基于Z—wave技術的智能家居離家場景實現方案

朱正坤 鐘縉光 施紀超

摘要：隨著網絡通信技術和智能技術的快速發展以及人們對住宅的重視，智能家居行業也開始飛速發展，但目前智能家居行業仍存在系統不夠智能且各個家庭場景實際操作不夠完善的缺點。鑒于此，文章設計了一個智能家居離家場景方案，并利用Z—wave與Wi—Fi技術實現了智能家居的離家場景，具有一定的現實意義。

關鍵詞：智能家居;家庭自動化;Z—wave技術中圖法分類號：TN925

文獻標識碼：A

Realization scheme of smart home away from home scene based on

Z-wave technology

ZHU Zhengkun，ZHONGJinguang，SHIJichao

（Jiangxi Environmental Engineering Vocational College，Ganzhou，Jiangxi 341000，China）

Abstract：With the rapid development of network communication technology and intelligent and people's attention to the housing， intelligent home also began to develop rapidly， but there are still intelligent system intelligent and the actual operation of each family scene is not perfect. In view of these shortcomings， this paper designs a smart home away from home scene scheme，and uses Z-wave and Wi-Fi technology to achieve the smart home away from home scene， has a certain practical significance.

Key words： smart home， home automation，Z-wave technology

1引言

隨著智能化應用的飛速發展以及人們的生活理念和消費觀念的轉變，人們對家庭生活質量的要求逐漸提高，而與普通家居相比，智能家居顯然更符合人們對家庭生活質量的要求[1]。目前，智能家居存在功耗較高、系統不夠智能，同時各個家庭場景實際操作不夠完善的缺點。為克服這些缺點，本文設計了一個方案，即基于Z?wave通信協議連接各個系統，利用Wi?Fi模塊作為系統設備通信方式連接手機端與系統，可以實現智能家居離家場景各系統之間的聯動，滿足不同用戶的不同需求。

2 Z ?wave 組網技術

Z?wave是一種主要面向智能家居的無線通信技術。它的頻段為865～923MHz，以美國的908.42MHz 和歐洲的868.42MHz 為主，并且其覆蓋范圍能達到30～100m。與此同時，每一個Z?wave都擁有獨立的網絡地址，其最大可容納232個節點，并由控制節點進行分配[2]。

在現有的無線通信技術中，Z?wave在傳輸距離、傳輸頻率、安全性、功耗以及價格上都有一定的優勢。

3硬件

3.1系統結構設計

圖1為智能家居系統的結構圖，系統以 ATMEGA328為核心，以Z?wave為傳輸手段，實現了離家場景下各系統之間數據的聯動，并通過網關以Wi?Fi模塊連接手機等移動設備，實現了用戶離家時對智能家居系統的遠程操控。

3.2硬件設計

本文所設計的系統采用 ATMEGA328芯片作為主控制器硬件，由窗戶窗簾控制系統、安防系統、電力控制系統三個模塊組成，主要使用了風雨傳感器、直線直流電機、步進電機、煙霧傳感器、紅外傳感器、水浸感應器、自動報警模塊、燈光控制模塊以及家電控制模塊[3]。

ATMEGA328芯片作為本系統的主控制器，其具有高性能、低功耗 AVR 8位微控制器以及先進的 RISC 體系結構和高耐力非易失性內存段。同時，其還有微控制器的特殊功能，擁有內部校準的振蕩器以及外部和內部中斷源，并且擁有六個睡眠模式，分別為空閑、ADC 降噪、電源保存、關閉、待機狀態和待機擴展。

在窗戶窗簾系統中，窗戶采用風雨傳感器與直線直流電機模塊相結合，在下雨時或者開關窗戶時實現自動開關。窗簾采用步進電機模塊，通過步進電機模擬窗戶的開啟與關閉。在安防系統中，采用煙霧傳感器對火災進行防范，采用紅外傳感器對可疑人員進行檢測，采用水浸感應器對水龍頭進行檢測，并結合自動報警模塊，對用戶進行通知，提醒用戶水龍頭開關與否，或家中是否發生火災以及是否有人進入家中。在電力系統中，燈光控制模塊、家電控制模塊采用智能開關，實現燈光以及家電的自動開啟與關閉[4]。

4軟件

在軟件設計方面，包括系統的運行、電力控制系統的設計、安防系統的設計和窗戶窗簾控制系統的設計四個部分，由此實現智能家居的離家模式。

4.1系統運行

圖2為系統運行示意圖，系統在監測到用戶離家后，開始根據用戶的需求進行相關操作和判斷，并且在相關傳感器出現異常時對用戶的移動設備進行提醒和警告，還可隨時根據用戶的遠程操控進行相關操作和更改設置。

4.2電力控制系統

圖3為電力控制系統的程序流程圖，其可以自行監測當前的開啟狀況，根據用戶的選擇執行相對應的操作。其有著良好的適應性—在短時間的適應和調整后可以滿足不同用戶的個性化需求，且可以隨時執行用戶的操作指令，有著良好的執行能力。

4.3安防系統

圖4為安防系統的程序流程圖，安防系統擁有監控模塊和傳感器模塊，是確保用戶在離開家后家中安全的系統。其中，監控模塊可以確保家中財產安全，即便被人為盜竊，也會留下監控錄像作為證據，協助相關部門抓獲罪犯;傳感器模塊則主要負責家中的安全，當傳感器模塊出現異常時系統會監測煙霧傳感器是否異常，如果煙霧傳感器正常，則說明家中的異常不是特別嚴重或者傳感器損壞，此時系統向用戶發出提示，用戶便可以利用監控確認后進行處理，如果是煙霧報警器異常，則可能是出現火災或煙霧傳感器損壞，此時系統會立即向用戶告警，在用戶利用監控確認后進行處理，可以及時減少家中的損失[5]。

4.4窗戶窗簾控制系統

圖5為窗戶窗簾控制系統的程序流程圖，窗戶窗簾系統主要依靠風雨傳感器對天氣進行判斷。該系統擁有窗戶模塊和窗簾模塊。其中，窗戶模塊在風雨傳感器監測到環境改變后，便會發送信息給用戶，提醒用戶當前天氣，并自行執行開窗或關窗指令;窗簾模塊則可以根據用戶的設置進行開或關操作，這可以滿足不同用戶的需求，使系統可以實現遠程訪問與操作，并對不同天氣情況做出判斷和實現相關操作。

5結束語

本文提出了一個智能家居離家場景方案，采用Z?wave技術解決了系統不夠智能和離家場景實際操作不夠完善的問題，為智能家居技術的應用提供了一定的參考價值，具有一定的現實意義。但是，隨著科技的發展，人們對居住環境的要求也隨之提高，因此智能家居技術的發展仍有很長的路要走，尤其是在智能家居的遠程醫養結合、智慧養老以及個人信息的安全性等方面，需要更多科研人員的共同努力。

參考文獻：

[1]黃歡.基于云平臺支持多通信協議的智能家居平臺設計與實現[J].電腦知識與技術，2021，17（33）：74?77.

[2]王若晗，羅心烺，徐茂盛.Z?Wave無線通信技術在智能家居中的應用探究[J].通信電源技術，2020，37（6）：202?203.

[3]羅軍.基于Z?Wave協議的家庭健康監測系統設計[ D].秦皇島：燕山大學，2017.

[4]楊勇.物聯網智能家居發展探究[ J].網絡安全技術與應用，2022（5）：133?134.

[5]周游，方濱，王普.基于 ZigBee 技術的智能家居無線網絡系統[J].電子技術應用，2005（9）：41?44.

作者簡介：

朱正坤（1996—），碩士，研究方向：智能產品開發與應用。

鐘縉光（2003—），大專，研究方向：智能產品開發與應用（通信作者）。

施紀超（2002—），大專，研究方向：智能產品開發與應用。