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基于树莓派的智能家居系统设计与实现摘要：随着物联网技术的不断发展智能化、个性化的智能家居产品需求越来越大但当前智能家居产品之间设备接口、通讯协议等多种多样尚未形成统一标准这些因素制约着智能家居产品的推广与普及。文章提出一种以开源硬件树莓派系统为中心兼容多协议的智能网关设计旨在解决当前异构网络中不同协议与不同接口的兼容问题。关键词：智能家居系统；物联网；树莓派；ZigBee；WIFI文献标识码：A中图分类号：TP273文章编号：1009-2374（2016）17-0011-02DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.17.0051概述智能家居网关作为智能家居系统的中心控制设备承担着智能家居中所有传感器信息的汇聚、分析与控制应满足安全高效、智能化与个性化的需求。本文针对智能家居系统的用户需求在物联网基础上提出一种以树莓派系统为中心网关综合采用WIFI技术、Zigbee技术并支持多协议、多网络混合的智能家居系统。系统设计采用模块化、智能化设计具有稳定性、扩展性与操控性等特点并可以通过APP终端实现对智能家居系统的远程控制。2系统整体结构设计本系统的设计主要由三大部分组成：（1）感应控制层主要由智能家居的各种传感器设备组成收集家居中如温度、湿度与可燃气体等各种信息以及接收由网关传达的各种命令；（2）网络通信层主要是负责网络通信包括智能网关、信息服务器、路由器与GPRS、WIFI网络、ZigBee网络、Internet、红外网络等。网关作为智能家居系统的中心控制设备承担着各层设备之间的信号传输与控制命令转发解析等任务用户使用手机发送信号到信息服务器信息服务器处理信息后再传送到网关由网关控制各种传感器与家庭设备；（3）应用层包括电脑PC机、手机终端设备如Android与IOS设备、遥控器等红外手持设备等手机端可通过因特网或GPRS网络与网关通信以无线方式管理智能家居各节点的设备终端支持多用户登录系统进行管理实现节点设备遥控等功能从而实时监测与控制家居环境。通过手机端的APP连接局域网或GPRS网络实现远程控制智能家居的各种设备。系统结构图如图1所示。2.1感应控制层感应控制层由传感器终端与控制终端组成传感器终端主要负责收集家庭环境的各种数据包括室内温度、湿度、烟雾浓度等控制终端的主要作用是对家庭设备如照明、电视机、空调、窗帘与其他电器的控制。传感器终端与控制终端并不是严格分离如照明调节需要由传感器终端收集房间的光线亮度参数然后由控制终端进行控制电灯的亮度。传感器终端都采用模块化的设计方案在微处理器单元的基础上添加传感器与WIFI模块或ZigBee模块传感器终端通过WIFI或ZigBee网络与智能网关连接。WIFI模块由于具有稳定性高、传输速度快、传输距离远等特点因此被广泛应用在各类传输通信设备中。而ZigBee具有功耗极低、组网灵活、传输稳定等特点因此可以应用在厨房等连接电源不方便的可燃气体检测设备里在一个纽扣电池供电的情况下可以工作6～24个月。传感器终端的微处理芯片主要由单片机与外围电路组成是该终端的核心组件负责执行处理由WIFI、ZigBee等通信模块传送过来的指令。电源模块与LED等模块主要由电源灯与呼吸灯组成当终端处于工作状态会显示出不同的灯光组合增加美感与识别功能。WIFI通信模块与ZigBee模块是一个通信模块焊接在基础模块上通过此通信模块终端设备实现了可以无线连接家用路由器的与智能网关通信的能力。通过此通信模块终端设备接收来自智能网关的命令执行并反馈结果。2.2网络通信层由图1可见网络通信层包括智能网关、路由器、网络服务器、WIFI网络和Internet等其中网关作为智能家居的核心设备负责整个智能家居网络的管理与协调处理不同的通信协议之间的转换同时还要处理家庭多媒体娱乐的音视频解码等除需保证其满足安全性、稳定性和可靠性外还要考虑到其性能。综合考虑上述因素选择开源硬件树莓派作为网关设备该硬件具有新一代BroadcomBCM2836800MHzARMCortex-A7四核处理器采用1GB的RAM存储器带VideoCoreIV双核GPU最高支持HD1080p视频输出复合视频（PAL/NTSC）输出立体声音频输出提供10/100BaseTRJ45以太网插座HDMI1.3和1.4视频/音频插座3.5mm4极音频/复合视频输出插孔插座4个USB2.0插座15路MPICSI-2连接器用于RaspberryPi高清摄像机（775～7731）15路显示串行接口连接器MicroSD卡插座从MicroSD卡启动运行Linux新操作系统版