情景模式在智能家居系統中的實現

楊 鵑，韓雪松

(承德石油高等?？茖W校計算機與信息工程系，河北 承德 067000)

智能家居控制系統的使用過程中，有一些特定的情景是每天都可能需要用到的。如果每天在此情景下逐一設定各個設備，繁瑣又浪費時間。Zigbee無線網絡協議內容中，提供了綁定的技術，采用該綁定技術，可在設定的某個情景模式下，一鍵啟動所需設定的終端設備，無需逐一操作，充分體現了系統的智能化，并滿足了人們的生活需求。

1 情景模式的設定

根據人們在家庭內部所處的空間位置的不同，首先將情景模式分為客廳、餐廳和臥室三個區域。再根據所處的場合的不同，將情景模式分為會客、休閑、聚會、離家、用餐、深夜、睡覺、閱讀等八個情景［1］。

以深夜模式為例，當人們從熟睡狀態起床去洗手間時，用戶按動觸摸屏上的深夜模式，為了避免燈光的開啟使人的大腦清醒起來，影響后續的睡眠，走廊過道的筒燈緩慢地開啟50%，洗手間內部的LED燈開啟30%，在此設定下，用戶可看清楚路徑，又不會徹底地從半夢半醒間清醒過來。離家模式是比較特殊的，它代表主人離家后啟動的模式，在此模式下，自動關閉家庭的燈光電源，門窗上所安裝的傳感器處于啟動狀態，如果遭遇強制入侵，自動發送短信給主人，等待后續處理指令。

2 燈光的調整

情景模式所需控制的終端設備主要為燈光、窗簾、音響以及家庭影院。根據家庭的裝修需求，家庭內部安裝的燈光有多種形式，包括熒光燈、射燈、筒燈以及吊燈等。其中熒光燈不適宜添加調光裝置，故設定成為非調光裝置;而射燈、筒燈以及吊燈目前采用的多為led燈，可安裝調光裝置，設定為可調光裝置。

目前采用的調光技術共有三種形式:正向電流調節、PWM調光以及可控硅電路調光［2］。

2.1 正向電流的調節

LED亮度與驅動電流之間幾乎成正比關系，正向電流調節利用該原理實現燈光的調節，改變驅動電流的大小即可改變燈光的亮度。正向電流的調光是最容易實現的，出現的主要問題有光譜偏移、無法精確調光;低亮度的工作可使降壓型的恒流源效率降低，導致損耗功率增加，引起系統溫度升高，嚴重時會燒毀芯片。

2.2 脈寬調制(PWM)的調節

PWM的調光方法，其原理是通過改變脈沖恒流源的脈沖寬度，即改變恒流源脈沖信號的工作比，實現亮度的調節。PWM被認為針對于LED燈調光技術最佳的方法，通常是在電路的恒流源上，外接一個DC/DC的變換器。該方法的優點是不會出現色譜偏移，調光的精確度較高。

2.3 可控硅電路調光

可控硅調光是通過改變可變電阻的分壓改變導通角，輸入電壓經過導通角調制后，改變了輸入電壓的有效值，實現了調光操作。由于白熾燈、節能燈和鹵素燈都是純電阻器件，輸入電壓有效值的改變就能實現燈光的調節?？煽毓桦娐窇玫絃ED燈調節時，可控硅的信號振蕩可能會產生噪聲和閃爍，目前解決辦法就是采用兼容可控硅調光IC的LED燈具。

通過三種調光方式的比較，考慮實際應用的可行性，智能家居系統是由主控制器發送控制命令，命令以數字信號的形式傳遞給設備終端，燈光調節選用PWM技術，該技術適合于數字控制器的信息處理。

3 無線網絡的通信技術

本論文的智能家居系統中室內控制采用zigbee無線網絡作為網絡通訊技術，控制形式采用多種形式包括觸摸屏、紅外遙控以及互聯網遠程控制等形式。整個系統由主控制器實現室內家居系統的管理操作，主控制器由嵌入式處理器和無線收發模塊組成，既可接收終端設備的數據，也可處理控制命令，實現數據管理操作。智能家居系統的通信結構圖如圖1所示。

Zigbee無線傳感網絡作為系統的通信模式，具有低功耗、低成本和網絡容量大的特點。綁定技術是zigbee協議中所具有的一個特定的功能，Zigbee2006協議規定，節點間數據流信息傳送可采用綁定機制，綁定，相當于是在兩個節點間建立一條通道［1］，一個節點可與多個節點實現綁定，綁定之后的節點間信息進行傳送時，應用支持子層從節點的綁定表中確定目的地址，將信息傳送給目的節點。綁定表放置在源節點處，綁定表條目存放著目的地址。綁定表通常存放在內存中，如果編譯選項NV_RESTORE設置為允許，綁定表會被存放在非易失性的存儲器中。本系統設計默認設定了8種情境模式，可由綁定機制實現一鍵式的控制，即燈光、窗簾和音響的使用。以會客模式為例如圖2所示。

4 綁定的實現

Zigbee網絡協議中共提供了四種綁定方法，自動綁定、輔助綁定、集中式綁定和應用API函數綁定。自動綁定調用zdp_matchdescreq()函數，終端用戶不用都發送綁定請求、無需添加工具的優點，缺點是配置不夠靈活。輔助綁定調用zdp_bindreq()函數，終端設備利用網絡信道向另一個設備發送綁定請求，zigbee協調器將根據簇標識號決定是否實施綁定。集中式綁定使用zdapp_sendenddevicebindreq()函數，終端設備發送綁定請求給協調器，在協調器設定的閾值時間內，如果兩個匹配設備都發送綁定請求給閾值時間，則協調器建立綁定條目。API函數綁定是由應用程序本身實現綁定表的管理。Zigbee協議提供了管理綁定表所需的多種API函數，通過函數的調用也可實現綁定的操作。本文的綁定操作選用自動綁定的形式，其綁定的流程如圖3所示。

首先定義中斷設備的結構體，指明設備地址、標識符以及簇集合列表:

設備創建綁定時，首先應將命令ID設為同一個，并且節點為互補設置，即一個輸入，另一個設為輸出。這就要求在端點結構體定義的內容中，設置兩個節點的性質為in還是out。在結構體定義中，注意兩個參變量，command_id的匹配其實質就是profile_id(框架id)和cluster ID的匹配。以圖2為例，設定按鍵1的endpoint的值為1，在設備的結構體定義中，將其簇類型定義為輸出性質，即:

則綁定設備的結構體定義說明中應做如下定義，以筒燈為例，將其將其簇類型定義為輸入性質。

終端節點發送匹配請求申請綁定。具體程序定義如下所示:

終端節點接收到綁定終端的綁定響應，將綁定響應傳送給serialapp任務事件處理函數，其中會調用SerialApp_ProcessZDOMsgs()函數。進行事件處理。

調用建立綁定表時，如果目標設備的MAC地址未知，則要在綁定的設備上設置策略實現一個綁定，再執行Zb_binddevice().將Zb_binddevice()目標參數地址設備為無效(0xFFFE)，實現綁定服務。

5 總結

本文通過采用zigbee技術中的自動綁定技術，實現了情景模式的控制，簡化了控制模式，提高了系統的可操作性和智能化的水平，滿足了人們所需要的舒適快捷的控制需求，充分利用了zigbee無線網絡的優勢，在聯動系統的控制設計中可進行廣泛的推廣應用。

［1］甘華能.智能家居控制系統的應用及實現［J］.智能建筑電氣技術，2012(06):54－57.

［2］詹良.基于zigbee技術的智能家居無線網絡系統［D］.北京:北京郵電大學，2008.

［3］李文仲，段朝玉.zigbee無線網絡技術入門與實戰［M］.北京:北京航空航天大學出版社，2007.