随着21世纪信息化时代的到来,社会信息化和家居智能化也呈现出了蓬勃发展的趋势,慢慢的变多的家庭开始追求高质量、高科技舒适安全的家居生活,充分享受由信息时代带来的生活上的便利。

  作为智能家居系统的子系统智能门窗,是在传统住宅的基础上,综合利用传感器技术、计算机技术、现代通讯技术和自动控制技术等,实现了门窗各种信息的采集、传输、处理和控制。安全舒适的家居环境是实现家居智能化的基础和前提,而门窗作为家庭与外界互通的门户,起着尤为关键的作用,实现门窗的智能化是智能家居的第一步,也是很重要的一步。

  智能门窗属建筑领域的附件,它包括智能控制管理系统和门窗开关装置以及报警系统。该智能门窗实现的基本功能是当室内燃气泄露,CO和CO2含量过高,甲醛、苯等有毒物质超标时,能够控制窗户自动打开,让空气形成对流,并启动排风扇向室外排出有害化学气体,当室外环境不允许开窗时(比如风雨和沙尘天气)由风光雨传感器传输信号到主控系统,使其发出指令关闭窗户,同时个系统将以排风扇工作为主。如果状况仍未缓解,则启动警报装置。

  整个系统由主控芯片、各种传感器、报警器终端,以及物理运动装置组成,控制芯片和传感器等直接固定在门窗上,而报警终端则可固定在室内墙壁或会造成主人警觉的地方。系统结构如图1所示。

  LPC2136是基于一个支持实时仿线TDMI-S CPU微控制器,它带有256 KB嵌入的高速片内FLASH存储器。片内128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32位代码能够在最大时钟频率下运行[1]。

  P0.27~P0.30 为LPC2136的 A/D转换器输入端,作为风光雨模拟信号、温度模拟信号和有害化学气体检测信号等的模拟输入端,分时段扫描查询这几个模拟量,并将风光雨模拟信号、有害化学气体模拟信号等做A/D转换后显示在LCD显示单元上。风光雨传感器输出的信号非线性误差较大,并对温度敏感,本文设计了专用的放大、处理和补偿电路对其信号做处理和补偿,使其输出的模拟量基本达到线%的误差,这对于一般的监控已能够完全满足要求。

  该部分主要以传感器为采集信号手段,经转换元件将采集到的信号来加工,使采集到的模拟信号能够被主控制芯片识别,结构框图如图2所示[2]。

  居室里的空气是由多种气体混合而成的,对身体有害的物质主要是CO2、CO、煤气、有害化学物质(如甲醛、苯类等)以及可吸入颗粒及附着在其上的病菌等,这些有害于人体健康的物质的浓度过高时会对人体造成危害[3]。

  有害气体检测电路,如图3所示。在该电路中主要用气敏传感器实现“气-电”转换,在一般的情况下,气敏传感器不接触有害化学气体或有害化学气体浓度很低时,气敏传感器两端呈现高阻状态[2],检测到的信号小,不能驱动后级电路而使其工作。反之,检测信号变大,从而驱动开窗器和排风扇工作,及时报警,并尽可能地排除有害气体。

  (1) 一氧化碳传感器。选用深圳富安达公司的CO/MF-500型电化学传感器,当环境的CO浓度发生明显的变化时,电化学方程的平衡产生移动,输出的电流发生相应的变化。该传感器量程为0~500 ppm,分辨率为1 ppm,线气体,测量精度较高。

  (2) 甲醛传感器。选用深圳市富安达公司的S-10电化学传感器,测量范围为0~10 ppm,最大负载为50 ppm,输出信号为800 nA/ppm,分辨率为0.05 ppm,响应时间小于50 s,可在高湿度等恶劣环境下工作。

  (3 ) 烟雾传感器。选用深圳市商斯达公司的离子室烟雾传感器,电源电压为直流6.0~18.0 V,输出电压为(5.6±0.4) V,灵敏度为(0.6±0.1) V,温度为-10~+60℃。

  气体传感器需要用导线引出,同时控制器需要一组12 V(DC,500 mA)的电源供电。由于气体传感器需要电源预热,功耗较大,+5 V电源下约需150 mA电流。本文采用一个LM7805三端稳压器供电,同时加上适当的散热器,以保证长时间可靠稳定的工作。实践证明,它对温度和湿度测量是准确和迅速有效的,对气体的检测也十分敏感,遇到有危险气体时能可靠地发出报警和自动接通风扇排风,为人员的安全起到高灵敏度的检测和保护作用。

  风光雨传感器是一种集多种传感器于一身的多功能传感器,它可以自动检验测试风力、光线强度、雨量大小,为窗户的开启控制提供相关依据,这里选用深圳卓灵公司的ZF-WRR型风光雨传感器,其工作电压为直流12 V;工作电流为0.1 A;风感器可设定风速值为1~4级,范围为3~20 km/h;雨感器可设定范围为1~5 mm/h;采用防水结构设计的具体方案,以及风感部分双轴承结构,可确保风感灵敏度。

  当室内有害化学气体浓度过大,除开启排风扇将有害化学气体排出室外,还可连接开窗器作为辅助将窗户打开,但若逢大风、大雨或风沙天气,因不适宜开窗,则由MCU发出关闭窗户指令。

  该模块大多数都用在防止门窗打开时,不法分子趁机入室或窗户关闭时破窗而入,对房屋主人的人身及财产安全造成威胁。该模块主要由人体靠近传感器和玻璃破碎传感器组成[4],如图4所示。

  人体靠近传感器 是基于红外线技术的产品,当有人进入开关感应范围时,传感器探测到人体红外光谱的变化,开关自动接通负载,延时3 s后检测到人不离开或有继续入侵动作,先以红灯警告,再延时3 s,如果还未离开,则打开高分贝声光警报器,以达到驱赶入侵者,必要时还可将警情传输到小区保卫处和房屋主人的手机上。

  玻璃破碎传感器 是利用振动传感器在玻璃破碎时发出2 kHz特殊频率,感应出报警信号。为了尽最大可能避免室内因玻璃器皿破碎、电话铃声、闹钟以及其他一些声音引起误报警信号,目前玻璃破碎传感器采用了双探测技术,即需要同时探测到破碎产生的振荡和音频声响,才能发出报警信号。

  门磁开关 由一条永久磁铁和一个常开触点的干簧管组成,一般把干簧管安装在被监视房门的门框上,把永久磁铁安装在门上,关门后,干簧管在磁场的作用下接通,当门被打开时,干簧管触点断开,触发报警电路。

  智能门窗的执行机构包括排风扇、开窗器、声光报警器和电话报警等。排风扇部分如图5所示,风扇的转动由PWM 来控制转速,安装在厨房等易出现煤气泄漏的场所,可有效地排出有害化学气体,避免室内人员煤气或CO中毒。

  开窗器分为螺旋式开窗器和链条式开窗器,它采用天津科普瑞特公司的E350型螺旋式开窗器进行设计,工作电压为直流24 V;工作电流为1 A;推拉力为1 000 N;行程为90~1 000 mm;速度为5 mm/s。该开窗器采用全金属材质、内螺杆式电动开窗、铝合金外壳、开窗时噪音低,开窗推力大,支撑强度高,可调节的滑动支架便于安装,适合于各种窗型。

  当煤气泄漏或有害化学气体浓度在开窗和排风扇工作一段时间后仍未减小到无害的程度或有人非法入侵时,就要启动声光报警装置,该警报器适宜装在房屋主人容易警觉处,如客厅和卧室。警报器启动时将以高分贝的警报声和LED灯光发出警告,同时LCD液晶显示将告诉房屋主人是何原因警报(煤气泄漏或有人非法入侵)。

  为了使软件更安全、简洁,设计中使用μC/OS-Ⅱ嵌入式操作系统[5]。在该操作系统下,所有的操作都是对任务的处理,因此系统的整体框图应该有几个任务组成。该系统由以下两个任务组成。任务1: 读取室内气体传感器的数据[6],对采集到的信号做处理;判断室内空气污染是否超标,若超标则进行开窗和启动排风扇,使室内空气污染浓度降低,如图6所示。任务2: 主要任务为防盗报警和气体超标报警,读取门窗报警器信号,启动声光报警器,并显示报警原因,如图7所示。

  本文主要研究了一种基于ARM7处理器的嵌入式智能门窗设计。其中该设计综合了传感器技术、通信技术和自动控制技术,使总系统本着安全、高效、低功耗、小体积和实用性强思想来设计,设计中采用LPC2136微控制器作为设计的主控芯片,实现了有害化学气体的检测,门窗的智能化,防盗报警,燃气泄露报警等功能。经使用,基本达到设计的基本要求,使家居生活更安全舒适。

  [1]周立功.ARM 嵌入式系统基础教程[M].北京:北京航空航天大学出版社,2006.

  [2]王元庆.新型传感器原理及应用[M].北京:机械工业出版社,2002.

  [5]周立功.ARM嵌入式系统实验教程(二) [M].北京:北京航空航天大学出版社,2006.

  [6]周立功.ARM嵌入式系统软件开发实例(一) [M].北京:北京航空航天大学出版社,2006.

  [8]王三武.基于ARM的嵌入式家居控制管理系统的研究[D].武汉:武汉理工大学,2007.

  智能家居的概念提了很多年，但是真正实施起来却总是让人觉得无从下手。比尔-盖茨最初的豪宅似乎给智能家居树立了一个标杆，告诉用户要想实现智能家居，就需要从房屋基础上做改造，并以智能化为核心来安装各种各样的设备。但是199元的小米智能家庭套装又给了我们新的榜样：智能家居可以像玩具那样简单，像工具那样易用。

  在红米Note 2中预装了智能家庭App，只要手机在使用时登录了小米账号，就可以直接连接并控制智能家庭套件，同时其红外遥控功能还能够适用于家电及小米智能设备的直接控制，初步实现了智能App的整合。

  多功能网关是小米智能家庭套装的核心，其基于ZigBee协议与其他组件连接，然后再通过Wi-Fi网络与路由器连接。其上整合了光照度感应器、扬声器以及环形可调色灯光。

  门窗感应器是一大一小两个椭圆形的小玩意儿，组合后通过感应彼此之间的距离来判断门窗的开启情况。实际使用中，只要彼此中心缝隙对齐，那么在彼此距离超过10cm时就会发出信号。

  智能幕墙控制管理系统主要由检测环境参数的温度传感器、风传感器、光照传感器、雨滴传感器和中央处理单元PLC(可编程控制器)组成,系统具有运行稳定、处理功能强大和扩展性强的特点。控制管理系统通过人机界面进行执行机构的操作,集中显示幕墙上各个设备的运作状况,整体有效的管理幕墙。

  能源消费包括人工照明,日照最大化是低能耗设计的重要目的之一,幕墙控制管理系统能机动的控制幕墙遮挡设备,减小阳光对建筑内部舒适条件造成了严重的伤害,减少过加热、过强光和照射过渡等。

  幕墙智能控制管理系统根据室内外环境和温度,夏季当周围温度不超过30℃(温度可经过控制系统设定)时,幕墙智能控制管理系统驱动执行机构将可伸缩的屋顶、机动窗户等打开实现自然通风。冬季当外界温度不高于5℃(温度可经过控制系统设定)时,启动机械通风装置。

  将太阳能集热器与幕墙结合,太阳能集热器将太阳能热量通过换热将水加热;可为建筑物冬季通过地板取暖提供热能,可为建筑物提供清洁的热水。

  (6)安防功能。将安防报警系统接入幕墙智能控制管理系统,实现对门窗的安全防范。

  在建筑玻璃幕墙上安装玻璃碎片探测器,当有人或硬物将玻璃幕墙击碎时,探测器检测到信号后通过与他相连的智能控制管理系统通过扬声器发出报警信号;在门、窗上安装门磁开关,当有人非法闯入时,门磁开关接通报警装置报警。系统同时将启动联动的摄像机,将报警画面传送给安保人员。

  利用幕墙结构位置(不影响采光等因素),将太阳能光电池板与幕墙结合,利用太阳能光电池板来给智能控制管理系统或其它负荷提供电能。

  将太阳能集热器与幕墙结合,集热器将太阳能热量通过换热将水加热,可为建筑物冬季通过地热取暖提供热能,为建筑物提供清洁的热水。

  在幕墙上安装日光控制器,通过日光控制器检测到日光强度。日光控制器将信号通过智能控制管理系统驱动执行器来控制百叶的开关状态:当阳光充足时,智能控制管理系统将百叶窗放下;当阳光强度变弱时,智能控制管理系统将百叶窗打开。

  在智能幕墙控制管理系统中加装声音控制器,用来接收使用人通过声音发出的控制指令,实现门、窗和百叶等开启状态的智能控制。

  当室内的烟雾传感器检验测试到空气有一定浓度的烟尘时,与烟雾传感器相连的智能控制管理系统驱动执行机构将天窗、通风口等打开,同时通过扬声器发出报警信号。

  在天窗和幕墙等位置安装雨滴传感器,当传感器检验测试到有降雨时,与传感器相连的智能控制管理系统驱动执行机构将窗、门等关闭。

  在主要出入口处安装门禁(语音门禁、指纹门禁和视网膜门禁)控制管理系统,通过访问人的特征如语音、指纹和视网膜等,在门禁系统中设置访问人的权限,用来识别访问者的权利。

  在智能控制管理系统中加装红外接收器,利用人手持遥控装置发出的指令,红外接收器将指令传送给智能控制管理系统,智能控制管理系统驱动执行机构完成门、窗、百叶等开关状态。

  在幕墙门窗的窗户前安装红外报警器,当有无人照看儿童想要攀爬门窗时,红外报警器经过控制装置声光报警信号,同时智能控制管理系统关闭窗户以防事故的发生。

  智能幕墙系统主要由输入传感器、输出执行器件、控制管理系统、光伏发电系统4部分组成。

  玻璃碎片探测器、雨滴传感器、日光控制器、红外线接收器、门磁开关、限位开关等。

  通过输入设备(如阳光控制器、温度传感器、雨滴探测器等)将现场参数输入给控制柜中的PLC控制管理系统;经PLC处理后的参数驱动执行机构(电机、马达、电磁阀、扬声器)带动门窗、百叶等构件的动作。在中控室连接人机界面,操作者可以点动鼠标轻松管理整个幕墙所有设备的运行状况。

  光伏发电是新能源和可再次生产的能源的重要组成部分,太阳能光伏发电的能量转换器是太阳能电池。当太阳光照射到太阳能电池上时,电池吸收光能,产生光生电子空穴对。在电池内电场作用下,光生电子和空穴被分离,电池两端出现异号电荷的集累,即产生“光生电压”。

  控制器是光伏发电系统的核心部件之一,根据系统功率、电压、方阵路数、蓄电池组数和用户的特别的条件确定控制器的类型,一般一定要具有的功能有:①信号检测。②蓄电池最优充电控制。③蓄电池放电管理。④设备保护。⑤故障诊断定位。⑥运作时的状态指示。

  根据系统的直流电压确定逆变器的直流输入,根据负载的类型确定逆变器的功率和相数,根据负载的冲击性决定逆变器的功率余量。

  如果太阳能电池方阵被雷电直接击中会造成设备损坏或人员受伤或死亡,所以在设计过程中应做防雷设计。

  智能幕墙是通风式幕墙的延伸,是在智能化建筑的基础上将建筑配套技术(暖、热、光、电)的适度控制,在幕墙材料、太阳能的有效利用、通过计算机网络进行相对有效的调节室内空气、温度和光线,从而节省了建筑物使用的过程的能源,降低了生产和建筑物使用的过程的费用。因此智能幕墙系统庞大,具有非常好的发展空间和前景。

  据了解，智能窗在国外是一个发达的产业，它在节能减排、消防方面有广泛的应用。依照国家建设部统计资料，我国每年城乡新建房屋80%以上为高耗能建筑，既有建筑95%以上是高能耗建筑，建筑能耗占社会总能耗的27%。而建筑能耗中，通过玻璃门和窗户损失的能耗占到全部建筑能耗的40-50%。由此可见，门窗质量对节能降耗起着极为关键的作用，而智能窗的广泛应用将可大幅节能减排[1]。

  智能家居进入中国发展已有近十年的时间，随着时下人们从陌生到熟悉，从误解到理解，智能家居的发展道路可谓非常坎坷。它经过了早期的概念普及期到现在开始步入快速的发展期。可以从以下五大方面看出这一点。

  本次设计以AVR系列单片机为控制单元，采集温度、光照和红外反射的外界参数，做综合判断分析，控制电机的正反转来达到窗户开关的目的。

  测量温度有很多传感器。热电偶灵敏度较低，但能在很宽广的温度范围内使用；热敏电阻的工作时候的温度范围较窄，但灵敏度较高，有利于检测微小温差，其输出特性量非线性，检测时需要有线性化装置；廉价的集成电路（IC）温度传感器性能离散度很大，用于高精度测量时，一定要进行校准；测温铂电阻温度系数的离散度很小，精确度高，灵敏度也较好，非常适合于1000度以下的温度测量，但价格昂贵。

  集成电路温度传感器利用了半导体PN结电流电压特性和温度的相关性，与热敏电阻、热电偶相比，最大优点是输出线好，测温精度较高。感温部分、传感器驱动部分、信号处理部分等电路均集成化并封闭在一个小型管壳内，使用方便。

  18B20是一种集成电路温度传感器，作为电流输出型传感器的特点是，有着非常强的抗外界干扰能力。其输出电流和绝对温度成正比。当两端加上+4V～+30V之间的电压时，器件呈现高阻抗，输出电流按1uA/1.0K变化。电气上耐用，可承受正向+44V，反向-20V的电压而不损坏，不用担心管脚接错。由于采取了激光微调来较正IC内的薄膜电阻，而使18B20在298.2K（+25度）时输出稳定的298.2uA电流。基于以上优点，本系统采用18B20作为温度传感器[3]。

  本设计选用单片机为控制芯片是因为它有以下优点。第一，可靠性良好。单片机是按照工业控制要求所设计的，其抗工业噪声优于一般的CPU，程序指令及常数数据都烧写在ROM内，其许多信号通道均在同一个芯片内，因此可靠性高；第二，易扩充。单片机具有一般微电脑所必需的器件，如三态双向总线、并行及串行的输入/输出引脚，可以扩充为各种规模的微电脑系统；第三，控制功能强。为满足工业控制的要求，单片机的指令除了输入/输出控制指令、逻辑判断指令外，还有更丰富的条件分支跳跃指令。

  利用单片机的智能性，可方便的实现具有智能的数据采集和处理。在采用单片机为实现形式时，有很多种单片机能轻松实现数据采集、数据处理功能，通常会用以下几种单片机来实现：

  1、采用AVR来实现。AVR单片机的特点：速度快、片内资源丰富、保密性好、可重复擦写及在系统编程ISP、工作电压范围宽、功耗低、支持JTAG仿真、与C语言的完美配合。

  2、采用AT89S52来实现。ATMEL公司生产的AT89S52单片机采用高性能的静态设计，由先进工艺制造，并带非易失性Flash程序存储器。它是一种高性能、低功耗的8位CMOS微处理芯片。

  ATMAG16是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能单片机，兼容标准AT89S52指令系统及引脚。它集Flash程序存储器既可在线编程（ISP）也可用传统办法来进行编程及能用8位微处理器于单片机中，ATMEL公司的生产ATMAG16可灵活应用于各种控制领域。基于以上优点本系统采用ATMAG16作为主控芯片[2]。

  本次设计以AVR系列单片机为控制单元，通过传感器检验测试外界信号的变化，采集温度、光照和红外反射的外界参数，做综合判断分析，然后将变化的信号输入到单片机，由单片机对其进行判断，进而控制电机的正反转，已达到开关窗户的目的[5]。首先，MAG16单片机对红外信号进行判断，若有信号则MAG16单片机控制电机正转，并且驱动蜂鸣器，窗户关闭，起到防盗的作用；若无红外信号，MAG16单片机在对温度信号进行判断，当外界温度高于与设置时（此时数码管显示温度为30.0°C），窗户开启（若此时已为开启状态，则保持原状态），当温度不高于预设值时（此时数码管显示20.0°C），窗户关闭（若此时窗户已为关闭状态，则保持原状态），当温度介于20.0°C～30.0°C之间时，窗户保持原状态。在窗户开启或关闭的过程中通过限位开关给MAG16单片机限位信号，使电机停止转动，防止堵转情况出现。也能够最终靠手动按钮来控制窗户的开启或关闭，在手动过程中窗户的运动不受传感器信号的影响。家居智能窗户总体方案设计如图1所示。

  本文给出了一种基于AVR单片机的家居智能窗通风采光控制的设计思路。它由单片机采集外界参数控制窗户的开关状态，采用数码管显示温度值，使读数更清晰、易于为用户接受。还可以手动控制窗户的开关状态，还能预设窗户开关的温度值，并且具有防盗功能。

  [1]韩力群.中国智能家居产业高质量发展现状与前景分析[C].中国人工智能学会，2008：18-30.

  [2]张军.AVR单片机应用系统开发典型实例[M].北京：中国电力出版社， 2009：23-36.

  [3]何希才.常用传感器应用电路的设计与实践[M].科学出版社，2008：102-110.

  龙岗区地处深圳市东北部，位于珠江口东岸深莞惠城市圈的几何中心，是深圳“东进战略”部署中辐射粤东和海西经济区的桥头堡。为了在落实“东进战略”中充分争取主动，激活后发优势，实现更为科学、智能、精细化的城市管理，龙岗区选择了具备国际领先ICT解决方案和业界最完整产品线的华为，为智慧龙岗打造开放融合的基础支撑平台，提供坚实的信息安全基础，并聚合所有的领域优秀的合作伙伴资源。从此，一颗“新ICT，让城市更智慧”的种子在龙岗深深扎下了根。

  10月的南方酷暑依旧，百姓往返奔波于行政服务大厅的情景却从未因高温而间断过。要是能只办一次手续就在家坐等审批结果该多好啊！要是能足不出户动动手指就能完成申报该多好啊！这些被认为只能想想的好事，如今已经变成了龙岗区百姓茶余饭后津津乐道的新生活，一个智慧的龙岗不禁让人眼前一亮！

  “一窗式行政审批服务平台”是智慧城市战略带来的最直观的改变之一。简单事项无需去现场，复杂事项一次性办结――本着这样的初衷，龙岗区打破过去部门专项窗口办理业务的传统模式，提出了“审批围绕项目转”的理念，通过先后整合50多个部门数据，优化500多项服务事项，实现了从“多地、多窗口受理”到“前台一口受理，后台分工协办”的智慧政务转型，省去了申请人来回跑路、重复申报的麻烦。

  以申请开具“二胎生育证明”为例：转型前，申请人需要先到社区窗口办理，再到街道计生办窗口办理证明审核，由街道计生办将表格报送区计生局，审核完成后再退返街道计生办，才能通知申请人员领取审核结果，耗费了大量的人力和时间成本。转型后，申请人只需到街道的“一个窗口”办理“一次手续”，就可以回家等通知了。目前，龙岗居民已能通过一窗式平台办理暂住证、生育证明、公积金提取等600多项政务服务，群众满意度也攀升超过95%。

  这一依托华为领先的云平台建设的一窗式平台，不仅能集中处理各个窗口、不同审批环节的工作，一旦发现业务办理存在问题，系统就会自动提醒相关审批部门，同时推送到业务监督员界面进行人工核对和跟进监督。在大举提升职能部门主动服务意识的同时，杜绝了“两头受理”、“超时办结”等顽疾，政务服务效率得到显著提升。而通过对接市、区两级系统，通用政务信息资源的共享和调用得以实现，既避免了数据库的重复建设，又大大缩短了材料核验时间。此外，网上办事大厅、移动APP、微信等多渠道办事通道，以及排队叫号、智慧引导、自助服务、视频监控等智能化终端设备的引入，更是为龙岗居民创造出了如影随形、全程智能化的服务体验。

  综合来看，龙岗“一窗式”政务服务实现多个部门业务整合、流程优化，一个窗口受理各类业务，变“空间场所的物理集中”为“审批服务结构的重塑”，以“一窗”解决“多头跑”问题，真正做到了“简单事项无需去现场”，“复杂事项现场只去一次”的线上办理模式，可谓是“一窗惠民生”！

  不仅如此，在社会保障、医疗卫生、文化教育等公众最关心的领域，智慧城市建设的春风同样暖人心脾。智慧教育以惠及全区93所学校达到40万名学生为目标，正通过全面推广云课堂和配套资源体系建设，推进教育的均衡化发展；智慧医疗方面，在线预约候诊、病历电子化和档案信息化业已实现，目前正全面部署远程医疗和居民移动健康服务；而智慧社区试点也已在多个社区初见成效，正逐步实现全区统一的智慧社区平台。

  据统计，有超过80%的城市在“十二五”期间将智慧城市作为加快经济发展转型的战略导向，新型智慧城市建设已成为城市可持续发展的必由之路。新型智慧城市是以人民为中心的城市发展价值观的具体体现，是新技术和城市治理理念的深度融合，体现了“以技术为引领”到“以理念为引领”，“以管理为核心”到“以服务为核心”和“以业务为驱动”到“以数据为驱动”的转变。智慧龙岗正是从智慧强政出发，在最贴近民生的地方创新耕耘，让百姓的幸福感成为衡量城市可持续发展的最佳标准，让百姓的笑容成为灌溉智慧新城的不竭之源！

  处于特区一体化和经济转型发展关键期的龙岗区，具备了城镇化、经济发展分散密集的特征，社会公众对人口膨胀、交通拥挤、教育资源不均衡等“城市病”的关注也日益增强。面对社会治理、城市管理、生态优化、产业发展等多方面的压力，龙岗区果断选择智慧城市的发展战略，与华为开展全面合作，走上了一条“化繁为一”的城市建设道路。借助华为构筑的云和大数据平台，让城市管理由“粗放式”向“精细化”转变，由“防范、控制型管理”向“人性化、服务型管理”转变。而除了刚刚提到的“一窗惠民生”之外，还呈现出多个卓有成效的智慧应用。

  智能家居就是以住宅为平台，兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，集系统、结构、服务、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境。智能家居系统可以为您提供家电控制、照明控制、窗帘控制、电话远程控制、室内外遥控、防盗报警、以及可编程定时控制等多种功能和手段，使您的生活更加舒适、便利和安全。笔者所在的课题组利用当前智能家居技术的新理念与技术，开发技术先进、性能卓越、实用性强的物联网智能家居实现系统，并指导学生掌握其管理与维护技术。

  物联网智能家居实训系统由智能照明、智能安防、人脸识别门禁、智能音响、智能冰箱、能耗监测、环境监测、智能窗帘等子系统，及物联网应用上位机管理软件组成，各子系统通过连接电缆进线连接，采用 ZigBee、wifi、3G 多种网络技术传输传感及控制信息。系统支持智能家居设计、安装、调试以及应用编程等多种方式来锻炼师生的技术水平，是一套既能展示物联网智能家居应用，又能掌握相应技能和知识的实训系统。

  本开发平台实现对物联网三层（感知层，网络层，应用层）的全方位技术运用，比较全面的兼顾了物联网所涉及的各类技术，包括无线传感器硬件、嵌入式软件系统、Wifi、Internet 端应用软件开发教学，设计提供了智能家居多个子系统的应用实训，该系统所涉及到的技术主要包括：电子电路、2.4GHz 高频通讯、ZigBee 无线网络、无线传感器、无线 SoC、嵌入式 ARM、UHF RFID 射频识别、3G、Ethernet、服务端软件开发。

  开发平台提供了功能强大的以 ARM 处理器为内核的网关硬件和自主研发的网关核心软件，不仅能完成多种无线网络管理，传感器和射频识别信息处理，而且能够最终靠不同无线和有线网络路径，将数据传输到上位机管理平台，并存入数据库，支持远程访问，并运用虚拟技术仿真智能家居场景及设备解决场地及设备制约因素。

  针对职院学生，主要锻炼的是学生的动手能力和实际操作的技能。学生可以根据自己的设计想法改变模拟房间内环境，也可以通过一体式计算机通过因特网访问房间内自动化服务器，对智能设备、视频监控等远程控制、访问。该装置能进行智能家居系统设计、线路的设计与连接、调试、故障排除、系统配置等实验和实训。

  在打分环节考虑到人为因素对比赛结果的影响，在系统中，特别设计了自动评分功能，对各个系统网络连通性、电源接线、软件配置进行自动化检测，为实训成绩提供客观的依据。

  包括智能照明管理软件模块、灯控模块/调光模块、通信模块、灯具，通过和网关通信，支持本地控制和管理软件远程控制，本地可以设置感应开/关闭，并和光敏检测模块联动，实现自动化。

  包括智能安防管理软件模块、窗磁、烟雾感应器、主动红外入侵探测器、摄像机、双鉴探测器对非法入侵、火情、烟尘等监测，针对突发事件做出紧急处理，与 GSM/GPRS 短息猫联动，当发现有异常时摄像机自动截取画面并发送消息至指定手机或报警。

  人脸识别门禁系统由主人脸识别门禁机、门禁控制器和电锁组成（联网时外加电脑和网络通讯设备），使用方式属非接触方式，出入人只要在人脸识别门禁机附近（30-80 厘米）晃动一次，人脸识别门禁机就能将识别结果发送到门禁控制器上，然后由门禁控制器进行检查核对合法性，决定是否进行开门动作。整个过程只要在有效的使用范围内均可实现门禁管理功能。人脸识别门禁机安装门边墙内外，而不影响其工作。

  人脸作为每个人身体的一部分、不能复制、安全可靠。并通过网络与电脑进行实时监控（可由电脑发指令开/关所有门，并可实时查看所有门的状态）、数据处理、查询、报表输出等。

  包括智能音响管理软件模块、情景音乐系统主机、高保真音箱，通过软件平台来控制音乐的播放。

  包括智能冰箱管理软件模块、RFID 读写器、食物冷藏柜。通过 RFID 技术实现食物管理功能，通过 PC管理平台访问，配合食品图示，能看到冰箱内的食物信息，食品提醒设置，一旦冰箱内食物短缺或过期，就会发送短息到指定手机。

  包括能耗管理软件模块、智能插座、能耗统计模块。通过智能插座实现所有电器通过数据采集终端，无线网络，实现无线抄表、管理功能。可以定制统计分析功能，并通过监控系统控制台、智能手机实现可视化查看和管理，体现绿色节能理念。

  本系统包括环境监视测定管理软件模块、温湿度、光敏无线通信模块。实现温度、湿度、光敏等监测，针对环境参数设备智能开启相关设备自动调节环境温湿度或与其他系统进行联动，对突发事件做出紧急处理。

  本系统包括智能窗帘管理软件模块、窗帘控制器、电动窗帘，通过和网关通信，支持本地和管理软件远程控制， 本地可以设置感应开/关闭，并和光敏检测模块联动，实现自动化。

  系统包括照明、窗帘、能耗、电器、安防、环境监测、实训评估模块，本实训管理平台是以上各个系统的一个综合性、集中管理平台。内容包括：系统的实时状态查看、远程控制、数据存储、统计分析、参数设置、预警。如图1所示。

  真实的家居环境需要投入大量的人力物力，从实训的角度来说，需要耗费大量的时间和经历建造样板房，投入巨大。因此，设计采用模拟家居环境的智能家居系统，将涉及到的应用及控制模块和设备安装部署在可收缩的网孔板机柜上，减少对空间的占用，并可应用于以后的实训教学中。

  智能家居实训系统安装在一个网孔板机柜上，可以收拢展开，展开后尺寸为 2.4m*0.8m*1.9m（长*宽*高），收拢后尺寸为 0.8m*0.8m*1.9m（长*宽*高），实训设备可以自由安装，具有很大的灵活性。

  各系统的控制模块均安装在 86 盒内，可灵活部署在网孔板的任意位置，方便师生通过你自己的设计完成施工。

  本文介绍了一个物联网智能家居实训系统的设计与实现，系统中模拟了智能家居中的部分场景，并在实验室环境中做了大量的模拟测试，程序运行良好。总之，进行基于 ZigBee 技术的物联网智能家居系统的设计分析，有利于提升基于物联网智能家居系统模块设计水平，促进在实际中的推广应用，具有积极作用和价值意义。

  [1]，朱昊，胡静，宋铁成.物联网智能家居系统演示平台的设计与实现[J].南京师范大学学报（工程技术版），2013（01）.

  [3]陈龙涛，罗桂娥，周卫等.基于ZigBee 技术智能家居系统的研究与设计[J].微型机与应用，2010.29（20）：100-102.

  江进（1981-），男，江苏省句容市人。硕士学位。现为江苏农林职业技术学院信息工程系教师。研究方向为计算机技术。