智能家居设计论文【精选4篇】

在学习和工作的日常里，大家都经常接触到论文吧，论文的类型很多，包括学年论文、毕业论文、学位论文、科技论文、成果论文等。你知道论文怎样写才规范吗？下面是小编精心为大家整理的智能家居设计论文【精选4篇】，您的肯定与分享是对小编最大的鼓励。

智能家居设计论文 篇1

论文关键词：ZigBee，智能家居系统，远程监控，GPRS

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1 引言

智能家居网络系统是将家庭中各种与信息有关的通讯设备、家用电器、家用保安装置等设备通过家庭总线技术联网，进行有效控制和信息交换，同时将家庭网络与互联网相连，利用远程监控系统，实现对家居的远程控制。目前应用于智能家居系统的无线连接技术有红外方式的IrDA，无线局域网方式的IEEE802.11系列，家庭射频技术的HomeRF，蓝牙技术的IEEE802.15.1，ZigBee技术的IEEE802.15.4，由802.15.3a标准制定的UWB技术等。家庭中墙壁等障碍物会阻碍电磁波的传输，导致红外，无线局域网传输方式网络性能下降；HomeRF技术标准与802.11b不兼容并占据与802.11b和Bluetooth相同的2.4GHz频率段，在应用范围上有很大局限性；蓝牙和UWB技术传输距离短不可能大规模应用于家居控制网络中；ZigBee作为一种新兴的短距离无线通信技术，其低成本，低功耗，低速率等特性很适合应用于智能家居网络系统中。

2 ZigBee技术应用于智能家居现状分析

ZigBee是一种新兴的基于IEEE 802.15.4标准的近距离、低成本、低功耗、低速率无线通信技术。它主要工作在无须注册的2．4GISM频段，传输范围在10～75m远程监控，典型距离为30m。ZigBee联盟成立于2002年8月，由英国Invensys公司、日本三菱电气公司、美国摩托罗拉公司及荷兰飞利浦半导体公司组成，如今已吸引了上百家芯片公司、无线设备公司和开发商的加入。ZigBee联盟负责制定网络层及以上层协议。[1]

国际上对智能家居网络的研究起源于20世纪70年代，主要集中在发达国家，如美国、日本以及欧洲的德国、英国和法国等。我国对智能家居的研究比较晚，从智能家居开始兴起到现在也才经历了六七年的时间。

当前市场上有已经成型的基于ZigBee的智能家居产品，如采用ZigBee无线通信技术先驱者的美国智慧宅智能家居-control4、支持多种通讯协议的中讯威易智能家居、全球首款ZigBee智能家居系统生产商波创科技等。他们的产品主要是利用ZigBee无线传输技术实现。

3 ZigBee应用于智能家居系统网络架构

考虑到家庭网络中设备比较多，需要可以容纳很多节点的网络，ZigBee网络的大容量特性可以满足；而且家中电器设备等不需要很快的速度而且要求成本低，ZigBee低功耗和低成本的特性可以满足这种需求；家庭安全性方面非常重要，ZigBee网络提供的三级安全模式很好的做到了这一点论文服务。基于以上特点，ZigBee技术非常适合应用于智能家居系统中。

按数据传递的范围，智能家居系统可划分为外网，网关和内网三个部分。网关负责不同网络间数据的传输，而外网一般是远程控制家居电器设备的网络，大体分为三种模式，分别是通过Internet网络访问控制，通过手机终端访问控制和通过电话线远程访问控制。内网一般使用有线或无线网络，但由于有线布线的不方便，现在一般家庭内网都使用无线 www. 接入方式。智能家居整个系统结构图如下：

图一：智能家居系统结构图

从左到右依次为外网，网关和内网。

3.1 外网远程控制系统

智能家居远程控制系统主要有三种方式，如上所述，分别是Internet网络访问控制，手机终端访问控制和电话线远程访问控制。目前市场上主要是以手机和Internet控制为主，随着手机逐渐代替了家用电话，使用电话线远程访问逐渐被其他两种方式所取代。

3.1.1 手机远程网络控制

手机远程网络控制使用GSM，GPRS以及UMTS(3G)三种协议类型，GPRS是2G向3G过渡的中间产品即2.5G，有可能被发展迅速的3G所取代，但目前GPRS网络手机用户还是占大多数，取代的过程必定会很长，而GSM网络属于第二代(2G)移动电话系统，因此现阶段通过手机远程控制可以选择GPRS和UMTS两种协议类型。

3.1.2 Internet远程网络控制

Internet网络远程控制使用有线和无线两种控制方式，有线方式有光纤通信，双绞线通信等，在家居系统中要考虑成本的问题远程监控，一般都倾向双绞线通信，无线方式有无线局域网(WLAN),WiFi等，目前使用WiFi无线通信偏多[4], 由于WiFi技术的不受布线约束等的优势，因此很适合智能家居系统的需求，它使智能家居系统的内网与Internet连接更便捷。[3]

3.2 家庭网关控制系统

家庭网关主要负责外网与内网的通信，网关提供多种不同接口，如对内网的无线接口，对外网的模块接口等，主要有RS232,RS485，UART等多种接口形式。家庭网关通过这些接口可以很好的和内网、外网进行通信，从而为外网的远程控制家中电器提供了一个很好的平台。

3.3 ZigBee家庭内网控制系统

ZigBee网络有三种拓扑结构，星型网络，网状网络和树型网络，星型网络适合小规模，低复杂度的家居应用系统，网状网络有很高的适应性和容错率，但是比较复杂，树型网络特点在星型网络和网状网络之间，家居网络一般使用星型拓扑结构比较多。

家居电器等终端设备通过相应的传感器设备与主机系统进行通信，比如说烟雾传感器，若感测到得烟雾浓度超过了设定的上限，也就是有火灾，则会将信息发送到控制主机，告诉主机烟雾超标，主机系统则将相应的信息发送到相应的ZigBee模块终端，再由该终端执行相应的操作。

若有的家居设备不能通过传感器的感测来操作，如窗帘的开关，那就将该设备与能通过传感器感测来操作的设备绑定，比如说窗帘和灯光传感器，窗帘没有相应的传感器，而灯光可以通过感知光线的强度来决定是变暗还是关闭，此时将窗帘和灯光传感器绑定，灯光暗则关窗帘，灯光强则打开窗帘。窗帘由于没有相应的传感器，可以通过智能开关和灯光传感器通信。

ZigBee网络中有两种节点远程监控，全功能节点(FFD)和精简功能节点(RFD)，FFD相当于网络的中心协调器，可以与任何终端节点或相邻FFD节点进行通信，但RFD只能与FFD通信，终端节点间不能通信。

4 智能家居控制系统

基于以上对智能家居系统结构的分析，现提出如下智能家居系统控制图：

图二：智能家居系统控制图

该系统控制图主要结合目前使用最多的两种方式，手机和电脑远程控制方式。系统提供与小区物业管理系统的接口，可以使整个系统的管理，控制更加方便，便捷，远程使用手机和电脑终端监控家居设备的使用情况及控制设备的使用，如窗帘的开关，灯的变暗、亮等。室内使用智能遥控器控制家用设备的布防撤防等工作。如通过遥控器拉开窗帘的同时使灯变暗或关闭，遥控器发送打开窗帘的命令，通过智能家居系统的处理，并通过ZigBee协调器转换成家电设备可以识别的协议类型数据，经过ZigBee无线网络通知家电设备执行相应的操作。

硬件平台主要是控制器，是实现家庭监控的主要控制中心，例如以ARM9(S3C2440)芯片为主要平台，硬件图如下：

图三：智能家居硬件示例图

ZigBee模块选CC2480作为网络的协调器，由于其低功耗，低成本等特性完全满足家庭无线网络低功耗的要求。GPRS模块由主机模块，SIM卡接口，音频和射频电路构成，采用SIM300芯片实现。通过AT命令完成对该模块的操作，实现短消息的收发。S3C2440借助TTL接口与CC2480芯片通信，借助UART接口与SIM300芯片通信论文服务。SIM300通过GPRS网络与手机进行双向短信收发。S3C2440芯片通过RS485接口与小区网络相连，通过以太网与PC相连。控制器有以太网接口，配合控制器上的Web程序，用户可通过Internet实现家庭住宅监控。

该控制器的设计提供了多种接口的接入，使家居更具智能化，同时通过手机收发短信进行通信，即方便又实用。

5 ZigBee在智能家居中的应用前景

智能家居的应用领域主要包括：家庭安防系统、自动空调系统的自动温控、照明和窗帘之类的远程控制等。到目前为止，ZigBee还存在着一些问题阻碍着它的推广，首先是ZigBee 芯片的价格还比较高，其次是在功耗方面，市场上ZigBee 模块使用电池供电远未达到协议中设计的理想年限。但是，ZigBee 技术有效地解决了蓝牙技术的高成本和高能耗缺点，这使得它在智能家居系统中的应用前景无疑将非常广泛。正如一家市场调研机构ABI Reserch对ZigBee技术持有非常乐观的态度的一样。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%远程监控，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。

6 结束语

随着社会的快速发展，人们生活水平不断的提高，以后家庭朝着智能化的趋势将势不可挡，相信随着无线通信技术标准化和家庭网络国际标准的统一，智能家居产品必将走进千家万户。本文主要通过分析智能家居的系统组成，提出了基于ARM9芯片的控制器，可以实现多种模块的接入，使家居更具智能化，同时通过手机收发短信进行通信，即方便又实用。

相信在不远的将来，因为这种技术的强应用性，会有越来越多由ZigBee技术延伸的设备投入应用，必将极大的改善我们的生活。

导师简介：黄晓霞副教授 计算机网络，嵌入式

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智能家居设计论文 篇2

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。

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智能家居设计论文 篇3

关键词：智能家居；物联网；课程设计；项目化教学

0引言

智能家居（SmartHome）以住宅为平台，利用计算机技术、综合布线技术、网络通信技术、自动控制技术、音视频技术等将家居生活有关的各子系统结合在一起，统筹管理，让家居生活更具安全性、便利性、舒适性。智能家居在中国的发展历经四个阶段，分别为萌芽期、开创期、徘徊期、融合演变期[1]。物联网已写进国家“十三五”规划，将助力物联网的典型应用智能家居快速发展，物联网智能家居的爆发期已经来临。

1课程开发

为了体现校企合作，工学结合的办学特色，我院通过对物联网企业及相关企业的调研，得出其主要岗位群、典型工作任务和核心能力要素，具体见表1所列。课程建设坚持以职业核心岗位能力要素为目标，构建体现工学结合的物联网应用技术专业课程体系，根据职业岗位人才需求，强化专业技能的培养，依托国企办学优势，形成颇具特色的“教培融合”人才培养模式。实施“生产过程与教学过程对接，真实应用驱动教学”的教学模式。以职业综合能力培养为主线，设计教学过程，突出实践教学。物联网通常包括智能家居、智能交通、智能农业、智能医疗、智能电网等，我院依托国企办学优势，形成了颇具特色的“教培融合”人才培养模式，其中“物联网智能家居系统设计与实现”是课程体系中颇具行业背景的一门课程。

2课程设计

2.1学习情境设计

（1）体现“项目引导、任务驱动”的教学特点。从实际应用出发，从工作过程出发，从项目出发，以智能家居系统的构建及管理为主线，采用“项目引导、任务驱动”的方式，围绕“提出问题→分析问题→解决问题→拓展提高”展开。在教学设计上改变传统以知识点递进为体系的模式，以岗位工作过程为参照，将工作过程标准化，依据工作过程来组织和讲解知识，培养学生的职业技能和职业素养[2]。（2）体现“教、学、做”合一的教学思想。以学到实用技能、提高职业能力为出发点，以“做”为中心，教和学都围绕着做，在学中做，在做中学，从而完成知识学习、技能训练和提高职业素养的教学目标。（3）设计采用项目、任务形式。以智能家居系统作为学习情境，设立若干项目，每一个项目包含若干任务。由简单到复杂安排教学内容，由易到难、循序渐进。学生能够通过项目学习，完成相关知识的学习和技能训练。智能家居课程学习情境设计[3-5]见表2所列。

2.2教学设计

教学设计按照情境导入、项目分析、制定方案、实施项目、项目小结五个教学环节进行。以智能家居系统中的灯控为例进行的教学设计如图1所示，各院校对项目的选取可根据相关的实训设备以及师资情况来决定。

2.3教学方法

智能家居课程是一门理论联系实际的课程，在教学过程中以实践操作为主，理论够用即可，考虑到很多学生对于物联网智能家居应用方面了解较少，教学过程按如下几方面进行：（1）实际项目参观体验，在课程教学过程中可联系相关企业组织参观，或者到相关实训样板间参观体验；（2）项目分析、参观体验后，在课堂上由教师带领学生共同分析项目涉及的知识要点，并对相关知识要点进行讲解；（3）实践操作，学生分组根据教师对项目知识要点的分析讲解进行实践操作，学生在实践操作过程中，教师要进行现场指导；（4）项目评价，学生分组完成项目任务后，各小组之间进行相互检测与评价，取长补短，共同学习；（5）拓展学习，每次项目任务完成后，教师都会布置进行拓展学习，物联网是一门新兴学科，仅课堂上的学习是不够的，要鼓励学生利用网络等渠道进行自主学习。

2.4教学评价

强化实训教学效果的科学考核将重点放在考核“学生是否学得好而非教得好”上。采用知识和技能双重考核，技能考核比例应高于知识，同时技能考核应根据应职岗位技能要求，确定其相应的主要技能考核项目。“物联网智能家居系统设计与实现”采取过程性考核与终结性考核相结合的方式。

3教学效果及不足

3.1教学成效

提高学习兴趣，变被动学习为主动学习。学生不再需要死记硬背理论知识，项目涉及的理论知识由教师与学生共同分析得来，学生在不断的实践中理解相应的知识点，学习兴趣大大提高，能够积极主动地进行学习实践。团队合作精神增加，提高了职业素养。智能家居课程在教学过程中分组进行，每组成员分工合作才能更好地完成任务，同时还与其他组形成竞争，即有竞争也有合作，提前在校完成职业素养的培养，为学生进入工作岗位快速适应工作打下坚实基础。

3.2存在的不足

本课程采用项目化教学，对于实训设备及场地都有一定要求，今后应加强物联网实训室建设，增强与相关企业的合作建设。分组教学可以提高学生相互协作的能力，但也不排除组内有一部分同学依赖性较强，因此在分组教学过程中应加强引导与监督，并制定相应的奖惩机制。项目化教学对于指导教师的要求也较高，教师要有能力进行现场指导。该课程涉及的知识点广泛，因此提升师资培养也是当前的首要任务之一。高职智能家居方面的教材目前比较缺乏，适合项目化教学的教材就更少，很多院校多以自编教材为主，因此编写适合高职院校智能家居课程的项目化教材迫在眉睫，目前关于智能家居还没有形成统一的标准，尚在不断完善中，相关教材也要实时关注标准，不断改进与完善。

4结语

物联网在“十三五”期间发展成为国家战略，进入跨界融合、集成创新和规模化发展的新阶段，智能家居行业应用是物联网技术应用的一个重要组成部分，当前，国家对物联网的大力推动以及智能家居行业市场自身的巨大需求，使得智能家居行业的快速发展时代已经来临。

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智能家居设计论文 篇4

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基于Cortex—M3的智能家居监控系统的设计

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