智能家居系统总体设计方案
一. 引言
智能家居以家居住宅为平台，综合传感器网络、信息计算融合、自动控制等技术，将与家
庭生活有关的各种应用元素有机地结合在一起，通过综合管理，让家庭生活更舒适、安全、有效、便利和环保。
本文从项目需求和系统功能出发，对智能家居系统进行了分析设计。介绍了系统的总体结
构、工作流程，并对系统进行了功能分拆，进而介绍了各功能子系统的基本设计情况。
本系统以建筑结构复杂的独体别墅为设计目标，可广泛应用于普通家居住宅环境。
二.需求分析
2.1概述
随着社会经济的发展，科技水平及信息化程度的不断提高以及对生活品质的不断追求，人
们对家庭生活方式的革新要求日益强烈。
智能家居系统的应用对家庭生活方式的带来深远影响，
它能提供舒适安全、环保节能、具有高度人性化的生活空间；提供智能化的家居设备控制方式；
提供全方位的信息交换功能；优化人们的生活方式，帮助人们有效地安排时间；增强家庭生活
的安全性。
家居环境的建筑设计和装修装饰千差万别，不影响建筑格局的前提下，人们要求智能家庭系统安装简单方便，易于维护，可靠性高。智能家居其功能需求主要体现在完善的安全保障、舒适的居住环境和便利的生活条件及方便的安装操作上。智能家居利用传感器网络技术，结合互联网及移动通信网络，根据需求通过自组织形式将
家庭内部的各种设备组成网络，实现人与家居的和谐融合。其基本功能包括安全防范、环境自
动控制、家电控制、视频监控、讯息交互服务等。
安全防范功能可以实时监控非法侵入、浸水、火灾、燃气泄露、紧急呼救等事件的发生。
根据光强、温湿度等环境条件的变化，智能家居系统可以对诸如空调、照明电器等的控制从而
实现家居环境的自动控制。利用视频图像监控功能，业主可以实时查看家庭现场情况。通过与
电信运营商合作，通过方便快捷方式实现用户与家庭的讯息互动。
2.2 系统功能需求
⑴实现安全防范功能，对非法侵入、浸水、火灾、燃气泄露等紧急情况实现报警；
⑵对光强、温湿度等家居环境条件进行检测；
⑶对家庭现场情况进行图像采集并进行计算处理；
⑷各检测、传输设备采用无线方式组成网络进行信息传输；
⑸通过互联网或移动通信网络将检测信息及图片传送至用户；
⑹具有数据本地存储功能，设防、撤防功能；
⑺美观隐蔽、操作简便、易于安装维护。
三.系统总体设计方案
系统由检测设备、传输设备、网关设备组成，检测设备、传输设备和网关设备组成簇树结构的无线传感器网络。系统整体结构如下图所示
3.1 检测设备
检测设备包括温湿度、光强、烟雾、燃气、红外、浸水等传感器检测节点，用以实现安防
及环境条件的。检测设备以房间为单位组成星形网络，根据实际房间需要决定网络节点数量。组成网络图如下图所示
3.2 传输设备
传输设备包括中继节点、路由节点和接收节点（SINK）。中继节点负责以房间为单位的星形网络的建立及维护，将其收来的其下各节点上报的数据转发至路由节点，同时将来自路由节点的配
置及控制信息转发至每一个节点。该设备主要目的是对无线信号的中继传输，以保证系统的可靠运行。根据现场实际情况，节点可充当中继器。路由节点负责以楼层为单位的簇树网络的建立及维护，同时承担楼层之间多跳簇树网络的路由功能，以实现数据由节点通过无线网络转发至接收节点。接收节点是网关设备中的一个重要组成部分，做为整个系统的协调设备，负责整个网络的建立和维护。其功能是实时、可靠的接收来自系统中各节点的发送的无线数据，同时根据需要对节点发送网关设备的查询控制数据。中继节点与路由节点组成的多跳簇树网络如下图所示。
3.3 网关设备
网关设备连接着多个的相互独立的网络，作为智能家居系统的重要组成部分，管理整个无线监测网络完整的路由表，接收来自传感器网络节点的数据，并对数据进行校正、融合等处理，然后通过操作终端、GPRS或以太网等传送给业主；同时对于业主所发的指令给予相应的处理及实现一定的自动控制功能等。网关实现图像的采集处理，并有显示、输入及数据本地保存等功能。网关设备在系统中位置如下图所示。
四系统工作流程
家庭中根据需要布设一定规模的检测设备和传输设备，检测设
备与传输设备组成无线网络。当有非法侵入、浸水、火灾、燃气泄
露等紧急情况发生时，检测设备将检测结果通过传输设备发送给网
关设备，网关设备对检测结果进行处理后发送短信至业主。业主接到短信后可发短信至网关设备，控制网关的报警短信发送和摄像头图像的采集。业主需要传输现场情况图片时，网关设备将抓拍图片发送彩信至业主。业主可发送短信至网关设备查询检测设备的工作情况和检测信息。系统的数据流程如下图所示。
1：检测设备检测紧急情况的发生；
2：检测设备将检测结果发送至传输设备；
3：传输设备将检测结果发送至网关设备；
4：网关设备对检测结果进行处理；
5、6：网关设备、短信中心将检测结果发送至业主；
7、8：业主发送短信通过短信中心至网关设备；
9：网关设备对短息内容进行处理，根据业主需要对检测设备和摄像头进行操作；
10、11：业主需要现场图片，网关设备将抓拍图片通过短信中心发送至业主；
12：业主需要对检测设备进行控制，控制指令通过传输设备发送至检测设备；
13：业主短信操作，如继续获知家居信息，重复7～12流程；
14：根据业主指令，检测设备停止报警或继续检测报警，如继续，重复1～13流程。
五系统总体设计指标
1. 实现检测信息种类：非法侵入、浸水、火灾、燃气泄露、光强、温湿度、图像采集；
2. 系统工作温度范围：-10~60℃；
3. 安全防范检测节点检测事件成功率100％；误报率<1％；
4. 无线频段：433MHz频段；
