性很高，至今全球尚未出现一起破解先例。其安全性源于其系统性的设计：采用AES加密（高级加密系统），严密程度相当于银行卡加密技术的12倍；其次，Zigbee采用蜂巢结构组网，每个设备均能通过多个方向与网关通信，网络稳定性高；另外，其网络容量理论节点为65300个，足够满足家庭网络覆盖需求，即便是智能小区、智能楼宇等仍能全面覆盖；最后，Zigbee具备双向通讯的能力，不仅能发送命令到设备，同时设备也会把执行状态反馈回来，这对终端使用体验至关重要，尤其是安防设备，倘若你点击了关门，却不知道门是否真的已经锁上，将会带来多大的安全隐患；此外，Zigbee采用了极低功耗设计，可以全电池供电，理论上一节电池能使用10年以上，节能环保。
（3）蓝牙技术
大家对蓝牙技术的熟知，恐怕要属手机上的蓝牙功能了。其功耗以及成本都介于WiFi与Zigbee两者之间，但传输距离最短，属于一种点对点、短距离的通讯方式，因在移动设备或较短距离间传输，故蓝牙产品会提供一些较为私人化的使用体验，例如蓝牙耳机、蓝牙音箱、智能秤等，由于其传输距离较短，所以并不适合组建庞大的家庭网络。
综合考虑后，采用Zigbee技术进行局域网络的搭建。
GSM应用
GSM模块，是将GSM射频芯片、基带处理芯片、存储器、功放器件等集成在一块线路板上，具有独立的操作系统、是一部手机开发人员使用ARM或者单片机通过RS232串口与GSM模块通信，使用标准的AT命令来控制GSM模块实现各种无线通信功能。基于GSM模块产品的开发往往都是基于ARM平台，使用嵌入式系统进行开发。有些GSM模块具有“开放内置平台”功能，可以让客户将自己的程序嵌入到模块内的软件平台中。直接使用由正点原子开发的GSM模块。该模块以ATK-SIM900A为核心，可以直接通过串口与主控芯片进行交互[4]。GSM模块通过AT指令进行通讯，本系统主要用到AT发短信指令“AT+CMGF=1”、“AT+CMGS=“手机号””。
2 项目总结
2.1 社会价值评估
（1）该系统的开发代表了当下嵌入式设备的新趋势，我们不再从零开始，而是借鉴和整合现有的成果。随着社会生活的不断发展，人们对于智能化设备的要求也越来越高，开发的难度和复杂度也越来越大。模块式产品的出现，使嵌入式设开发人员不必纠结于每个底层的实现，而能够将精力集中于方案的设计和芯片的代码的编写，或直接整合现有的版块，开发出更复杂的产品。
（2）居家安全智能检测系统是物联网技术应用于大众生活的尝试。我们将不同的内容整合到一个系统中，实现集中管理，如电流，煤气，烟雾，进一步的电视，电脑，微波炉，门禁等。若能够获得相应的研发支持，可以在生活中产生良好的效益。
2.2 功能拓展
（1）加入网络的版块，实现当下移动应用的需要；
（2）可以加入门禁，警报等实现闭环居家控制功能；
（3）Zigbee节点的放置应参照应用系统环境，合理地安排布局。
3 结论
本论文提出的基于Zigbee的家居安全智能检测系统，通过物物相联实现即时将家里的情况快速自行处理，当发生意外时通过短信通知房主，实现了智能安全的监测和防护，为现代家居提供进一步的理论支撑与技术指导。
参考文献
[1]高守玮.ZigBee技术实践教程[M].北京航空航天大学，2009.250-300.
[2]李从华，江芸.有线通信技术与无线通信的优劣对比分析[J].信息技术应用研究：2012（5）
关键词：智能鸡蛋盒；RT5350；LD1117；Android；Socket；JSON
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2017）01-00-02
0 引 言
智能鸡蛋盒作为智能家居的一类产品，它解决了人们一直烦恼的忘记家里鸡蛋数量和忘记鸡蛋是否新鲜的问题。本论文实现了把鸡蛋数量和储存时间等数据传输到Android客户端，并记录的功能，用户可以随时查看鸡蛋盒里鸡蛋的数量并检查鸡蛋是否新鲜。
1 智能鸡蛋盒的设计
1.1 硬件电路的设计
在设计硬件方案时，需要考虑以下几个因素：
（1）该智能鸡蛋盒在低温封闭的环境中工作，所以芯片以及其它元器件必须具备能在低温环境下正常工作的能力；
（2）由于是在冰箱内工作，所以无线网络要有一定的无线穿透能力。
经过一系列调研后，发现RT5350这款自带无线功能的主控芯片能满足本项目的基本要求，而其他元器件如电阻、电容、LED灯也能在低温下正常工作。RT5350是Ralink公司在2010年左右推出的一款单芯片，其内部集成了基带处理器、射频、功率放大器以及一颗高性能的MIPS 24Kc CPU内核（最高主频为360 MHz），一个基于Ralink RT5350的五端口百兆以太网交换机[1]，所以仅需很少的元器件就可以实现低成本的2.4 GHz 802.11n无线产品。本文将RT5350作为主控芯片，采用距离传感器检测鸡蛋是否存在，不使用压力传感器的原因在于压力传感器的功能是检测压力大小，无法直接检测鸡蛋的有无，而距离传感器可以比较直接的检测出一定距离内是否有物体存在。
智能鸡蛋盒与手C客户端建立TCP/IP连接，通过距离传感器检测鸡蛋数量，同时将这些数据通过引脚口的高低电平传递给主控芯片，主控芯片经过简单处理后将这些信息通过TCP传输给手机客户端。总设计框图如图1所示。
1.2 Android客户端的设计
智能鸡蛋盒Android客户端整体的框架设计采用状态栏ActionBar、切换页面，使用ViewPager与Fragment进行界面显示，使用ListView和自定义的Adapter展示数据列表，采用popWindow组件显示鸡蛋盒里鸡蛋存放的时间[2]，选择在Android3.0之后出现的ActionBar来实现标题显示，为了能够让ActionBar的标题居中显示，我们采用自定义的ActionBar。
在底部栏的选项卡里，文字采用TextView，图片采用自定义的开源框架SVGView，原因在于传统的Bitmap（位图）通过在每个像素点上存储色彩信息来表达图像，而SVG是一个绘图标准。与Bitmap相比，SVG放大后不会失真，且Bitmap需要为不同的分辨率设计多套图标，而矢量图则不需要。
2 智能鸡蛋盒的实现
2.1 硬件电路的实现
本软件设计是在虚拟机上的UBUNTU系统上对OpenWrt系统进行裁剪，并通过编写程序来完成。首先要构建编译环境，然后下载并配置OpenWrt，完成基本的配置后，编译利用UBUNTU系统自带的VI编辑器编写驱动、程序以及MAKEFILE，最后对整个OpenWrt系统进行编译，编译完成后生成一个固件，利用串口调试助手SecureCRT和tftpd32软件将固件烧录到RT5350芯片上[3]。
2.2 硬件程序的编写
硬件程序的编写需先打开设备驱动节点并初始化，等待手机端连接，创建子进程发送心跳包并判断连接是否断开，实时监控接收到的指令并解析，实时监控鸡蛋数量变更并发送鸡蛋数量变更数据给手机端。程序整体框架图如图2所示。
开机后，稳压电路会对电源电压进行转换，把电源电压转换成适合RT5350芯片工作的3.3 V电压，之后RT5350芯片开始工作；OpenWrt系统启动后，立即启动Shell开机启动脚本，对本软件程序进行启动；驱动程序会建立一个设备节点并对硬件电路进行初始化，此时硬件电路各部分开始工作，程序启动时会打开字符设备驱动的节点，从而使程序能够对硬件进行操作，同时再对硬件所映射的寄存器进行初始化，使各硬件电路开始工作；初始化完成后，建立Socket，程序填充TCP/IP网络协议信息[4]，并开放特定端口等待手机端的连接；创建子进程发送心跳包并判断连接是否断开，子进程会不断向手机端发送心跳包；程序实时接收手机端发送过来的信息并对信息进行指令解析，再根据相应的指令采取相应的动作；程序通过I/O口对ST188光电传感器发送的信号进行采集，从而对鸡蛋盒上存放的鸡蛋数量进行监控，只要鸡蛋数量发生变化，程序会立即识别并将鸡蛋变更后的数量发送到手机端[5]。
2.3 Android客户端的实现
Android客户端的主要核心模块是和硬件通讯以及把硬件采集的数据显示到客户端。该模块主要技术包括Socket通讯、Service后台、BrodcastReceiver通讯、Thread线程以及Java语言的反射技术。目前暂时定位8个鸡蛋的原因是Socket通讯时，在硬件上的开发语言是C，而C的一个字符为8个字节，因此暂时定位发送一个通讯逻辑。根据需求分析，在与智能鸡蛋盒通讯时，我们需要采用Socket长连接通讯机制，Socket基于TCP/IP协议，为Client、Service（C/S）连接方式。智能鸡蛋盒硬件电路作为Server端，而App作为Client端， Client需要保持长连接，就需要通过发送心跳包来与Server保持长连接，并且Android系统的机制不能堵塞UI线程，无法在主线程操作网络访问，因此使用Service和Thread作为Socket通讯的线程，使用Timer定时器与Server端通讯发送心跳包。设备模块实现图如图3所示。
3 智能鸡蛋盒的测试
3.1 硬件电路的测试
系统测试设备见表1所列，硬件测试分为如下几步进行：
（1）检查该模块电路的焊接是否正确，用万用表针对每条线路与每个可疑的断线点进行逐一排查，看是否有短路和断路的地方。
（2）连接5 V电源，静态检查单片机RT5350芯片的电压是否为5 V，是否正常工作，并检查各元件是否有异常发热现象。检查距离传感器是否正常工作，灵敏性是否达标。
（3）使用数字万用表测量电源模块，将电源电压稳定在3.3 V左右。
（4）将编译好的OpenWrt固件烧录到RT5350核心板上，在确保程序正常后插上电源对鸡蛋盒进行功能检测，检测的内容主要有鸡蛋数量能否被正常检测，鸡蛋数量发生变化时能否及时将信号传递给手机端[6]。测试结果符合要求。
3.2 Android客户端的测试
使用 Android[7]手机进行测试，打开Android客户端，连接硬件，查看App显示的鸡蛋数量和储存时间是否与实际符合。所使用的手机为HM NOTE 2（红米 Note 2），Android系统版本为Android 4.4.4。测试结果符合要求。
4 结 语
智能鸡蛋盒硬件电路的主芯片选择了具有WiFi功能模块的RT5350芯片，在嵌入式Linux系统上进行软件编译，运用TCP/IP通讯技术实现主芯片和手机客户端的连接。智能鸡蛋盒Android客户端主要实现和硬件电路的通信，把硬件电路采集的鸡蛋库存及存放时间等参数传输到客户端，方便用户实时查看。
参考文献
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对于中国而言，人工智能的发展更是一个历史性的战略机遇，对于缓解未来人口老龄化压力、应对可持续发展挑战、以及促进经济结构转型升级至关重要。
那么目前，人工智能在中国的发展条件如何，中国距离成为真正的人工智能强国还有多远？7月13日，《中国人工智能发展报告2018》在清华大学主楼接待厅。
报 告中称，目前中国人工智能的发展已经具备非常优越的条件，然而要成为真正的人工智能强国，中国还任重道远。中国在论文总量和高被引论文数量上都排在世界第 一，但中国在人才总量，以及杰出人才占比偏低。在产业上，中国的人工智能企业数量排在全球第二，不过，中国人工智能领域的投融资占到了全球的60%，成为全球最“吸金”的国家。
报 告指出，中国必须加强基础研究，优化科研环境，培养和吸引顶尖的人才，在人工智能的新基础领域实现突破，保证人工智能发展的根基稳固。同时，要大力鼓励产 学研合作，让企业成为人工智能创新的主导力量。积极参与到人工智能全球治理机制的构建中，在人工智能未来的技术发展、风险防范、道理伦理规范制定等领域发 挥中国独特的作用。
这份报告由清华大学中国科技政策研究中心、清华公共管理学院政府文献中心、北京赛时科技有限公司、科睿唯安、中国信息通信研究院和北京字节跳动科技有限公司联合。
论文总量世界第一，杰出人才占比偏低
报告中称，在论文产出上，中国人工智能论文总量和高被引论文数量都是世界第一。中国在人工智能领域论文的全球占比从1997年4.26%增长至2017年的27.68%，遥遥领先其他国家。
高校是人工智能论文产出的绝对主力，在全球论文产出百强机构中，87家为高校。中国顶尖高校的人工智能论文产出在全球范围内都表现十分出众。
不仅如此，中国的高被引论文呈现出快速增长的趋势，并在2013年超过美国成为世界第一。
但在全球企业论文产出排行中，中国只有国家电网公司的排名进入全球20。
从学科分布看，计算机科学、工程和自动控制系统是人工智能论文分布最多的学科。国际合作对人工智能论文产出的影响十分明显，高水平论文中国通过国际合作而发表的占比高达42.64%。
专利申请上中国专利数量略微领先美国和日本。中国已经成为全球人工智能专利布局最多的国家，数量略微领先于美国和日本，三国占全球总体专利公开数量的74%。
全球专利申请主要集中在语音识别、图像识别、机器人、以及机器学习等细分方向。中国人工智能专利持有数量前30名的机构中，科研院所与大学和企业的表现相当，技术发明数量分别占比52%和48%。
企业中的主要专利权人表现差异巨大，但中国国家电网近五年的人工智能相关技术发展迅速，在国内布局专利技术量远高于其他专利权人，而且在全球企业排名中位列第四。
中国的专利技术领域集中在数据处理系统和数字信息传输等，其中图像处理分析的相关专利占总发明件数的16%。电力工程也已成为中国人工智能专利布局的重要领域。
虽然在论文总量和高被引用论文数量上中国排名领先，但在人才投入上，中国表现并不突出。
根据该报告，截至2017年，中国的人工智能人才拥有量达到18232人，占世界总量8.9%，仅次于美国（13.9%）。高校和科研机构是人工智能人才的主要载体，清华大学和中国科学院系统成为全球国际人工智能人才投入量最大的机构。
然而，按高H因子衡量的中国杰出人才只有977人，不及美国的五分之一，排名世界第六。企业人才投入量相对较少，高强度人才投入的企业集中在美国，中国仅有华为">华为一家企业进入全球前20。
中国人工智能人才集中在东部和中部，但个别西部城市如西安和成都也表现十分突出。国际人工智能人才集中在机器学习、数据挖掘和模式识别等领域，而中国的人工智能人才研究领域比较分散。
中国人工智能企业数量全球第二，但投融资规模最大
报告称，中国人工智能企业数量从2012年开始迅速增长，截至2018年6月，中国人工智能企业数量已达到1011家，位列世界第二，但与美国的差距还非常明显（2028家）。
中国人工智能企业高度集中在北京、上海和广东。在全球人工智能企业最多的20个城市中，北京以395家企业位列第一，上海、深圳和杭州也名列其中。中国人工智能企业应用技术分布主要集中在语音、视觉和自然语言处理这三个技术，而基础硬件的占比很小。
风险投资上，从2013到2018年第一季，中国人工智能领域的投融资占到全球的60%，成为全球最“吸金”的国家。但从投融资笔数来看，美国仍是人工智能领域创投最为活跃的国家。
在国内，北京的融资金额和融资笔数都遥遥领先其他地区，上海和广东的人工智能投资也很活跃。从2014年开始，国内人工智能投融资活动的早期投资的占比逐渐下降，投资活动日趋理性，但A轮融资还是占主导地位。
中 国人工智能市场增长迅速，计算机视觉市场规模最大。2017年中国人工智能市场规模达到237亿元，同比增长67%。计算机视觉、语音、自然语言处理的市 场规模分别占34.9%、24.8%、21%，而硬件和算法的市场规模合计不足20%。预计2018年中国人工智能市场增速将达到75%。
一、如何提高学生学习兴趣
在学生愿意主动来到课堂学习的前提下，吸引学生的学习兴趣更为重要。为了可以让学生兴趣盎然地参与到教学过程中来，教师在能讲述知识的前提下，还要能激发学生的学习动机，唤起学生的求知欲望。在这方面，教师可以结合实际应用，讲述一些射频集成电路在日常生活中的应用。比如，美国半导体产业协会（SIA）总裁兼执行长BrianToohey曾指出：“从物联网、智能汽车、智能家居等市场都可以看出，半导体普遍出现在每一种产品类型中，而且正变得无处不在。”仅仅在我们每天使用的智能手机中就包含RF收发器、功率放大器、天线开关模块、前端模块、双工器、滤波器及合成器等关键射频元件。而且有报告指出，2011年这些射频器件的市场规模为36亿美元，预计2011~2015年的年复合增长率为5.6%，到2016年主要的射频器件市场将达47亿美元。此外，目前应用比较广泛的WiFi及物联网都与射频集成电路有着密切的关系。这些切实应用由于与学生的生活以及将来的就业息息相关，因此，相关内容的讲述能够有效地激发学生的学习热情。
二、如何让学生成为课堂的主人
“以教师为中心”“以灌输为主要形式”的传统教学方式已经无法适应新时代的需求。如果教师仅根据教材对内容进行枯燥的讲解，无法抓住学生的注意力，学生很容易溜号，影响课堂教学质量。因此可以通过引进研究型教学模式、师生互动来活跃课堂气氛。所谓“研究型教学模式”即将教师由知识的传授者转变为学习的指导者，将学生由被动的学习转变为主动的学习。如何使学生成为课堂的主人，在教学实践中发现培养学生的问题意识是课堂教学的有效手段，教师可以通过创设开放的问题情景，引导学生进入主动探求知识的过程，使学生围绕某类主体调查搜索、加工、处理应用相关信息，回答或解决现实问题。比如，以射频技术在物联网中的应用为开放课题，学生通过查资料，分析整理，更深刻体会了射频技术在智能家居、交通物流、儿童防盗等方面的应用，使学生在学习过程中主动把“自我”融入到课程中，敢于承担责任，善于解决问题。
三、让学生走上讲台
学生是课堂的主人，因此，可以改变以往教师在讲台上讲、学生坐在下面听的传统教学模式。让学生走上讲台可以将传统的讲授方式转换为专题研讨的教学模式。教师可以提前布置专题内容，如射频器件模型、射频电路设计、射频技术发展、射频技术的应用及未来发展趋势等。有个专题内容作为核心，学生可以在老师的指导下通过检索资料，组织分析资料，最终走上讲台向老师和其他学生讲述相关的内容。通过几年的实践，发现这样可以增加学生学习的主动性和自觉性、同时也能使学生对相关的问题发表各自的观点，形成对问题各抒己见、取长补短的研讨学习方式，大大拓宽学生的知识面以及综合表述能力。
四、通过实践教学加深理解理论教学内容
理论教学是掌握一门技术的基础，但实践教学也是必不可少的。学生在掌握一定的基础理论的同时，须要通过设计实践来强化巩固。实践教学的引入，不仅能够加深学生对理论知识的深入理解，洞悉细节，提高学生的动手能力，还可以培养学生创新思维及科研能力。因此，教师可以通过设置几个开放的课程设计内容来让学生主动研究探索。在本课程的教学中，本人已经有计划地进行了实践教学活动，例如，在实践教学中，曾经给学生布置了“用于GPS的低噪放电路设计”的实践设计。在该设计过程中，学生须要深入理解多方面知识，比如明确GPS的频段、确定低噪放的电路结构，并有效评估电路性能等。为了课程设计的顺利进行，学生须要进行查阅分析资料、软件安装、软件学习、电路设计、课程论文撰写等几个环节的分析设计工作，并最终在实践中系统深刻地理解掌握课程的理论内容，为以后的工作及深造打下坚实的基础。
五、鼓励学生参与科研项目
《CMOS射频集成电路设计》已经属于高年级的本科课程，学生已经具备了数字、模拟、数模混合、射频集成电路设计方面的内容，完全可以参与到老师的项目中去，做到学以致用。同时，也鼓励学生对课程感兴趣的内容进行提炼成一个具体的科研观点，积极参加各种创新项目的申请。这将对培养学生的创新思想、科研能力有很大的帮助。以上是本人在几年的《CMOS射频集成电路设计》课程的教学实践中的一些体会。在教学过程中，我逐渐探索和完善教学方法，始终遵循教师是学习的指导者、学生是课堂的主体等几条原则，取得了较好的效果。
作者：李志远单位：黑龙江大学
关键词：物联网；综合实训平台；物联网集成；设计与开发
中图分类号：TP393；G642 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2013）08-0088-03
0 引 言
物联网已成为当前世界新一轮经济和科技发展的战略制高点之一[1]，在培养技术技能型物联网人才的过程中，物联网实训平台起着关键作用。目前，各厂家推出的设备主要有无线传感器网络实验箱、RFID实验箱等，为首批开设物联网专业的院校提供了实训平台，但也存在着一些问题急需解决：实验箱提供的实训项目多为验证性实验，无法满足基于真实项目的实训要求；硬件平台没有形成统一标准，在应用系统开发过程中，兼容性差；物联网应用领域呈现多样化，在智能软件开发过程中，存在大量的重复性工作等。
本文提炼出物联网应用系统中的共，将复杂的基于硬件的编程通过函数的形式提供给用户，设计开发物联网综合实训平台。在使用该平台进行系统开发时，用户只需借助某一高级语言（如C#），通过函数调用便可完成物联网应用系统的搭建，并按照一定的业务规则通过配置参数（如阈值设置、警告触发动作、数据展示方式等）来生成某一特定领域的智能应用系统。
1 平台需求分析
1.1 平台目标
大多数公司开发的物联网应用系统实训平台主要能够完成一些基础实验的验证，如跑马灯、串口通信、温湿度传感器实验等，最后通过一个综合项目，如智能家居的应用来训练学生的综合能力。这种实训平台偏向于底层开发的训练，需要学生对硬件开发有一定基础，具备一定的嵌入式开发能力，高职学生很难达到这一水平。
本实训平台的研制，使物联网应用系统综合集成平台屏蔽对硬件的开发，直接用高级语言来实现传感器节点间的通信，并通过封装，完成执行结构的控制函数，使学生在使用该平台时，只需根据项目功能要求，选择合适的传感器节点，通过系统参数的设置，就能拼装出满足需求的物联网应用系统。
1.2 平台用户
本实训平台主要针对职业院校的学生，以训练学生物联网应用系统的集成能力，使学生了解无线传感器网络、RFID等基本的知识，掌握C#等编程语言和数据库技术，具备物联网应用系统的分析与设计能力。
1.3 平台功能
本实训平台为高职学生了解和开发物联网应用系统提供了一个孵化平台，学生不必全部掌握复杂的基于硬件的编程，只需调用平台提供的函数便可完成物联网应用系统的搭建，根据实际项目的功能要求，按照一定的业务规则通过配置参数（如阈值设置、警告触发动作、数据展示方式等）来生成某一特定领域的智能应用系统。
2 物联网综合实训平台架构设计
物联网综合实训平台中将传感器采集的数据类型进行提炼，分成数字量输入和模拟量输入两大类型的数据；将执行机构进行提炼，分成数字量输出和模拟量输出两大类型。因此，整个综合实训平台分成三个部分：第一部分完成数据采集功能，第二部分完成数据处理与分析功能，第三部分完成执行机构智能控制功能。教师可根据某一领域的具体应用案例，设计智能应用系统功能，学生根据系统功能，选择合适的传感器、设计系统流程和业务规则、设置系统参数，通过模块化的编程实现智能化的控制，完成整个应用案例的模型搭建。物联网综合实训平台的功能框架如图1所示。
3 物联网综合实训平台设计与实现
3.1 协调器、传感器节点硬件设计与开发
协调器、传感器节点的基本硬件功能模块如图2所示，主要由处理单元、无线收发单元、传感单元和电源管理单元等几部分组成。传感单元主要由传感器、数/模转换模块等构成，主要用于获取信息，并将其转化成数字信号；处理单元是传感器节点的核心模块，主要负责协调和控制传感节点各部分的工作，各层的通信协议、数据融合等数据处理也是由处理单元来实现的；无线收发单元由无线射频电路和天线组成，主要负责收发数据和交换控制信息；电源管理单元是任何电子系统的必备基础模块，为传感器节点提供正常工作所需的能源。
3.1.1 处理单元
从处理器的角度来看，无线传感器网络节点可以分为两类[2]：一类采用以ARM处理器为代表的高端处理器，该类节点的能量消耗比较大，多数支持DVS（动态电压调节）或DFS（动态频率调节）等节能策略，其处理能力较强，适合于图像等高数据量业务的应用，一般采用高端处理器来作为网络汇聚节点或网关节点；另外一类是采用低端微控制器为代表的节点，常见的有采用8/16位的单片机，该类节点的处理能力相对较弱，但能量消耗功率很小，一般用作前端数据采集节点。在选择处理器时，应首先考虑系统对处理能力的需要，然后再考虑功耗问题。
无线传感器网络节点本质上是一个微型嵌入式系统，嵌入式微处理器与通用的微处理器最大的不同点就是嵌入式微处理器多数工作在用户自己设计的系统中，嵌入式系统设计的差异性较大，因此选择是多样化的[3]。微处理器的选型应综合考虑系统的性能、功耗、价格、开发工具的配备等因素，然后决定使用哪一种比较合适的处理器。
本文中选择的CC2530包含一个高性能2.4GHzDSSS（直接序列扩频）射频收发器核心和一颗增强型工业标准的8位8051微控制器内核（运行时钟为32 MHz）。它具有64/128/256KB可编程闪存和SKB的RAM，还包含模/数转换器（ADC）、定时器（Timer）、AES128协同处理器、看门狗定时器（WatchDog Timer）、32 kHz晶振的休眠模式定时器、上电复位电路（Power on Reset）、掉电检测电路（Brown out Detection）以及21个可编程I/O引脚。CC2530增强型8051内核使用标准8051指令集，具有8倍于标准8051内核的性能。
3.1.2 无线收发单元
无线传感器网络应用的无线通信技术通常包括IEEE802.11b、IEEE802.15.4（ZigBee）、Bluetooth、UWB、RFID和IrDA等，还有很多芯片双方通信的协议由用户自己定义，这些芯片一般工作在ISM免费频段。
CC2530是IEEE802.15.4、ZigBee和RF4CE应用的一个真正的片上系统（SoC）解决方案，它结合了领先的RF收发器的优良性能，可确保短距离通信的有效性和可靠性。CC2530只需极少的元器件，电路包括晶振时钟电路、射频输入/输出匹配电路和微控制器接口电路三部分。芯片本振信号既可由外部有源晶体提供，也可由内部电路提供，由内部电路提供时需外加晶体振荡器和两个负载电容，电容的大小取决于晶体频率及输入容抗等参数。射频I/O匹配电路主要用来匹配芯片的输入输出阻抗，使其输入输出阻抗为50 Ω，同时为芯片内部的PA及LNA提供直流偏置。
3.1.3 传感单元
传感器节点的主要功能是信息采集，它既可以采集模拟量，又可以采集数字量。本论文中主要包含温度、湿度、光照等传感器节点，对周围的环境进行监测。
3.1.4 电池管理单元
电池的种类很多，无线传感器网络节点的电池一般不易更换，所以选择电池非常重要。在设计本论文中的节点电源时，我们选择了可充电的锂聚合物电池作为电源，市场可购买到便宜的锂聚合物电池，但这只是电池裸片，必须在电池两端加上保护电路，严格避免锂聚合物电池使用过程中出现过充、过放现象，否则会严重损害电池性能。
3.2 四类传感器节点的软件控制程序设计
四类传感器节点（数字量输入、模拟量输入、数字量输出、模拟量输出）的软件控制程序设计主要分三个部分：第一部分为串口通信编程，包括选择串口名称、设置通信速率、打开串口、串口数据发送和接收、关闭串口等功能；第二部分为协调器发送数据编程，通过ZigBee协议，完成协调器向各节点进行数据传输的功能；第三部分为节点数据返回编程，各节点将执行控制命令的结果通过ZigBee协议返回给协调器。
3.3 外接控制机构的设计与开发
外接控制机构主要是综合实训平台中智能化控制部分，将传感器采集的数据与数据库中的标准值进行比较，根据预先设置的阈值做出执行判断，输出结果主要分数字量输出和模拟量输出两种类型。这样，用户就可以根据实际案例中的应用情况，外接相关的操作设备便可完成智能化的控制。如在智能家居系统中，根据外界光线的强弱来控制是否开启照明设备，通过外接控制结构中的数字量输出模块与LED灯相连接，即可实现该效果。
3.4 综合平台的集成
在数据集成部分，主要通过SQL Server数据库技术，根据不同类型的传感器节点设计不同的数据表，将采集的数据进行存储，通过SQL查询语句的编写完成数据查询、分析，实现综合实训平台的实时数据查询、历史记录查询、智能化趋势预测等功能，为集成平台提供便捷的数据接口。
在系统软件集成部分，主要是将传感器节点采集的数据与数据库中的标准值进行比较，根据不同的结果来控制相应的外接控制机构，实现应用系统的智能化功能。
4 结 语
基于本实训平台，可以设计各类物联网应用系统的集成项目。例如，在设计智能家居系统时，只需根据项目需求，在模拟量输入节点上接入温湿度、光照度等传感器，设置温度、湿度、光照度的阈值，并选择相应的执行操作，便能搭建简单的智能控制系统，图3所示便是这个智能控制系统的系统界面图。。
参 考 文 献
[1]李建中，李金宝，石胜飞.传感器网络及其数据管理的概念、问题与进展[J].软件学报，2003，14（10）：1717-1727.
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[3]江贺，务志坤，张宪超.一种容错的无线传感器网络聚类路由协议[J].小型微型计算机系统，2007，8（8） ：1362-1366.
关键词：物联网；智能电网；LED路灯；节能控制
中图分类号：TP399 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2013）08-0070-03
0 引 言
物联网最先起源于1999年麻省理工学院（MIT）自动识别中心提出的网络无线射频识别（RFID）系统[1-2]。2005年ITU在突尼斯举行的信息社会世界峰会上正式提出了物联网的概念，并了《ITU互联网报告2005：物联网 》。ITU报告中指出将任何时间、任何地点、连接任何人，扩展到连接任何物品，万物的连接就形成了物联网[3]。
物联网被提出之后引起了广泛地关注，研究人员对其做了大量研究。从技术角度来看，文献[4]针对物联网海量数据问题，提出了一种面向物联网传感器采样数据管理的数据库集群系统构架IoT-ClusterDB，为物联网数据存储与查询处理提供了一种可行的解决方案[4]。文献[5]研究物联网的安全与隐私问题，利用可信计算技术和双线性对的签密方法提出了一个物联网安全传输模型，满足了物联网的ONS查询及物品信息传输两个环节的安全需求[5]。从应用角度来看，文献[6]将物联网技术应用于购物引导系统，大大提高了工作效率，为了顾客节省等待时间[6]。文献[7]将物联网技术应用于电动汽车智能充换电服务网络当中，实现了电动汽车电池高效有序的管理[7]。文献[8]提出基于物联网的远程智能家居控制系统，将家居中的电器产品连入网络，真正实现了智能化[8]。文献[9]针对多车道复杂车辆行驶状况，借助物联网解决方案提出利用改进边缘势场函数来描述车辆行驶中动态产生威胁关系的方法[9]。
随着计算机技术和通信技术的发展，路灯系统的功能越来越完善，智能化程度越来越高。而路灯系统所使用的传感器如光强度传感器、微波车辆检测传感器，不需要在所有的路灯上都安装或者不需要安装在路灯上。路灯节点与在其周围分布的传感器相互通信，构成一个无线传感网络，适合用物联网方案来解决。
1 物联网路灯体系构架
物联网路灯系统分为四层：感知识别层、网络构建层、管理服务层和综合应用层[10]。在物联网路灯系统中，路灯节点（包括其中的各种检测、报警装置）、光传感器、微波车辆检测器、摄像头构成了传感层。ZigBee无线传感网络、GPRS网络、Internet构成了网络层。管理服务层包括数据中心、控制中心服务器、智能手机、平板电脑等。综合应用层包括智能电网、智能交通网络、智能路灯。
在感知识别层中，光传感器用于检测光照强度，对路灯进行光控。由于相邻路灯的光照强度基本相同，不需要每盏路灯都安装光传感器，系统中将路灯覆盖区域进行分区，每区中安装一个光传感器即可。凌晨时车辆很少，系统用微博车辆检测器检测车辆的出现，然后适时开启路灯。路灯上的摄像头采集道路交通信息，为智能交通提供数据支持。
网络构建层主要利用ZigBee、GPRS接入Internet。ZigBee终端节点和路由器将信息发送给协调器，协调器通过RS232与GPRS模块连接，GPRS通过网络将信息上传给服务器。
管理服务层包括服务器、手机、平板电脑，通过这些设备对数据进行处理，将大规模数据高效可靠地组织起来，为上层应用提供支持平台。
在综合应用层中，物联网路灯系统与智能电网进行交互，按照智能电网能耗要求进行亮度调节；同时系统将传感器和摄像头采集到的信息传递给交通管理系统，对数据处理后用于交通管理。图1为物联网路灯系统的构架图。
2 物联网路灯控制策略
凌晨车辆较少时，路灯系统不需要像傍晚车流量大时全功率开启工作，无车时可以以最低亮度进行照明；而当车辆出现时，由于车辆很少，也可以以低于标准的亮度进行照明以节约能源。本文综合考虑照明亮度和智能电网的节能要求，提出了物联网路灯系统的照明策略。
2.1 系统工作流程及相关参数计算
（1）确定节能要求
系统首先由智能电网根据城市节能要求提出路灯系统期望能耗要求W，然后根据城市历史车流量情况确定时刻t。在t之前车辆较多，路灯常亮；在t时刻之后车辆较少，路灯智能调节亮度。最后根据道路照明要求确定路灯常亮时的亮度A，并通过转换系数计算出能耗aA。
（2）智能调节时期期望能耗计算
t时刻之前路灯亮度不变，能耗也不变，路灯节能主要是在智能调节时期。定义W1为智能调节期间期望总能耗，定义T（n1，n2）为n1～n2时刻之间的时间长度。
（3）单车期望能耗计算
定义P为单车期望能耗，N为智能调节期间历史平均车流量，Ni为第前n天智能调节时期总车辆数目。根据智能调节时期期望总能耗W1和车辆历史数据，可以确定智能调节期间每辆车经过时期望的能耗。
（4）单车动态能耗计算
每天智能调节时期经过的车辆一般与历史平均数据不同，若车辆经过时以单车期望能耗对应的亮度照明，最终无法达到智能电网的能耗要求，所以要动态地调节路灯亮度。调节思想是，若当天智能调节时期车辆较多，路灯亮度就低一点（不能低于下限）；若车辆较少，路灯亮度就高一点，用第n辆车出现的早晚来预测当天车流量的大小。定义Q1为路灯亮度下限所对应的能耗，即出于安全考虑，路灯亮度不能低于Q1所对应的亮度。定义Q为单车动态能耗，Δ为波动调节参数，tn为第n辆车出现的时刻。用当天的T（t， tn）与历史平均数据TN （t，tn）比较，预测当天车流量情况。若当天车辆较多超出了历史数据，则超出的车辆以Q1对应的亮度进行照明。定义n{TN（t，tn）}为TN（t，tn）所对应n的值。
车辆数目不超过历史数值
车辆数目超过历史数值
2.2 能耗曲线
对于通过PWM方式调光的LED光源，其能耗正比于亮度，假设比例系数为a，智能电网对路灯系统能耗的要求为W，路灯从傍晚18点钟点亮，一直持续到第二天早晨6点。18点到t点由于车辆较多，路灯以标准亮度A持续照明，t点到6点车辆很少路灯采取动态照明。当W、A、t确定后，t到6点时间段内的能耗也可确定。无车时路灯以αA的亮度照明（α为无车状态亮度下限系数，0≤α
3 实验与仿真
为测量物联网路灯系统实际能耗与期望能耗之间的误差，本文对这一系统进行了仿真测试。N=30，并且由于在智能控制期间车辆出现的时刻完全是随机的，认为30天的平均数据汽车是等时间间隔出现的，则汽车出现的时刻为0.2，0.4，0.6，…，6。
每组实验需要产生2次随机数，第一次产生随机数n，表示当天智能控制期间出现的车辆数，25
4 结 语
本文提出的应用于智能电网的物联网路灯系统能够根据车流量和智能电网能耗要求智能地调节路灯亮度，实验仿真显示系统的累计误差较小，能够符合实际的工程要求。论文提出的单车动态能耗计算公式中参数Δ取值分别为5%、10%、15%，后续的研究中可以尝试对Δ进行动态取值，以求达到更好的调光和节能效果。仿真实验当中，认为30天平均历史数据中汽车是等时间间隔出现，可能会与实际情况有所差别，接下来的实验中可以对平均历史数据汽车出现时刻进行随机模拟，以更好地贴近实际情况。
参 考 文 献
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